Um componente extremamente simples, com características de resistência negativa pode ser usado em circuitos de altíssimas frequências. Desta forma podemos definir o diodo tunnel que será explicado neste artigo. Além de analisarmos seu princípio de funcionamento daremos diversos circuitos práticos que vão surpreender os leitores pela sua simplicidade
O diodo tunnel, como o nome diz, é um diodo mas com características de resistência negativa que permitem sua utilização em circuitos semelhantes aos osciladores de relaxação com transistores unijunção ou lâmpadas neon. No entanto, os diodos tunnel tem algo mais: podem oscilar em frequências superiores a 1 Gigahertz o que os torna especialmente indicados para circuitos de altíssima frequência.
Se bem que os diodos tunnel não sejam componentes comuns, a possibilidade de se utilizar estes componentes em projetos pode ser interessante quando a exigência principal for simplicidade em circuitos de frequências muito altas.
COMO FUNCIONA
Na figura 1 temos o símbolo comumente adotado para representar o diodo tunnel.
Sua propriedades de resistência negativa vem da utilização de uma camada de deplexão ultra fina na junção que dota o componente de características de resistência negativa.
O nome do componente vem do fato de que diferentemente dos demais semicondutores em que a resistência da barreira de potência depende até certo valor da tensão aplicada, existe um ponto em que esses portadores encontram como que um túnel por onde podem passar com facilidade, resultando assim numa curva característica que é mostrada na figura 2.
Assim, quando aplicamos uma tensão no sentido direto o componente se comporta como um diodo comum até o instante em que ela atinge o ponto A. Este ponto ocorre com algumas dezenas de milivolts para os diodos tunnel comuns e é denominado "ponto de pico".
No entanto, a partir deste ponto quando a tensão aumenta, em lugar da corrente também aumentar ela diminui abruptamente até o denominado ponto de vale mostrado em B.
Neste trecho temos então um comportamento "anormal" para o componente que passa a apresentar uma resistência negativa.
Lembramos que a resistência no gráfico em questão é a cotangente do ângulo que a curva característica apresenta no ponto visado e neste caso temos valores negativos para o trecho entre A e B.
A partir do ponto B o aumento da tensão novamente causa o aumento da corrente quando então o componente passa a apresentar um comportamento semelhante aos demais componentes eletrônicos.
No entanto, o importante da característica de resistência negativa que este componente apresenta e que é semelhante a dos transistores unijunção e da própria lâmpada neon é que o diodo tunnel pode ser usado em osciladores de relaxação e até mesmo amplificar sinais.
Como a ação do diodo tunnel é extremamente rápida, o que não ocorre que lâmpadas neon e transistores unijunção cuja velocidade de operação limita sua aplicação a circuitos de no máximo algumas dezenas de quilohertz, os diodos tunnel podem ser usados em circuitos de altíssima frequência superando facilmente os 1 000 MHz ou 1 GHz.
Algumas das aplicações dos diodos tunnel com base no que vimos são mostradas a seguir:
OSCILADOR DE VHF/UHF COM DIODO TUNNEL
Conforme vimos, as características de resistência negativa do diodo tunnel tornam este componente ideal para a sua utilização em osciladores.
O circuito mostrado na figura 3 é um exemplo em que, com o diodo usado pode-se gerar sinais de uma frequência até 1,6 GHz.
Na verdade, dependendo do valor de L1 e C2 que determinam a frequência do circuito, podemos fazê-lo oscilar numa faixa que vai de poucos quilohertz até mais de 1 GHz.
Para uma bobina formada por 2 espiras de fio 22 sem núcleo em forma de 0,5 cm de diâmetro e um capacitor de 2,2 pF as frequências de oscilação poderão ficar entre 100 e 200 MHz.
