relatorio prelab

Prévia do material em texto

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
Relatório de pré-laboratório – Diodos e retificadores
DISCENTE: Natália Pimenta Ramos - CP3024679
Docente: Diego Deotti
CAMPINAS
2024
SUMÁRIO
1. TEORIA DA OPERAÇÃO
2. ESQUEMÁTICOS E RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES NO LTSPICE
DOS EXPERIMENTOS
3. CONCLUSÃO
4. BIBLIOGRAFIA
1. Teoria de operação
Diodo: Os diodos são componentes eletrônicos fundamentais que
permitem o fluxo de corrente elétrica em apenas uma direção. Eles são
compostos por materiais semicondutores, como o silício ou o germânio, e
possuem dois terminais (o ânodo, que é o terminal positivo, e o cátodo, que é
o terminal negativo). A propriedade de condução unidirecional torna os
diodos essenciais em uma variedade de aplicações eletrônicas, desde
retificação de corrente em fontes de alimentação até proteção contra
polaridade reversa em circuitos.
Existem diversos tipos de diodos, aqui estão alguns dos tipos mais
comuns:
● Diodo Retificador: Este é o tipo mais comum de diodo e é usado
principalmente em circuitos de retificação, convertendo corrente
alternada em corrente contínua.
● Diodo Zener: Projetado para operar em sua região de ruptura reversa,
é usado como regulador de tensão em circuitos eletrônicos.
● Diodo Emissor de Luz (LED): Os LEDs são diodos semicondutores
que emitem luz quando uma corrente elétrica os atravessa.
● Diodo Fotovoltaico: Este diodo converte luz solar diretamente em
energia elétrica através do efeito fotovoltaico.
● Diodos de Avalanche: usados para proteger circuitos contra surtos de
alta tensão.
Dentre os fenômenos observados no relatório estão:
Tensão de Limiar (Threshold): é a tensão mínima necessária para que um
dispositivo eletrônico comece a funcionar e é determinada experimentalmente,
medindo a corrente de dreno para várias tensões de gate no regime linear. A Tensão
de Threshold é um parâmetro crucial na concepção e no funcionamento de circuitos
eletrônicos. Ela determina o ponto em que um componente eletrônico começa a
funcionar e a desempenhar sua função.
Conhecer a Tensão de Threshold de um componente eletrônico é essencial
para garantir o correto funcionamento de um circuito e evitar danos aos
componentes.
Tensão de Ruptura (Breakdown): é a tensão máxima que um material pode
suportar antes de quebrar. É medida aplicando tensão crescente a uma amostra até
que ela quebre, e o resultado é expresso em tensão por unidade de espessura da
amostra. A tensão de ruptura pode variar de menos de um volt a muitos milhares de
volts, dependendo de vários fatores, como a concentração de impurezas da junção
e outros parâmetros do dispositivo.
Retificação de Corrente:
● Retificador de Meia-Onda: Usa um único diodo para permitir a
passagem de apenas um semiciclo da corrente alternada, resultando
em uma saída pulsante.
● Retificador de Onda Completa: Utiliza dois ou mais diodos para
aproveitar ambos os semiciclos da corrente alternada, gerando uma
saída DC mais eficiente.
2. Esquemáticos e resultados das simulações no LTspice dos
experimentos
Circuito 1:
1. Observe as tensões nos pontos "vin" e "vout". Registre a tensão de pico em
"vout".
A tensão de pico em vout é aproximadamente 0,7V
Tensão e corrente de V1, R1 e D1 (V1=R1)
Tensão de limiar (threshold) do LED
2. Repita o passo 1 substituindo o LED por um diodo comum.
Tensão de limiar (threshold) do diodo comum
Circuito 2:
1. Observe as tensões nos pontos "vin" e "vout". Registre a tensão de pico em
"vout".
A tensão de pico em vout é aproximadamente 0,7V.
2. Repita o passo 1 substituindo o diodo por um diodo Zener (no Circuito 2)
3. Repita o passo 3 aumentando a tensão de entrada Vp para 10V. Observe as
mudanças no gráfico e explique.
O aumento da amplitude da tensão de entrada de 5V para 10V fez com que a
parte positiva da tensão de saída se ampliasse, mantendo o comportamento de
recorte na parte negativa.
Isso ocorre porque o diodo permite a passagem de corrente somente quando
polarizado diretamente. Nas partes negativas, o diodo bloqueia a corrente,
resultando em uma saída de 0V para esses intervalos.
Tensão de limiar do diodo Zener
4. Inverta os terminais (ânodo e cátodo) do diodo Zener no Circuito 2. Explique
as mudanças observadas.
Com os terminais do diodo Zener invertidos, ele se comporta como um diodo
comum.
