Relatório Eletrônica 1 , Provas de Eletrônica

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UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO

Escola Politécnica de Pernambuco

Thamiris Barroso

EXPERIÊNCIAS NO LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA 1

Recife

Thamiris Barroso

EXPERIÊNCIAS NO LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA 1

Laboratório de Eletrônica

Turma: DQ Este relatório é uma abordagem geral das experiências realizadas no período de Agosto/ Setembro de 2009 que foram orientadas pelo professor Francisco Rufino, da disciplina de Laboratório de Eletrônica da Escola Politécnica de Pernambuco. Recife

I - EXPERIÊNCIA 1: APRESENTAÇÃO DOS MATERIAIS DO LABORATÓRIO

1.INTRODUÇÃO (Experiência 1) Nesta aula (12/08/2009) nos foi apresentado os materiais do laboratório que iremos usar nas experiências posteriores, para assim sabermos usá-los da maneira correta. Então foi apresentado o resistor , que é um dispositivo elétrico muito utilizado na eletrônica com a finalidade de transformar energia elétrica em energia térmica; o capacitor , que é um componente que armazena energia no campo elétrico. O capacitor eletrolítico que possui polaridade, ou seja, não funciona corretamente se for invertido; e, por fim o diodo , que é um dispositivo eletrônico muito utilizado, que é um componente formado por dois blocos semicondutores, com dopagens opostas.

2.DESENVOLVIMENTO (Experiência 1) 2.1 – RESISTORES 2.1.1 – Definição Caso não haja limitação para a corrente elétrica num circuito, dada pela resistência de suas partes, a sua intensidade não poderá ser controlada e isso pode provocar uma conversão de energia em calor em uma quantidade além do previsto: é o caso do curto-circuito em que temos uma produção descontrolada de calor, com efeitos destrutivos. Para reduzir, de maneira controlada, a intensidade da corrente, oferecendo-lhe uma oposição ou resistência, ou então para fazer cair a tensão num circuito a um valor mais conveniente a uma determinada aplicação, usamos componentes denominados resistores. Os resistores mais comuns são os de película ou filme de carbono ou metálico, que tem o aspecto mostrado na figura 1. A “quantidade” de resistência que um resistor oferece à corrente elétrica, ou seja, sua resistência nominal é medida em ohms () e pode variar entre 0,1 e mais de 22 000 000 . Também usamos nas especificações de resistências os múltiplos do ohms, no caso o quilohm (k ) e o megohm (M ). Assim, em lugar de falarmos que um resistor tem 4700  é comum dizermos 4,7 k ou simplesmente 4k7, onde o “k” substitui a vírgula. Para um resistor de 2 700 000 ohms falamos simplesmente 2,7 M ou então 2M7. Figura 1 Como os resistores são componentes em geral pequenos, os seus valores não são marcados com números e letras, ou através de um código especial que todos os praticantes de eletrônica devem conhecer. Neste código são usadas faixas coloridas conforme explicamos a partir da seguinte tabela:

Violeta= Formamos assim, a dezena 47. A terceira faixa nos dá o fator de multiplicação, ou quantos zeros devemos acrescentar ao valor já lido. No caso temos: Vermelho = 00 ou x 100 Temos então 47 + 00 = 4700 ohms ou 4k7. A quarta faixa nos diz qual é a tolerância no valor do componente, quando ela existe. Se esta faixa não existe, temos um resistor de 20%, ou seja, que pode ter até 20% de diferença entre o valor real da resistência que ele apresenta e o valor que temos na marcação. No nosso caso, a faixa dourada diz que se trata de um resistor com 5% de tolerância. 2.1.2 – Valores Padrão de Resistores Comerciais Disponíveis Valores tabelados adotados pelos fabricantes a fim de padronizar os valores comerciais de dispositivos eletrônicos. É útil ter noção dos valores disponíveis no mercado ao se projetar um circuito novo. Por exemplo, se desejo obter uma resistência de 2 Ohms, devo saber que não existe um resistor comercial com esse valor. Logo, deve optar-se por uma associação em série de dois resistores de 1 Ohm. Os valores comerciais de resistores (e capacitores) são potências de 10 multiplicadas segundo a seguinte tabela: Tabela 2:

