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unesp UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
 	Faculdade de Engenharia de Bauru
 Campus de Bauru
Experimento III
Bipolos Elétricos: Diodo
Professora: Lígia de Oliveira Ruggiero
Bauru
2011
OBJETIVOS:
Analisar o funcionamento de um diodo de Silício e de Zener nas polaridades direta e reversa;
Observar sua curva característica (CCAR);
Comparar as diferenças entre o diodo de silício e o de zener;
2 – MATERIAIS UTILIZADOS:
Fonte de tensão contínua com intensidade variável;
- Marca: KEPCO – The Power Supplier
- Modelo: No.DPS 40-2M
3 multímetros;
- Marca: UNIT-T, modelo: M3900
- Marca: Minipa, modelo: ET-2076
- Marca: Minipa, modelo: ET-2020A
Diodos de silício e zener;
1 resistor (290Ω);
Placa de conexão e cabos;
3 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:
	O experimento é realizado em duas partes: na primeira, verificamos o comportamento de um diodo de silício em polarização direta e reversa; na segunda, o mesmo é feito, no entanto utilizamos um diodo de zener.
	Iniciamos o experimento identificando, através do multímetro, a resistência do diodo nas polaridades direta e reversa. Feito isto, montamos o circuito utilizando uma fonte de tensão contínua, um resistor e um diodo de silício, como ilustra o esquema (Figura 1) abaixo:
Figura1- Montagem do primeiro circuito
Para que a tensão possa ser medida no diodo e no resistor, conectamos um multímetro em paralelo em cada um destes componentes e um multímetro em série com o diodo para mensurarmos a corrente que passa por ele. Por meio da fonte, variamos a tensão injetada no circuito e anotamos os dados de tensão e corrente obtidos para cada elemento. Invertemos a polaridade da fonte e anotamos novamente os dados obtidos para a tensão e corrente em cada componente.
A foto (Foto 1) abaixo mostra a montagem dos equipamentos de acordo com o requisitado nesta primeira fase do experimento: 
Foto 1- Montagem dos equipamentos da primeira etapa
	Com os dados da tabela obtidos, construímos um gráfico de corrente (I) versus tensão (Vd) e extraímos através dele a tensão polarização direta (Vϒ), a resistência dinâmica direta (rd) e a corrente de saturação reversa (I0).
 A resistência dinâmica deve ser obtida por meio da expressão:
	Para a segunda parte, os procedimentos anteriores são repetidos, porém com um diodo de zener no lugar do de silício. Alteramos também a posição do multímetro que antes estava conectado ao resistor e o transferimos para a fonte de tensão. O esboço abaixo (Figura2) apresenta o circuito nesta etapa:
Figura 2- Montagem do segundo circuito
 
A foto abaixo (Foto 2) mostra a montagem dos equipamentos de acordo com o requisitado nesta segunda fase do experimento: 
Foto 2- Montagem dos equipamentos da segunda etapa
	Com os dados da tabela obtidos, construímos um gráfico de corrente (I) versus tensão (Vd) e extraímos através dele a tensão polarização direta (Vϒ) e a tensão de ruptura (Vz).
 
4 – DADOS, RESULTADOS E DISCUSSÃO:
	Os valores anotados de resistência na polarização direta e reversa, pelo multímetro, no começo do experimento estão organizados na seguinte tabela:
	TIPO DE DIODO
	Rd (Ω)
	Rr (Ω)
	Silício
	0,600
	1
	Zener
	0,750
	1
 
Podemos inferir que o diodo na polarização direta possui menos valor, pois quando temos a polarização reversa, toda a tensão da fonte está sbre o diodo, assim, impedindo o surgimento da corrente elétrica.
 Na tabela 1, temos as medidas anotadas de cada grandeza solicitada a partir dos valores de tensão da fonte (Vf).
 Após organizarmos os pontos obtidos ao longo do experimento em laboratório nas tabelas 1 e 2, plotamos dois gráficos de corrente (I) versus tensão (Vd) com esses dados, para poder analisar os comportamentos dos diodos e para o calculo e análise de alguns resultados.
 Para encontrar o valor da tensão de polarização direta(Vϒ), traçamos uma reta a partir do ponto que a curva inicia sua linearidade. A corrente de saturação reversa(I0) foi encontrado pelos dados da tabela 1. E o valor da resistência dinâmica(rd) foi obtido através da equação abaixo utilizando o gráfico 1:
		
Podemos considerar que:
No gráfico temos: 
		
