Contedo 1. RESUMO .............................................................................................................................. 2

2. INTRODUO TERICA ................................................................................................... 2

3. OBJETIVOS ........................................................................................................................... 3

4. MATERIAS E MTODOS UTILIZADOS ............................................................................ 3

4.1. Materiais Utilizados: ....................................................................................................... 3

4.2. Mtodos Utilizados .......................................................................................................... 3

5. RESULTADOS E DISCUSSES .......................................................................................... 5

6. CONCLUSO ...................................................................................................................... 10

7. BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................. 11

7. 1. Livros ................................................................................................................................ 11

7. 2. Sites ................................................................................................................................... 11

1. RESUMO

O relatrio referente ao sexto experimento realizado no laboratrio da disciplina de

Eletrnica Analgica I aborda primeiramente as principais caractersticas e conceitos acerca

do diodo Zener, seu princpio de funcionamento, bem como valores tericos de tenso e

corrente de trabalho. Em seguida so expostos os materiais utilizados e os procedimentos de

execuo do experimento. O procedimento experimental foi divido em duas etapas distintas.

A primeira etapa consistiu na obteno e estudo da curva caracterstica de um diodo Zener da

famlia 1N4730, por meio de um Osciloscpio digital, enquanto a segunda parte consistiu na

aplicao do diodo Zener em um circuito regulador de tenso, onde foram analisados e

comparados os sinais de entrada e sada. Os valores tericos de tenso foram obtidos atravs

de clculos matemticos, considerando alguns valores simplificados e/ou predeterminados. O

circuito proposto tambm foi simulado via software Multisim. Os valores obtidos no

experimento foram comparados aos tericos bem como aos obtidos por simulao.

Os resultados obtidos nos trs mtodos tiveram uma semelhana satisfatria, onde os

valores tericos comprovam e verificam os experimentais e de simulao. Erros de medio,

falta de percia no manuseio dos equipamentos, arredondamento de valores e falta de preciso

nos instrumentos podem ter ocasionado erros e variaes nos valores e com isso divergncias

nos valores experimentais. E por fim, a concluso rene uma sntese sobre o conhecimento

adquirido e a importncia do estudo em questo.

2. INTRODUO TERICA

Os diodos Zener ou Diodos de Ruptura so como diodos retificadores que operam na

regio de ruptura inversa. Os circuitos com diodo Zener so comumente utilizados como

reguladores de tenso j que estes podem fornecer uma mesma tenso mdia ainda que varie a

corrente.

Na maioria das aplicaes do diodo Zener a corrente[Iz] passa pelo catodo e depois pelo

anodo. Nesses casos o catodo torna-se positivo em relao ao anodo.

Figura 1 Simbologia diodo Zener

A curva caracterstica do diodo Zener semelhante a de um diodo normal, no qual um

diodo Zener opera na polarizao inversa, mas sendo polarizado diretamente um diodo Zener

funciona como um diodo normal com Vd=0,7V( se diodo for de silcio).

Na curva caracterstica de um diodo Zener a tenso de ruptura tambm denominada

tenso Zener. Nessa regio de ruptura o diodo Zener mantm, quase que constante, Vz mesmo

que haja uma variao significativa no valor da corrente[I].

Caso I seja maior que Izmx o diodo Zener ser danificado.

Figura 2 Curva caracterstica diodo Zener

O uso do diodo Zener em projetos est sendo reduzido j que este componentes esto

sendo substitudos gradativamente por CIs(circuitos integrados), especialmente em projetos

de fontes como regulador paralelo(shunt). Nos quais, os CIs so mais eficientes e possuem

maior flexibilidade.

3. OBJETIVOS

O experimento 6 Diodo Zener visa entender o funcionamento e as propriedades deste diodo, alm de realizar o levantamento de sua curva caracterstica.

4. MATERIAS E MTODOS UTILIZADOS

4.1. Materiais Utilizados:

01 resistor de 10k; 01 diodo Zener 1N4730 de 3,9V; 01 diodo 1N4148; 01 capacitor eletroltico 100F; 01 gerador de funes; 01 osciloscpio; 01 protoboard; Cabos para conexo; Pontas de prova para os instrumentos de medio; Software Multisim.

