Electrónica 1

ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MARÍTIMA

ELECTRÓNICA 2013/2014

Trabalho Prático Laboratorial Nº1 1. DÍODO A Fig. 1, representa a característica típica de um díodo de junção.

Fig. 1

2. APROXIMAÇÕES DO DIODO

Inicialmente ou numa primeira aproximação, um diodo comporta-se como uma chave electrónica fechada, quando directamente polarizado e como uma chave electrónica aberta, quando inversamente polarizado. Numa segunda aproximação incluímos uma tensão de limiar quando o diodo está directamente polarizado. Isto significa que consideramos uma tensão de 0,7V nos terminais de um diodo de silício quando em condução e uma tensão de 0,3V nos terminais de um diodo de germânio nas mesmas condições. A terceira aproximação inclui além da tensão de limiar a resistência do díodo (rB), isto é, a tensão nos terminais de um diodo em condução aumenta com o aumento da corrente. Para a verificação de defeitos e projectos, a segunda aproximação é usualmente adequada.

2.1. PARTE PRÁTICA MATERIAIS NECESSÁRIOS: 1- Fonte de alimentação de 0-20V; 1- Multímetro analógico ou digital;

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2.2. PROCEDIMENTO: 1) Monte o circuito da figura a seguir (circuito 1):

Ajuste a tensão na fonte até que a corrente no diodo seja de 10mA. Estime o valor da tensão VD no diodo e anote na tabela 1. 2) Meça a tensão VD no diodo e anote na tabela 1. 3) Ajuste a fonte até obter 50mA a passar no diodo. Estime a tensão VD e anote na tabela 1. Meça a tensão VD no diodo e anote na tabela 1.

TABELA 1: Dois pontos da curva do diodo polarizado diretamente I VD (valor estimado) VD (valor medido)

10mA 50mA

4) Nesta experiência, vamos considerar a tensão de joelho como sendo a tensão medida com 10mA no diodo, a qual deve estar bem próxima de 0,7V. Anote essa tensão na tabela 2. 5) Calcule a resistência do díodo usando a fórmula:

onde VD e ID são as variações medidas na tensão e na corrente anotadas na tabela 1. Anote rB na tabela 2.

Tabela 2: Valores do diodo Tensão de joelho (Vjoelho) =___________ Resistência de díodo (rB) =___________

3. A CURVA DO DIODO OBJECTIVOS: Conhecer as características de operação de um diodo, mais especificamente, o que ocorre na sua junção quando está directamente e inversamente polarizado; calcular a resistência cc da junção de um diodo.

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3.1. INTRODUÇÃO TEÓRICA

Uma resistência é um dispositivo linear porque a tensão nele aplicada e a corrente que por ele circula são proporcionais. Um diodo, por outro lado, é um dispositivo não linear, porque a tensão nele aplicada não é proporcional à corrente que por ele circula. Além disto, um diodo é um dispositivo unilateral porque ele conduz bem apenas quando está polarizado directamente. Nesta experiência pode medir as tensões e correntes num diodo polarizado directa e inversamente. Isto pode permitir desenhar a curva característica do diodo. 3.2. PARTE PRÁTICA

MATERIAIS NECESSÁRIOS: 1 - Fonte de alimentação de 0-20V; 1 - Multímetro analógico ou digital; 3.3. TESTE COM O OHMÍMETRO: Usando um multímetro como ohmímetro, meça as resistências cc, directa e inversa, de um diodo 1N4002. Se o diodo estiver em bom estado de funcionamento, você deverá obter um quociente acima de 1.000:1 nas medidas inversa/directa do diodo. 3.4. DADOS DO DIODO: Monte o circuito 1, usando uma resistência limitadora de corrente (RS) de 1k . Para cada valor de tensão listado na tabela 1, meça e anote as tensões VF e as correntes IF no diodo. A resistência RS actua como protecção da fonte, caso o diodo entre em curto, isto é, limitará a corrente que circulará pelo circuito.

Calcule os valores de resistência cc directa do diodo para cada corrente anotada na tabela 1.

TABELA 1: POLARIZAÇÃO DIRECTA

Vcc (V) VF(VS) (V) IF (mA) ( ) 0

0,5 1,0 2,0

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4,0 6,0 8,0 10,0 15,0 20,0

Inverta a polaridade da fonte de tensão. Para cada valor de tensão listado na tabela 2, meça e anote os valores de VR e IR do diodo.

TABELA 2: POLARIZAÇÃO REVERSA Vcc (V) VR (V) IR ( A) RR ( )

-1,0 -5,0 -15,0 -20,0

Calcule e anote os valores de resistência cc inversa do diodo para cada valor de tensão anotado na tabela 2. Apresente graficamente os valores obtidos nas tabelas 1 e 2 e desenhe a curva característica do diodo (I x V). Os procedimentos anteriores provam que o diodo conduz facilmente quando directamente polarizado e conduz muito mal quando inversamente polarizado. É como se fosse um condutor de um só sentido de condução. Com isto, calcule os valores de corrente nos circuitos 2 e 3. Registe estes valores na tabela 3.

TABELA 3: CONDUÇÃO DO DIODO Circuitos I(calculada) I(medida) Circuito 2 Circuito 3

Monte o circuito da figura 2 (polarização directa). Meça e anote a corrente no diodo na tabela 3.

Monte o circuito da figura 3 (polarização inversa). Meça e anote a corrente no diodo na tabela 3.

