Relatório Dispositivos eletronicos Pratica 01

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Darleison Rodrigues e Rayane Paula
Prática No 01 - Curva Característica do Diodo
Acarape
2016
Darleison Rodrigues e Rayane Paula
Prática No 01 - Curva Característica do Diodo
Prática No 01 - Curva Característica do Diodo
Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira
Instituto de Engenharias e Desenvolvimento Sustentável
Programa de Graduação em Engenharia de Energia
Acarape
2016
Resumo
Atualmente os materiais semi-condutores tem grande importância para circuitos eletrô-
nicos e elétricos. O diodo é um dispositivo semicondutor que é tipicamente utilizado em
projetos de eletrônica de potência. Nesse contexto, esse trabalho se caracteriza como um
relatório técnico apresentando a curva característica do diodo 1N.... Os experimentos foram
realizados no Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Ceará.
Palavras-chaves: diodo. semicondutores. dispositivos eletronicos.
Lista de ilustrações
Figura 1 – Ocupação das bandas em isolantes (a) e em condutores (b). As regiões
escuras representa as faixas de energia ocupadas pelo elétrons. Adaptado
de Rezende (2004) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Figura 2 – Adaptado de Rezende (2004) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Figura 3 – (a) Condução e (b) não condução. Adaptado de Boylestad (2014) . . . 8
Figura 4 – Modelo de um circuito ideal. Própio autor. . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Figura 5 – Curva característica de diversos materiais. Adaptado de Rezende (2004) 8
Figura 6 – Esquemático no ambiente eSim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Figura 7 – Curva características simulados e experimental . . . . . . . . . . . . . . 11
Figura 8 – Curva características simulado fornecido pelo ambiente eSim . . . . . . 11
Sumário
0.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
0.2 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
0.3 Especificações, Considerações e Materiais Utilizados . . . . . . . . . 9
0.3.1 Especificações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
0.3.2 Considerações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
0.3.3 Materiais utilizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
0.3.4 Procedimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
0.4 Resultados e Discussões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
0.5 Questionário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Referências . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
0.1. Introdução 7
0.1 Introdução
Os materiais utilizados em inúmeros processos de engenharia são básicamente classifica-
dos em isolantes, condutores e semicondutores. Cada material tem uma estrutura cristalina
específica, que, por sua vez, corresponde às suas características em resposta a estímulos físicos,
por exemplo, o cobre possui alta condudividade elétrica. A partir de definições e cálculos
quânticos, chegou-se a teoria das bandas de energia, que hoje é um conceito fundamental para
a eletrônica. Basicamente, existem a banda de valência e a banda de condução(REZENDE,
2004; CALLISTER, 2010)
Os materiais isolantes são cristais que possuem a banda de valência completamente
cheia, por isso não conduzem eletricidade, enquanto que os condutores possuem a banda de
valência semi-cheia, e isso occore sempre que o número de elétrons por célula unitária for
ímpar.(HALIDAY, 2003). Para ilustar esse conceito considere a figura 1.
Figura 1 – Ocupação das bandas em isolantes (a) e em condutores (b). As regiões escuras
representa as faixas de energia ocupadas pelo elétrons. Adaptado de Rezende
(2004)
A questão das bandas está relacionado diretamente com energia térmica que é fornecida
aos cristais. Segundo Rezende (2004) os materiais semicondutores caracterizam-se por ter uma
banda de valência cheia e uma banda de condução vazia a T = 0, e separadas por um gap de
energia relativamente pequeno, Eg < 2eV . A figura 2 apresenta as ocupação das bandas para
os semi-condutores.
Figura 2 – Adaptado de Rezende (2004)
O diodo é um dispositivo eletrônico de dois terminais que só deixa passar corrente
elétrica em um sentido. Um diodo ideal deveria apresentar resistência nula à corrente num
8 SUMÁRIO
sentido, como um curto circuito, e resistência infinita, como num circuito aberto.(REZENDE,
2004; BOYLESTAD, 2014). A figura 3 apresenta o símbolo circuital do diodo ideal e sua
curva característica.
Figura 3 – (a) Condução e (b) não condução. Adaptado de Boylestad (2014)
Com isso, dependendo do material o diodo real feito de materiais semicondutores tem
uma curva característica diferente em comparação a curva do diodo ideal. Considerando o
circuito equivalente à um diodo real na figura 0.1.
Figura 4 – Modelo de um circuito ideal. Própio autor.
Os materiais semicondutores usualmente utilizados no processo de fabricação dos diodos
são o Sílicio(Si), Germânio(Ge) e AsGa(Arsenato de Galio). Rezende (2004) apresentou as
curvas características, como apresnetado na figura 5.
Figura 5 – Curva característica de diversos materiais. Adaptado de Rezende (2004)
0.2. Objetivos 9
0.2 Objetivos
Fazer o levantamento das curvas características do diodo mediante simulação e experi-
mentação.
