UNIVERSIDADE CATÓLICA DE PETRÓPOLISCENTRO DE ENGENHARIA E INFORMÁTICA

- EXPERIÊNCIA 01 -Levantamento da Curva Característica de um Diodo

Retificador

Curso: Engenharia ElétricaJorge Luiz Ferreira da Silva Junior/ RGU:08200422

Paulo Vitor da Mota Silva/ RGU:0810082924/agosto/2010

Sumário

1 Introdução 2

2 Desenvolvimento 22.1 Parte Teórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2 Parte Teórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2.2.1 Circuitos Utilizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

3 Resultados 33.1 Preparatório . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

3.1.1 Explicar porque o potencial de contato da junção p-n não pode ser medido simplesmente ligando-se umvoltímetro nos terminais do diodo. . . . . . . . . . . . 3

3.1.2 Explicar fisicamente porque um diodo (junção p-n)funciona como retificador. . . . . . . . . . . . . . . . . 3

3.1.3 Escrever a equação que liga a tensão a corrente paraum diodo p-n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

3.1.4 Desenhar as características Volt-Ampére, na mesmaescala, para diodos de germanio e de silício mostrandoa tensão de limiar para cada uma delas. . . . . . . . . 4

3.1.5 O que é um diodo ideal ? Desenhe o gráfico de umdiodo ideal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3.1.6 O que é reta de carga de um circuito ? . . . . . . . . . 53.1.7 Porque posso definir a região antes do joelho como não

linear ? E porque posso definir a região após o joelhocomo linear ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.2 Execução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.2.1 Determinação da curva do circuito da figura 4 . . . . . 53.2.2 Medida da tensão de limiar Vy. . . . . . . . . . . . . . 53.2.3 Polarize o diodo reversamente. Calcule I0 pela fórmula: 73.2.4 Cálculo de I0 próximo da tensão de joelho. . . . . . . 73.2.5 Medida de RF para sinais pequenos e grandes . . . . . 9

4 Conclusão 9

5 Referências 9

1

1 Introdução

Nessa experiência será observado o comportamento de um diodo, quandoeste é polarizado diretamente e reversamente. Será traçado e analisado ográfico que mostra a curva característica deste comportamento através demedidas de tensão e corrente em um circuito constituído por este diodo eoutros elementos escolhidos adequadamente.

2 Desenvolvimento

2.1 Parte Teórica

O diodo é o mais simples dos dispositivos semicondutores porém é degrande importância em sistemas eletrônicos. Sua função básica é conduzircorrente em um sentido, quando é polarizado diretamente, e bloquear a cor-rente no outro sentido, quando é polarizado inversamente. Para um diodoser polarizado diretamente a tensão no anodo deve ser maior que a tensão nocatodo. Para ser polarizado inversamente deve ocorrer o contrário, a tensãono catodo deve ser maior que a tensão no anodo. As características de umdiodo ideal são as de uma chave que teria a capacidade de conduzir correnteem um único sentido.

2.2 Parte Teórica

Materiais e Equipamentos Utilizados:• Diodo BY-127;• Resistor 470Ω - 2W (CIRCUITO 1);• Resistor 91KΩ - 2W (CIRCUITO 2);• Fonte de tensão 0 - 20 VDC;• Multímetro digital;• Protoboard.

2.2.1 Circuitos Utilizados

Figura 1: Diodo Polarizado Dire-tamente

Figura 2: Diodo Polarizado Rever-samente

2

3 Resultados

3.1 Preparatório

3.1.1 Explicar porque o potencial de contato da junção p-n nãopode ser medido simplesmente ligando-se um voltímetro nosterminais do diodo.

Em estado normal o semicondutor é eletricamente neutro, pois os átomosestão em equilíbrio. Não existem cargas livres na zona de depleção, formandoassim uma capacitância entre os dois condutores. Quando aplicamos umatensão externa ao dispositivo, ela subtrai do potencial interno, modificandoa capacitância existente. O valor da tensão aplicada ao se aproximar dopotencial interno faz com que a zona de depleção tenda a desaparecer e acondição de equilíbrio não exista mais, surgindo uma corrente elétrica.

