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Disciplina Dispositivos Eletrônicos (Lab.) Experiência 2 (versão 1 )
Curva do Resistor e do Diodo
Professor: Edvaldo Ruas Turma: Engenharia Elétrica Equipe
1. Gabriele Feitosa dos Santos
2. Italo Mayke Teixeira Rocha
3. Mayara Alexandre
Início da experiência em: 11 /0 4 /201 9 Versão entregue em: 17 / 04 /201 9 Vitória da Conquista – BA
Objetivos
- Levantar as curvas características do resistor e do diodo;
- Comparar as curvas do resistor e do diodo;
- Comparar a resistência medida do resistor com a resistência média do gráfico, e valores máximos e mínimos dos dados da Curva do Resistor;
- Comparar a resistência média do gráfico com valores máximos e mínimos dos dados da Curva do Diodo;
- Comparar a tensão de operação do diodo gráfica com a teórica e prática. Procedimentos/Análise de dados Teste Preliminar Antes de iniciar o experimento foi necessário realizar a verificação do funcionamento do diodo, que com o auxílio do multímetro ajustado para a opção do teste do diodo, foi possível medir a sua continuidade com o objetivo de verificar se o dispositivo estava em uma boa condição para o uso. Os dados obtidos estão presentes na Tabela 1 abaixo: Tabela 1 - Teste do Diodo. Continuidade Diodo Condução (mV) Bloqueio 1 N4007 593,00 (^) ∞ 1ª Parte Experimental - Curva Característica do Resistor. A primeira etapa do experimento consistiu na analise do valor referente a resistência do resistor utilizado no circuito com o auxílio de um multímetro ajustado na escala de ohmímetro. Após este procedimento configurou-se o circuito conforme a Figura 1 onde o resistor colocado em paralelo com a fonte de tensão, cujo o valor mínimo foi de 0V e o máximo de 5V sofrendo uma variação em um intervalo de 0,5V até a fonte alcançar o valor de tensão máxima. Por fim, um multímetro na escala de voltímetro foi colocado em paralelo com o resistor. Desta forma, foi possível aferir a tensão do resistor referente a cada valor de tensão aplicado sobre este componente. A partir destes valores obtidos, foi possível calcular o valor da corrente a partir da Lei de Ohm descrita na Equação 1 e anotados na Tabela 2. Figura 1 - Medidas de tensão e corrente no resistor. Equação referente a Lei de Ohm:
Tabela 4 - Valores do Erro da resistência. Valor medido 462 Ω Média do gráfico 4 60,60 Ω Erro da média do gráfico 0,3 0 % Valor máximo da tabela 462, Erro do valor máximo da tabela 0,21 % Valor mínimo da tabela 434, Erro do valor mínimo da tabela 5,89 % Estes erros foram calculados através da Equação 3, da Equação 4 e da Equação 5: 𝐸𝑔𝑟𝑎𝑓% = | 462 − 460 , 60 | 462
| 462 , 96 − 462 | 462 , 96
| 462 − 434 , 78 | 462
2ª Parte Experimental - Curva Característica do Diodo e Reta de Carga. Na 2ª parte experimental, o circuito foi montado conforme a Figura 2. Após a identificação dos terminais anodo e catodo do dispositivo, o mesmo foi configurando na posição diretamente polarizado conforme a Figura 2. Figura 2 - Diodo diretamente polarizado. Após a montagem do mesmo, foram variando os valores de tensão da fonte. Os dados obtidos estão na Tabela 2 tanto os valores de tensão do diodo quanto os valores de tensão do resistor. Por fim, através da Lei de Ohm, foi possível determinar o valor da corrente referente a cada valor de tensão de forma indireta no resistor.