Ohms Ohms

2.2 – CAPACITORES

Os capacitores (que também são chamados erroneamente de condensadores) são componentes eletrônicos formados por conjuntos de placas de metal entre as quais existe um material isolante que define o tipo. Assim, se o material isolante for a mica teremos um capacitor de mica, se for uma espécie de plástico chamado poliéster, teremos um capacitor de poliéster. Duas placas, tendo um material isolante entre elas (chamado genericamente dielétrico), adquirem a propriedade de armazenar cargas elétricas e com isso energia elétrica. Na figura 10 mostramos um capacitor em que o dielétrico é o vidro e as placas, chamadas armaduras são planas. Quando encostamos uma placa na outra ou oferecemos um percurso para que as cargas se neutralizem, interligando as armaduras através de um fio, o capacitor se descarrega. A capacidade de um capacitor em armazenar cargas, melhor chamada de capacitância, é medida em Farad (F), mas como se trata de uma unidade muito grande, é comum o uso de seus submúltiplos. Temos então o microfarad (F) que equivale à milionésima parte do Farad ou 0,000 001 F. Em capacitores muito antigos encontramos o microfarad abreviado como mFd. Um submúltiplo ainda menor é o nanofarad, que equivale a 0,000 000 001 F ou a milésima parte do microfarad e é abreviado por nF. Temos ainda o picofarad (pF) que é a milésima parte do nanofarad ou 0, 000 000 001 F. Figura 3 Os capacitores tubulares, que são formados por folhas de condutores e dielétricos enrolados são usados em circuitos de baixas freqüências enquanto que os possuem armaduras e dielétricos planos são usados em circuitos de altas freqüências. O porquê será visto em lições futuras. Um tipo importante de capacitor é o eletrolítico, cuja estrutura básica é mostrada na figura 4. Uma de suas armaduras é de alumínio que, em contato com uma substância quimicamente ativa, se oxida formando uma finíssima camada de isolante que vai ser o dielétrico. Desta forma, como a capacitância é tanto maior quanto mais fino for o dielétrico, podemos obter capacitâncias muito grandes com um componente relativamente pequeno.

Capacitor eletrolítico (símbolo): a)

b) c)

2.3 – DIODOS Um diodo é o tipo mais simples de semicondutor.De modo geral, um semicondutor é um material com capacidade variável de conduzir corrente elétrica. A maioria dos semicondutores é feita de um condutor pobre que teve impurezas (átomos de outro material) adicionadas a ele. O processo de adição de impurezas é chamado de dopagem. Um diodo é composto por uma seção de material tipo-N ligado a uma seção de material tipo-P, com eletrodos em cada extremidade. Essa combinação conduz eletricidade apenas em um sentido. Quando nenhuma voltagem é aplicada ao diodo, os elétrons do material tipo-N preenchem as lacunas do material tipo-P ao longo da junção entre as camadas, formando uma zona vazia. Em uma zona vazia, o material semicondutor volta ao seu estado isolante original - todas as lacunas estão preenchidas, de modo que não haja elétrons livres ou espaços vazios para elétrons, e assim a carga não pode fluir. Para se livrar da zona vazia, é necessário que elétrons se movam da área tipo-N para a área tipo-P e que lacunas se movam no sentido inverso. Para fazer isto, você conecta o lado tipo-N do diodo ao terminal negativo do circuito e o lado tipo-P ao terminal positivo. Os elétrons livres no material tipo-N são repelidos pelo eletrodo negativo e atraídos para o eletrodo positivo. Os buracos no material tipo-P se movem no sentido contrário. Quando a diferença de potencial entre os eletrodos é alta o suficiente, os elétrons na zona vazia são retirados de suas lacunas e começam a se mover livremente de novo. A zona vazia desaparece e a carga se move através do diodo. Se você tentar mover a corrente no sentido oposto, com o lado tipo-P conectado ao terminal negativo do circuito e o lado tipo-N conectado ao pólo positivo, a corrente não fluirá. Os elétrons negativos no material tipo-N são atraídos para o eletrodo positivo. As lacunas positivas no material tipo-P são atraídas para o eletrodo negativo. Nenhuma corrente flui através da junção porque as lacunas e os elétrons estão cada um se movendo no sentido errado. A zona vazia então aumenta. Figura 6 - Diodo

2.3.1 – Diodo Semicondutor Diodo semicondutor é um dispositivo ou componente eletrônico composto de cristal semicondutor de silício ou germânio numa película cristalina cujas faces opostas são dopadas por diferentes gases durante sua formação. É o tipo mais simples de componente eletrônico semicondutor, usado como retificador de corrente elétrica. Possui uma queda de tensão de 0,3V e 0,7V dependendo do material que é utilizado. O fenômeno da condutividade em um só sentido é aproveitado como um chaveamento da corrente elétrica para a retificação de sinais senoidais, portanto, este é o efeito diodo semicondutor tão usado na eletrônica, pois permite que a corrente flua entre seus terminais apenas numa direção. Esta propriedade é utilizada em grande número de circuitos eletrônicos e nos retificadores. Os retificadores são circuitos elétricos que convertem a tensão CA (AC) em tensão CC (DC). CA vem de Corrente alternada, significa que os elétrons circulam em dois sentidos, CC (DC), Corrente contínua, isto é circula num só sentido. A certa altura o potencial U, formado a partir da junção n e p não deixa os elétrons e lacunas movimentarem-se, este processo dá-se devida assimetria de cargas existente.

