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Engenharia de Controle e Automação Diodos Lucas Teixeira Alexandre A756HE-5 EA7Q12 Renato Araújo de Paula B030GG-7 EA7P12 Vagner Sá Teles da Silva A75097-5 EA7Q12

02 - RELATORIO DIODO

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Engenharia de Controle e Automação

Diodos

Lucas Teixeira Alexandre A756HE-5 EA7Q12

Renato Araújo de Paula B030GG-7 EA7P12

Vagner Sá Teles da Silva A75097-5 EA7Q12

Campinas, UNIP 2014

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Engenharia de Controle e Automação

Diodos

Lucas Teixeira Alexandre A756HE-5 EA7Q12

Renato Araújo de Paula B030GG-7 EA7P12

Vagner Sá Teles da Silva A75097-5 EA7Q12

Campinas, UNIP 2014

Relatório técnico apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina de Eletrônica Aplicada, no Curso de Engenharia Mecatrônica, na Universidade Paulista UNIP.

Prof. Luís Lamas

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RESUMO

Este experimento teve como intuito verificar os componentes eletrônicos chamados diodos e como se utiliza a um multímetro para medir tensão e corrente. Ele foi realizado no dia 21/02/2014, nas bancadas do laboratório de Eletrônica, com a supervisão do professor Luís Lamas. Foram realizadas as medições do valor da corrente e tensão em três tipos diferentes de diodos: LED, diodo Zener e diodo. Com esses resultados, pôde-se ver o comportamento de tais componentes nas polarizados direta ou inversamente.

Palavras-chave: Diodos, eletrônica, associação de circuito.

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Sumário

1.0. INTRODUÇÃO.........................................................................................5

2.0. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA...................................................................6

2.1. MATERIAL SEMICONDUTOR....................................................................6

2.2. DIODOS..................................................................................................6

2.2.1 TIPO DE DIODOS...................................................................................7

3.0. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL............................................................9

3.1. PARA MEDIR CORRENTE........................................................................9

3.2. PARA MEDIR TENSÃO.............................................................................9

4.0. DISCUSSÃO E RESULTADOS.................................................................10

4.1. LED POLARIZADO DIRETAMENTE..........................................................10

4.1.1 LED POLARIZADO INVERSAMENTE......................................................11

4.2. DIODO DE SILÍCIO POLARIZADO DIRETAMENTE....................................13

4.2.1 DIODO DE SILÍCIO POLARIZADO INVERSAMENTE................................14

4.3. DIODO ZENER POLARIZADO DIRETAMENTE..........................................16

4.3.1 DIODO ZENER POLARIZADO INVERSAMENTE......................................17

5.0. CONCLUSÃO E DISCUSSÃO..................................................................20

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................21

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1.0. INTRODUÇÃO

Neste relatório vamos abordar diodo zener, diodo normal e LED, suas funções em um circuito eletrônico e as principais características de cada um deles. Vamos falar um pouco sobre composição e dopagem de componentes semicondutores e fazer uma analise laboratorial para nos auxiliar no estudo comportamental desses componentes muito usados na construção de aparelhos eletrônicos.

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2.0. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1. MATERIAL SEMICONDUTOR

A manifestação da eletricidade ligada á matéria, tem a ver com a propriedade de conduzir corrente elétrica de determinado material: a condutividade elétrica que, por sua vez, difere de um material para outro.

Alguns materiais apresentam propriedades de condução elétrica intermediárias entre aquelas inerentes aos isolantes e aos condutores. Tais materiais são denominados de semicondutores. A característica mais interessante do material semicondutor, e que o torna atrativo do ponto de vista da fabricação de componentes eletrônicos, é a possibilidade de se poder variar substancialmente sua condutividade elétrica pela alteração controlada de sua composição química ou estrutura cristalina.

Bons exemplos de materiais semicondutores são Germânio (Ge) e Silício (Si).

2.2. DIODOS

Diodo é um semicondutor formado por dois materiais de características elétricas opostas, separados por uma área sem carga (vazia) chamada de junção. Esta junção é que dá a característica do diodo. Normalmente os diodos são feitos de cristais “dopados” de silício e do germânio.

Figura 1: Diodo

Fonte: Apostila Série Eletrônica, desenvolvido pelo Sistema SENAI.

Logo após a formação da junção pn, alguns elétrons livres se difundem do semicondutor tipo n para o semicondutor tipo p. O mesmo processo ocorre com algumas lacunas existentes no semicondutor tipo p que difundem para o semicondutor tipo n.

