Fundamentos de Electrónica Laboratório

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Sara Macedo da Costa
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1 Fundamentos de Electrónica Laboratório Díodo de Junção Semicondutor Regime dinâmico IST-2013/2014 2º Semestre

2 Objectivo om este trabalho pretendem atingir-se três objectivos: a. Observar experimentalmente o funcionamento do díodo em regime de comutação. b. Observar experimentalmente a variação da resistência incremental do díodo com a tensão de polarização num circuito atenuador. Lista de Material O equipamento utilizado neste trabalho é o seguinte: 1. Gerador de funções FG Fonte de tensão TEKTRONIX PS503A 3. Multímetros TEKTRONIX DM502A Osciloscópio Tektronix TDS 340A 5. Placa de circuito impresso, figura 1, com os seguintes componentes a. Díodo 1N4002 b. Resistências 1kΩ -2 1

3 A. Preparação do Laboratório I. O díodo em regime de comutação Utilizando o programa SPIE simule o circuito da Fig A tensão de entrada v 1 é uma onda quadrada com 5V de amplitude (10V pico a pico) e frequência f=1khz. Para tal proceda do seguinte modo: Entre em Get New Part; Seleccione VPULSE; Escolha os parâmetros do gerador conforme indicado na figura. Admitir-se-á que o tempo de atraso TD=0, os tempos de subida e descida TR e TF são 10% do período PER e a largura do impulso PW é igual a metade do período PER. 2. Obtenha um gráfico com a tensão de entrada de entrada v 1, a tensão de saída v o (aos terminais de R1) e a tensão no díodo v D, durante 3 períodos da tensão de entrada. Para tal seleccione o menu Setup Analysis, active Transient, escolha como Final Time o valor de 3ms (3 períodos) e como Step eiling 100us (10% do período). 3. Repita os pontos anteriores para f=50khz e f=1mhz Fig.1 ircuito para análise do regime de comutação de um díodo (D1 D1N4002) II. ircuito atenuador com díodo 1. Para o circuito da Fig.2(a) obtenha analiticamente a característica V O (V ) quando V varia entre 0 e 15V para v i = 0. Admita que o comportamento do díodo em 2

4 regime estacionário é descrito por um modelo linear por troços como o representado na Fig.2(b). 2. Para V =5, 10 e 15 V, determine os valores das correntes no díodo I D em regime estacionário assumindo a aproximação linear por troços do díodo. Usando o modelo exponencial e aceitando os valores de I D anteriores, determine os valores da resistência incremental r d do díodo D para V =5, 10 e 15 V. onsidere n=2. Nota: De acordo com o modelo exponencial, o valor da resistência incremental do díodo (válida para pequenos sinais ou seja, nu T nut directamente polarizado é dado por rd =. ID + Iis ID u D << U 26mV) quando este se encontra alcule a amplitude de v 0 (t) quando v i é um sinal sinusoidal com amplitude frequência 1kHz. T V = 1V e 3. om o programa SPIE desenhe o circuito da Fig.2(a) quando v i é um sinal sinusoidal com amplitude V = 1V e frequência 1kHz. Usando OPY e PASTE, M obtenha na mesma página três cópias do mesmo circuito com valores distintos de V ( 5V, 10 V e 15 V ). Para cada valor de V registe o valor de r D REQ do díodo. Obtenha num mesmo gráfico a tensão v 0 (t) para V = 5V, 10 V e 15 V. Determine o valor da amplitude de v 0 (t) para cada valor de V. M R 1 R 2 i D V + - ~ v i D1 i D v O 0 V γ v D (a) (b) Fig.2 (a) ircuito atenuador com díodo. (b) aracterística linear por troços do díodo D. Admita V γ = 0, 6V e R1 = R2 = 1 kω. 3

5 B. Trabalho experimental I. O díodo em regime de comutação anal 2 D1 OSILOSÓPIO anal 1 v i R vo Fig.3 ircuito para medida da resposta do díodo em regime de comutação. 1. Efectue a montagem da Fig.3 em que D1 é o díodo D1N4002 e R = 1 kω. O sinal v i é obtido a partir do gerador de funções FG503A. 2. Programe o gerador de funções FG503A de modo a que o sinal de saída seja uma onda quadrada que varie entre 5V e + 5V. 3. Para um sinal v i com uma frequência f = 50kHz : Observe no osciloscópio a tensão v i do gerador e a tensão de saída v 0 aos terminais da resistência. Seleccione o canal Math no osciloscópio. Subtraia da tensão tensão v 0 (canal 2) e obtenha assim a tensão aos terminais do díodo v D. Imprima ou guarde num ficheiro as formas de onda observadas. Visualize as mesmas ondas para f = 500 Hz e f = 500 khz. v i (canal 1) a Interprete as diferenças encontradas nas curvas obtidas para as diferentes frequências. Para f=50 khz, determine os tempos de armazenamento e de recuperação de corte. II. ircuito atenuador com díodo 1. Efectue a montagem da Fig.4 em que R1 = R2 = 1 kω e o díodo é o D1N4002. O sinal v i é obtido a partir do gerador de funções FG503A e a tensão V é obtida a partir da fonte de tensão PS503A. 4

6 2. Ajuste o gerador de funções FG503A de modo a obter um sinal alternado sinusoidal com 1 V de amplitude e frequência 1 khz. 3. onsidere V = 5V. Observe no osciloscópio, no modo A, a tensão v i (canal 1) e a tensão v o (canal 2) 4. Represente num mesmo gráfico as formas de onda correspondentes a v i e a v o para V = 5 V, V = 10 V e V = 15 V. Nesse sentido transfira para o seu P as formas de onda correspondentes a v o e v i, utilizando o programa de software fornecido. 5. Imprima ou guarde num mesmo documento o gráfico que envolve as 4 curvas observadas. Faça uma estimativa do valor da resistência incremental do díodo quando V = 5 V, 10 V e 15 V e compare com os valores teóricos e de simulação. R 1 INPUT VΩ Multímetro DM502A LO + V - ~ v i R 2 D1 v O anal 2 OSILOSÓPIO anal 1 Fig.4 - ircuito de ensaio para o atenuador com díodo. 5

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