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Experimento 2:Introduo ao Laboratrio de Eletrnica.

Disciplina: EN2701 Fundamentos de Eletrnica.

Discentes:Fernando Henrique Gomes ZucatelliPedro Caetano de Oliveira

Turma: A/Noturno

Prof . Dr. Roberto Jacobe Rodrigues.

Santo Andr, 01 de Junho 2011.

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1. INTRODUO

Diodos, resistores e capacitores so os principais e mais bsicos elementos de

um circuito, sendo que em praticamente todo equipamento eletrnico encontramos

esses trs elementos desempenhando funes essenciais. Uma montagem de

diodos (ponte), por exemplo, pode gerar um sinal CC a partir de um CA, atuando

como um retificador, j que para uma tenso negativa a polarizao ser reversa e a

corrente transmitida ser praticamente nula.

2. OBJETIVOS

Obter experimentalmente a curva caracterstica do diodo coletando

simultaneamente a sua tenso corrente, e visualizar a curva com o osciloscpio.

Analisar o uso do diodo como retificador de meia onda e sua combinao com

um capacitor, criando um filtro capacitivo.

3. PARTE EXPERIMENTAL

Foram usados resistores de 47, 270 e 1k. Um diodo 1N4007 e um diodo

1N4148. Um capacitor eletroltico de 470F e um de 1000F. Um multmetro digital

Marca Minipa ET-2510 (porttil). Um multmetro digital Marca Minipa 8045A

(bancada). Um Protoboard (Matriz de contato). Uma fonte de Tenso Marca Minipa

MPL-3303. Uma fonte geradora de sinal Tektronix modelo AFG 3021B, um

osciloscpio digital Tektronix modelo TDS 2022B e cabos e fios para conexo.

3.1. Levantamento da curva do diodo

Foi montado o circuito da Figura 1 com uso do multmetro de bancada como

voltmetro e do porttil como microampermetro, j que este ltimo permitia maior

preciso na medida da corrente. Assim, adquiriram-se os valores de tenso e

corrente de polarizao direta (esq.) e reversa (dir.).

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EEEE

R1R1R1R1

1k1k1k1k

D1D1D1D11N41481N41481N41481N4148

Amperme troAmper met roAmperme troAmper met ro

0.000 A+ -

VoltmetroVoltmetroVoltmetroVoltmetro

0.000 V+

-

EEEE

R1R1R1R1

1k1k1k1k

D1D1D1D11N41481N41481N41481N4148

Ampe rme troAm pe rme troAmpe rme troAm pe rme tro

0.000 A+ -

VoltmetroVoltmetroVoltmetroVoltmetro

0.000 V

+

-

Figura 1 Montagem do circuito para aquisio de dados da polarizao direta (esq.) e reversa (dir).

Em seguida, foi utilizado o osciloscpio para verificar a curva caracterstica do

diodo e poder compar-la com a obtida a partir dos dados coletados. A fonte foi

substituda pelo gerador de sinais para aplicar na entrada um sinal senoidal de 8

Vpp com as frequncias de 100 Hz e 5kHz e uma onda quadrada de 8Vpp/100Hz. O

Canal 1 foi colocado para receber o sinal do gerador e o canal 2 a forma de onda

sobre o diodo, compartilhando o ponto de terra do canal 1 (Figura 2).

O osciloscpio foi colocado no modo XY, no qual o grfico apresentado na tela

tem como eixo das abscissas os valores do Canal 1 e eixo das coordenadas o Canal

2, no caso, a tenso no diodo em funo da tenso aplicada.

Figura 2 Montagem para visualizao da curva do diodo com osciloscpio.

3.2. Circuito retificador de meia onda

A Figura 3 exibe a montagem utilizada para visualizar a forma de onda

retificada no resistor. O gerador de sinais foi ajustado para onda senoidal de

10Vpp/60Hz.

R1R1R1R11k1k1k1k

D2D2D2D2

1N40071N40071N40071N4007Osci loscpioOsci loscpioOsci loscpioOsci loscpio

0.000 V+

-

0.000 V+

-

Canal1

Canal2

Gnd

GeradorGeradorGeradorGerador

Figura 3 Montagem para visualizar forma de onda no resistor.

270

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3.3. Circuito retificador de meia onda com filtro RC

Para o circuito com filtro (Figura 4), foi adicionado em relao a Figura 3 um

capacitor em paralelo ao resistor de carga RL e tambm foi adicionado um resistor

de 47 para evitar que o capacitor, tendo acumulado carga, exigisse uma corrente

maior do que a j fornecida pelo gerador de sinais, fazendo com que o mesmo, por

medidas de segurana interna, para-se de fornecer corrente a partir de certo valor

elevado.

