DIODOS
27/julho 2007
Na lista QRP-BR surgiu uma questão a respeito de tipos de diodos para uso em RF, na construção de medidores de potência.
Para medir baixas potências se utiliza um circuito retificador simples, um resistor como carga onde a potência medida será dissipada, e um medidor (um galvanômetro ou um multímetro).
Um circuito simples é esse (aqui há um outro):
Função dos componentes: C1 impede que a presença de tensão DC no circuito a ser medido altere as medidas. R1 é o resistor de carga, deve suportar a potência a ser medida. D1 é o diodo retificador. C2 é um capacitor para transformar os pulsos na saída de D1 em uma tensão DC suavizada (alguns multímetros digitais podem ficar erráticos dependendo da frequência do sinal) e prover retorno para a corrente de RF pelo diodo. R2 serve para ajustar o fundo de escala quando se utiliza um medidor analógico (galvanômetro de ponteiro), podendo ser dispensado.
Idealmente o diodo conduz, sem apresentar resistência, num sentido e é um isolante no outro. Na realidade os diodos apresentam uma região onde sua resistência direta aumenta para tensões baixas, e, a partir de uma certa tensão, a chamada tensão de barreira ou tensão de junção, funcionam como um resistor de baixo valor (nessa região o comportamento é resistivo).
Uma confusão às vezes é encontrada: a tensão de barreira não é um limiar antes do qual não existiria condução. O diodo conduz sim, porém a resistência é maior, tanto mais quanto a tensão for menor.
A tensão de barreira depende do tipo de diodo. Para uso em RF são comuns (1) os diodos de Germânio, (2) os de Silício e (3) os diodos de junção metal-semicondutor chamados Schottky ou "hot carrier" (portador quente). Cada tipo apresenta um comportamento e faixa de tensão de barreira. Tradicionalmente encontramos folclore que recomenda diodos Schottky como os mais sensíveis, os de silício para uso geral, estando os de germânio em obsolescência. Resolvi medir o comportamento em DC de alguns diodos.
Para uso no medidor citado, outras características são importantes: a máxima tensão reversa indica até que potência o medidor poderá ser utilizado. O tempo de trânsito dos portadores no cristal e tempo de recuperação (nesse terreno os diodos Schottky são os melhores) e a capacitância interna determinará o comportamento em frequências altas .
Para o experimento, coloquei diodos em série, um medidor de corrente e uma fonte de DC com um resistor em série, de modo a ajustar a corrente circulando nos diodos. Para cada ajuste de corrente foi medida a queda de tensão em cada diodo.
Os diodos:
BAV21 é silício de baixo sinal, com datasheet detalhado. O
diodo "Ge" é um modelo genérico de germânio sem identificação. AA119
e OA90 são de germânio. 1N4148 é silício, 1N34A germânio, ambos bastante
conhecidos. 1N5711HP é na verdade um 5082-2800 que é o código antes
utilizado pela Hewlett-Packard (depois Agilent, agora Avago).
Coloquei um resistor limitando a corrente máxima em 8,5mA (para que um eventual
curto não fizesse fumaça!), alimentei com 12 Volts. As medidas iniciaram em
10uA. Temperatura ambiente cerca de 20 ºC (essas correntes medidas dependem bastante de
temperatura do componente) . Os resultados estão em milivolts.
|
mA |
BAV21 |
Ge |
AA119 |
OA90 |
1N4148 |
1N5711 |
1N34A |
1N5711HP |
|
0,01 |
420 |
94 |
110 |
100 |
400 |
220 |
110 |
250 |
|
0,02 |
440 |
110 |
130 |
120 |
430 |
240 |
130 |
270 |
|
0,05 |
490 |
150 |
170 |
150 |
480 |
260 |
160 |
290 |
|
0,1 |
520 |
170 |
190 |
180 |
510 |
290 |
190 |
310 |
|
0,2 |
550 |
200 |
230 |
220 |
550 |
310 |
220 |
330 |
|
0,3 |
570 |
220 |
260 |
250 |
570 |
330 |
230 |
350 |
|
0,6 |
600 |
270 |
310 |
310 |
600 |
360 |
270 |
370 |
|
1 |
630 |
310 |
360 |
380 |
620 |
390 |
300 |
400 |
|
2 |
660 |
400 |
470 |
520 |
660 |
450 |
340 |
440 |
|
4 |
690 |
530 |
630 |
720 |
700 |
560 |
390 |
510 |
|
8,5 |
740 |
750 |
900 |
1090 |
740 |
710 |
450 |
640 |
Notar que o eixo vertical de corrente é logarítmico. Na gráfico abaixo se pode
ver ambos os eixos lieares.
Os resultados mostram os três tipos de diodos se concentrando em torno de
tensões típicas de barreira, sendo os de germânio os de tensão mais baixa,
seguido dos Schottky, e os de silício com a tensão maior, como esperado.
Para medidores sensíveis em HF portanto os diodos de germânio serão os mais indicados, o 1N34A foi o que se saiu melhor. Para uso em frequências maiores os Schottky são mais indicados em razão do menor tempo de transição, esse parâmetro é mostrado em alguns datasheets.
A tensão de barreira é apenas um dentre muitos aspectos a se considerar, a depender do uso; não se deve tomar essas medidas para além do que são, somente o registro de queda de tensão direta DC nos diodos.
Wiki: em inglês (bastante completo), em português (versão traduzida mas só um resumo curto).