Figura 2: Difusão de elétrons

Fonte: Apostila Série Eletrônica, desenvolvido pelo Sistema SENAI.

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Polarização direta é uma condição que ocorre quando o lado p é submetido a um potencial positivo relativo ao lado n do diodo. Nessa situação, o polo positivo da fonte repele as lacunas do material p em direção ao polo negativo, enquanto os elétrons livres do lado n são repelidos do polo negativo em direção ao polo positivo.

Figura 3: Polarização direta

Fonte: Apostila Série Eletrônica, desenvolvido pelo Sistema SENAI.

Polarização inversa de um diodo ocorre quando o lado n fica submetido a um potencial positivo relativo ao lado p do componente. Nessa situação, os polos da fonte externa atraem os portadores livres majoritários em cada lado da junção; ou seja, elétrons do lado n e lacunas do lado p são afastados das proximidades da junção.

Figura 3: Polarização inversa

Fonte: Apostila Série Eletrônica, desenvolvido pelo Sistema SENAI.

2.2.1 TIPO DE DIODOS

Neste relatório usamos três tipos básicos de diodos, nos quais temos detalhes a baixo:

Diodo de Silício: A fabricação de um diodo de silício começa com o elemento purificado. Cada lado do componente recebe impurezas (boro no ânodo e arsênico ou fósforo no cátodo) e a junção em que elas se encontram é chamada de "junção P-N". Os diodos de silício apresentam uma tensão de polarização de 0,7 volts. Assim que a tensão diferencial entre o ânodo e o cátodo atinge 0,7 volts, o diodo começa a conduzir corrente através da junção P-N. Quando a tensão cai abaixo desse valor, a junção para de conduzir e o componente não funcionará como um caminho para a eletricidade. Pelo silício

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ser relativamente fácil de obter e barato de processar, os diodos desse tipo é mais predominante que os de germânio.

LED: São diodos semicondutores que, quando energizados, emitem luz. A luz não é monocromática (como em um laser), mas consiste de uma banda espectral relativamente estreita, sendo produzida pelas interações energéticas dos elétrons. O processo de emissão de luz pela aplicação de uma fonte de energia elétrica é chamado eletroluminescência. No silício e no germânio, que são os elementos básicos dos diodos e transistores, a maior parte da energia é liberada na forma de calor, sendo insignificante a luz emitida. Já em outros materiais, como o arseneto de gálio (GaAs) ou o fosfeto de gálio (GaP), o número de fótons de luz emitidos é suficiente para constituir fontes de luz bastante eficientes.

Diodo Zener: É um diodo utilizado como regulador de tensão, ele é feito para funcionar na região de ruptura. São diodos fabricados para conduzir a corrente elétrica em sentido inverso (polarização inversa). Este efeito é chamado de "ruptura zener" e ocorre em um valor de tensão bastante preciso, permitindo que esse diodo seja utilizado com uma referência de tensão. São bastante empregados em circuitos reguladores de tensão em fontes de alimentação.

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3.0. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

3.1. PARA MEDIR CORRENTE

Primeiro monta-se o circuito no protoboard (equipamento utilizado para testar circuitos), colocando, em série e um circuito aberto, o componente (diodo, zener e LED), o resistor de 1k Ligue os fios na fonte geradora (equipamento utilizado para gerar tensão e corrente contínua, para se energizar o circuito), ligue a fonte.

Após isso, coloque o multímetro (equipamento utilizado para medir grandezas elétricas) na escala de corrente contínua de 200mA, e coloque as pontas do aparelho em série com o circuito. Varie a tensão na fonte em 0,5V e anote os resultados aferidos pelo multímetro.

Faça esse procedimento mudando o componente. Após realizar os testes com os três componentes, inverta a polaridade dos mesmos (com a fonte desligada) e colha novos resultados.

3.2. PARA MEDIR TENSÃO

Primeiro monta-se o circuito no protoboard (equipamento utilizado para testar circuitos), colocando, em série e um circuito fechado, o componente (diodo, zener e LED), o resistor de 1k Ligue os fios na fonte geradora (equipamento utilizado para gerar tensão e corrente contínua, para se energizar o circuito), ligue a fonte.

Após isso, coloque o multímetro (equipamento utilizado para medir grandezas elétricas) na escala de tensão contínua de 20V, e coloque as pontas do aparelho em paralelo com o componente. Varie a tensão na fonte em 0,5V e anote os resultados aferidos pelo multímetro.