Foram testadas as combinaes (RL,C)=(270, 470F), (RL,C)=(1k, 470F),

(RL,C)=(270, 1000F) e tambm a opo sem carga.

RLRLRLRL

D2D2D2D2

1N40071N40071N40071N4007Osci loscpioOsci loscpioOsci loscpioOsci loscpio

0.000 V

+

-

R2R2R2R2

47474747

0.000 V

+

-

Canal1

Canal2

Gnd

GeradorGeradorGeradorGerador CCCC

Figura 4 Circuito para visualizao do uso de filtro no retificador de meia onda.

4. RESULTADOS E DISCUSSO

4.1. Levantamento da curva do diodo

Os dados obtidos da Figura 1 esto na Tabela 1. Com estes dados foram

confeccionados os grficos da Figura 5 e da Figura 6.

Tabela 1 Dados coletados da montagem da Figura 1.

Polarizao Direta Polarizao Reversa

E (V) Vd (V) Id (A) E (V) Vd (V) Id (A)

0,30 0,210 0,3 -1,0 -0,9290 -0,2

0,50 0,420 9,0 -2,0 -1,9540 -0,3

0,80 0,485 54,0 -3,0 -2,8880 -0,4

1,00 0,505 79,0 -4,0 -3,9700 -0,5

1,10 0,512 96,7 -5,0 -4,9400 -0,6

1,30 0,528 135,0 -6,0 -5,9850 -0,7

1,60 0,545 195,3 -7,0 -6,9810 -0,8

2,00 0,562 281,2 -8,0 -7,9210 -0,9

2,20 0,569 327,3 -9,0 -8,8710 -1,0

2,70 0,579 422,0 -10,0 -9,9270 -1,1

3,10 0,587 475,7 -11,0 -10,9780 -1,2

3,50 0,596 628,0 -12,0 -11,9720 -1,3

-16,0 -15,9870 -1,7-18,0 -17,9600 -1,9

-20,0 -19,9470 -2,1

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Figura 5 Grficos de corrente X tenso no diodo na polarizao direta..

Figura 6 Grficos de corrente X tenso no diodo polarizao inversa.

A curva da Figura 5 mostra que a corrente que passava atravs do diodo foi

praticamente nula at prxima do valor de 0,5V, quando a tenso fornecida ao

circuito foi maior que a necessria para se romper a barreira de potencial interna dodiodo. Neste caso, o diodo deixa de se comporta similarmente a uma chave aberta

(I=0, retendo toda a tenso e impedindo a passagem de corrente) e passa a se

comportar similarmente a uma chave fechada (retendo apenas a tenso necessria

para a quebra da barreira de potencial e transmitindo toda a corrente diretamente:

modo conduo total).

A curva da Figura 6 mostra o comportamento do diodo quando polarizado

reversamente. Para a devida interpretao da figura, necessrio ter em mente a

escala do grfico, relativamente alta. Nesse modo, a corrente transmitida

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praticamente nula, existindo apenas por consequncia da corrente de saturao

reversa, que baixa.

Como pode ser ver, essa corrente aumenta levemente com o aumento da

tenso aplicada, at o ponto da tenso de avalanche (breakdown), em que a

corrente passa como em curto circuito, semelhante ao que acontece quando a

barreira de potencial quebrada, e ocasionada pelo fato das cargas minoritrias se

tornarem majoritrias com a concentrao delas nos plos.

No se chegou a esse ponto experimentalmente, pois causar-se-ia a destruio

do diodo devido potncia excessiva que seria por ele dissipada

A Figura 7 apresenta a visualizao da curva caracterstica do diodo na tela do

osciloscpio, bem como a Figura 9, modificando-se apenas a frequncia do sinal.

Figura 7 100 Hz.

Figura 8 5 kHz.

Percebe-se que para uma frequncia maior, a regio intermediria da curva do

diodo mostra-se irregular, como se ocorresse uma histerese na funo que a define.

Com o aumento da frequncia, o perodo diminui, de forma que a mudana de

polarizao ocorre muito rapidamente o prprio diodo no consegue acompanhar

essa variao, sendo esse o principal motivo desse comportamento irregular.

A Figura 9 mostra a onda quadrada (esq.) para a variao temporal dos canais

1 e 2 e a visualizao da curva do diodo (dir.), que se torna apenas um ponto na

regio negativa e um na regio positiva. Isto se explica pelo fato de que o valor

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temporal de ambos os canais so constantes, dessa forma o modo XY mostra

apenas os dois nicos pontos cujos valores so respectivos aos dos mximos da

onda quadrada

Figura 9 Onda quadrada.

4.2. Circuito retificador de meia onda

Na Figura 10 verifica-se a forma de onda sobre o resistor (Canal 2 azul).

