Relatório 6 - Diodo Retificador PDF

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Referências Bibliográficas (1) DIAS, Nildo Loiola. Laboratório de Eletricidade (Roteiros de Práticas). Fortaleza: Departamento de Física, UFC, 2018. (2) BOYLESTAD, Robert L. Introdução à Análise de Circuitos - 12ª ed – São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2012. (3) MUNDO DA ELÉTRICA. Diodo Retificador. Disponível em:

Acesso em 10 de Maio de 2018.

1. Objetivos -

Levantar a curva característica de um diodo retificador; Determinar o ponto de trabalho de um diodo, utilizando uma reta de carga;

2. Materiais -

Fonte de alimentação 0 a 30 V - DC; Resistor (470 Ω); Diodos (um de Silício 1N 4007 ou equivalente e um de Germânio 1N60); Multímetros Digitais (dois de modelos diferentes); Cabos (dois pequenos, dois médios e dois grandes);

3. Introdução Diodo retificador é um dispositivo eletrônico polarizado que permite a passagem de corrente elétrica em apenas um sentido. Diferente do resistor, o diodo possui um comportamento não linear e seus terminais são definidos como catodo (negativo) e anodo (positivo). A figura 1 apresenta a representação de um diodo, seguido do seu formato original: Figura 1: Representação de um Diodo Retificador.

Fonte:

Dizemos que o diodo está diretamente polarizado quando seus terminais estão conectados aos terminais de uma fonte de tensão com polaridade respectiva (positivopositivo e negativo-negativo); caso contrário, o chamamos de inversamente polarizado. Diodos só conduzem corrente elétrica a partir do potencial Vd (como ilustra o gráfico a seguir), no caso de diretamente polarizado, ou a partir da tensão reversa máxima, no caso de inversamente polarizado. Para valores entre esse intervalo, a corrente é muito pequena ou inexistente.

Figura 2: Gráfico de corrente máxima X tensão máximo.

Fonte: Roteiro de Práticas

Chegamos então ao ponto de interesse, definindo as Leis de Kirchhoff para um circuito com um diodo retificador em série, como apresentado na Figura 2. Figura 3: Circuito resistivo com um diodo retificador.

Fonte: Roteiro de Práticas

Usamos a lei das Malhas e encontramos a equação: E−RI −V =0 Manipulando a Equação (1): V =E−RI

(1) (2)

Se plotarmos um gráfico de I em função de V, obtemos uma reta denominada reta de carga. Portanto, se considerarmos o ponto da reta sobre o eixo dos I: E V =0 =¿ I = (3) R Já para o ponto da reta sobre o eixo V: I =0=¿ V =E(3) O gráfico a seguir apresenta a reta de carga, com o ponto Q sendo a interseção, solução que satisfaz ambas simultaneamente, ou ponto de trabalho.

Figura 4: Ponto de trabalho em um Diodo.

Fonte: Roteiro de Práticas

4. Procedimento 1: Teste de diodo com multímetro Inicialmente, para analisar as propriedades de um diodo, medimos os valores das resistências com o componente diretamente e reversamente polarizado, com um multímetro. Um diodo em perfeitas condições apresenta alta resistência, quando medido em sentido reverso, e baixa resistência, quando medido em sentido direto. No caso de ambos os sentidos apresentarem baixa resistência, o diodo estará em curto. Já para o inverso, ambos com alta resistência, o diodo estará em aberto. Para um diodo com resistência não muito alta no sentido reverso, afirmamos que ele está com fuga. Medimos a polarização direta conectando o positivo do multímetro no positivo do diodo e o negativo do equipamento no terminal negativo do mesmo componente. Para a medição reversa, aplicamos terminais opostos. Sendo assim, utilizando o teste específico para diodo, testamos os diodos fornecidos com os dois modelos de multímetros digitais; tanto diretamente quanto reversamente polarizados. Os resultados obtidos podem ser vistos abaixo Tabela 1: Teste de diodo com multímetros digitais

Multímetro Modelo

Polarização direta (Silício)

Polarização reversa (Silício)

Polarização direta (Germânio)

Polarização reversa (Germânio)

DT830B

606 576

INFINITO INFINITO

346

INFINITO

Consideramos os valores obtidos em cada multímetro, quando reversamente polarizado, como infinito, visto que não podemos definir um valor, por ser muito alto. Sendo assim, quando estiver reversamente polarizado, a passagem de corrente é quase nula. No caso de cada material, observamos que o silício possui uma resistência maior em relação ao germânio, que pode ser explicado pelo fato do silício possuir um potencial maior que o segundo.

5. Procedimento 2: Levantamento da curva característica de um diodo de Silício Montamos o circuito da figura abaixo com um diodo de Silício IN4002, ajustamos a tensão da fonte de forma a ter no diodo os valores de tensão indicados na tabela abaixo e medimos a corrente para cada nível de tensão: Figura 5: Circuito com diodo diretamente polarizado

Fonte: Roteiro de práticas.