4.2. Mtodos Utilizados

O procedimento experimental divido em duas partes.

4.2.1 Curva VdxId do diodo atravs do Osciloscpio

Primeiro medimos a tenso no diodo no modo direto[Vdd] e reverso[Vdr].

Mensuramos Vdd = 0,707V e Vdr = 0V.

Depois montamos no protoboard o circuito de acordo com a Figura 3, utilizando o

diodo 1N4730 e o resistor de 10k, e configuramos o gerador de funes num sinal senoidal

de 10Vp e 1kH.

Aps alterarmos as pontas de prova do osciloscpio e o osciloscpio em 1X medimos

o sinal referente tenso no diodo pelo canal 1(eixo x, horizontal) e o sinal referente

corrente no diodo (tenso em R1) pelo canal 2(eixo y, vertical).

Usamos o acoplamento DC nos canais e invertemos o canal 2. E, por ltimo, alteramos

o osciloscpio para o modo XY para realizamos a anlise do sinal (curva caracterstica do

diodo Zener).

Figura 3 Circuito I

4.2.2 Regulador de tenso com o Zener

Com o gerador de funes, o osciloscpio e as pontas de prova j regulados, apenas

montamos no protoboard o circuito da Figura 4. Medimos o sinal sobre o resistor R1 e o sinal

de entrada do gerador para realizamos as anlises dos sinais.

Figura 4 Circuito II

5. RESULTADOS E DISCUSSES

5.1. Curva VdxId do diodo atravs do Osciloscpio

A forma de onda obtida atravs do osciloscpio apresentou algumas inconsistncias

devido s prprias limitaes e caractersticas do aparelho, como pode ser visto na figura 7 e

no esboo da curva, figura 6.

Um resultado mais satisfatrio foi obtido por meio da simulao do circuito no

Multisim, onde pode-se utilizar um osciloscpio diferente do usado no experimento, com

canais isolados ou independentes. Pela curva obtida no software (figura 8), pode-se visualizar

esquerda do eixo central a regio Zener, o joelho onde se localiza a tenso reversa mnima (Vz) necessria para que o diodo conduza no sentido reverso e assim realize a regulao de

tenso. direita do eixo vertical central pode-se visualizar que o Zener apresenta uma curva

caracterstica igual a de um diodo comum sob polarizao direta, em que assume um

comportamento exponencial sob uma tenso maior que sua tenso de saturao.

Figura 5 Circuito I para curva caracterstica

Figura 6 Esboo da curva caracterstica do diodo Zener _ circuito I

Figura7 Curva caracterstica do diodo Zener _ circuito I _ Osciloscpio

OBS.: A curva caracterstica no deveria ser esta forma geomtrica, no qual os lados direito e

inferior no deveriam existir. Este problema ocorreu devido ao osciloscpio utilizado que tem

apenas um terra, comum a todos os canais de entrada.

Figu

ra 8 Curva caracterstica do diodo Zener _ circuito I _ Multisim

5.2. Regulador de tenso com o Zener

Nesse circuito foi utilizado um diodo em srie com gerador de funo, um capacitor

em paralelo com o gerador de funo e um diodo Zener tambm em paralelo com o gerador

de funo. Os componentes tm as seguintes funes:

O Diodo D2 (ver figura 09) retifica a onda de entrada, de tal forma que somente a

tenso positiva, oriunda do semiciclo positivo, ou seja, da polarizao direta do diodo, adentra

no circuito. O Capacitor C1 carregado no semiciclo positivo e se descarrega pela carga no

perodo de ausncia de tenso sobre ele, o que aumenta a tenso mdia sobre a carga. A rampa

de descarga do capacitor visvel na forma de onda sobre a carga (ver figura 12).

O Diodo Zener foi inserido no circuito de forma a sempre se polarizado reversamente,

ou seja, tenso no catodo maior que tenso no anodo. O diodo zener utilizado tem a tenso de

operao, ou tenso Zener igual a -3,9v, o que significa que sempre que o mdulo da teno

reversa sobre ele ultrapassa esse valor, o mesmo regula a tenso para 3,9v, por meio de um

dreno de corrente.