 Para 20 V deu 19,9 V  Para 15 V deu 14,8 V Escala de 750 V : Tomada de 220 V (ca) deu 205 V Medindo Resistência: Tensão nas ponteiras do multímetro → 2,73 V Tabela 4 (Medindo a resistência): Valor nominal do resistor Valor medido no multímetro MVMM O = 120 Ω 120 Ω (escala de 200) AZCM O = 680 Ω 0,673 Ω (escala de 2k) MVDL O = 15k Ω 0,015M Ω (escala de 2M) LBAM O = 390 k Ω 0,389M Ω (escala de 2M) Equivalência em série: MVMM O com AZCM O = 0,793k Ω (escala de 2k) Equivalência em paralelo: MVMM O com AZCM O = 103 Ω (escala de 200)

III – Experiência 3: Polarização Direta e Reversa de um Diodo Retificador (0 2 /09/2009) 1.1 – Objetivo O objetivo desta terceira experiência no laboratório de eletrônica é a familiarização dos alunos com o funcionamento da polarização dos diodos retificadores, analisando as condições de funcionamento destes quando submetidos a polarizações direta e reversa.

1. 2 – Instrumentos utilizados: 1 – Fonte de Tensão ajustável (Fab.: Minipa; Mod.: MPC – 303D); 2 – Multímetro (Mod.: ET – 2042C); 3 – Resistor de grafita de 2k2 / 1/4w; 4 – Placa de montagem (Fab.: Minipa; Mod.: MP-2420); 5 – Diodo Retificador. 1.3 – Procedimentos: 1 – Montar o circuito. Figura 7 - Circuito da Experiência 3. 2 – Ajustar o valor da fonte de tensão “Vf” conforme mostrado na tabela 5. Com o voltímetro, medir os valores de “VD” e “VR”, preenchendo a tabela 5.

Vs1 D

DIODE

R

2k

Figura 9 - Polarização direta (tabela 5), a polarização inversa (tabela 3.26) tem valores iguais a zero para Ir e Vr. 5 – Explicar as diferenças entre os resultados registrados nas tabelas “ 5 e 6 ”. Na tabela 5 temos um diodo diretamente polarizado, observamos que à medida que aumentamos o valor da tensão Vf, Vd e Vr também aumentam. Nas duas primeiras colunas da tabela tem valores iguais a zero para Vd e conseqüentemente para Vr, isso significa que a tensão da fonte é menor que a tensão para condução do diodo. De acordo com o gráfico 5 vemos que até atingir a tensão limiar os valores de corrente apresentados são muito próximos de zero, e que a partir da tensão limiar, o diodo passa a conduzir e os valores da corrente aumentam. E o restante da ddp é dissipada pelo resistor como mostrado no gráfico 6. Na tabela 6 , podemos notar que independente do aumento de tensão da fonte a corrente será zero. Pois o diodo inversamente polarizado funciona como uma chave aberta não permitindo a passagem de corrente através do diodo, e conseqüentemente não chegará corrente até o resistor. Com isso também não haverá dissipação da ddp pelo resistor, podendo-se concluir que a ddp entre os terminais será a mesma da fonte. 6 – Qual o valor de “Vγ” do diodo utilizado no circuito? Como sabemos “Vγ” representa a tensão limiar de condução, que é o valor no qual o diodo está efetivamente em condução, no diodo de silício, por exemplo, essa tensão é 0,7V. Na figura 5 vemos evidenciado o valor do “Vγ” em 0,53, pois a partir desse ponto o valor da corrente praticamente triplica, e se obtém valores notáveis de condução no diodo.

Outro modo de encontrarmos esse valor seria traçando uma reta tangente a curva, no ponto do eixo das abscissas, eixo onde temos o Vd, onde essa reta tocar indicará o “Vγ”.

Graficamente temos em AB, a situação mostrada na figura 4.1, com a escala vertical de 5V/div e a escala horizontal de 2ms/div. Figura 10 - Forma de onda VAB. 3 – Repetindo o processo anterior para V 0 e para VAC. Com o multímetro encontramos V 0 = 7,09V (utilizando V= até 20V) e VAC= - 7,09V. Com o osciloscópio temos: V0 p = 22,5V e V 0 = V0 p/π = 7,16V, com o período T = 16,8ms e f = 1/16, 8x10-^3 60Hz VAC p = - 22,5V e VAC = VAC p/π = - 7,16V, com período T = 16,8ms e f = 1/16, 8x10-^3 ≈60Hz. Graficamente temos V 0 e VAC nas figuras 4.2 e 4.3, respectivamente. Figura 11 - Forma de onda de VO.

Figura 12 - Forma de onda de VAC. 4 – Calcular o capacitor adequado para que tenhamos sobre RL uma tensão de ondulação de 10% de Vp (Vond= 0,1xVp). Ligar o capacitor no circuito, medir com o osciloscópio a tensão de ondulação Vond e comparar o valor medido com o valor calculado. Sabendo que IL = VRL p/R = V0 p/ R = 22,5V/4,7kΩ = 4,78mA, calculamos: Vond = Ic/fxC C = I/fxVond = 4,78mA/60x2, 25 = 35μF, pois Vond = 0,1x22, 5=2,25V. No osciloscópio obtemos Vond = 22,5V - 19,7V = 2,8V. Por disponibilidade foi utilizado um capacitor de 48μF, que foi ligado ao circuito e apresentou o gráfico mostrado na figura 4. Figura 13 - Forma de onda de Vo.