NOMES: AMANDA CASSIOLATO BARALDI RA: 140498 ERICK ROBERT MEDEIROS RA: 142336 MARCUS WINICIUS DE OLIVEIRA RA: 141645 ROGER NUNES DO NASCIMENTO RA: 141421 TURMA: LA1PEN3/9438 DATA DA EXPERIÊNCIA: 17/08/2015 DATA DA ENTREGA: 24/08/2015 1 DIODOS SEMICONDUTORES E CURVAS CARACTERÍSTICAS 1.1 OBJETIVOS Familiarização do aluno com diodos semicondutores; Identificação dos terminais do diodo com uso do multímetro digital; Obtenção das curvas características de diodos através de medidas de tensão e corrente. 1.2 INTRODUÇÃO Existem diversos tipos de diodos, muitos deles projetados e construídos com finalidades específicas. Os diodos semicondutores são apresentados comercialmente encapsulados em invólucros de vários tipos e materiais, como por exemplo, vidro, plástico ou metal. Quando o diodo suporta corrente de valor elevado, o invólucro é feito de material bom condutor térmico o que permite sua instalação em dissipadores ou radiadores de calor que irradiam o calor mais facilmente. Os fabricantes fornecem folhas de dados sobre os diodos que trazem curvas características e especificações do diodo em condições de teste. Além da identificação do diodo e do conhecimento de suas características elétricas é importante que se possa a partir de ensaios simples e rápidos realizados em laboratório se constatarem algumas de suas características elétricas. No quadro 1.1 verifica-se as características básicas para escolha de um diodo zener.

Quadro 1.1 - Tabela de diodos - ZENER Códig

o Tensã

o Watt

s Códig

o Tensã

o Watt

s Códig

o Tensã

o Watt

s 1N957 6,8 0,4 1N524

6 16 0,5 1N533

3 3,3 5

1N958 7,5 0,4 1N5248

18 0,5 1N5334

3,6 5 1N959 8,2 0,4 1N525

0 20 0,5 1N533

5 3,9 5

1N960 9,1 0,4 1N5251

22 0,5 1N5336

4,3 5 1N961 10 0,4 1N525

2 24 0,5 1N533

7 4,7 5

1N962 11 0,4 1N5254

27 0,5 1N5338

5,1 5 Em geral, o símbolo do diodo ou alguma marca é utilizado para a identificação dos terminais do diodo. Veja alguns exemplos visto na figura 1.1.

Figura 1.1 - Simbologia usada para diodos

Embora a identificação dos terminais do dispositivo possa ser feita através de inspeção de seu corpo, é necessário saber se o diodo está em condições de ser utilizado. Um teste rápido com o multímetro possibilita a verificação dessa condição. Nas figuras 1.2 e 1.3 estão ilustrados os diversos modelos de diodos.

Figura 1.2 - Diodos para correntes de baixo valor

Figura 1.3 - Diodos para correntes de elevado valor

1.2.2 Diodos Especiais Existem diversos tipos de diodos com características especiais para aplicações específicas. Os LED´s (Light Emitting Diode - diodo emissor de luz) pertencem a categoria dos dispositivos opto-eletrônicos. Embora com um comportamento semelhante ao diodo de silício ou germânio é utilizado outro tipo de semicondutor na construção dos LED´s, o arsenieto de gálio (AsGa) e outros materiais como o fósforo. Os LED´s tem por função emitir luz, quando diretamente polarizados (figuras 1.4 e 1.5).

Figura 1.4 - Diodos emissores de luz de diversas cores

Figura 1.5 - Identificação de um LED comum

1.2.3 Teste Do Diodo Com O Multímetro Com o multímetro analógico selecionado como ohmímetro, podem-se testar diodos através da análise das resistências encontradas, nos sentidos, direto e inverso (figura 1.6).

Figura 1.6 - Multímetro como ohmímetro

No sentido direto, o diodo deve apresentar baixa resistência, pois conduz muito bem. No sentido inverso deve apresentar resistência elevada. Embora seja um teste rápido, não permite constatar características elétricas fornecidas pelo fabricante. Esse teste permite verificar somente a função básica do diodo. O teste com o multímetro analógico consiste basicamente em conectar-se os terminais do diodo com a bateria interna do instrumento de medida. Dessa forma pode-se medir a resistência ôhmica do diodo quando diretamente e reversamente polarizado, invertendo-se as pontas de prova do multímetro. Ao utilizar-se de multímetros digitais, o processo é ainda mais simples, pois em sua maioria, os multímetros digitais possuem uma função especial para teste de semicondutores que indica a tensão de condução do diodo. 1.2.4 Curvas Características A curva característica de um dispositivo é a representação gráfica da corrente elétrica em função da tensão aplicada à seus terminais. A curva característica )( DD VfI de um diodo mostra que em polarização direta só haverá corrente significativa depois de vencida completamente a barreira de potencial interna que impõem uma queda de tensão de aproximadamente 0,7V entre seus terminais. A partir desse ponto a corrente aumenta muito para pequenos acréscimos de tensão aplicada. Pode-se dizer que a tensão entre seus terminais permanece praticamente constante quando conduz.

Em polarização reversa, a corrente é praticamente nula até que se atinja certo valor de tensão, diferente para diferentes tipos de diodos, conhecida como BRV (tensão de Break Down). A partir desse valor, inicia-se um processo de condução no sentido inverso. Diz-se que nesta condição o diodo está no estado de ruptura, pois foi vencida a barreira de potencial interna. Há diodos fabricados para trabalhar na condição de polarização inversa e suportar a dissipação de potência que ocorre nessa situação. São os diodos conhecidos como ZENER e diodos de efeito avalanche. A curva característica de um diodo zener é mostrado na figura 1.7.