Observao: o Diodo Zener est conectado em paralelo com o capacitor, o que faz

com que o capacitor s se carregue at a tenso limitada pelo Zener.

Figura 9 Circuito II Regulador de Tenso

Figura 10 Esboo sinal de entrada e sada do circuito II

Obs.: Valores do sinal de sada do esboo acima: Vmx = 3,6V e Vmin = 3,2V. Valores do

sinal de entrada do esboo acima: Vmx = 4,6V e Vmin = -10V.

Figura 11 Sinal de entrada e sada do circuito II _ Ociloscpio

OBS.: O sinal de entrada, nas figuras relacionadas aos dados do laboratrio, no est pleno

Vpp = 20V) devido ao diodo zener que influenciou decaindo o sinal de entrada.

Os sinais vistos acima apresentam tenses mximas de entrada (4,60V) diferentes de

tenses mximas na carga (3,8V). Isso se deve ao fato de existir uma queda de tenso no

diodo D2, o que faz com que o Zener atue quando a tenso de entrada est aproximadamente

0,7V acima da tenso de Zener.

Figura 12 Sinal de entrada e sada do circuito II _ Multisim

Clculo do tempo de descarga do capacitor:

= RC (1)

t descarga = 5 (2)

T=1/F (3) , Onde a constante de tempo capacitiva, C capacitncia, R resistncia, T representa o perodo e F a frequncia.

Por meio da equao (1), obtm-se que =(10000)x(100uF). Substituindo este valor em (2), obtm-se o tempo de descarga: t descarga = 5 (1) = 5s.

A equao (3) permite calcular o perodo da tenso de entrada, nesse caso:

T=1/1kHz = 1ms.

Comparando os valores pode se concluir que: t descarga = 5s >> 1ms (Perodo da tenso de entrada)

logo, teoricamente, a tenso mnima na carga aproximadamente 3,90V.

Valores Tenso Mxima na carga Tenso Mnima na carga

Experimental 3,80V 3,20V

Simulao computacional 4,03V 3,83V

Terico 3,90V (VZener) ~3,90V

Tabela01: valores obtidos por meio terico, computacional e experimental.

Os valores de tenso mxima sobre a carga, apresentaram uma pequena variao para

menos no mtodo experimental, e uma pequena variao para mais na simulao em relao

ao valor terico. A tenso mnima na carga apresentou pouqussima diferena entre o terico

e a simulao, mas uma diferena considervel entre o valor terico e o experimental.

6. CONCLUSO

Todo o procedimento experimental foi realizado por completo, assim foram desenvolvidas

anlises de formas de ondas e com o auxlio de um protoboard foram montados dois circuitos

eltricos: Circuito I Diodo Zener em srie, e o Circuito II Diodo Zener em paralelo com um capacitor (regulador de tenso). O experimento tambm foi simulado na plataforma de

simulao multisim, assim, realizando anlises e discusses entre o contexto terico e

experimental.

A realizao deste experimento contribuiu para o aprendizado do funcionamento de um diodo

zener, e sua diferena entre um diodo comum de juno PN. Ou seja, diodos mais comuns

quando inversamente polarizados praticamente no conduzem corrente eltrica a no ser que

ultrapassem a tenso de ruptura. E no diodo zener semelhante, mas sem aquele efeito

avalanche que ocorre nos diodos comuns e a tenso de ruptura (tenso zener) bem menor

que a tenso de um diodo comum de juno PN. Observamos estes detalhes atravs da curva

obtida pelo Circuito I.

7. BIBLIOGRAFIA

7. 1. Livros

DISPOSITIVOS ELETRNICOS E TEORIA DE CIRCUITOS, ed. 3 - ROBERT L.

BOYLESTAD e LOUIS NASHELSKY - Pearson, 2009.

7. 2. Sites

http://www.ibytes.com.br/a-principal-funcao-do-diodo-zener-e-manter-a-tensao-sempre-

constante/

http://www.ebah.com.br/content/ABAAABqI0AJ/diodo-zener