Experimento com Diodo

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1 Experimento com Diodo Elaboração Carlos RO Colnaghi RA Douglas A Silva RA Gabriel B Panza RA Rafael E Santos RA Sérgio M Santos RA Thiago Yuji Sasaki RA Orientação: Prof José Vital Araçatuba-SP 2018

2 Experimento com Diodo Relatório de aula prática, referente experimento com diodo para determinação da relação de não linearidade entre a voltagem e a corrente no diodo, grupo de alunos, do curso de Engenharia Elétrica e da Computação, da disciplina de Eletrônica I Semicondutores Orientador: Profº José Vital Centro Universitário Católico Salesiano Auxilium Unisalesiano Araçatuba-SP 2018

3 RESUMO É de grande interesse para qualquer profissional ou estudante da área de exatas, a utilização de conhecimentos de física, mais especificadamente na disciplina Eletrônica Notadamente no presente experimento, utilizando-se de um diodo e de um resistor num circuito para se calcular a corrente elétrica O objetivo do experimento é demonstrar a não linearidade da curva característica correntetensão nos diodos, utilizando-se de aferições das voltagens no diodo e no resistor, e conhecimentos adquiridos em aula teórica Palavras-chave: Eletrônica, diodo, resistor, corrente elétrica, circuito, não linearidade, aferições

4 ABSTRACT It is of great interest for any professional or student of the area of exact, the use of knowledge of physics, more specifically in the Electronic discipline Notably in the present experiment, using a diode and a resistor in a circuit to calculate the electric current The objective of the experiment is to demonstrate the non-linearity of the current-voltage characteristic curve in the diodes, using measurements of the voltages in the diode and the resistor, and the knowledge acquired in theoretical classes Keywords: Electronics, diode, resistor, electric current, circuit, nonlinearity, measurements

5 SUMÁRIO 1 Introdução 1 2 Objetivos 3 21 Objetivo geral 3 22 Objetivos específicos 3 3 Pressuposto Teórico 4 4 Métodos e Técnicas de Pesquisa 5 5 Conclusão 8 6 Referências Bibliográficas 9

6 1 1 INTRODUÇÃO Os diodos são semicondutores que estão presentes nos circuitos elétricos de muitos dispositivos eletrônicos usados na vida das pessoas Os semicondutores, isto é, os diodos, são constituídos por cristais que possuem um comportamento elétrico intermediário entre os condutores e os isolantes, ou seja, o diodo conduz mais corrente elétrica que um isolante, entretanto, conduz menos corrente elétrica que um condutor Existem dois tipos de semicondutores: os semicondutores intrínsecos e os extrínsecos Os semicondutores intrínsecos são constituídos por um cristal puro composto por um único tipo de elemento químico Os átomos dos cristais intrínsecos são ligados, quimicamente, a partir de ligações covalentes (compartilhamento de elétrons da Camada de Valência) Quando a temperatura do cristal puro é aumentada, as ligações covalentes rompem-se, e os elétrons da Camada de Valência tornam-se livres A partir dos elétrons livres e de lacunas nas ligações, os semicondutores conduzem corrente elétrica a partir da banda de condução e da banda de valência Em contrapartida, os semicondutores extrínsecos são constituídos por um cristal impuro composto por mais de um único tipo de elemento químico As impurezas do cristal impuro podem ser compostas de átomos doadores ou aceitadores Em um semicondutor extrínseco de Sílicio, existem átomos com cinco elétrons na Camada de Valência (pentavalentes) ou átomos trivalentes Nas ligações entre os átomos de Sílicio e os átomos pentavalentes, existem elétrons dos átomos doadores que não participam das ligações químicas Os elétrons livres geram corrente na banda de condução Os semicondutores associados com as impurezas pentavalentes possuem, em sua estrutura química, mais elétrons do que prótons e, por isso, são diodos do tipo N Já nas ligações entre Silício e átomos trivalentes, existem lacunas entre as ligações químicas As lacunas começam a ser preenchidas a partir do movimento dos elétrons da Camada de Valência que gera corrente na banda de valência Os semicondutores trivalentes possuem mais prótons que elétrons, e por isso, são diodos do tipo P A união dos materiais do tipo P e do tipo N é chamado de Junção PN Quando os materiais do tipo P e do tipo N são unidos, os elétrons e as lacunas começam a se recombinarem A recombinação dos elétrons e das lacunas gera íons

7 2 positivos (criados pelo material do tipo N) e íons negativos (criados pelo material do tipo P) que constituem a Barreira de Depleção A barreira entre os materiais impede que os elétrons e as lacunas recombinem-se A Junção PN pode ser polarizada diretamente ou reversamente A polarização direta consiste em ligar o polo positivo de um gerador de tensão no material do tipo P e o polo negativo no material do tipo N A polarização direta diminui a Barreira de Depleção e, consequentemente, aumenta a recombinação de elétrons e de lacunas, gerando, portanto, corrente elétrica no sentido do material do tipo N para o material do tipo P (do menor potencial para o maior potencial da fonte de tensão) Em contrapartida, a polarização reversa consiste em ligar o polo positivo de uma fonte de tensão no material do tipo N e o polo negativo no material do tipo P A polarização reversa aumenta a Barreira de Depleção e diminui a recombinação de elétrons e de lacunas (portanto, a corrente elétrica é nula)