Faça esse procedimento mudando o componente. Após realizar os testes com os três componentes, inverta a polaridade dos mesmos (com a fonte desligada) e colha novos resultados.

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4.0. DISCUSSÃO E RESULTADOS

Abaixo, os dados obtidos com a análise do multímetro e fonte:

4.1. LED POLARIZADO DIRETAMENTE

Tabela: Variação de corrente e tensão em um LED

LED - Polarizado diretamenteTensão da Fonte (V) Tensão no LED (V) Corrente no LED (A)

0,0 0,00 0,000,5 0,34 0,001,0 0,87 0,001,5 1,32 0,002,0 1,57 0,302,5 1,61 0,763,0 1,63 1,253,5 1,63 1,754,0 1,65 2,244,5 1,66 2,805,0 1,67 3,27

Fonte: Autores

Gráfico: Variação de tensão por corrente

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.600.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

LED - Polarizado diretamente

Tensão no LED (V)

Corr

ente

no

LED

(A)

Fonte: Autores

Gráfico: Variação de tensão e corrente pela tensão na fonte

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11

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.00.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

LED - Polarizado diretamente

Tensão no LED (V)Corrente no LED (A)

Tensão na Fonte (V)

Fonte: Autores

4.1.1 LED POLARIZADO INVERSAMENTE

Tabela: Variação de corrente e tensão em um LED

LED - Polarizado inversamenteTensão da Fonte (V) Tensão no LED (V) Corrente no LED (A)

0,00 0,00 0,001,00 0,84 0,002,00 1,80 0,003,00 2,85 0,004,00 3,90 0,005,00 4,85 0,00

Fonte: Autores

Gráfico: Variação de tensão por corrente

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12

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.500.000.010.020.030.040.050.060.070.080.090.10

LED - Polarizado inversamente

Tensão no LED (V)

Corr

ente

no

LED

(A)

Fonte: Autores

Gráfico: Variação de tensão e corrente pela tensão na fonte

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.000.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

LED - Polarizado inversamente

Tensão no LED (V)Corrente no LED (A)

Tensão na fonte (V)

Fonte: Autores

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4.2. DIODO DE SILÍCIO POLARIZADO DIRETAMENTE

Tabela: Variação de corrente e tensão em um Diodo de silício

Diodo de silício - Polarizado diretamenteTensão da Fonte (V) Tensão (V) Corrente (A)

0,0 0,00 0,000,5 0,29 0,001,0 0,50 0,391,5 0,55 0,782,0 0,57 1,352,5 0,58 1,803,0 0,60 2,303,5 0,61 2,784,0 0,62 3,304,5 0,62 3,805,0 0,63 4,35

Fonte: Autores

Gráfico: Variação de tensão por corrente

-0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.700.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

Diodo de silício - Polarizado diretamente

Tensão (V)

Corr

ente

(A)

Fonte: Autores

Gráfico: Variação de tensão e corrente pela tensão na fonte

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0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.00.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

Diodo de silício - Polarizado diretamente

Tensão (V)Corrente (A)

Tensão na Fonte (V)

Fonte: Autores

4.2.1 DIODO DE SILÍCIO POLARIZADO INVERSAMENTE

Tabela: Variação de corrente e tensão em um Diodo de silício

Diodo de silício - Polarizado inversamenteTensão da Fonte (V) Tensão (V) Corrente (A)

0,0 0,00 0,000,5 0,39 0,001,0 0,89 0,001,5 1,39 0,002,0 1,87 0,002,5 2,33 0,003,0 2,93 0,003,5 3,44 0,004,0 3,89 0,004,5 4,48 0,005,0 4,93 0,00

Fonte: Autores

Gráfico: Variação de tensão por corrente

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0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.000.000.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00

Diodo de silício - Polarizado inversamente

Tensão (V)

Corr

ente

(A)

Fonte: Autores

Gráfico: Variação de tensão e corrente pela tensão na fonte

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.00.000.501.001.502.002.503.003.504.004.505.00

Diodo de silício - Polarizado inversamente

Tensão (V)Corrente (A)

Tensão na fonte (V)

Fonte: Autores

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4.3. DIODO ZENER POLARIZADO DIRETAMENTE

Tabela: Variação de corrente e tensão em um Diodo Zener

Diodo Zener - Polarizado diretamenteTensão da Fonte (V) Tensão (V) Corrente (A)

