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Relatório de experimento com diodos
Tipologia: Notas de estudo
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Ilha Solteira – 2007
Alunos: Admilson Rodrigues Amorim - 01
Bruno Bortolucci Maia - 04 Diego Gomes Ribeiro - 05 Edson Akira da Silva - 07 Eli Morais da Silva – 09
Base Tecnológica: MSI (Manutenção de Sistemas Industriais)
Módulo e Curso: 1º Eletrotécnica
Sumário:
Diodos ..................................... 03 Produção de Diodos ......................... 03 Teoria de Funcionamento .................... 05 Tipos de Diodos ............................ 05 Simbologia ................................. 07 Aproximações ............................... 07 Diodo em Corrente Alternada ................ 09 Circuitos Experimentais .................... 09
Relato da Experiência Realizada ............ 14 Gráficos ................................... 16
.Diodos são componentes de grande aplicação em circuitos eletrônicos. Seu nome representa “dois eletrodos”. Este componente tem seu funcionamento semelhante ao de uma chave podendo estar aberta ou fechada assim como veremos adiante. .Para entendermos seu funcionamento, temos de conhecer suas etapas de produção. O diodo é construído a partir de um material semi-condutor. Materiais semi-condutores são aqueles que possuem quatro elétrons em sua camada de valência. Como o número de elétrons determina a condutibilidade de um material, são considerados semi-condutores pois condutores possuem apenas um elétron na camada de valência e isolantes possuem oito assim eles ficam no meio desses valores.
Fig. 1.1 – Diodos
.Nos circuitos, usamos um Resistor para servir como limitador de corrente, pois se a corrente que passar pelo diodo for maior que sua máxima corrente direta, haverá perda do componente. Mesmo se esta corrente for próxima ao valor máximo, a vida útil do diodo reduz bastante. Quanto maior for o valor da resistência, menor será a corrente no diodo.
.As características, o modo na qual se comporta, sua área de atuação no gráfico da curva do diodo e outros fatores, indicam o diodo que será utilizado em determinada função. Os principais tipos de diodos são:
Fig. 4.1 – Diodo Retificador.
Fig. 4.2 – Diodo Zener
Fig. 4.3 – Diodo Schottky
Fig. 4.4 – LEDs
Fig. 4.5 – Fotodiodo
Diodo Retificador Diodo Zener
Diodo VARICAP Diodo Túnel
Fotodiodo Led (Diodo Emisor de Luz)
Diodo Schottky Diodo com característica dependente da temperatura Tabela 5.1 – Simbologia de Diodos (A= Anodo (+) e K=Catodo (-))
.Para os cálculos envolvendo diodos, usa-se as seguintes aproximações:
Fig. 6.1 – Curva do Diodo Ideal
conduzindo. Conseqüentemente o resistor não estará recebendo sinal nenhum. Pode-se avaliar o experimento através do gráfico abaixo:
.No primeiro semi-ciclo o transformador envia sinal positivo, o diodo polariza diretamente e conduz corrente, então a carga recebe uma corrente e como a tensão é a corrente vezes a resistência, então terá também uma tensão que em conseqüência dessa operação, terá uma amplitude maior que a corrente. Já no diodo, não há tensão. .No segundo semi-ciclo, o transformador envia sinal negativo, o diodo polariza reversamente e não conduz corrente, então a carga não recebe corrente, sendo o valor da corrente igual á zero, ao multiplicar pela resistência para obter o valor da tensão, o produto será zero então neste caso não há tensão. No diodo há tensão porém está reversamente polarizado então a tensão será negativa. Daí nos semi-ciclos sucessores a situação se repete sucessivamente. .Retificador de meia onda, pois no gráfico, há um semi-ciclo com corrente e tensão na carga e outro sem corrente e sem tensão na carga. Se exemplificássemos isso usando uma lâmpada como a carga, a lâmpada ficaria acendendo e apagando conforme a freqüência da onda alternada. .Se invertêssemos o diodo, a situação também se inverteria, ele estaria reversamente polarizado no primeiro semi-ciclo e reversamente polarizado no segundo semi-ciclo.
Com Tap Central:
Sem Tap Central:
.Observe que no circuito sem tap central, o que ocorre de diferente é que ao invés de ligados, o
início e fim do circuito são aterrados o que na verdade não altera nada. .Neste circuito o transformador envia um sinal diferente para cada diodo de acordo com o sentido da corrente o que pode ser observado no desenho do circuito com tap central. Como os dois diodos estão na mesma posição, porém cada um recebendo sinal diferente, a cada semi-ciclo os diodos estarão polarizados de forma diferente, um estando diretamente polarizado e um estando reversamente polarizado. Neste caso, a carga sempre terá tensão e corrente mas a cada semi-ciclo, receberá estes dois de um diodo diferente. Supomos que o primeiro semi-ciclo seja positivo, então, como foi indicado no desenho do circuito, o diodo que recebe o sinal emitido é D1 e o outro recebe um sinal oposto. D1 recebe sinal positivo então polariza diretamente e passa a conduzir corrente enquanto D2 recebe sinal negativo e não conduz corrente. A carga no primeiro semi-ciclo então, recebe corrente de D1 apenas. No semi-ciclo seguinte, o sinal é negativo então D1 recebe este sinal e polariza reversamente, assim não conduz corrente. Já D2 recebe sinal positivo e polariza diretamente passando a conduzir corrente. Neste semi-ciclo, a carga recebe corrente e tensão
apenas de D2. Observamos então que a carga sempre estará recebendo tensão e corrente porém no primeiro semi-ciclo de D1 e no segundo semi-ciclo de D2. Isto pode ser melhor observado no gráfico:
.No primeiro semi-ciclo, o transformador envia sinal positivo e quem recebe é D1 que polariza diretamente enviando corrente á carga enquanto D2 está reversamente polarizado e não envia
corrente á carga. Como a corrente enviada á carga é igual, a tensão na carga também será igual em todos os semi-ciclos e como ela é resultado da operação V = R. I Max, então é indiferente o diodo que resulta esta tensão, mas é importante mostrar o diodo que envia corrente.
