Relatório III - Lab. Física III

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1 – Título: Bipolos Elétricos – Diodo.
2 – Objetivos: entender as características do Diodo, fazendo medidas de tensão versus corrente do circuito e montando a Curva Característica (CCAR) para este componente.
3 – Materiais utilizados: 
- Fonte de tensão contínua com intensidade variável (Kepco Programmable Power Supply modelo nº DPS 40 – 2M).
- 03 multímetros (Dawer modelo DM 2020, Minipa modelo ET 2076, Uni-t modelo M3900).
- Diodos de Silício e Zener.
- 01 Resistor (valor 270 Ω).
- Placa de conexão e cabos.
4 – Procedimento experimental:
Primeiramente, trabalhamos com o diodo de silício. Configuramos o multímetro Dawer na posição que possui o símbolo do diodo, para então medir sua resistência. Na primeira medida o lado do diodo que possui uma marcação branca estava em contato com o pólo negativo, enquanto que o outro lado estava em contato com o pólo positivo. Encontramos um valor de 0,798 Ω para sua resistência. Invertemos então a polaridade, e encontramos um valor para a resistência que estava muito acima da escala do multímetro. 
Após identificar a polaridade do diodo de silício, utilizamos uma fonte de tensão contínua, um resistor, um diodo de Si e três multímetros para montar o circuito representado na figura 01, sendo os multímetros de marca Dawer e Unit (em paralelo com o resistor e com o diodo, respectivamente) configurados na função de voltímetro, e o multímetro Minipa configurado na função de amperímetro.
Figura 01 – Circuito para o diodo de silício. Fonte: http://ees.wikispaces.com/Obtenci%C3%B3n+de+la+curva+caracter%C3%ADstica+de+un+diodo modificado.
Primeiramente, para a polaridade direta da fonte, e com base nos valores de tensão (Vf) fornecidos pela professora, calculamos a tensão sobre o diodo (Vd), a tensão sobre o resistor (VR) e a corrente do circuito (I). Repetimos o procedimento, mas agora para a polaridade inversa da fonte. Os dados estão anotados na Tabela 01.
Em seguida, plotamos no gráfico 01 os dados de I versus Vd, e analisamos a curva característica do bipolo encontrado.
Através do gráfico, obtivemos a tensão polarização direta (Vγ), a resistência dinâmica direta (rd) e a corrente de saturação reversa (I0). Através da tabela 01, e com base na lei das malhas, analisamos as tensões e descrevemos como a tensão da fonte medida (Vfmed) se distribui sobre o resistor e o diodo, para a polarização direta e reversa.
Após trabalhar com o diodo de Si, trabalhamos então com o diodo Zener. Montamos o circuito representado na figura 02, entretanto agora o multímetro de marca Dawer foi colocado em paralelo com a fonte de tensão, para que fosse possível obter o valor da fonte (Vmed).
Figura 02 – Circuito para o diodo Zener. http://ees.wikispaces.com/Obtenci%C3%B3n+de+la+curva+caracter%C3%ADstica+de+un+diodo modificado.
Medimos a tensão da fonte (Vfmed), a tensão sobre o diodo (Vd) e a corrente do circuito (I) para ambas as polaridades. Os valores foram anotados na tabela 02, e agora os valores de Vfmed também foram anotados na tabela 01.
Plotamos então no gráfico 02 os dados de I versus Vd para o diodo de Zener, e determinamos, através do gráfico, a tensão de polarização direta (Vγ) e a tensão de ruptura (VZ).
Por fim, comparamos a CCAR do diodo de Si com a do diodo de Zener.
5 – Dados, resultados e discussões:
Após medir a resistência do diodo, percebemos que a primeira medida foi feita em sua polaridade direta, pois encontramos um valor de 0,798 Ω para a resistência. A segunda medida foi feita em sua polaridade reversa, pois na polaridade reversa o diodo não permite a passagem de corrente, ou então permite a passagem de um valor muito pequeno (da ordem de 10-5 casas decimais), e, portanto, apresenta uma resistência de valor muito elevado (acima da escala do multímetro). 
