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Experimento com Diodo

Elaboração Carlos R.O. Colnaghi RA 209507

Douglas A. Silva RA 209566

Gabriel B. Panza RA 208393

Rafael E. Santos RA 210641

Sérgio M. Santos RA 209389

Thiago Yuji Sasaki RA 207424

Orientação: Prof. José Vital

Araçatuba-SP

2018

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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

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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 corrente-tensão 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.

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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.

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SUMÁRIO

1. Introdução ............................................................................................................................... 1 2. Objetivos ................................................................................................................................... 3 2.1 Objetivo geral ....................................................................................................................... 3 2.2 Objetivos específicos ........................................................................................................ 3 3. Pressuposto Teórico ........................................................................................................... 4 4. Métodos e Técnicas de Pesquisa .................................................................................... 5 5. Conclusão .................................................................................................................................. 8 6. Referências Bibliográficas ................................................................................................ 9

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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

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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).

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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.

2.1 Objetivo Geral

Entender na prática a não linearidade entre a voltagem aferida no diodo e a

corrente elétrica que o atravessa.

2.2 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.

3

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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:

4

Voltagem

Corrente

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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.

5

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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)

(VF)

Tensão

no

Diodo

(Vd)

Tensão no

Resistor

(Vr)

Corrente

elétrica

(VF - Vd)/(Vr)

em Ampares

Corrente

elétrica em

mili amperes

0 0 0 0 0

0,1 0,0975 0,0007 7E-08 0,00007

0,2 0,1943 0,0023 2,3E-07 0,00023

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 0,000046 0,046

1 0,46 0,63 0,000063 0,063

2 0,5 1,53 0,000153 0,153

3 0,53 2,5 0,00025 0,25

4 0,53 3,48 0,000348 0,348

5 0,55 4.46 0,000446 0,446

6

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Relação entre Voltagem no Diodo e na Corrente que o atravessa, no nosso

experimento:

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.

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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.

8

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6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFIAS

1. Boylestad, Robert L. Introdução à Análise de Circuitos. 12ª ed. São Paulo:

Pearson, 2012.

2. Francisco Ramalho Júnior; Nicolau Gilberto Ferraro e Paulo Antônio de

Toledo. Os Fundamentos da Física 1. Mecânica 9ª ed. São Paulo: Moderna, 2007.

3. Eletrônica Didática. http://www.eletronicadidatica.com.br/componentes/

diodo/diodo.htm Acesso em 02Abr2018

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