 Pela equação, temos:
Tabela 1 – Dados para CCAR do diodo de Si, na polarização direta e reversa
	Vf (V)
	Vfmed (V)
	VR (V)
	Vd (V)
	I (μA)
	-Vf (V)
	-Vfmed (V)
	-VR (mV)
	-Vd (V)
	-I (μA)
	0,0
	0
	0
	0
	0
	0,0
	0
	0
	0
	0
	0,2
	0,19
	0
	0,19
	0
	0,2
	-0,99
	0
	-0,19
	-0,02
	0,4
	0,39
	0
	0,39
	3,2
	0,4
	-2,01
	0
	-0,39
	-0,05
	0,6
	0,59
	0,02
	0,49
	75,9
	0,6
	-3,01
	0
	-0,59
	-0,07
	0,8
	0,80
	0,19
	0,57
	720
	0,8
	-4,01
	0
	-0,79
	-0,1
	1,0
	0,99
	0,35
	0,61
	1330
	1,0
	-5,02
	0
	-0,99
	-0,12
	1,2
	1,20
	0,53
	0,63
	1980
	1,2
	-5,23
	0
	-1,19
	-0,14
	1,4
	1,40
	0,71
	0,64
	2640
	1,4
	-5,42
	0
	-1,39
	-0,17
	1,6
	1,60
	0,89
	0,65
	3320
	1,6
	-5,63
	0
	-1,58
	-0,19
	1,8
	1,80
	1,07
	0,66
	3990
	1,8
	-5,83
	0
	-1,78
	-0,22
	2,0
	2,00
	1,26
	0,67
	4680
	2,0
	-6,03
	0
	-1,98
	-0,24
	3,0
	3,01
	2,19
	0,69
	8120
	3,0
	-6,23
	0
	-2,98
	-0,36
	4,0
	4,01
	3,14
	0,70
	11610
	4,0
	-6,44
	0
	-3,98
	-0,48
	5,0
	5,02
	4,08
	0,71
	15090
	5,0
	-6,64
	0
	-4,97
	-0,61
	6,0
	6,02
	5,02
	0,72
	18550
	6,0
	-6,84
	0
	-5,97
	-0,73
	7,0
	7,04
	6,16
	0,73
	22700
	7,0
	-7,04
	0
	-6,97
	-0,85
Legenda:
 
Vf – tensão da fonte
Vfmed – tensão da fonte
Vd – tensão sobre o diodo
VR – tensão sobe o resistor
I – corrente do circuito
Na tabela 2, temos as medidas anotadas de cada grandeza solicitada a partir dos valores da fonte (Vf):
Tabela 2 –Dados para CCAR do diodo Zener, na polarização direta e reversa
	Vf (V)
	Vfmed (V)
	Vd (V)
	I (μA)
	Vf (V)
	Vfmed (V)
	Vd (V)
	I (μA)
	0,0
	0
	0
	0
	0,0
	0
	0
	0
	0,2
	0,19
	0,19
	0,02
	1,0
	-0,99
	-0,99
	0,1
	0,4
	0,39
	0,39
	0,06
	2,0
	-2,01
	-1,99
	0,2
	0,6
	0,59
	0,56
	2,30
	3,0
	-3,01
	-2,98
	0,3
	0,8
	0,80
	0,63
	15,20
	4,0
	-4,01
	-3,97
	0,5
	1,0
	0,99
	0,74
	649
	5,0
	-5,02
	-4,97
	0,6
	1,2
	1,20
	0,75
	1126
	5,2
	-5,23
	-5,17
	0,6
	1,4
	1,40
	0,76
	1607
	5,4
	-5,42
	-5,37
	0,6
	1,6
	1,60
	0,78
	2890
	5,6
	-5,63
	-5,57
	0,7
	1,8
	1,80
	0,78
	3580
	5,8
	-5,83
	-5,77
	0,7
	2,0
	2,00
	0,79
	4270
	6,0
	-6,03
	-5,97
	0,8
	3,0
	3,01
	0,80
	7750
	6,2
	-6,23
	-6,16
	0,9
	4,0
	4,01
	0,81
	11250
	6,4
	-6,44
	-6,37
	1,2
	5,0
	5,02
	0,82
	14770
	6,6
	-6,64
	-6,57
	2,0
	6,0
	6,02
	0,83
	18280
	6,8
	-6,84
	-6,76
	9,4
	7,0
	7,04
	0,83
	22400
	7,0
	-7,04
	-6,78
	460
	
	
	
	
	7,4
	-7,44
	-6,81
	1508
	
	
	
	
	7,8
	-7,85
	-6,82
	3350
	
	
	
	
	8,2
	-8,25
	-6,83
	4750
	
	
	
	
	8,8
	-8,86
	-6,84
	6820
	
	
	
