Diodo comum - efeito capacitivo
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Em circuitos gerais (baixas freqüências), implicitamente assumimos que a freqüência do sinal é tão pequena que os efeitos capacitivos de um diodo comum são desprezíveis. Entretanto, quando a freqüência do sinal de entrada aumenta consideravelmente para além de alguns kHz, as capacitâncias de difusão (associada a altas correntes diretas) e de junção (variável com a tensão reversa aplicada ao diodo) se tornam relevantes.
Nesses casos, o modelo do diodo para pequenos sinais torna-se uma resistência rd e as capacitâncias Cd e Cj em paralelos (modelo aproximado tendo em vista que Cd depende até do sentido da polarização). Devido a essas capacitâncias, o diodo passa a ser um curto-circuito em altas freqüências; ou seja, o ganho do sistema tende a um valor (em dB) negativo muito grande, conforme o gráfico da resposta em freqüência para o circuito em questão.
Em geral, a capacitância de difusão Cd é mais pronunciada em correntes elevadas e seu efeito não é considerado nas simulações abaixo para o diodo 1N4001. Estas simulações iniciam-se em 0s; portanto, as simulações incluem os efeitos transitórios dos circuitos também.
A capacitância de junção Cj está associada à polarização reversa do diodo e varia com a tensão reversa aplicada (este efeito é utilizado em diodos tipo varactor), conforme gráfico 1 para um diodo da Liteon Power Semiconductor.
O modelo de diodo utilizado nas simulações foi o diodo 1N4001 cuja capacitância de junção varia conforme o gráfico abaixo:
Figura 1. Variação da capacitância de junção (em pF) para tensões reversas. Fonte: LITEON Power Semiconductor.
Circuito
O circuito simulado consiste em uma fonte de tensão senoidal Vfonte (10V de pico) em série com uma resistência de 52 ohms conforme figura 2.
Figura 2. Circuito utilizado nas simulações seguintes
Resposta em freqüência
A atenuação de Vout devido Cj é demonstrada com a resposta em freqüência do sistema dB(Vout/Vin), em escala logarítmica, com eixo horizontal em décadas:
Figura 3. Resposta em freqüência para o circuito em estudo.
Resposta no domínio do tempo - 60Hz
Nos gráficos seguintes, a freqüência é incrementada gradualmente. O efeito do acréscimo da freqüência é muito perceptível, demonstrando-se que o diodo em questão não é apropriado para freqüências acima de 1kHz. Para tais freqüências, o diodo não consegue atuar adequadamente devido ao tempo de recuperação reversa muito alto. A partir de freqüências muito altas, o diodo deixa de funcionar como deveria e não mais bloqueia a corrente em sentido reverso.
Figura 4. Vfonte com 60Hz.
Resposta no domínio do tempo - 1kHz
Figura 5. Vfonte com 1kHz.
Resposta no domínio do tempo - 10kHz
Figura 6. Vfonte com 10kHz.
Resposta no domínio do tempo - 100kHz
Figura 7. Vfonte com 100kHz.
Resposta no domínio do tempo - 1MHz
Figura 8. Vfonte com 1MHz.
Resposta no domínio do tempo - 10MHz
