ELT 313 LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA ANALÓGICA I ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO N O 4: CIRCUITOS COM DIODOS RETIFICADORES E DIODO ZENER

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1 ELT 313 LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA ANALÓGICA I ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO N O 4: CIRCUITOS COM DIODOS RETIFICADORES E DIODO ZENER Objetivos O objetivo desta aula é verificar experimentalmente o funcionamento de alguns circuitos com diodo retificador e diodo zener. Limitadores (clippers) Grampeadores (clampers) Dobrador e multiplicador de tensão Regulador zener Lista de material Osciloscópio de dois canais Multímetro digital Fonte DC ajustável de +15 Gerador de funções Diodo retificador 1N4148 (4) Diodo Zener 1N751A/51/400mW (2) Capacitores 100nF/25~ (3) Resistores 1/3W, 5% 200(1) 1k (2) 2k(2) 10k (1) 200k (1) 1M (1) 1. RETORNO DC (OPCIONAL) Uma carga desbalanceada, como é o caso de alguns circuitos com diodos, pode provocar desequilíbrios em geradores de sinais que tenham acoplamento capacitivo na saída. Carga desbalanceada é qualquer carga que ofereça resistência diferente para o semi-ciclo positivo e para o semi-ciclo negativo. A Figura 1a mostra um simples retificador de meia onda alimentado por um gerador de onda senoidal. O resultado normal é uma onda retificada em meia onda. Se o gerador de funções tiver acoplamento capacitivo como mostra a Figura 1b, teremos uma grande surpresa, o sinal de saída o será quase zero. Isto se deve ao carregamento do capacitor Ci devido à carga desbalanceada. Para evitar os efeitos deste grampeamento, devemos instalar uma resistência Ri para permitir o retorno dc e assim descarregar o capacitor. Esta resistência deve ser menor que a resistência da carga, Ri<10% de R L. ATENÇÃO: Mesmo que o gerador de funções seja acoplado diretamente, recomendamos a instalação deste resistor para, pelo menos, servir como suporte para garra jacaré das pontas de prova. Figura 1- Retorno DC. 2. GRAMPEADOR Figura 2- Grampeador. CH1:i, CH2:o UNIFEI/ IESTI - Kazuo Nakashima & Egon Luiz Muller Jr 1

2 Observe i(t) através do CH1 e o(t) através de CH2 do osciloscópio. Ajuste o sinal de i(t) em SENO, 1kHz, 10 pp, OffSet= Medir a tensão média utilizando multímetro e a tensão de pico através do osciloscópio. Ajuste o OffSet de i(t) e verifique que a componente contínua em i(t) NÃO altera o resultado em o(t). Esta componente contínua é absorvida pelo capacitor C1. Tabela 1 i p-p i DC O max O Ave C1 Ave Atenção: Não desmonte este circuito. Adicione o segundo diodo conforme o diagrama esquemático do dobrador de tensão. 3. DOBRADOR DE TENSÃO DE 1/2 ONDA Observe que a componente contínua em i(t) NÃO altera o resultado em o(t). Esta componente contínua é absorvida pelo capacitor C1. Tabela 2 i p-p i DC O max O Ave C1 Ave OPP OPP (T) 4. DOBRADOR DE TENSÃO DE ONDA COMPLETA ATENÇÂO: ISOLAR o GND do gerador de funções para executar a próxima etapa. Provavelmente o GND do osciloscópio estará ligado ao GND do gerador de funções através do cabo de força de três pinos. Atenção: Neste circuito o GND do gerador de funções não é o mesmo do GND da carga R L, portanto não será possível observar simultaneamente os dois sinais i(t) e o(t). o C2 Figura 3- Dobrador de tensão. *Calcular o valor teórico da tensão de ondulação. er Anexo 1 no final deste roteiro. Frequência da ondulação: Hz Figura 4- Dobrador de tensão de onda completa. UNIFEI/ IESTI - Kazuo Nakashima & Egon Luiz Muller Jr 2