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3.5. VERIFICAÇÃO DE DEFEITOS: Monte o circuito 4. Calcule o valor da tensão na carga (VRL) e anote na tabela 4. Depois meça e anote o valor de VRL na mesma tabela.

Curto-circuite o diodo com uma ponta de fio. Calcule o valor de VRL nesta condição e anote na tabela 4. Depois meça e anote o valor de VRL na mesma tabela.

TABELA 4: VERIFICAÇÃO DE DEFEITOS CONDIÇÃO VRL (calculada) VRL (medida)

Diodo normal Diodo em curto Diodo aberto Retire a ponta de fio. Desconecte um lado do diodo. Calcule o valor de VRL e anote na tabela 4. Agora meça e anote o valor de VRL na mesma tabela 4. CIRCUITOS RECTIFICADORES Uma das aplicações mais importantes dos díodos, consiste na sua utilização como rectificadores, ou seja circuitos que permitem obter tensões contínuas a partir de tensões alternadas. A tensão obtida à saída de um rectificador, é composta por duas componentes, uma contínua e outra alternada. Como esta última é indesejável, associa-se geralmente aos rectificadores um filtro capacitivo que minimize a componente alternada.

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4.1. RECTIFICADOR DE MEIA ONDA Construa o circuito da fig. 2.

Fig.2

Considerando que vai utilizar os componentes indicados. (se não utilizar os componentes indicados deve indicar os que usou)

Ve(t) = 12 Vef ; f = 50 Hz (Tensão sinusoidal)

Díodo – 1N4007

Rc = 1 K

a) Trace as formas de onda dos sinais de entrada Ve(t) e saída Vo(t) e Vd, observados

no osciloscópio e determine os seus valores máximos. Comente os resultados obtidos.

b) Utilizando diferentes resistências Rc trace as formas de onda dos sinais de saída

Vo(t), observados no osciloscópio. Comente os resultados obtidos. Construa o circuito da fig. 3.

Fig.3

Considerando que vai utilizar os componentes indicados. (se não utilizar os componentes indicados deve indicar os que usou)

Ve(t) = 12 Vef ; f = 50 Hz (Tensão sinusoidal)

Díodo – 1N4007

Rc = 1 K

c) Trace as formas de onda dos sinais de entrada Ve(t) e saída Vo(t) e Vd, observadas

no osciloscópio e determine os seus valores máximos. Comente os resultados obtidos.

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4.2 RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA

Construa o circuito representado na Fig.4.

Fig.4

Ve(t) = 12 Vef ; f = 50 Hz (Tensão sinusoidal)

Díodo – 1N4007

Rc = 1 K

a) Trace as formas de onda dos sinais de entrada Ve(t) e saída Vo(t), observadas no

osciloscópio e determine os seus valores máximos. Comente os resultados obtidos. d) Utilizando diferentes resistências Rc trace as formas de onda dos sinais de saída

Vo(t), observados no osciloscópio. Comente os resultados obtidos. 4.3. RECTIFICADOR DE MEIA ONDA COM FILTRO CAPACITIVO Uma forma simples de obter tensões aproximadamente contínuas, consiste em utilizar rectificadores com filtro capacitivo Construa o circuito da fig.5.

Fig. 5

Ve(t) = 12 Vef ; f = 50 Hz (Tensão sinusoidal)

Díodo – 1N4007

Rc = 1 K

a) Observe no osciloscópio a forma do sinal de saída Vo(t), tendo em atenção os

valores de C e de Rc apresentados na tabela seguinte. Comente os resultados obtidos.

i) Rc = 560 C = 100 F ii) Rc = 1 K C = 100 F iii) Rc = 1 K C = 200 F

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4.4. RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA COM FILTRO CAPACITIVO Construa o circuito da fig.6

Fig. 6

Ve(t) = 12 Vef ; f = 50 Hz (Tensão sinusoidal)

Díodo – 1N4007

Rc = 1 K

b) Observe no osciloscópio a forma do sinal de saída Vo(t), tendo em atenção os

valores de C e de Rc apresentados na tabela seguinte. Comente os resultados obtidos.

i) Rc = 560 C = 100 F ii) Rc = 1 K C = 100 F iii) Rc = 1 K C = 200 F

5. CIRCUITOS RECTIFICADORES COM FALHAS Considere o circuito apresentado na figura 7.

Fig. 7

Considerando que o circuito tem falhas apresente o estudo por forma a que possibilite a identificação da falha existente no circuito.

Questões Teóricas de Resposta Rápida 1. Qual a estrutura dos díodos de junção? Justifique a importância dessa estrutura. 2. Qual o valor da tensão limiar de um díodo de junção? Justifique. 3. Indique outro tipo de rectificador de onda completa. Explique o seu funcionamento utilizando o respectivo circuito. 4. Compare os resultados obtidos com o rectificador de meia onda e o de onda completa com filtro capacitivo obtidos nos ensaios laboratoriais. Justifique a obtenção destes resultados. Relatório a Realizar Para a elaboração do relatório os alunos deverão ter em conta as seguintes indicações:

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a) O relatório deverá ser realizado segundo a configuração e estrutura do modelo

de relatórios disponibilizado; b) Descrição de todas as montagens realizadas e respectivos resultados

experimentais e teóricos esperados; c) Os gráficos e esquemas de circuitos a apresentar no relatório deverão ser

realizados no software Electronics Workbench; d) Resposta às questões teóricas enunciadas; e) O relatório deverá ser entregue duas semanas após a execução do ensaio

laboratorial;