.No segundo semi-ciclo, o transformador envia sinal negativo e quem recebe é D1 que polariza reversamente e não envia corrente á carga enquanto D2 polariza diretamente e envia corrente á carga. Neste caso a carga está sendo alimentada apenas pela corrente de D2. E esta situação se repete sucessivamente nos outros semi-ciclos. .Este é chamado retificador de onda completa pois não há interrupção na onda de tensão e corrente na carga. Se exemplificássemos isso colocando uma lâmpada como carga, observaríamos que a lâmpada ficaria acesa continuamente. .Se invertêssemos o diodo, só inverteria a ordem de polarização dos diodos, a onda continua ininterrupta em todos os semi-ciclos. .Se retirássemos algum dos diodos, tornaríamos o circuito um retificador de meia onda, pois seria como se apagássemos sua curva nos gráficos mostrados anteriormente.
.Supondo que no primeiro semi-ciclo o transformador envie sinal positivo, Ao chegar, esse sinal se dividirá entre D1 e D4, D1 ficará diretamente polarizado e D4 reversamente, D2 ficará reversamente e D3 ficará diretamente polarizado. Considerando que diodos reversamente polarizado, neste semi-ciclo positivo, o circuito poderia ser redesenhado ficando desta maneira:
.Veja que assim, a carga recebe sinal de D1 e D3 ao mesmo tempo. .Agora, no segundo semi-ciclo que seria negativo, o sinal dividirá da mesma forma, entre D1 e D4 porém D1 iria polarizar reversamente, D4 diretamente, D2 diretamente e D3 reversamente. Assim, o circuito redesenhado ficaria desta forma:
.Veja que assim, a carga recebe sinal de D2 e D4 ao mesmo tempo.
.Observe que todos os valores da corrente são zero. Isso porque ao invertermos o diodo, ele polarizou reversamente e nesse estado, não importa a tensão, ele não conduzirá corrente.
.Depois disso, voltamos o diodo a sua primeira posição e trocamos o resistor de 5W pelo resistor de 2W. Repetimos todo o primeiro procedimento e obtivemos os seguintes valores:
VD (V) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0, ID (mA) (^) 0 0 0 0 0 0 0,38 13,00 40,
.Com esses dados, observamos que a corrente no diodo diminui conforme aumenta a potência do resistor. Isso porque P = V.I, se a tensão é a mesma e precisamos obter uma potência menor, precisamos de uma corrente menor também. .Voltamos a inverter o diodo e obtivemos os mesmos valores que obtivemos da outra vez que invertemos o diodo:
VD (V) 0 5 10 15 20 25 30 ID (mA) (^) 0 0 0 0 0 0 0
.Isso prova que invertendo o diodo e ele polarizando reversamente, não importa a tensão ou a potência da carga, ele nunca conduzirá corrente. .Agora, trocamos o diodo, tendo no circuito um diodo 1N4002 e uma resistência de 2W e repetimos as medições com o diodo diretamente polarizado:
VD (V) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0, ID (mA) (^) 0 0 0 0 0,02 0,21 1,58 14,67 31,
.Sendo o diodo de silício, observamos que o diodo começou a conduzir com uma tensão menor que sua tensão mínima isso talvez por alguma imprecisão nos aparelhos ou nas medidas ou ainda porque o gráfico não sendo linear, a condução pode começar antes do valor mínimo. Isso ocorreu após trocarmos o diodo, então isso deve estar ocorrendo devido á alguma propriedade desse diodo. .Voltamos a inverter o diodo e obtivemos ainda os mesmos valores obtidos até agora:
VD (V) 0 5 10 15 20 25 30 ID (mA) (^) 0 0 0 0 0 0 0
.Também nos torna possível concluir que este diodo também não conduz corrente quando está reversamente polarizado. .Colocamos agora o resistor de 5W e repetimos as medições:
VD (V) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0, ID (mA) (^) 0 0 0 0 0,02 0,22 1,71 15,27 33,
.Observamos as mesmas propriedades da potência. Como a tensão é a mesma, para atingirmos uma potência maior, precisamos de uma corrente maior, é justamente o que ocorre nas medições. Aqui, a condução também começou a partir de 0,4V, provavelmente esse e outros fatores são
provenientes de alguma propriedade do diodo 1N4002. Ao inverter o diodo, obtemos o mesmo resultado:
VD (V) 0 5 10 15 20 25 30 ID (mA) (^) 0 0 0 0 0 0 0