Figura 1.7 - Curva característica do diodo

1.3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1.3.1 Materiais Necessários 1 multilab; 1 amostra de diodos; 2 multímetros digitais; 1 placa experimental nº1; 1 fonte DC digital; 6 cabos de ligação banana-bananinha.

1.3.2 Teste Dos Diodos 1-Teste os diodos da amostra fornecida, utilizando um multímetro digital (figura 1.8), para verificar seu estado de condução e identificar seus terminais.

Figura 1.8 - Multímetro para teste

1.3.3 Curvas Características 1-Monte o circuito descrito na figura 1.9 no multilab, conectando um miliamperímetro em J3 e um voltímetro entre o J5 e J7.

Figura 1.9 - Layout diodo da placa experimental nº1

2-Conecte através de cabos de ligação a fonte CC ajustável do multilab aos pontos J1 (+) e J2 (-). 3-Varie a fonte de tensão CC de 0 a 10 volts, de 1 em 1 volt aproximadamente. Utilize a tensão indicada na fonte apenas como uma referência de valores. Faça as leituras de tensão e corrente no diodo sob condição de ensaio e anote os valores lidos no quadro 1.2. 4-Inverta a polaridade da tensão CC do circuito, ligando a fonte de tensão CC ajustável aos pontos J1 (-) e J2 (+).

5-Varie a fonte de tensão de 0 a 10 volts, de 1 em 1 volt. Faça leituras de tensão e corrente no diodo sob condição de ensaio e anote os valores lidos no quadro 1.2. Obs: os valores no sentido inverso são negativos.

Quadro 1.2 - Valores característicos do diodo comum Direto Vd (V) Id (mA) Inverso Vd (V) Id (mA)

0 0 0 0 0 0 1 0,537 0,51 1 -1,038 0 2 0,591 1,45 2 -2,034 0 3 0,617 2,38 3 -3,056 0 4 0,636 3,40 4 -3,999 0 5 0,650 4,40 5 -5,05 0 6 0,661 5,43 6 -5,97 0 7 0,670 6,38 7 -6,98 0 8 0,678 7,36 8 -8,00 0 9 0,686 8,36 9 -8,95 0

10 0,692 9,41 10 -10,00 0

6-Mude a ligação do miliamperímetro para J4. 7-Repita o procedimento experimental dos itens 3, 4, e 5.

Quadro 1.3 - Valores característicos do diodo zener Direto Vd (V) Id (mA) Inverso Vd (V) Id (mA)

0 0 0 0 0 0 1 0,692 0,29 1 -0,980 0 2 0,735 1,25 2 -1,983 0 3 0,753 2,26 3 -3,044 0 4 0,764 3,27 4 -4,04 0 5 0,773 4,26 5 -4,98 -0,04 6 0,779 5,23 6 -5,49 -0,50 7 0,786 6,23 7 -5,60 -1,37 8 0,791 7,27 8 -5,63 -2,41 9 0,796 8,30 9 -5,65 -3,38

10 0,800 9,32 10 -5,65 -4,36

8-Com os dados obtidos obtenha a curva característica de cada diodo.

Figura 1.10 – Curva característica do diodo comum

Figura 1.11 – Curva característica do diodo zenner

9 – Responda as questões: a) Explique o comportamento das curvas características dos dois modelos

de diodos. Curva característica diodo comum: Só haverá corrente significativa depois de vencida completamente a barreira de potencial interna, que impõe uma queda

de tensão entre seus terminais. Em polarização reversa, a corrente é praticamente nula até que se atinja determinado valor de tensão. A partir desse valor, inicia-se um processo de condução no sentido inverso. Diz-se que nesta condição o diodo está no estado de ruptura, pois foi vencida a barreira de potencial interna. Curva característica diodo Zener: Diretamente polarizado, ele conduz como um diodo comum. Porém, em polarização reversa, na área de ruptura, a tensão é praticamente constante, aproximadamente igual a Vz em quase toda a região de ruptura.

b) Um diodo zener pode substituir o diodo convencional em qualquer situação?

Não, o diodo Zener é recomendado apenas para circuitos reguladores de tensão, pois sua corrente de ruptura é muito menor que a dos diodos convencionais.

c) Explique a nível atômico: por que o diodo convencional conduz a corrente para apenas para uma direção?

Quando dois materiais do tipo P e N são unidos, elétrons e lacunas próximos à junção atuarão num processo de recombinação, resultando uma região denominada região de depleção. Com a aplicação de uma tensão positiva aos terminais P e N (polarização direta), se o potencial externo vence a barreira de potencial interna do diodo, a região de depleção diminui, fazendo assim com que os elétrons preencham as lacunas, permitindo o fluxo dos elétrons. No sentido inverso, são criadas na barreia de depleção mais lacunas e elétrons aumentando a barreira de potencial, assim impossibilitando a transição de elétrons de um polo a outro. 10 – Faça a conclusão sobre o experimento. Com base no principio de conceitos do diodo que foi abordado pelo professor no laboratório, identificamos na prática devida as medições resultados que comprovam toda teoria. Também conhecemos os tipos especiais de

semicondutores que podem ser encontrados e suas diferentes características do diodo comum. Por fim, todos do grupo podemos compreender a importância da utilização dos semicondutores em um circuito eletrônico, que é amplamente utilizado em projetos.