Tabela 5 - VF, VD e I para construção do gráfico. pontos VF (V) VD (mV) VR (V) I (A) 1 0 47 , 74 μ 290,00 μ 62770 ɳ 2 0,2 0 200 1420,00 μ 3073,60 ɳ 3 0,4 0 390 925,00 m 20,02 μ 4 0,5 0 470 53,50 m 115,80 μ 5 0,6 0 520 98,40 m 212,98 μ 6 0,8 0 560 22,00 m 476,19 μ 7 1,0 0 600 4 10,00 m 987,45 μ 8 1,5 0 630 900,00 m 1,95 m 9 2,0 0 650 1,41 3,05 m 10 2,5 0 660 1,84 3,98 m 11 3,5 0 680 2,97 6,43 m 12 4,0 0 690 3,36 7,27 m 13 4,5 0 698 3,88 8,39 m 14 5,0 0 703 4,31 9,33 m 15 6,5 0 718 5,88 12,72 m 16 8,0 0 727 7,36 15,94 m 17 10,0 0 738 9,38 20,31 m 18 12,5 0 749 11,90 25,75 m 19 15,0 0 757 14,38 31,13 m O gráfico com a curva referente aos valores de corrente x tensão no diodo (I X VD) foi traçada em um papel milimetrado, onde foi possível calcular a tensão de joelho do diodo utilizado no circuito e por conseguinte obteve-se os valores de ΔV (59,5mV) e ΔI (16,8mA) valores encontrados através de um desenho em forma de triângulo localizado na região mais linear do gráfico, e assim o cálculo da resistência média (Rm2) com esses valores foi obtido através da Equação 6: 𝑅𝑚 2 = 59 , 5 𝑚 16 , 8 𝑚
Por conseguinte, o erro entre o valor da tensão de joelho encontrada através do gráfico (70 3 mV) e o valor teórico de 0,7V, foi calculado através da Equação 7: 𝐸𝑟𝑟𝑜% = | 703 𝑚− 700 𝑚| 703 𝑚
Através do gráfico foi possível também encontrar o valor da corrente I referente a cada valor de tensão VD. Estes dados estão na Tabela 6 e foram usados para calcular, por meio da Lei de Ohm o valor da resistência para cada ponto. Os valores estão presentes também na Tabela 6. Tabela 6 - Cálculo de R através do gráfico. pontos VD(V) I(mA) R(Ω) 1 0,40 53 μ 7,55 k 2 0,55 0,2 6 2,11 k 3 0,60 0, 91 659, 4 0,70 7,60 92,
Tabela 8 - VF, VD e I para o diodo invertido. pontos VF(V) display VF(V) medido VD(V) VR(V) I(mA) 1 0 48,96 m 47,92 m 240 ɳ 519,88 ɳ 2 0,2 240 ,00 m 240,00 m 60 ɳ 129,87 ɳ 3 0,4 448,50 m 448,00 m 40 ɳ 0 4 0,5 562 ,00 m 561,80 m 30 ɳ 0 5 0,6 622,00 m 622,00 m 20 ɳ 0 6 0,8 847,00 m 849,00 m 20 ɳ 0 7 1,0 1,03 1,03 20 ɳ 0 8 1,5 1,58 1,58 20 ɳ 0 9 2,0 2,07 2,07 20 ɳ 0 10 2,5 2,50 2,51 30 ɳ 0 11 3,5 3,52 3,50 30 ɳ 0 12 4,0 4,08 4,10 20 ɳ 0 13 5,0 5,09 5,10 10 ɳ 0 14 10,0 10,12 10,11 20 ɳ 0 15 12,5 12,56 12,56 10 ɳ 0 16 15,0 15,12 15,13 0 0 Conclusão da Análise
- Por que no circuito com o diodo fomos obrigados a utilizar um resistor em série? O que poderia acontecer caso este resistor não estivesse presente? (Teórica) R: Quando o diodo está diretamente polarizado, ele funciona como uma chave fechada que permite a passagem de corrente. Quando esta corrente passa pelo diodo, gera uma diferença de potencial, ou mais precisamente uma queda de tensão característica do dispositivo de aproximadamente 0,7. Entretanto, há um limite de corrente que o diodo pode suportar, uma vez que quanto maior o valor desta corrente, maior será a potencia dissipada pelo dispositivo. Assim, é colocado um resistor em série com o objetivo de limitar a corrente que passará pelo dispositivo, ou seja, se um circuito estiver presente apenas a fonte e o diodo, o mesmo permitiria que a corrente tendesse ao infinito, o que poderia levar a um curto-circuito podendo vir a queimar.
- Observe os gráficos que você traçou e responda: o que se pode afirmar sobre o comportamento do resistor e do diodo em termos de linearidade? R: Ao observar o gráfico referente ao comportamento do resistor, pode-se perceber que o mesmo apresentou um comportamento linear, ou seja, a equação que define o comportamento de um resistor é do tipo ax+b, o que confirma o caráter ôhmico deste componente. Observa-se ainda que o valor da resistência do resistor é encontrada através da razão entre a tensão e a corrente. No entanto, a curva do diodo, possui uma característica não linear, ou seja, uma curva exponencial, quando diretamente polarizado por isso encontra-se diferentes valores de resistências para diferentes pontos de tensão e corrente.