Figura 10 Retificador meia onda com R=270 . Canal 1: Gerador. Canal 2: Tenso sobre R.

Nota-se que a forma de onda sobre o resistor apenas a do semi-ciclo positivo

da onda da fonte com o pico um pouco menor. A diferena de (9,6/2-3,84) = 0,96V.

Dada uma queda de tenso de 0,6V aproximada do diodo como visto na Figura 5,restam 0,36V que podem ser creditados resistncia interna do gerador de sinais

que de ~50 , o que significa 5,4 vezes menor que a do resistor usado, mas o

suficiente para que uma parte perceptvel da tenso fornecida caia nele.

Os valores medidos com o multmetro no modo AC foram de VR = 1,394 V e de

VD = 2,226 V. Estes valores so de tenso RMS (root mean square). Este valor um

prximo do valor dado pelo osciloscpio para o valor RMS do canal 2 de 1,77V,

sendo a diferena de 0,376V, esta diferena pode ser creditada novamente ao

resistor interno do gerador.

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4.3. Circuito retificador de meia onda com filtro RC

Na Figura 11 (esq.) pode se perceber a atuao de um filtro capacitivo.

O que se pode perceber na imagem a situao em que o capacitor j se

carregou completamente uma vez e, dessa forma, o comportamento do circuito

mantm-se constante.

Como pode ser visto pela imagem, no perodo de tempo em que a tenso

positiva, o diodo est diretamente polarizado e, portanto, ele conduz corrente. Nesse

intervalo, percebe-se tambm que a carga no capacitor aumenta (curva azul).

Quanto a tenso de entrada comea a cair, o diodo para de conduzir por estar

reversamente polarizado, j que, embora a tenso de entrada ainda seja positiva,

ela menor que a do capacitor carregado, causando esse corte no diodo.

Estando o diodo dessa foram, como uma chave aberta, o capacitor se

descarrega, fornecendo corrente para a resistncia de carga.

Alm disso, percebe-se que o tempo de descarregamento do capacitor

corresponde ao tempo para que o outro pico do sinal surja, causando novamente

esse fenmeno.

Vale notar que esse sistema s funciona, pois o tempo de carregamento

mostra-se mais rpido que o de descarregamento.

Figura 11 R = 270, C=470F.

A tenso medida no capacitor foi de 0,068V, correspondente carga mxima

que esse capacitor capaz de manter.

A Figura 12 tem VRMS 2=2,76V que maior que os 1,62V visto na combinao

de RC da Figura 11. Isso ocorre, pois, com um resistor de maior resistncia, a

tenso dissipada por ele ser maior, explicando o resultado.

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Figura 12 R = 1k, C=470F.

A Figura 13 apresenta o resultado obtido substituindo o capacitor utilizado por

um de maior capacitncia.

A tenso obtida no capacitor foi menor, sendo de 0,023V, de acordo com o que

se esperava, j que a tenso em um capacitor inversamente proporcional

capacitncia

Figura 13 R = 270, Capacitor = 1000F.

Na Figura 14, sendo o resistor retirado, o capacitor no mais possui mais o

resistor de carga que o fazia descarregar, dessa forma, a tenso se mantm

contnua, j que o capacitor se carrega, mas no descarrega, mantendo a sua

tenso constante.

Figura 14 Capacitor = 470F sem resistor.

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Como observao final, o aumento da constante de tempo de descarga reduz a

oscilao do sinal do capacitor, j que ele descarrega mais devagar e ,assim, seu

sinal no cai muito entre um pico e outro.

Como essa constante depende apenas do valor a resistncia de carga e da

capacitncia, um aumento nesses valores diminuiria a oscilao do sinal do

capacitor (sinal azul). As figuras comprovam esse fato, mas, para uma melhor

visualizao, seria necessrio utilizar escalas melhores que permitissem a

comparao.

5. CONCLUSO

O experimento permitiu caracterizar a curva caracterstica de um diodo na

prtica, demonstrando experimentalmente suas caractersticas.

Tais caractersticas so fundamentais para a possibilidade de gerar um sinal de

meia onda, anulando a parte negativa de um sinal alternado. Dessa forma, foi

possvel gerar um sinal contnuo a partir de um alternado.

Por fim, a combinao desse circuito de meia onda com um capacitor, permite

fazer com que esse sinal contnuo fique tambm praticamente constante,

modificando a caracterstica de um sinal com apenas dois componentes.

6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

MALVINO, Albert P. Eletrnica. 1.ed. So Paulo, McGraw-hill, 1987.

PORTNOI, Marcos. Retificador de onda completa com filtro. Disponvel

em. Acesso em 03 de Jun. 2011.