	
	9,2
	-9,26
	-6,85
	8200
Legenda:
Vf – tensão da fonte
Vfmed – tensão da fonte
Vd – tensão sobre o diodo
VR – tensão sobe o resistor
I – corrente do circuito
 Observando a tabela 1 é possível averiguar o comportamento do diodo de silício. Quando a tensão da fonte é menor que 0,7 V, aproximadamente, o diodo fica com praticamente toda tensão em cima dele, enquanto a tensão no resistor é zero ou próximo disso. Quando a tensão da fonte passa desse valor, a tensão no diodo se estabiliza perto de 0,7 V enquanto o resto da tensão fornecida fica sobre o resistor. O diodo funciona como uma chave de acionamento automático (fechada – passa corrente- quando o diodo está diretamente polarizado e aberta – não passa corente- quando o diodo está inversamente polarizado). Precisa-se de uma energia ( proveniente da fonte) sufientemente grande para romper a barreira de potencial do diodo e permitir a passagem de corrente.
 Os dados da tabela 1 formaram a curva mostrada no Gráfico 1 (Anexo 1). A curva característica do diodo de silício se aproxima de uma reta, depois de um determinado valor de tensão gerda pela fonte (por volta de 0,8 V). A tensão de polarização direta (Vϒ) é equivalente a 0,63 V ( no sétimo ponto do gráfico 1 ). Já a corrente de saturação reversa (I0) , que é o valor máximo da corrente depois de inverter a polaride, é de -0,85 x 10-6 V, obtido na tabela 1.
Com o diodo zener, procedemosda mesma forma e obtivemos um gráfico (CCAR) de corrente (I) versus tensão (Vd), Gráfico 2 (Anexo 2). Porém, através deste gráfico, determinamos apenas a tensão de polarização direta (Vγ) e a tensão de ruptura (Vz) ou tensão zener, que possuem os valores de aproximadamente 0,76 V ( No oitavo ponto do gráfico 2) e -6,78 V, respectivamente, pois quando quando o diodo zener está inversamente polarizado a curva apresenta uma quebra rápida de direção (joelho) onde a tensão zener é igual a tensão VZ . 
Fonte: http://bairrospd.kit.net/componentes/DidoZener1.pdf
 [FUNDAMENTOS DE FÍSICA 3; Halliday, Resnick, Walker, 4ª edição]
5 – CONCLUSÃO
Por meio da análise dos gráficos construídos concluímos que o diodo de Silício é um bipolo do tipo passivo, pois somente absorve ou dissipa energia elétrica, e também é não linear uma vez que não há uma relação diretamente proporcional entre a tensão fornecida para este dispositivo e a sua resistência. 
Quando a tensão da fonte sobre o diodo é menor do que a tensão da polarização direta (Vd), a corrente elétrica não passa- como se a chave no circuito estivesse aberta-pois os elétros não tem energia suficiente para ultrapassar a barreira de potencial.Assim que a tensão da fonte ultrapassa os valores de Vd é como se a chave se fechasse e a corrente elétrica pudesse passar. A corrente aumenta exponencialmente de acordo com o aumento da tensão fornecida pela fonte, gerando uma assíntota vertical representada no Gráfico 1,o que mostra que com uma pequena variação da tensão de polarização direta há um grande aumento da corrente elétrica.
Ao inverter a polarização ( plarização reversa) nota-se que no diodo de Silício a corrente para de ser conduzida, passando a ser representada por valores numa escala de 10-6 A.
 
 Diferentemente do diodo de Silício, o diodo de Zener – que também é um elemento assimético e não linear- , e se comporta de forma bem parecida com o diodo de Silício na polarização direta. Durante a polarização inversa o diodo de Zener permite a passagem de corrente elétrica após a injeção de uma tensão maior que a tensão de ruptura.
 
 Essa diferença entre os diodos acntece devido a fenômenos no diodo de Zener, o efeito zener - que ocorre quando o campo elétrico produzido na aplicação da tensão inversa é suficiente para produzir a quebra de ligações covalentes, multiplicando rapidamente os portadores de carga- e o efeito avalanche- quando o diodo é polarizado inversamente, circulando no diodo uma corrente muito pequena denominada "corrente de fuga", a medida que a tensão inversa cresce, cresce também o potencial elétrico existente na região de transição (barreira de potencial) , esse campo pode acelerar suficientemente os elétrons livres, fazendo com que eles adquiram bastante energia, provocando choques capazes de romper ligações covalentes-.
Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Diodo_Zener
6 – REFERÊNCIAS:
Material fornecido pela professora;
Halliday, Resnick e Walker, Fundamentos de Física, vol 3, 4ª edição, Livros Técnicos e Científicos, Rio de Janeiro, 1996;
Disponível em: http://bairrospd.kit.net/componentes/DidoZener1.pdf
Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Diodo_Zener