domingo, 13 de junho de 2021

Conheça os diodos para RF

Com o contínuo avanço da eletrônica em seus inúmeros ramos, existe sempre um determinado componente ou dispositivo que escapa à nossa atualização. Este é o caso de certos diodos para RF, muito usados hoje em dia, principalmente em circuitos de sintonia.

Vamos apresentar tais diodos neste artigo, expondo rapidamente seus funcionamentos e suas aplicações. Como cada um deles tem vários nomes, julgamos oportuno incluí-los também.

1. O diodo de sintonia

Este diodo foi projetado para tirar o máximo proveito de uma característica comum a todos eles: a variação da capacitância de acordo com a tensão reversa nos terminais. O nome "diodo de sintonia" refere-se ao mesmo componente que chamamos "varactor" ou "varicap", ou ainda, VVC ou capacitor variável com a tensão (voltage variable capacitor).

Estes diodos podem ser aplicados em VHF, UHF ou nas frequências mais baixas de faixa de AM. Como veremos adiante, podem ser do tipo abrupto ou hiper-abrupto e são usados em controles automáticos de frequência.

O principal parâmetro de um diodo "varicap" é a sua razão de sintonia, que nada mais é que a variação da sua capacitância dentro da faixa útil da tensão reversa nos seus terminais (figura 1).

Figura 1

Observamos que a capacitância decresce com o aumento de VR (tensão reversa). Temos, portanto: razão de sintonia (Tuning Ratio) TR = C(VR1)/C(VR2).

Outros parâmetros importantes no "varicap", são a tensão de ruptura, Q (figura de mérito) e linearidade capacitância — tensão.

Tudo o que precisamos saber sobre tensão de ruptura é que deve ser, pelo menos, igual a VR2 que é a tensão maior da faixa útil do diodo.

A figura de mérito, Q, é definida como a razão entre a energia armazenada e a energia dissipada. Isto contribui para o Q do circuito, que, por sua vez, está relacionado com a banda de passagem (figura 2).

Figura 2

Finalmente, há a linearidade capacitância-tensão, que não é muito crítica, mas a consistência de linearidade (ou não-linearidade) entre diodos é muito importante.

Aplicando o varicap

Neste ponto, é fácil perceber que uma das aplicações mais difundidas do diodo "varicap" é em circuitos de sintonia de rádio e TV.

A grande maioria dos aparelhos de rádio e TV tem como circuito básico de sintonia um circuito LC (figura 3). 

Figura 3

A frequência de ressonância desse circuito é dada por:

Conclui-se que, se L ou C for diminuído a frequência de ressonância sofrerá um aumento. Antes da introdução do "varicap" nos circuitos de sintonia, o valor de L ou C era variado mecanicamente para se conseguir a frequência desejada. Substituindo-se parte de C por um "varicap", temos meios de variar a frequência sintonizada com uma tensão CC (figura 4).

Figura 4

Muitos sintonizadores contém vários circuitos sintonizados onde é necessário o acoplamento mecânico de capacitores ou indutores. Usando-se "varicaps", porém, todos os circuitos podem ser sintonizados pela aplicação de uma única tensão CC a todos eles.

Para obtermos uma boa compatibilidade de frequência entre os circuitos sintonizados, é necessário que as características V — C dos "varicaps" estejam "casadas". Dessa maneira, quando provados na fábrica, os "varicaps" são separados em conjuntos de 1 a 2% de variação nos parâmetros.

2. O diodo "bandswitch" (comutador de banda)

Devido à limitação da faixa de capacitância de um "varicap" que, por sua vez, limita a faixa de frequência do circuito sintonizado, não é possível mudar de faixa de sintonia usando esse elemento (de 60 para 200 MHz, em VHF, por exemplo).

Para se conseguir variações tão grandes em frequência, (de uma faixa a outra) usa-se outro tipo de diodo: o comutador de banda (bandswitch diode) que trabalha utilizando a principal característica de todos os diodos, que é a de conduzir corrente em um sentido e não conduzir no outro. Explicando melhor: ele age como um interruptor, inserindo ou retirando indutâncias do circuito sintonizado e, assim, mudando as faixas de recepção (figura 5).

Figura 5

Seus principais parâmetros são baixa tensão em polarização direta e boa resposta em frequência, pois ele deve se comportar como um curto para o sinal de alta frequência, quando polarizado diretamente.

3. O diodo "Hot Carrier"

É também conhecido como diodo "Hot Electron", "Schottky" ou barreira "Schottky".

A junção desses tipos de diodos é formada de um metal em silício altamente "dopado".

Este processo dá origem a um diodo de baixa capacitância e baixa carga armazenada, refletindo em alta velocidade de comutação.

Apesar de poder ser usado para comutações ultra rápidas, é mais utilizado como um diodo misturador em sintonizadores UHF.

Para entendermos as vantagens do "hot carrier" como misturador é preciso um pouco de conhecimento deste tipo de função.

A função do misturador é variar a frequência do sinal sintonizado de RF (que pode ser variado por toda a faixa de sintonia do receptor) para uma frequência fixa que pode então ser processada por circuitos fixos (não sintonizáveis). Esta frequência fixa é chamada frequência  intermediária (FI) e é gerada ao se misturar a frequência sintonizada de RF e uma outra gerada no próprio aparelho, que é sempre igual à diferença entre RF e FI (RF - FI). Esta frequência gerada no próprio local varia (por sintonia) ao mesmo tempo em que a  RF é sintonizada. Portanto, FI será sempre constante.

Quando misturamos duas frequências, A e B (figura 6), usando um diodo, obtemos 4 componentes, de acordo com a mesma figura.

Figura 6

Podemos, portanto, filtrar os componentes indesejáveis, deixando apenas A - B ou RF - (RF - FI) ou FI, a frequência fixa desejada.

A característica não linear do diodo "hot carrier" torna-o particularmente adequado como misturador, porque realça os sinais soma e diferença e suprime os componentes básicos A e B. Outros parâmetros desejáveis são a sua baixa capacitância e seu baixo ruído.

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