3 Neste circuito o capacitor C1 é carregado no semi-ciclo positivo de i enquanto que C2 é carregado no semi-ciclo negativo de i. *Calcular o valor teórico da tensão de ondulação. er Anexo 1 no final deste roteiro. Neste circuito os capacitores C1 e C2 carregam no semi-ciclo negativo de i enquanto que o capacitor C3 carrega no semi-ciclo positivo de i. 6. MULTIPLICADOR DE TENSÃO Tabela 3 i p-p i dc o max o av C1 av C2 av o pp opp (T) Frequência i o C1 C2 Hz Figura 6- Multiplicador de tensão Para multiplicadores de ordem par o GND do gerador de funções (garra jacaré preta) é conectado no ponto B. Para multiplicadores de ordem impar o GND do gerador de funções é conectado no ponto A. 5 - TRIPLICADOR DE TENSÃO (1/2 ONDA) ATENÇÂO: ISOLAR o GND do gerador de funções Instalar uma carga de 1MΩ entre os pontos B e F. Medir a tensão nos capacitores e completar a Tabela 4. Medir a freqüência de ondulação. erificar se a componente contínua em i altera o resultado em o Freq da ondulação= Hz 200k Sem considerar a queda de tensão nos diodos e sem carga, teremos as seguintes tensões: Tabela 4 - i(t)=m. sem(ωt) B-D 2m B-F 4m A-C 1m o A-E 3m C1 1m C2 2m C2 C3 2m C4 2m Figura 5- Triplicador de tensão UNIFEI/ IESTI - Kazuo Nakashima & Egon Luiz Muller Jr 3

4 7. LIMITADORES 8. DIODO ZENER CURA CARACTERÍSTICA Figura 8 - Regulador zener Tabela 6 Iz = Ii = (i - z) / Rs i z Iz Pz r Z ma mw Ω ,1-0,2-0, Figura 7- Limitadores. Medir o valor de tensão dos limites superior e inferior através do osciloscópio. Limite superior Limite inferior circuito 1 2 Figura 9 Curva característica do diodo zener UNIFEI/ IESTI - Kazuo Nakashima & Egon Luiz Muller Jr 4

5 8.2 - RIPPLE O circuito apresentado na Figura 10 reduz a ondulação do sinal e é capaz de medir resistência dinâmica do diodo. opp rz = ipp r + Rs r Z Z Rs = ( ipp opp) 1 Rs ( oppipp) Figura 10 Circuito com Gerador de Funções Ajuste a onda senoidal em 1 khz, 2 pp e Off Set em + 9. Observe que a tensão de saída é estável e praticamente sem ondulação (ripple). Para observar a ondulação da tensão de saída mude a escala de CH2 para 10m/DI acoplamento AC. Figura 12 Ripple para ipp=2, idc=+9 ipp (ac)= 2 i off set (dc)= 9 z ripple pp= z (dc)= Iz (dc)= r Z = m ma Ω Figura 11 Ripple para ipp=2 e idc=+9 Diminua o Off Set de i para 7. ipp (ac)= 2 i off set (dc)= 7 z ripple pp= z (dc)= Iz (dc)= r Z = m ma Ω UNIFEI/ IESTI - Kazuo Nakashima & Egon Luiz Muller Jr 5

6 i: SENO, 1kHz, 2pp, 7dc ANEXO 1 - ONDULAÇÃO EM CIRCUITO RC i CH1:2/DI CH2:~10m/DI H:0.5mSEC/DI Figura 13 Ripple para ipp=2v e idc=+7 Observe que a resistência dinâmica do diodo zener diminui com o aumento da corrente (dc) do diodo EFEITOS DA CARGA Em um circuito RC a ondulação, ripple, depende da relação entre constante de tempo τ=rc e o tempo de descarga do capacitor t. Quanto menor a relação t /τ menor será a ondulação. v ( t) = sen( ωt) i m t / τ oripplepp= op (1 e ) τ = RC t = tempo de descarga do capacitor 1 / f para meia onda 1 / 2f para onda completa t τ o ripple pp odc 0,01 1 % 0,02 2 % 0,05 5 % 0,1 9 % 0,2 18 % Considerando corrente constante Figura 14 Regulador zener com carga. Medir i e z com carga e sem carga Medir Iz com amperímetro. Medir Rs e Ro =z e calcular Ii e Io Ii = Rs /Rs=(i - z) / Rs Io = z / Ro Iz = Ii - Io i z Ii Io Iz ma ma ma I o ripple pp = t I = C odc R Nos circuitos onde existem dois ou mais capacitores em série, utilize o valor da capacitância equivalente série = + + C C C C EQ Itajubá, MG, janeiro de , 2008 UNIFEI/ IESTI - Kazuo Nakashima & Egon Luiz Muller Jr 6