8 3 2 OBJETIVO O objetivo do trabalho académico é apresentar os materiais, métodos e resultados do experimento associado aos conteúdos teóricos e as aplicações práticas dos diodos, assim como, verificar, experimentalmente, a não linearidade da curva característica corrente-tensão nos diodos e representar, graficamente, a associação entre a tensão e corrente nos semicondutores, com o objetivo de justificar a dependência não linear entre tensão e corrente dos semicondutores 21 Objetivo Geral Entender na prática a não linearidade entre a voltagem aferida no diodo e a corrente elétrica que o atravessa 22 Objetivos Específicos - Conhecer as voltagens aferidas no diodo, conforme determinação de voltagem no variador de voltagem ; - Conhecer as voltagens aferidas no resistor, conforme determinação de voltagem no variador de voltagem ; - Calcular a corrente elétrica do circuito, conforme lei das malhas de Kirchhoff

9 4 3 PRESSUPOSTO TEÓRICO No estudo dos resistores a relação entre tensão e corrente é linear, diferentemente dos diodos, capacitores e indutores O diodo é um componente eletrônico de dois terminais, que conduz corrente elétrica preferivelmente em um só sentido, bloqueando a sua passagem no sentido oposto Esse comportamento unidirecional é chamado retificação, sendo utilizado para converter corrente alternada em corrente contínua e extrair a informação de um sinal modulado em amplitude (AM) Entretanto, o diodo pode ser empregado para outras finalidades além da retificação Existem diodos de uso especial utilizados para regulação de tensão (diodos zener), sintonia eletrônica em receptores de rádio e TV (varicaps), geração de rádio frequência (diodos túnel) e produção de luz (leds) A relação de não linearidade entre voltagem no diodo e corrente que o atravessa é mostra no gráfico a seguir: Corrente Voltagem

10 5 4 MÉTODOS E TÉCNICAS DO EXPERIMENTO O experimento exigiu uma fonte de tensão do tipo CC (corrente contínua) com tensão de 0 a 12 Volts e com corrente de 0 a 2 Amperes, resistor de 10K Ohms, diodo de Silício, jumpers e outros conectores de 1 mm, protoboard com 830 conexões e multímetro digital Ilustração do Circuito do experimento: O circuito foi construído a partir dos jumpers, protoboard, resistor de 10K Ohms e diodo de Silício A princípio, conectou-se um jumper no anodo do diodo e, a partir das conexões da protoboard, conectou-se o catodo do diodo com um dos terminais do resistor de 10K Ohms Seguidamente, uniu-se o terminal do resistor de 10k Ohms com um jumper O jumper que estava conectado com o anodo do diodo de Silício foi ligado no polo positivo da fonte de tensão, enquanto que o jumper que estava conectado com o terminal do resistor de 10K Ohms foi ligado no polo negativo da fonte tensão Sucessivamente, verificou-se se os potenciômetros que controlam a tensão e a corrente da fonte de tensão estavam correspondendo, respectivamente, a 0 Volts e a 0 Amperes Posteriormente, ligou-se a fonte de tensão em 110 Volts da energia CA e variando-se a tensão da fonte de tensão para os seguintes valores: 0 Volts, 0,1 Volts, 0,2 Volts, 0,3 Volts, 0,4 Volts, 0,5 Volts, 0,6 Volts, 0,7 Volts, 0,8 Volts, 0,9 Volts, 1,0 Volts, 2,0 Volts, 3,0 Volts, 4,0 Volts e 5,0 Volts

11 6 Para manter a precisão dos valores, ignorou-se os valores da fonte de tensão e usou-se os valores do multímetro que estava com os terminais conectados nas saídas da fonte de tensão Para cada teste, posicionou-se os terminais do multímetro no anodo e no catodo do diodo de Silício e nos terminais do resistor de 10K Ohms para anotação das tensões no diodo e no resistor As aferições, conforme explicações acima, resultaram na tabela a seguir: Fonte de Tensão(variador de voltagem) Tensão no Diodo Tensão no Resistor (Vr) Corrente elétrica (VF - Vd)/(Vr) Corrente elétrica em mili amperes (VF) (Vd) em Ampares ,1 0,0975 0,0007 7E-08 0, ,2 0,1943 0,0023 2,3E-07 0, ,3 0,287 0,012 1,2E-06 0,0012 0,4 0,356 0,047 4,7E-06 0,0047 0,5 0,395 0,118 1,18E-05 0,0118 0,6 0,407 0,189 1,89E-05 0,0189 0,7 0,423 0,277 2,77E-05 0,0277 0,8 0,433 0,363 3,63E-05 0,0363 0,9 0,45 0,46 0, , ,46 0,63 0, , ,5 1,53 0, , ,53 2,5 0, ,25 4 0,53 3,48 0, , , , ,446

12 7 experimento: Relação entre Voltagem no Diodo e na Corrente que o atravessa, no nosso Com as tensões do resistor, encontrou-se as correntes no circuito a partir da Primeira Lei de Ohm: corrente no circuito é igual a divisão entre tensão e resistência do resistor Em seguida, construiu-se uma tabela com os valores anotados e um gráfico apresentando a dependência não linear entre a tensão e a corrente do diodo de Silício

13 8 5 CONCLUSÃO Pode ser percebida a semelhança do gráfico que o grupo de alunos no presente experimento chegaram, folha 7, o qual relacionada a voltagem do diodo com a corrente elétrica, com o gráfico ideal representado na folha 4, o qual representa a relação ideal (Voltagem-Corrente) Desta feita, encerra o presente trabalho o grupo de alunos, firmando a constatação experimental de não linearidade da voltagem-corrente no diodo

14 9 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFIAS 1 Boylestad, Robert L Introdução à Análise de Circuitos 12ª ed São Paulo: Pearson, Francisco Ramalho Júnior; Nicolau Gilberto Ferraro e Paulo Antônio de Toledo Os Fundamentos da Física 1 Mecânica 9ª ed São Paulo: Moderna, Eletrônica Didática diodo/diodohtm Acesso em 02Abr2018