0,0 0,00 0,000,5 0,33 0,001,0 0,64 0,211,5 0,67 0,702,0 0,69 1,232,5 0,70 1,683,0 0,70 2,163,5 0,71 2,714,0 0,71 3,274,5 0,72 3,785,0 0,72 4,31

Fonte: Autores

Gráfico: Variação de tensão por corrente

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.800.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

Diodo Zener - Polarizado diretamente

Tensão (V)

Corr

ente

(A)

Fonte: Autores

Gráfico: Variação de tensão e corrente pela tensão na fonte

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17

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.00.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

Diodo Zener - Polarizado diretamente

Tensão (V)Corrente (A)

Tensão na fonte (V)

Fonte: Autores

4.3.1 DIODO ZENER POLARIZADO INVERSAMENTE

Tabela: Variação de corrente e tensão em um Diodo Zener

Diodo Zener - Polarizado inversamenteTensão da Fonte (V) Tensão (V) Corrente (A)

0 0 00,5 -0,31 01 -0,87 0

1,5 -1,23 -0,12 -1,55 -0,3

2,5 -1,7 -0,73 -1,8 -1,1

3,5 -1,9 -1,54 -1,97 -2

4,5 -2,03 -2,415 -2,08 -2,85

Fonte: Autores

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18

Gráfico: Variação de tensão por corrente

-2 -1.5 -1 -0.5 0

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

Diodo Zener - Polarizado inversamente

Tensão (V)

Corr

ente

(A)

Fonte: Autores

Gráfico: Variação de tensão e corrente pela tensão na fonte

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

Diodo de Zener - Polarizado inversamente

Tensão (V)Corrente (A)

Tensão na fonte (V)

Fonte: Autores

Page 19: 02 - RELATORIO DIODO

19

Gráfico: Variação de tensão e corrente pela tensão na fonte

-2.1 -1.6 -1.1 -0.6 -0.1 0.4 0.9

-3.6-3.1-2.6-2.1-1.6-1.1-0.6-0.10.40.91.41.92.42.93.43.9

Variação de Tensão x Corrente em um Diodo Zener

Tensão (V)

Corr

ente

(A)

Fonte: Autores

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5.0. CONCLUSÃO E DISCUSSÃO

Analisamos os gráficos de tensão versos corrente elétrica e percebemos um comportamento semelhante em cada um dos diodos, o ponto de ruptura (tensão em que o componente libera o fluxo de corrente elétrica), cada componente apresentou uma faixa diferente de tensão para romper a barreira imposta pela dopagem.

O LED teve o mesmo comportamento dos diodos, quando polarizando diretamente após a 1,5V lido no componente começou a ter corrente circulando no circuito e após 3V foi possível notar o brilho no LED e a tensão neste componente se estabilizou em 1,6V. Quando polarizado inversamente não tivemos circulação de corrente e a tensão variava de acordo com a tensão aplica, existe nos gráfico uma pequena queda de tensão em todos os componentes está é uma característica típica dos diodos e pode variar de 0,4 a 0,8 volts.

O diodo de silício teve o mesmo comportamento do LED, conduzindo corrente com 0,5V e corrente máxima de 0,6 A para polarização direta e não teve corrente na polarização inversa.

Já o diodo zener, notamos um comportamento diferente dos demais componentes aqui estudados, quando polarizado inversamente ele conduz corrente após uma determinada faixa de tensão, a tensão e a corrente elétrica no diodo sofre alteração conforme variamos a tensão de alimentação. Este diodo tem o mesmo comportamento dos diodos normais quando polarizado diretamente, conduzindo tensão em 0,6V e estabilizando em 0,7 a corrente varia de acordo com a tensão da fonte de alimentação. Os valores de tensões e correntes mencionados neste relatório são específicos de cada componente e precisa de avaliação do datashet para saber a faixa de trabalho.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. CIPELLI, Antônio Marco Vicari & SANDRINI, Waldir João. Teoria e desenvolvimento de projetos de circuitos eletrônicos.8.a ed

2. Microelectronics; Jacob Millman e Arvin Gabrel. Disponível em: <http://www.ehow.com.br/caracteristicas-diodos-silicio-germanio-lista_66314 >Acessado em 28/02/2014.

3. Apostila Série Eletrônica, desenvolvido pelo Sistema SENAI. Disponível em: <http://www2.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/ProfMarceloWendling/2---diodo-semicondutor.pdf >Acessado em 28/02/2014.