Tabela 01 – Dados para CCAR do diodo de Si, na polarização direta e reversa.
	Vf (V)
	Vfmed (V)
	VR (V)*
	Vd (V)
	I (mA)
	- Vf (V)
	 - Vfmed (V)
	- VR (V)
	- Vd (V)
	- I (mA)
	0,0
	0,00
	0,0000
	0,00
	0,05
	0,0
	0,00
	0,00
	0,00
	0,05
	0,2
	0,20
	0,0000
	0,19
	0,05
	0,2
	0,20
	0,00
	0,19
	0,05
	0,4
	0,40
	0,0016
	0,39
	0,05
	0,4
	0,40
	0,00
	0,30
	0,05
	0,6
	0,60
	0,0643
	0,53
	0,17
	0,6
	0,60
	0,00
	0,59
	0,05
	0,8
	0,81
	0,213
	0,58
	0,71
	0,8
	0,81
	0,00
	0,79
	0,05
	1,0
	1,10
	0,385
	0,61
	1,34
	1,0
	1,10
	0,00
	0,99
	0,05
	1,2
	1,21
	0,568
	0,62
	2,04
	1,2
	1,21
	0,00
	1,19
	0,05
	1,4
	1,41
	0,754
	0,64
	2,11
	1,4
	1,41
	0,00
	1,39
	0,05
	1,6
	1,61
	0,944
	0,65
	3,41
	1,6
	1,61
	0,00
	1,59
	0,05
	1,8
	1,82
	1,135
	0,66
	4,11
	1,8
	1,82
	0,00
	1,79
	0,05
	2,0
	2,02
	1,329
	0,67
	4,84
	2,0
	2,02
	0,00
	1,99
	0,05
	3,0
	3,03
	2,32
	0,69
	8,44
	3,0
	3,03
	0,00
	2,99
	0,05
	4,0
	4,05
	3,30
	0,70
	12,08
	4,0
	4,05
	0,00
	3,99
	0,05
	5,0
	5,06
	4,30
	0,71
	15,73
	5,0
	5,06
	0,00
	4,99
	0,05
	6,0
	6,07
	5,29
	0,72
	19,40
	6,0
	6,07
	0,00
	5,99
	0,05
	7,0
	7,09
	6,30
	0,73
	23,04
	7,0
	7,09
	0,00
	6,99
	0,05
*Ressaltando que para os valores de Vf de 0,0 V até 0,6 V a escala utilizada para medir VR foi de 200 mV, o que forneceu uma precisão de 4 casas decimais. Para os valores de Vf de 0,8 V até 2,0 V a escala utilizada foi de 2 V, o que forneceu uma precisão de 3 casas decimais. E para valores acima de 2,0 V a escala utilizada foi de 20 V, o que forneceu uma precisão de 2 casas decimais. 
O bipolo encontrado através do gráfico 01 é do tipo assimétrico, pois possui polaridade, ou seja, para a polaridade direta (tensões positivas), o diodo de silício permite a passagem de corrente, já para a polaridade reversa (tensões negativas), o valor da corrente é próximo de zero. É passivo, pois não fornece energia para o sistema, ou seja, é um receptor de energia. É também não linear, mostrando que o componente em estudo não é ôhmico, ou seja, a relação entre V e I não é constante.
Para obter a tensão de polarização direta do diodo de Si, traçamos uma reta tangente à curva do gráfico 01, na região em que a corrente aumentou em função da tensão. O ponto em que essa reta cruza o eixo dos x é o ponto que indica a tensão de polarização direta (Vγ). A tensão encontrada foi Vγ = 0,67 V.
Para obter a resistência dinâmica, calculamos a cotangente da reta traçada anteriormente. A cotangente da reta nos dá a razão , que pela Primeira Lei de Ohm equivale à resistência do componente em estudo.
Pelo gráfico encontramos:
Sendo assim, a resistência dinâmica é dada por:
A corrente de saturação reversa (I0) possui valor de 0,05 mA, pois foi a corrente encontrada ao invertermos a polaridade da fonte. Os valores de Vγ e I0 estão indicados no gráfico 01.
Analisando a tabela 01 para a polarização direta, e com base na Lei das Malhas, notamos que inicialmente a tensão da fonte (Vfmed) se distribui quase que por inteiro no diodo, mostrando que não há passagem de corrente. Como exemplo, temos os seguintes pontos:
	Vfmed (V)
	VR (V)
	Vd (V)
	0,20
	0,0000
	0,19
	0,40
	0,0016
	0,39
Conforme aumentamos a tensão da fonte (Vfmed), notamos que a distribuição em certos pontos encontra-se equilibrada. Como exemplo, temos:
	Vfmed (V)
	VR (V)
	Vd (V)
	1,21
	0,568
	0,62
	1,41
	0,754
	0,64
Continuando a aumentar o valor da fonte, notamos que quando a tensão de ruptura é atingida, a distribuição ocorre da seguinte maneira: em maioria para o resistor, sendo que apenas uma pequena parte (aproximadamente 1%) vai para o diodo. Isso mostra que a corrente começou a fluir pelo sistema. Observamos certa tendência para valores acima de 2,02 V: a cada aumento de 1,01 V na fonte, aproximadamente 1,00 V vai para o resistor, enquanto que 0,01 V vai para o diodo. Como exemplo, temos:
	Vfmed (V)
	VR (V)
	Vd (V)
	4,05
	3,30
	0,70
	5,06
	4,30
	0,71
	