- Vocês podem dizer as resistências são iguais na comparação da resistência medida no item 5 da primeira parte experimental com as resistências médias do gráfico? E da comparação com as resistências máximas e mínimas da tabela 3? Justifique. R: Na primeira parte do experimento, os valores obtidos para a resistência medida e para o valor de resistência média foram de 462 ᘯ e 460,60 ᘯ respectivamente. Ao comparar
estes valores, foi possível encontrar um erro na ordem de 0,30 %, o que é considerado um valor aceitável. Para os valores de resistência máxima e resistência mínima, os valores encontrados foram de 462,96ᘯ e 438,78ᘯ respectivamente. Ao fazer a comparação destas resistências encontradas com a resistência medida, obteve-se o valor de erro 0,21% para o valor máximo e o valor de 5,89% para o valor de mínimo. O valor do erro encontrado ultrapassando o tolerável de 5% não possui uma razão especifica para tal fenômeno, podendo ser interferência dos equipamentos utilizados, escalas calibradas de forma errada, entre outros fatores externos e internos.
- Comparando tensões de joelho, levantada graficamente, com a teórica 0,7V? Explique a diferença. R: Ao fazer a comparação da tensão de joelho encontrada através do gráfico 703 mV com o valor teórico de 0,7 V foi possível observar um erro de 0,43% aproximadamente, o que é considerado um valor aceitável por se encontrar abaixo do valor de 5%. Entretanto, deve-se observar que o valor de 0,7 V é um valor aproximado, uma vez que a tensão de joelho do diodo pode variar de acordo com o tipo do diodo, por exemplo as características e comportamentos dos diodos 1N4001 a 1N4007 podem alterar quando submetidos a diferentes valores de corrente e temperatura.
- Vocês podem dizer que as resistências são iguais na comparação do item 9 entre a resistência média do gráfico com o valor máximo e mínimo da resistência da Tabela 7 da segunda parte experimental? R: Para os valores de resistência máxima e mínima da Tabela 6 e a resistência média do gráfico possuíram um valor de: Rmin= 92,10 Ω Rmax = 7,55 kΩ e a Rmed = 3, 37 Ω. Os erros máximo e mínimo obtidos foram 2 23935,61 % e 2632,94% respectivamente. A diferença de valores é dada por conta da característica não linear do dispositivo, ou seja, a curva que descreve o comportamento do diodo é de característica exponencial. Para os pontos mais próximos da origem, ou concentrados na região não linear, tem-se valores mais altos para a resistência e a entramos na região linear do diodo, os valores de resistência tendem a diminuir por conta da variação que decai significativamente. Por fim, pode-se inferir que o comportamento do diodo não possuirá uma resistência equivalente ao comportamento da resistência do resistor.
- Quando comparamos os resultados das duas comparações feitas nas questões 3 e 5 o que podemos concluir? Explique. R: Ao fazer a comparação e analise dos resultados obtidos tanto numericamente quanto graficamente, observa-se que comportamento do diodo possui a característica não linear em um determinado intervalo de valores, e linear para o outro restante de valores. Como consequência disto, os valores das resistências do diodo variam ao longo da curva principalmente na região que apresenta a não linearidade. Podemos analisar também através da relação da Lei de Ohm, uma vez que a lei descreve a equação 𝑅 = 𝑉 𝐼 , e o valor da tensão sobre o diodo estabiliza após atingir a tensão de joelho, (aproximadamente 0,7V), o valor da corrente continua aumentar, o que faz com que com o aumento da corrente e o valor da tensão permanecer constante, o valor da resistência tende a modificar. Diferente do resultado encontrado para a resistência. Observa-se, analisando os valores de tensão e corrente e aplicando a equação descrita pela Lei de Ohm, que o valor de tensão varia com o valor da corrente. Isso significa que o valor da resistência terá uma proporcionalidade de acordo com a variação dos valores, por conta do comportamento linear do resistor.
utilizados também podem ter contribuído para valores “aproximados” e assim, interferir nos valores obtidos.