Observe entretanto que o ponto de túnel dos diodos deste tipo ocorre numa tensão muito baixa daí a alimentação ser feita com apenas 1,5 volt e existir um ajuste feito por P1 para se encontrar um ponto intermediário entre o pico (A) e o vale (B) no gráfico da figura 2 que leva o circuito à oscilação com maior intensidade. Este é o único ajuste deste tipo de circuito e que pode ser feito com um osciloscópio conectado a saída do oscilador. Lembramos que o trimpot ou potenciômetro de ajuste deve ser do tipo de fio.
Os capacitores devem ser cerâmicos e a intensidade do sinal é bastante pequena exigindo uma amplificação em função da aplicação.
OSCILADOR A CRISTAL
O circuito mostrado na figura 4 pode gerar frequências que vão de algumas centenas de quilohertz até vários megahertz.
O capacitor C2 juntamente com L1 devem ser calculados para formar um circuito ressonante na frequência do cristal. O ajuste deste circuito de modo fino de modo a se obter o maior rendimento é feito através do núcleo da bobina. O sinal é retirado de L2 que consta de algumas espiras sobre L1, conforme a frequência do sinal.
O ajuste do ponto de funcionamento é feito da mesma forma que no circuito anterior. O potenciômetro P1 (de fio) deve ser levado a um ponto em que a tensão no diodo túnel fique entre os pontos A e B da sua curva característica o que o leva à oscilação.
Este ajuste pode ser feito com facilidade com a ligação de um osciloscópio na entrada de sinal. basta ajustar P1 para se obter o sinal com máximo de intensidade na saída e depois retocando-se este ajuste no núcleo da bobina. Em alguns casos pode ser preciso ligar e desligar o circuito algumas vezes para se obter a partida do oscilador durante o processo de ajuste. Uma vez ajustado para o melhor desempenho, a possibilidade de não se obter a partida será minimizada.
OSCILADOR DE RF CONTROLADO POR TENSÃO
O circuito da figura 5 gera sinais entre 7 e 15 MHz sendo a frequência controlada pela tensão de entrada conforme tabela de valores dadas junto ao diagrama.
Um diodo de capacitância variável (varicap é usado) e os valores da tabela são para o tipo 1N2939. No entanto, equivalentes como o BB109, BB809 ou qualquer outro podem ser usados devendo o leitor fazer o levantamento da nova faixa de frequências produzidas. Um osciloscópio pode ser usado para esta finalidade.
XRF1 é um choque de RF que deve ter uma resistência ohmica não maior que 7 ohms. L1 tem 2 uH de indutância ou aproximadamente 30 espiras de fio 28 num bastão de ferrite de 0,8 a 1 cm de diâmetro e 10 cm de comprimento.
Os capacitores devem ser todos cerâmicos e os procedimentos para ajustes são semelhantes aos dois projetos anteriores.
Para a prova de funcionamento e ajustes iniciais a tensão no terminal de controle pode ser nula.
A faixa de tensões de controle deste circuito depende do diodo varicap usado.
CONVERSOR DE ONDAS CURTAS
O simples circuito mostrado na figura 6 converte sinais da faixa de ondas curtas entre 3 MHz e 30 MHz em sinais da faixa de ondas médias que podem ser captados num receptor comum de 550 a 1600 kHz.
A sintonia é feita em CV que juntamente com L1 devem cobrir a faixa de frequências desejada. Para a faixa de 3 a 7 MHz, por exemplo, enrole 30 espiras de fio 28 num bastão de ferrite de 10 cm e sobre ela 10 espiras para formar L2.
Para a faixa de 7 a 15 MHz enrole 15 espiras de fio 28 num bastão de ferrite de 10 cm e sobre esta bobina 5 espiras para formar L2. Para a faixa de 15 a 30 MHz enrole 12 espiras.
O capacitor CV pode ser qualquer variável de rádio de ondas médias ou curtas com capacitância máxima na faixa de 180 a 300 pF.
O valor máximo do capacitor usado vai determinar a faixa abrangida por cada bobina. O leitor deve fazer experiências alterando as espiras da bobina conforme a faixa que deve ser coberta e o capacitor usado.