Agora, analisando a tabela 01 para a polarização reversa, e com base na Lei das malhas, notamos que, para todos os pontos da tabela, a tensão da fonte se distribuiu quase que inteiramente sobre o diodo, sendo que para a precisão de 2 casas decimais, a tensão sobre o resistor foi sempre 0,00 V, e a tensão sobre o diodo muito próxima da tensão na fonte, o que implica dizer que quase toda a tensãoaplicada no circuito se distribuiu sobre o diodo, e portanto não houve queda de tensão no resistor, indicando que não havia corrente.
Tabela 02 – Dados para CCAR do diodo Zener, na polarização direta e reversa.
	Vf (V)
	Vfmed (V)
	Vd (V)
	I (mA) 
	- Vf (V)
	- Vfmed (V)
	- Vd (V)
	- I (mA)
	0,0
	0,00
	0,00
	0,01
	0,0
	0,00
	0,00
	0,01
	0,2
	0,20
	0,19
	0,01
	1,0
	1,01
	0,99
	0,01
	0,4
	0,40
	0,39
	0,01
	2,0
	2,02
	1,99
	0,01
	0,6
	0,60
	0,58
	0,01
	3,0
	3,03
	2,98
	0,01
	0,8
	0,81
	0,70
	0,30
	4,0
	4,05
	3,98
	0,01
	1,0
	1,10
	0,74
	0,90
	5,0
	5,06
	4,98
	0,01
	1,2
	1,21
	0,76
	1,58
	5,2
	5,26
	5,18
	0,01
	1,4
	1,41
	0,77
	2,28
	5,4
	5,46
	5,38
	0,01
	1,6
	1,61
	0,77
	2,99
	5,6
	5,67
	5,58
	0,01
	1,8
	1,82
	0,78
	3,70
	5,8
	5,87
	5,78
	0,01
	2,0
	2,02
	0,79
	4,41
	6,0
	6,07
	5,98
	0,01
	3,0
	3,03
	0,80
	8,03
	6,2
	6,27
	6,18
	0,01
	4,0
	4,05
	0,81
	11,69
	6,4
	6,48
	6,38
	0,01
	5,0
	5,06
	0,82
	15,34
	6,6
	6,68
	6,58
	0,01
	6,0
	6,07
	0,83
	18,98
	6,8
	6,89
	6,78
	0,01
	7,0
	7,09
	0,83
	22,65
	7,0
	7,09
	6,98
	0,01
	 
	 
	 
	 
	7,4
	7,49
	7,38
	0,01
	 
	 
	 
	 
	7,8
	7,90
	7,78
	0,01
	 
	 
	 
	 
	8,2
	8,31
	8,08
	0,37
	 
	 
	 
	 
	8,8
	8,91
	8,10
	2,49
	 
	 
	 
	 
	9,2
	9,32
	8,11
	3,92
	A tensão de polarização direta (Vγ) foi encontrada com o mesmo procedimento utilizado para o diodo de Si, traçando um gráfico tangente ao ponto em que a corrente aumentou em função da tensão. O valor da tensão de polarização direta encontrado foi Vγ = 7,7 V.
	A tensão de ruptura (Vz) corresponde à tensão, na polarização reversa, em que a corrente começa a fluir no circuito. Através do gráfico, encontramos que a tensão de ruptura é Vz = - 8,1.
	Analisando as Curvas Características dos diodos, observamos que para a polarização direta possuem um comportamento semelhante, diferindo apenas no valor da tensão de polarização direta (Vγ).
	Para a polaridade reversa, notamos que o diodo de Si não permite a passagem de corrente, apenas a corrente de fuga (I0), de valor A. Já no diodo Zener, há uma tensão de ruptura, no caso – 8,1 V, em que a corrente começa a fluir novamente no circuito. 
Deste modo, concluímos que o diodo de Si permite a passagem de corrente apenas em sua polaridade direta, enquanto que o diodo Zener possui uma tensão de ruptura em sua polaridade reversa, sendo que a partir desta há passagem de corrente normalmente.