Na polarização direta, ele conduz como um diodo comum, permitindo a
passagem de corrente e replicando a entrada. Na polarização reversa, o diodo
bloqueia a corrente, resultando em Vout=0V na parte negativa da onda.
Inverter os terminais do diodo Zener altera seu comportamento, de regulador
de tensão (quando polarizado reversamente) para o comportamento de um diodo
comum, conduzindo apenas na polarização direta.
Circuito 3:
1. Observe as tensões em "vin" e "vout". Registre a tensão de pico em "vout".
2. Substitua o diodo comum por um diodo Zener (polarização direta). Observe
"vout".
3. Inverta a orientação do diodo Zener (polarização reversa) e observe "vout".
4. Aumente 𝑉𝑝 para 10V. Observe "vout" e explique as mudanças.
5. Adicione um capacitor de 1μF em paralelo com o resistor de carga R5.
Circuito 4: Considere vin1 cor azul, vin2 cor verde e vout cor vermelha para
todos os gráficos do circuito 4.
1. Observe as tensões e formas de onda em "vin1", "vin2" e "vout". Certifique-se
de que "vin1" e "vin2" possuem mesma amplitude e frequência, mas com
uma diferença de fase de 180° (vin1=−vin2), compartilhando o mesmo ponto
de terra (ground). Explique.
Como vin1 e vin2 estão defasados em 180°, eles são complementares. Isso
significa que o circuito recebe duas entradas opostas em polaridade, mas com
relação ao mesmo ponto de terra.
2. Repita o passo 1 conectando um capacitor de 0,22μF em paralelo com a
carga. Explique as mudanças.
Quando o capacitor é conectado em paralelo com a carga, ele atua como um
filtro de desacoplamento. Sua função é armazenar energia durante os picos de
tensão e liberá-la durante os vales.
3. Aumente a resistência para 100kΩ e a capacitância para 10μF (ou uma maior
que essa, mas que seja um valor comercial, não fictício).
4. Repita o passo 2 utilizando um diodo Zener em polarização reversa, com
R=10kΩ e C=0,22μF
5. Repita o passo 4 com R=100kΩ e C=10μF.
Pergunta: Por que adicionar um capacitor na carga nos experimentos?
Adicionar um capacitor em paralelo com a carga nos experimentos tem como
objetivo principal observar o fenômeno de retificação do sinal, pois a onda de saída
é retificada e transformada em contínua. Também a adição do capacitor é uma
prática essencial para melhorar o desempenho do circuito, reduzindo ruídos,
estabilizando a tensão de saída e permitindo o funcionamento correto de
dispositivos que dependem de uma tensão contínua limpa.
3. Conclusão
Conclui-se portanto que o estudo de diodos e retificadores realizado neste
relatório permitiu a análise detalhada do comportamento desses componentes nos
circuitos. A partir das simulações no LTspice, foi possível compreender como
diferentes tipos de diodos, como os retificadores, Zener e LEDs, respondem a
alterações de tensão e polaridade.
Destacou-se a importância da tensão de limiar (threshold) e da tensão de
ruptura (breakdown) para o funcionamento adequado dos dispositivos. Além disso, a
introdução de capacitores nos circuitos foi relevante para estabilização de sinais,
redução de ruídos e obtenção de uma tensão contínua mais limpa.
Os experimentos também ilustraram a funcionalidade dos diodos como
elementos de retificação, seja em meia-onda ou onda completa, e destacaram o
papel do diodo Zener na regulação de tensão, especialmente quando polarizado
reversamente.
Portanto pode-se dizer que a prática condiz com a teoria, onde as simulações
apresentaram resultados bem satisfatórios e condizentes com os datasheets e
demais materiais.
Como lições aprendidas pode-se destacar novamente o entendimento da
funcionalidade dos diferentes tipos de diodos, introdução do capacitor, tensão de
limiar e também as montagens dosesquemáticos no LTspice. Por fim, algumas
dificuldades foram o entendimento de todos os componentes e suas funcionalidades
no circuito com as alterações, conseguir responder às diversas perguntas ao longo
do relatório e as medições no LTspice onde pessoalmente eu tive um pouco de
dificuldade, devido meu único contato no momento com o programa ser durante as
aulas de práticas em eletrônica, porém foi resolvido com muita pesquisa e
conversando com os colegas em certos momentos.
4. Bibliografia
1. SCIENCE DIRECT. Breakdown Voltage. Disponível em:
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/breakdown-voltage.
2. VETRINA COMPONENTES. O que é tensão de limiar?. Disponível em:
https://blog.vetrinacomponentes.com.br/glossario/o-que-e-tensao-de-limiar/.
3. MAKER HERO. Diodo: o que é e como funciona. Disponível em:
https://www.makerhero.com/guia/componentes-eletronicos/diodo/.
4. WIKIPÉDIA. Retificador. Disponível em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Retificador