L3 juntamente com o capacitor C1 formam o oscilador local. Esta bobina pode ser semelhante a L1 para as diversas faixas e eventualmente pode ser alterada de modo a se cobrir as faixas desejadas.
T1 é uma bobina osciladora de rádio de AM que deve ser ajustada para algo em torno de 1 200 kHz ou uma frequência livre da faixa de ondas médias para a qual deve ser sintonizado o rádio.
O ajuste deve ser feito inicialmente para que o circuito oscile o que é conseguido através de P1 e utilizando-se um osciloscópio ou outro meio.
Depois ajusta-se CV e o núcleo de T1 para se obter a sintonia das faixas desejadas. Eventualmente podem ser necessárias alterações na bobina L3 ou ainda pode ser usado para C1 a outra seção do variável caso em que L3 deve ser ajustável.
RECEPTOR REGENERATIVO
O interessante circuito que apresentamos na figura 7 pode sintonizar estações na faixa que vai de 200 kHz a 30 MHz conforme a bobina usada.
Evidentemente, dada a pequena potência do sinal de saída, deve ser usado um bom amplificador de áudio. Sugerimos uma configuração com o LM386 ou ainda o TDA2002 para um bom receptor experimental.
A bobina deve ser enrolada conforme a seguinte tabela:
200 - 600 kHz - L1 - 5 voltas de fio 28 ou 30 sobre L2.
L2 - 220 voltas de fio 28 a 30 forma de 1 cm de diâmetro com tomada na centésima espira a partir do lado de terra.
600 a 1 600 kHz - L1 - 5 voltas de fio ou 30 sobre L2.
L2 - 100 voltas de fio 28 ou 30 em forma de 1 cm de diâmetro com tomada na 50a espira.
1 600 a 3 500 kHz - L1 4 espiras de fio 30 ou 28 sobre L2
L2 - 60 espiras de fio 28 ou 30 em forma de 1 cm de diâmetro com tomada na 30a espira
3,5 a 9 MHz - L1 - 4 espiras de fio 28 ou 30 sobre L2
L2 - 25 voltas de fio 28 ou 30 em forma de 1 cm de diâmetro com tomada na 12a espira
9 a 15 MHz - L1 - 3 espiras de fio 28 ou 30 sobre L2.
L2 - 11 voltas de fio 28 ou 30 em forma de 1 cm de diâmetro com tomada na quinta espira.
15 a 30 MHz - L1 - 2 espiras de fio 28 ou 30 sobre L2
L2 - 6 espiras de fio 28 ou 30 em forma de 1 cm de diâmetro com tomada na terceira espira
A forma pode ser um tubo de papelão sem núcleo montado em plugue de encaixe de 5 pinos. O variável pode ter capacitâncias máximas entre 180 e 360 pF. A faixa de capacitâncias do variável determinará a faixa de sintonia do circuito podendo haver boas diferenças em função destes valores o que pode ser compensado alterando-se as espiras das bobinas. Os valore sindicados acima são para um variável de 360 pF aproximadamente de capacitância máxima.
O ajuste do funcionamento é feito da mesma forma explicada nos projetos anteriores.
O transformador T1 pode ser um pequeno transformador de saída encontrado em rádios transistorizados antigos.
TRANSMISSOR
O transmissor mostrado na figura 8 pode ser usado para treino de telegrafia ou ainda como um transmissor de curto alcance de um sistema de controle remoto mono-canal.
L1 m conjunto cm o C1 devem ressonar na frequência do cristal. O bobina L1 deve ser enrolada com fio não muito fino de modo a não apresentar resistência ohmica maior que uns 5 ohms. Para um cristal da faixa de 27 MHz a bobina L1 pode ter valores entre 0,2 e 0,4 uH e a antena é do tipo telescópico.
O ponto de funcionamento entre os pontos A e B da curva característica do diodo tunnel pode ser encontrado ligando-se na saída do circuito um osciloscópio.