VD (V) ID (mA)

0 0

0,2 0,00012

Tabela 2: Corrente Versus tensão sob Polarização direta 0,4 0,5 0,6 0,65 0,7 0,014 0,18 1,35 3,6 10,1

0,75 30,1

0,8 73,6

Invertemos a polaridade, como na figura 6, e medimos, novamente, a corrente: Figura 6: Circuito com diodo diretamente polarizado

Fonte: Roteiro de práticas.

VD (V) ID (uA)

Tabela 3: Corrente Versus tensão sob Polarização reversa 0 5 10 15 20 25 0 0,5 1 1,5 2,05 2,51

30 2,99

6. Procedimento 3: Levantamento da curva característica de um diodo de Germânio Repetimos o procedimento 2, trocando o diodo de Silício utilizado por um de germânio (1N60) e medimos o seu comportamento para polarização direta: Tabela 4: Corrente Versus tensão sob Polarização direta.

VD (V) ID (mA)

0 0

0,2 0,206

0,3 0,634

0,4 1,266

0,5 2,028

0,6 3,02

0,7 3,92

0,8 5

0,9 6,09

E para polarização reversa, com o cuidado de manter a tensão máxima como 15 V, por conta do diodo suportar até, no máximo, 20 V de tensão reversa: Tabela 5: Corrente Versus tensão sob Polarização reversa

VD (V) ID (uA)

0 0

3 2,17

6 3,7

9 5,3

12 7,35

15 9,65

7. Questionário 01 – Como você pode identificar os terminais de um diodo com um Ohmímetro? Resposta: Podemos fazer o teste medindo as resistências em ambos os sentidos, direto e reverso. Se o diodo apresentar uma resistência “infinita” (muito grande), então ele está reversamente polarizado e a polaridade de cada terminal do componente é inversa a respectiva polaridade da ponta de prova do Ohmímetro. Se o diodo apresentar uma resistência baixa ou razoável, ele estará diretamente polarizado e seus terminais terão a mesma polaridade que cada ponta de prova a que está conectado. 02 – Ao medir-se a resistência de um diodo, obteve-se um valor baixo tanto para a resistência direta como para a reversa. O que aconteceu com o diodo? Resposta: Quando a resistência direta e a reversa possuem, ambas, valores baixos, significa que o Diodo está em curto. Portanto, pode haver passagem de corrente por ambos os sentidos.

03 – Com os dados experimentais da Tabela 2 construa a curva característica do diodo de silício: I = f(V) Resposta:

Diodo de Silício 80 70

I(mA)

60 50 40 30 20

Diodo de Silício

10 0 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Vd (V)

04 – Com os dados experimentais da Tabela 4 construa a curva característica do diodo de silício: I = f(V) Resposta:

Diodo de Germânio 7 6

I (mA)

5 4 Diodo de Germânio

3 2 1 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Vd(V)

05 – Considere que a fonte está regulada em 4 V. Trace a reta de carga no gráfico da questão anterior e determine o ponto de trabalho do diodo. Verifique se os valores

obtidos para I e V são compatíveis com os valores experimentais. Resposta: 14 12

I (mA)

10 8 6

Diodo de Germânio Reta de Carga

4 2 0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

Vd(V) Como podemos observar, o valor do ponto de trabalho é aproximadamente 9 mA para 1 V e satisfaz a condição oferecida pelo experimento.

6. Conclusão Nesta prática, fomos capazes de confirmar, experimentalmente, o comportamento de um diodo retificador. Pudemos observar que existe um limite de tensão em que ele conduz corrente elétrica, tanto para polaridade direta quanto reversa. Não apenas isso, percebemos que os valores de corrente para um diodo polarizado reversamente são muito menores, comparado a um diodo diretamente polarizado. Isso está relacionado ao fato do diodo oferecer uma resistência reversa muito alta, enquanto a direta permanece baixa. Por fim, os resultados experimentais atingiram as expectativas para simulação dos gráficos.

7. Referências Bibliográficas (1) DIAS, Nildo Loiola. Laboratório de Eletricidade (Roteiros de Práticas). Fortaleza: Departamento de Física, UFC, 2018. (2) BOYLESTAD, Robert L. Introdução à Análise de Circuitos - 12ª ed – São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2012. (3) MUNDO DA ELÉTRICA. Diodo Retificador. Disponível

Laboratório de Eletricidade

Aula prática 06: Diodo Retificador

Curso: Engenharia de Telecomunicações Semestre: 2018.1 Código: CD0304 Turma: T01 Professor: Rubens Raimundo de S. Oliveira Aluno: Júlio César Gama Feitosa Freitas Matrícula: 385467 Realização da Prática: 23/04/2018 10:00 -12:00...