3.1.2 Explicar fisicamente porque um diodo (junção p-n) funcionacomo retificador.

O diodo quando alimentado reversamente funciona como uma chave aberta,assim quando alimentado com corrente alternada conduzirá apenas no semi-ciclo positivo, retificando o lado negativo.

3.1.3 Escrever a equação que liga a tensão a corrente para umdiodo p-n.

I0 =ID

eVDnVT

−1

3

3.1.4 Desenhar as características Volt-Ampére, na mesma escala,para diodos de germanio e de silício mostrando a tensão delimiar para cada uma delas.

3.1.5 O que é um diodo ideal ? Desenhe o gráfico de um diodoideal.

4

3.1.6 O que é reta de carga de um circuito ?

A reta de carga intercepta a curva característica do diodo no ponto deoperação do mesmo ou ponto quiescente. Atraves de duas perpendicularespassando por este ponto obtemos a corrente e a tensão sobre o diodo (Id eVd).

3.1.7 Porque posso definir a região antes do joelho como não lin-ear ? E porque posso definir a região após o joelho comolinear ?

Um diodo é um dispositivo não-linear. Abaixo de 0,7V, o diodo temapenas uma corrente muito pequena. Logo após 0,7V, a corrente aumentarapidamente. Essa ação é muito diferente de um resistor comum, no qual acorrente aumenta em proporção direta com a tensão. A razão do diodo serdiferente é que ele tem uma barreira de potencial produzida por camada dedepleção. Acima da tensão de joelho, a corrente do diodo aumenta rapida-mente. Isso significa que pequenos aumentos na tensão do diodo implicamgrandes aumentos na corrente do diodo. A razão é que, uma vez vencidaa barreira de potencial, tudo o que impede a corrente é a resistência dasregiões p e n. A soma dessas resistências é chamada resistência de corpo dodiodo. Em símbolos, rB = rP + rN.

3.2 Execução

3.2.1 Determinação da curva do circuito da figura 4

• Varie V desde 0.1 V até 20 V, medindo para cada valor o respectivo valorde VD;• Calcule ID a partir da queda de tensão no resistor.;• Construa uma tabela e trace o gráfico de VD versus ID.

⋆ VF = Tensão da Fonte (medida em volts)⋆ Vr = Tensão no Resistor (medida em volts)⋆ Vd = Tensão no Diodo (medida em volts)⋆ Id = Corrente do Circuito (medida em amperes)⋆ Rf = Resistência (medida em ohms)

3.2.2 Medida da tensão de limiar Vy.

Vy = 0,743 V

5

Figura 3: TABELA 1 - Medições do Circuito 1

6

Figura 4: Grafico Id x Vd para Polarização Direta

3.2.3 Polarize o diodo reversamente. Calcule I0 pela fórmula:

I0 =VS − VD

RS

=0.4646− 4530

91 ∗ 103

= 127.5 ∗ 10−9A

3.2.4 Cálculo de I0 próximo da tensão de joelho.

I0 =ID

eVDnVT

− 1

=0.13501929e0.686

2∗26∗10−3 − 1

= 25.18 ∗ 10−9A

7

Figura 5: TABELA 1 - Medições do Circuito 1

Figura 6: Grafico Id x Vd para Polarização Reversa

8

3.2.5 Medida de RF para sinais pequenos e grandes

Calculo na Tabela da Figura 3.

4 Conclusão

Com a realização desta experiencia pode se observar que na região depolarização direta, a corrente no diodo aumenta exponencialmente com oaumento da tensão no diodo. Foi obserbado também que quando o diodoestá polarizado reversamente, a corrente que passa por ele é zero, e de acordocom as medidas aferidas no laboratório a tensão limiar de um diodo de silíciofoi aproximadamente 0,743 V.

5 Referências

[1] Boylestad, R. E, Nashelsky, L.; "Dispositivos Eletrônicos e Teoria deCircuitos", 8a Edição, Editora Pearson Prentice-Hall do Brasil Ltda., SãoPaulo, 2004.

[2] Alexander, K. Charles, Sadiku, N. O. Matthew; "Fundamentos deCircuitos Elétricos", 2a Edição, Editora Bookman Ltda., Porto Alegre, 2003.

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