Relatorio de Física 3 Eletromagnetismo Sobre LED Diodo Emissor de Luz

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Relatório Experimental de Física
SEMICONDUTORES (LED)
Atividade Experimental III – Fenômenos Eletromagnéticos
Destinado: Física e Engenharias 
Autor: Mateus Afonso Barbosa
Discente de Eng. Física
Porteirinha - MG
2021
1- Introdução
Para que a corrente elétrica fornecida por uma fonte possa percorrer um
circuito elétrico é importante analisar a capacidade de condução que o material
oferece. Essa característica é chamada de resistência elétrica, a mesma possui
diferentes valores para materiais distintos. Os materiais com baixa resistência são
denominados condutores, já os materiais com grande dificuldade movimentação dos
elétrons é denominado isolante. 
Figura 1 – Condutor de cobre utilizado nos fios elétricos
Os semicondutores são materiais que possuem uma resistência intermediaria
entre os materiais condutores e os isolantes. Os melhores materiais condutores
utilizado frequentemente são cobre, prata, alumínio. Os isolantes são vidro,
borracha, porcelana, etc. Já os semicondutores em destaque na eletrônica são o
silício e o germânio, ambos possuem quatro elétrons na camada de valência, o que
lhes permitem esta classificação.
Figura 2 – Representação esquemática dos átomos de Germânio (Ge) e
Silício (Si)
Os materiais isolantes são aqueles que oferecem grande oposição à
passagem de cargas elétricas. Nesses materiais, os elétrons encontram-se, de
modo geral, fortemente ligados aos núcleos atômicos e, por isso, não são facilmente
conduzidos. Materiais como borracha, silicone, vidro e cerâmica são bons exemplos
de isolantes. Já os semicondutores necessitam de uma energia um pouco menor
para liberar alguns elétrons.
Os LEDs são dispositivos capazes de emitir luz de forma eficiente e
econômica, muito utilizado na produção de eletrônicos e recentemente invadindo as
residências por conta do baixo consumo de energia. Os LEDs são feitos de
materiais semicondutores, por isso apresenta algumas características, como: Baixo
consumo de energia, alto rendimento, menos impacto na natureza e vida útil maior. 
Figura 3 – Diodo Emissor de Luz (LED)
A estrutura do LED é uma transição elétron-buraco, por isso, os mecanismos
de passagem da corrente através de um diodo de semicondutor e de um LED são
iguais. Os materiais da transição elétron-buraco da estrutura do LED são escolhidos
de forma que os elétrons livres na região-n (emissor) possuem menor energia que
na regiãop (base). Na ausência de um campo elétrico externo, a difusão dos
principais portadores de carga através da transição p-n (dos elétrons da região-n
para a regiãop e dos buracos em direção contrária) é impedida pelo campo elétrico
interno denominado campo de contato. 
Figura 4 – Estrutura detalhada de um LED
2- Objetivos
Os objetivos da prática foram: 
 Compreender o funcionamento dos semicondutores.
 Determinar a curva característica do Diodo Emissor de Luz (LED).
 Realizar o experimento utilizando recursos disponíveis na plataforma
Tinkercad.
 Determinar a resistência do LED
3- Procedimento Experimental
Durante a execução da prática foram utilizados uma fonte de tensão, um
amperímetro, um voltímetro e um resistor de 1KΩ e um LED, ambos disponíveis na
plataforma Tinkercad. A execução do experimento seguiu os seguintes passos: 
 Foi acessada a plataforma Tinkercad em: https://www.tinkercad.com nessa
simulação foi possível variar a tensão aplicada pela fonte, medir a tensão nos
termais do LED e a corrente no circuito. 
 Foi montado o circuito baseado no esquema solicitado
Figura 5 - Laboratório virtual Tinkercad
 A fonte foi configurada inicialmente para fornecer –3 V
 Foi medido o valor de corrente no circuito e tensão nos terminais do LED.
https://www.tinkercad.com/
 Posteriormente as tensões foram aumentadas em passos de 0,20 V até a
tensão de 3 V. Todos os valores de corrente no circuito e tensão nos
terminais foram adicionados em uma tabela
 Com os dados da tabela foi plotado um gráfico da relação Tensão (V) x
Corrente (I)
 Posteriormente foi feita a regressão linear do gráfico anterior.
 Por último, realizou-se uma análise e discussão dos resultados obtidos
4- Apresentação dos Resultados
A partir da prática realizada foram obtidos diversos valores de tensão nos
terminais do led bem como valores de corrente do circuito, os dados foram
adicionados em uma tabela.
Tabela 1 – Dados obtidos de Corrente (i) e Tensão dos Terminais do LED (V)
A Tabela 1 mostra os valores de Tensão, medidos em volts e corrente,
medidos em Ampere. É possível observar que enquanto a tensão fornecida pela
fonte era negativa não havia tensão nos terminais do LED, nem corrente no circuito.
Posteriormente, quando a tensão chegou a valores positivos os terminais do Led
apresentaram essa mesma tensão.