0.3 Especificações, Considerações e Materiais Utilizados
0.3.1 Especificações
Vi = 0 a 2,7 [V] [Tensão contínua variável a ser aplicada à entrada].
0.3.2 Considerações
Ifmax = 0, 90[A] [Corrente máxima adotada no diodo];
VfN = 0, 70[V ] [Queda de tensão nominal no diodo];
D1 1N4007 [Diodo selecionado].
0.3.3 Materiais utilizados
• Multimetro GW Instek GDM-396;
• Fonte de tensão CC;
• Diodo Retificador (1N4007);
• Resistor (18Ω/0, 25W );
• Matriz de Contatos;
• Fios.
0.3.4 Procedimento
Fez-se o experimento de forma computacional, onde utilizou-se o software NI Multisim
13.0. Simulou-se o circuito que será mostrado posteriormente de forma que pudesse verificar os
valores simulados de resistência comercial e a potência dissipada (Vd). Montou-se um circuito
semelhante ao do esquema abaixo:
10 SUMÁRIO
V
i1
R1
V
Ligou-se a fonte Vi e ajustou-se a tensão desta de modo a obter os valores de corrente
(observada pelo amperímetro) correspondentes aos valores apresentados na tabela 1. Mediu-se
a tensão Vd no voltímetro.
0.4 Resultados e Discussões
Os resultados obtidos para a tensão Vd encontrada através do experimento computaci-
onal e laboratorial é apresentado na tabela a seguir.
Id(A) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Vd(V ) Exp 0.99 1.0 1.03 1.06 1.09 1.10 1.10 1.11 1.11
Vd(V ) Sim 0, 778 0, 818 0, 844 0, 862 0, 878 0, 892 0, 904 0, 916 0, 929
Pôde-se perceber que o maior aumento de tensão ocorreu nas primeiras medições e
que as medições conseguintes se mostraram quase constantes. O rompimento da barreira de
potencial do diodo utilizado no experimento foi de 0,99 V, valor que se mostra distante do
valor obtido na literatura para um diodo de silício, 0,7V. Essa imprecisão pode ter ocorrido
devido aos erros cometido pelos próprios alunos na hora de realizar a prática e devido aos
equipamentos utilizados, que se mostraram bastante inconscientes, ou, possívelmente, o diodo
pode ter sido fabricado com AsGa.
Figura 6 – Esquemático no ambiente eSim
0.5 Questionário
a) Traçar as curvas I=f(v) simulada e experimental utilizando a Tabela 1.
0.5. Questionário 11
Figura 7 – Curva características simulados e experimental
Figura 8 – Curva características simulado fornecido pelo ambiente eSim
b) Determinar a resistência média Rav referente às curvas I = f(v) simulada
e Experimental
Experimentais
Utilizando os valores de Vd da tabela. Vfn = 1.11V e Vf0 = 0.99. Determina-se através
daequação.
Ifn = 3 · 10−6 · e11,413·Vfn
Obtem-se a função exponencial para a curva do diodo.
Ifn = 0, 95A
Pode-se determinar Rav aplicando a relação
Rvav =
Vfn − Vf0
Ifn
Rav = 0.125Ω
Simulado
12 SUMÁRIO
Utilizando os valores de Vd da tabela. Vfn = 0.929V e Vf0 = 0.778V . Novamente,
determina-se através da equação.
Ifn = 6 · 10−8 · e18.227·Vfn
Obtem-se a função exponencial para a curva do diodo.
Ifn = 1, 35A
Pode-se determinar Rav aplicando a relação
Rvav =
Vfn − Vf0
Ifn
Rav = 0.111Ω
c) Como a temperatura influencia na curva característica do diodo?
A temperatura é um dos fatores que influenciam na curva característica do diodo,
já que ela altera a condutibilidade do dispositivo. Diz-se que quanto maior a temperatura,
maior a capacidade de conduzir corrente. Isso ocorre devido ao fato de que o aumento da
energia térmica propicia a quebra das ligações covalentes existentes na estrutura material,
aumentando a quantidade de elétrons livres e, consequentemente, facilitando a condução da
corrente elétrica.
13
Referências
BOYLESTAD, L. N. R. L. Electronic Devices and Circuit Theory. 11. ed. Edinburgh: Pearson,
2014. Citado 2 vezes nas páginas 3 e 8.
CALLISTER, D. G. R. W. D. Materials Science and Engineering: An introduction. 8. ed.
Edinburgh: John Wiley, 2010. Citado na página 7.
HALIDAY, R. R. D. Fundamentos da Física. Eletromagnetismo 3. 6. ed. Rio de Janeiro, 2003.
Citado na página 7.
REZENDE, S. M. Materiais e Dispositivos Eletrônicos. 2. ed. São Paulo: Editora Livraria da
Física, 2004. Citado 3 vezes nas páginas 3, 7 e 8.
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