UNIVERSIDADE CATÓLICA DE PETRÓPOLIS CENTRO DE ENGENHARIA E INFORMÁTICA
- EXPERIÊNCIA 01 Levantamento da Curva Característica de um Diodo Retificador
Curso: Engenharia Elétrica Jorge Luiz Ferreira da Silva Junior/ RGU:08200422 Paulo Vitor da Mota Silva/ RGU:08100829 24/agosto/2010
Sumário 1 Introdução
2
2 Desenvolvimento 2.1 Parte Teórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Parte Teórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Circuitos Utilizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 2 2 2
3 Resultados 3.1 Preparatório . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Explicar porque o potencial de contato da junção pn não pode ser medido simplesmente ligando-se um voltímetro nos terminais do diodo. . . . . . . . . . . . 3.1.2 Explicar fisicamente porque um diodo (junção p-n) funciona como retificador. . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.3 Escrever a equação que liga a tensão a corrente para um diodo p-n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.4 Desenhar as características Volt-Ampére, na mesma escala, para diodos de germanio e de silício mostrando a tensão de limiar para cada uma delas. . . . . . . . . 3.1.5 O que é um diodo ideal ? Desenhe o gráfico de um diodo ideal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.6 O que é reta de carga de um circuito ? . . . . . . . . . 3.1.7 Porque posso definir a região antes do joelho como não linear ? E porque posso definir a região após o joelho como linear ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Execução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Determinação da curva do circuito da figura 4 . . . . . 3.2.2 Medida da tensão de limiar Vy. . . . . . . . . . . . . . 3.2.3 Polarize o diodo reversamente. Calcule I 0 pela fórmula: 3.2.4 Cálculo de I 0 próximo da tensão de joelho. . . . . . . 3.2.5 Medida de RF para sinais pequenos e grandes . . . . .
3 3
5 5 5 5 7 7 9
4 Conclusão
9
5 Referências
9
1
3 3 3
4 4 5
1
Introdução
Nessa experiência será observado o comportamento de um diodo, quando este é polarizado diretamente e reversamente. Será traçado e analisado o gráfico que mostra a curva característica deste comportamento através de medidas de tensão e corrente em um circuito constituído por este diodo e outros elementos escolhidos adequadamente.
2
Desenvolvimento
2.1
Parte Teórica
O diodo é o mais simples dos dispositivos semicondutores porém é de grande importância em sistemas eletrônicos. Sua função básica é conduzir corrente em um sentido, quando é polarizado diretamente, e bloquear a corrente no outro sentido, quando é polarizado inversamente. Para um diodo ser polarizado diretamente a tensão no anodo deve ser maior que a tensão no catodo. Para ser polarizado inversamente deve ocorrer o contrário, a tensão no catodo deve ser maior que a tensão no anodo. As características de um diodo ideal são as de uma chave que teria a capacidade de conduzir corrente em 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 Diretamente
Figura 2: Diodo Polarizado Reversamente 2
3
Resultados
3.1
3.1.1
Preparatório
Explicar porque o potencial de contato da junção p-n não pode ser medido simplesmente ligando-se um voltímetro nos terminais do diodo.
Em estado normal o semicondutor é eletricamente neutro, pois os átomos estão em equilíbrio. Não existem cargas livres na zona de depleção, formando assim uma capacitância entre os dois condutores. Quando aplicamos uma tensão externa ao dispositivo, ela subtrai do potencial interno, modificando a capacitância existente. O valor da tensão aplicada ao se aproximar do potencial interno faz com que a zona de depleção tenda a desaparecer e a condição de equilíbrio não exista mais, surgindo uma corrente elétrica. 3.1.2
Explicar fisicamente porque um diodo (junção p-n) funciona como retificador.
O diodo quando alimentado reversamente funciona como uma chave aberta, assim quando alimentado com corrente alternada conduzirá apenas no semiciclo positivo, retificando o lado negativo. 3.1.3
Escrever a equação que liga a tensão a corrente para um diodo p-n. I D
I 0 = e
V D −1 nV T
3
3.1.4
Desenhar as características Volt-Ampére, na mesma escala, para diodos de germanio e de silício mostrando a tensão de limiar para cada uma delas.
3.1.5
O que é um diodo ideal ? Desenhe o gráfico de um diodo ideal.
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 de operação do mesmo ou ponto quiescente. Atraves de duas perpendiculares passando por este ponto obtemos a corrente e a tensão sobre o diodo (Id e Vd). 3.1.7
Porque posso definir a região antes do joelho como não linear ? E porque posso definir a região após o joelho como linear ?
Um diodo é um dispositivo não-linear. Abaixo de 0,7V, o diodo tem apenas uma corrente muito pequena. Logo após 0,7V, a corrente aumenta rapidamente. Essa ação é muito diferente de um resistor comum, no qual a corrente aumenta em proporção direta com a tensão. A razão do diodo ser diferente é que ele tem uma barreira de potencial produzida por camada de depleção. Acima da tensão de joelho, a corrente do diodo aumenta rapidamente. Isso significa que pequenos aumentos na tensão do diodo implicam grandes aumentos na corrente do diodo. A razão é que, uma vez vencida a barreira de potencial, tudo o que impede a corrente é a resistência das regiões p e n. A soma dessas resistências é chamada resistência de corpo do diodo. Em símbolos, rB = rP + rN. 3.2
3.2.1
Execução
Determinação da curva do circuito da figura 4
Varie V desde 0.1 V até 20 V, medindo para cada valor o respectivo valor de V D ; • Calcule I D a partir da queda de tensão no resistor.; • Construa uma tabela e trace o gráfico de V D versus I D . •
⋆ ⋆ ⋆ ⋆ ⋆
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 I 0 =
=
RS
0.4646 − 4530 91 ∗ 103
−9
Cálculo de
I 0
pela fórmula:
V S − V D
= 127.5 ∗ 10
3.2.4
I 0
A
próximo da tensão de joelho. I 0 =
I D eV D nV T
=
−
1
0.13501929 e0.686 − 2∗26∗10−3
−9
= 25.18 ∗ 10
7
1
A
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 de polarização direta, a corrente no diodo aumenta exponencialmente com o aumento da tensão no diodo. Foi obserbado também que quando o diodo está polarizado reversamente, a corrente que passa por ele é zero, e de acordo com as medidas aferidas no laboratório a tensão limiar de um diodo de silício foi aproximadamente 0,743 V.
5
Referências
[1] Boylestad, R. E, Nashelsky, L.; "Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos", 8 Edição, Editora Pearson Prentice-Hall do Brasil Ltda., São Paulo, 2004. a
[2] Alexander, K. Charles, Sadiku, N. O. Matthew; "Fundamentos de Circuitos Elétricos", 2 Edição, Editora Bookman Ltda., Porto Alegre, 2003. a
9