Para visualizar melhor os dados obtidos na Tabela 1 foi plotado um gráfico da
relação Tensão da Fonte x Corrente, através deste gráfico foi possível analisar a
curva característica do diodo emissor de luz.
Gráfico 1 – Curva da relação Tensão da Fonte (V) e Corrente (I) 
O Gráfico apresenta a relação entre Tensão dos terminais do LED, medido
em volts e Corrente do circuito, medido em Ampere. É possível ver claramente o
comportamento da curva ao longo de dois momentos da prática, o primeiro quando
o a tensão dos terminais do LED é negativa, o segundo momento, quando a bateria
fornece valores positivos de tensão ao circuito. 
É possível observar com auxílio do Gráfico 1 que enquanto não se atinge um
determinado valor de tensão, não se inicia a circulação de corrente. Posteriormente,
quando a corrente ultrapassa o “cotovelo” da curva, a corrente aumenta
rapidamente de valor. Com esse aumento, o LED começa a brilhar de acordo com a
intensidade de corrente direta.
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
Gráfico Tensão x Corrente
Tensão
C
o
rr
e
n
te
Gráfico 2 – Curva característica Tensão do LED x Corrente, a partir da fonte
de tensão positiva.
Foi identificado que entre os pontos 1.8 e 3, o LED apresentou
comportamento linear, porém, não é um comportamento Ôhmico, já que a
resistência nos pontos são diferentes. Entretanto, como se trata de uma relação
linear, foi feita a regressão desta região que abrangeu 7 pontos. A regressão linear
fornece a melhor reta que passa por todos os pontos do gráfico. Foi utilizado o Excel
como ferramenta pois fornece de forma rápida os valores. Para que isso fosse
possível, foi necessário eliminar todos os outros pontos entre –3 e 1,6. 
Gráfico 3 - Regressão Linear da curva do LED (pontos 1.8 a 3)
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
Gráfico Tensão x Corrente
Tensão
C
o
rr
e
n
te
A partir da regressão linear foi possível obter os valores R-quadrado, também
chamado de coeficiente de determinação, que é uma medida estatística de quão
próximos os dados estão da linha de regressão ajustada, sendo limitado ao valor 1.
O valor encontrado foi de R2 = 0,90
Através da reta linear obtida anteriormente foi possível também obter o valor
da resistência interna do LED: R = ΔV / i = 102,56 Ω
5- Discussão
No Gráfico 1, observou-se que, apesar de aumentar a tensão fornecida pela
fonte, que começou em -3 Volts, a corrente permaneceu nula. Isso ocorre porque o
diodo não permite a passagem de corrente na polarização inversa (tensão
negativa), e porque só há corrente quando existe energia suficiente para os elétrons
da banda de valência saltarem para a banda de condução. Para o LED utilizado na
prática este valor foi de aproximadamente 1,8 Volts. Após isso, a corrente cresce
exponencialmente.
O LED é um dispositivo frágil, qualquer corrente acima do permitido pode
facilmente destruí-lo, por esse motivo a utilização de um LED é exclusivamente
acompanhado por um resistor, para que haja um controle sobre a corrente que lhepercorre. Nessa prática em questão foi utilizado um resistor de 1KΩ.
De acordo com a Lei de Ohm, em um condutor ôhmico, mantido à
temperatura constante, a intensidade de corrente elétrica é proporcional à diferença
de potencial aplicada entre suas extremidades, ou seja, sua resistência elétrica é
constante. No Gráfico 2 é possível identificar que na região entre os pontos 1.8 e 3 o
LED apresentou um crescimento linear, mas e resistência não era constante, pois o
LED não possui um comportamento modelado na Lei de Ohm. 
Para o cálculo da Resistência do LED, foi feita uma simplificação da Lei de
Ohm, onde o valor da resistência passou a ser definida como: R = ΔV / i, onde ΔV é
a diferença entre o ponto da tensão, quando a corrente é máxima e o ponto onde a
reta linear cruza o eixo X do gráfico. I é a corrente máxima da curva do LED. Com o
auxílio do Gráfico 3 é possível observar que ΔV é (1,82 – 1,70) = 0,12V. A corrente
máxima I é 0,00117A, logo: R = 0,12 / 0,00117A = 102,564 Ω
O valor do coeficiente de determinação encontrado: R2 = 0,90 está em total
conformidade com a teoria, já que o LED não possui uma relação linear entre a
corrente e a voltagem.
6- Conclusão
Diante dos objetivos propostos para a prática em questão, conclui-se que foi
possível compreender o funcionamento dos semicondutores, em destaque para o
silício e germânio. Foi possível também determinar a curva característica do Diodo
Emissor de Luz (LED), e posteriormente determinar a sua resistência. Foi possível
trabalhar com a plataforma Tinkercad de forma eficiente e sem prejuízos no
aprendizado prático dos Fenômenos Eletromagnéticos. 
7- Referências
[1] HELERBROCK, Rafael. "O que é LED?"; Brasil Escola. Disponível em:
https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-led.htm. Acesso em 26 de
agosto de 2021.
[2] HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J.. Fundamentos de Física 3 -
Eletromagnetismo, 9a ed., LTC. 2013.