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Descrição, desenvolvimento e análise de circuitos com diodos.
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
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Resumo—Esta pr´atica trata-se do estudo da curva carac- ter´ıstica do diodo. Dado a curva caracter´ıstica de um diodo, desenvolveu-se circuitos que mostram o seu comportamento em resposta a aplicac¸ ˜ao de diversos valores de corrente. Verifica-se tamb´em este componente em corte e em conduc¸ ˜ao em um circuito chaveado.
O objetivo principal desta pr´atica e´ o levantamento das curvas caracter´ısticas do diodo mediante simulac¸ ˜ao e experimentac¸ ˜ao.
Diodos ideais s˜ao os elementos n˜ao-lineares mais simples. Eles apresentam dois terminais, ˆanodo e c´atodo. Os diodos permitem que a corrente em um circuito circule em apenas uma direc¸ ˜ao, do terminal positivo para o negativo. A Figura 1 mostra o s´ımbolo do diodo. O comportamento de um diodo ideal ´e mostrado pela Figura 2.
Fig. 1: S´ımbolo do diodo.
Fig. 2: Caracter´ıstica i-v do diodo ideal.
O diodo ´e um dispositivo que se comporta em um circuito de duas maneiras: com polarizac¸ ˜ao direta e com polarizac¸ ˜ao reversa. Diodo operando com polarizac¸ ˜ao direta permite que a corrente circule entre os seus terminar se comportando como um curto-circuito, assim a queda de tens˜ao no diodo ´e zero. Diz-se estar em conduc¸ ˜ao ou ligado. Diodo inversamente polarizado age como um circuito aberto, n˜ao permitindoa passagem de corrente, assim, a queda de tens˜ao no diodo ´e idˆentica ao valor da fonte aplicada. Diz-se neste caso que o diodo est´a em corte ou desligado.
Como visto, e necess´´ ario portanto projetar um circuito externo que limite a corrente que passa pelo diodo quando em conduc¸ ˜ao e a tens˜ao entre seus terminais quando em corte. Isso pode ser feito com a aplicac¸ ˜ao de um resistor entre a fonte e o diodo. Um diodo real tem comportamento como mostrado pela Figura 3. Esta ´e a curva caractar´ıstica do diodo. Essas carac- ter´ısticas se devem ao material semicondutor ao qual ´e feito, mais especificamente, diodos de junc¸ ˜ao de sil´ıcio. O diodo real de sil´ıcio comec¸a a conduzir com a aplicac¸ ˜ao de uma fonte de tens˜ao de aproximadademente 0,7 V. Pode-se perceber que tamb´em pela curva caracter´ıstica que, em polarizac¸ ˜ao reversa, a partir de um certo valor de tens˜ao aplicada, a tens˜ao de ruptura VZ , o diodo passa a conduzir. E descrita na figura´ como regi˜ao de ruptura.
Fig. 3: Curva caracter´ıstica do diodo.
Foi desenvolvido em laborat´orio um circuito simples for- mado por uma fonte de tens˜ao cont´ınua ligada em s´erie com um diodo e um resistor mostrado pela Figura 4. Realizo-se c´alculos de potˆencia e aplicac¸ ˜ao da lei de Ohm para a escolha do valor do resistor que melhor atendesse as condic¸ ˜oes.A fonte devia estar numa faixa de valores de 0 a 2,7 V e a corrente variaria de 0 a 0,9 A. Como o diodo real apresenta uma queda de tens˜ao de 0,7 V, o resistor a ser escolhido deveria apresentar uma queda em torno de 2,0 V. Assim, com a corrente sendo 0,9 A, a resistˆencia ´e aproximandamente 2,22 Ω. Como n˜ao h´a resistores comerciais com esse valor, foi usado um resistor
de 1kΩ. Simulou-se o circuito em software Multisim e os resultados comparados com os obtidos em laborat´orio.
Fig. 4: S´ımbolo do diodo.
Foi simulado um segundo circuito formado por dois diodos, trˆes fontes de tens˜ao de 5 V e um resistor articulados por meio de um sistema com chaveamento dado pela Figura 5. Um volt´ımetro foi colocado para medir a diferenc¸a de potencial V 0 entre os diodos alternando-se entre as poss´ıveis posic¸ ˜oes das chaves.
Fig. 5: S´ımbolo do diodo.
Como j´a visto, o circuito Figura 6 foi simulado em software Multisim para os difentes valores de corrente e medidas as tens˜oes sobre o diodo, sendo obtidos os resultados dados na Tabela I.
Fig. 6: S´ımbolo do diodo.
Tabela I: Resultados esperados de tens˜ao sobre o diodo para os difentes valores de corrente. ID (A) VDsim (V) 0,10 0, 0,20 0, 0,30 0, 0,40 0, 0,50 0, 0,60 0, 0,70 0, 0,80 0, 0,90 0,
O circuito da Figura 7 , tamb´em j´a mostrado, foi simulado para as todas poss´ıveis combinac¸ ˜oes de posic¸ ˜ao das chaves A e B. Os valores de tens˜ao V 0 obtidos encontra-se na Tabela II.
Fig. 7: S´ımbolo do diodo.
Tabela II: Resultados esperados de tens˜ao V 0 para as difentes combinac¸ ˜oes de posic¸ ˜ao das chaves A e B. CHAVE A CHAVE B v 0 (V) D D 0, D L 0, L D 0, L L 5,
O circuito Figura 6 foi desenvolvido em laborat´orio implementando-se os difentes valores de corrente, medindo-se as tens˜oes sobre o diodo. O processo foi repetido trˆes vezes. Foram obtidos os resultados conforme a Tabela III para a tens˜ao m´edia no diodo VDmed.
Tabela III: Resultados encontrados de tens˜ao sobre o diodo para os difentes valores de corrente. ID (A) VD 1 VD 2 VD 3 VDmed (V) 0,10 0,782 0,781 0,781 0, 0,20 0,800 0,804 0,809 0, 0,30 0,823 0,819 0,828 0, 0,40 0,826 0,826 0,832 0, 0,50 0,834 0,834 0,834 0, 0,60 0,841 0,841 0,838 0, 0,70 0,842 0,846 0,840 0, 0,80 0,838 0,831 0,843 0, 0,90 0,834 0,834 0,844 0,
O Figura 8 mostra a representac¸ ˜ao gr´afica dos valores de tens˜ao no diodo nas trˆes medic¸ ˜oes feitas, em vermelho, preto e azul, e o gr´afico do valor m´edio de tens˜ao no diodo na cor verde.
Fig. 8: Curva caracter´ıstica experimental do diodo para as trˆes medic¸ ˜oes.