Relatório 4 - Circuitos Eletroeletrônicos Aplicados: Polarização do Diodo

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
ENGENHARIA MECÂNICA
CIRCUITOS ELETROELETRÔNICOS APLICADOS – CCE0205
	
Relatório da Prática 4 – Polarização do Diodo
Realizada em 18/03/2016
	
	Turma 3003
Camila Simões Santos de Almeida
Carlos Alberto Ferreira Lima Junior
Luigi Navarro B. A. Neves
Silas Martins de Souza
[1: ]
Resumo – O presente relatório tem por objetivo mostrar como as diversas maneiras na qual se pode introduzir um diodo em um circuito em série com um resistor pode provocar sobre a medição de tensão elétrica dos circuitos estudados. Em outras palavras, estudaremos os tipos de polarização do diodo e verificaremos se o mesmo, de acordo com sua polarização, está conduzindo ou não corrente elétrica.
Palavras-chave – Diodo, polarização, tensão.
Introdução
Materiais Semicondutores
Dentre os tipos de materiais existentes quanto à condutibulidade elétrica, existem os materiais condutores, isolantes e semicondutores. Os materiais semicondutores são materiais que apresentam resistividade elétrica intermediária ou, conforme Boylestad e Louis (2004, p. 3) “um semicondutor é, portanto, um material que tem um nível de condutividade entre os extremos de um isolante e de um condutor”, como por exemplo, os átomos de germânio e silício, utilizados nos diodos, objeto principal de nossa experiência.
O Diodo Semicondutor
O diodo semicondutor é um componente eletroeletrônico que permite que a corrente elétrica o atravesse num sentido com muito mais facilidade que no outro. Conforme Boylestad e Louis (2004, p. 1) “as características de um diodo ideal são de uma chave que teria a capacidade de conduzir corrente em um único sentido”. Em outras palavras, ele funciona como uma chave de acionamento automático. O diodo semicondutor é muito utilizado principalmente em circuitos retificadores de corrente onde tem por função transformar corrente alternada em corrente contínua pulsante. O diodo semicondutor é representado pela seguintr simbologia.
 
Figura 1. Simbologia do diodo.
O Processo de Dopagem
O diodo semicondutor é construído de modo a formar uma união de dois cristais de átomos que, normalmente, são compostos por germânio e silício, que são átomos que se organizam em estruturas cristalinas. Estes cristais sofrem um processo chamade de dopagem, que se dá pela introdução de outros elementos químicos dentro dos cristais e que, após este processo, os cristais adquirem características que os transformam em cristais do tipo p e cristais do tipo n. Após o processo de dopagem, cada face dos dois cristais posuem uma determinada característica diferente da face oposta, criando assim, regiões de condução nos cristais, uma com excesso de elétros e outra com o que se chama de lacunas que é a falta de elétrons. Os diodos são construídos pela simples união destes materiais, ou seja, o diodo é composto de uma junção pn, onde entre a região de união dos cristais há uma região de equilibrio composta por cargas positivas e negativas. Conforme Boylestad e Louis (2004, p. 8) “esta região descoberta, constituída de íons positivos e negativos é chamada de região de depleção”.
 
Figura 2. Região de depleção entre os dois cistais. 
Polarização do Diodo Semicondutor
Os terminais de um diodo semiconutor podem ser conectados a uma fonte de tensão tornando possível polarizar o mesmo, ou seja, polarizar um diodo significa aplicar uma diferençade potencial aos seus terminas estabelecendo assim diversas condições de funcionamento. É possível polarizar um diodo em polarização direta e polarização inversa.
Polarização Direta
Quando conectados o polo positivo de uma bateria ao material p do diodo e o polo negativo da bateria ao material n do diodo, dizemos que o dido está em polarização direta, ou seja, o diodo permite a passagem de corrente elétrica.
Em polarização direta os elétrons do material tipo n e as lacunas do material tipo p são repelidos pelos terminais da fonte de tensão e empurrados em direção à junção pn, onde combinam-se com os íons próximos à fronteira, reduzindo a largura da região de depleção. Os elétrons do material tipo n, devido a forte atração imposta pelo material tipo p, crescem em amplitude até o momento em que o fluxo de elétrons vence a barreira de potencial criada pela difusão dos elétrons e das lacunas com os íons e atravessa a junção pn, devido a sua pequena largura neste momento.
 
Figura 3. Junção pn polarizada diretamente.
Polarização Inversa
Quando conectados o polo positivo de uma bateria ao material n do diodo e o polo negativo da bateria ao material p do diodo, dizemos que o dido está em polarização inversa, ou seja, o diodo não permite a passagem de corrente elétrica.
Em polarização inversa, os elétrons do material tipo n são atraídos para o terminal positivo, afastando-se da região de depleção, o que ocorre analogamente às lacunas do material tipo p. Por este motivo, o número de íons não combinados na região de depleção aumentará, o que possibilita num aumento da região de depleção, tornando praticamente impossível o deslocamento de elétrons de uma camada para outra. Entretanto, o número de portadores que penetram na região de depleção não mudará, resultando em um pequeno fluxo de elétrons denominado corente de saturação reversa que é uma corrente extremamente pequena que alcança o seu valor máximo rapidamente e não muda de maneira significativa com o aumento do potencial de polarização reversa.
 
Figura 4. Junção pn polarizada inversamente.
MATERIAIS E MÉTODOS
Os materiais utilizados para esta prática foram os seguintes:
Um resistor de 10K
Um diodo N4007
Protoboard de 2420 pontos Minipa MP-2420
Multímetro digital Minipa ET-2033B
 Fonte de tensão regulável Minipa MPC-303DI
Os métodos utilizados para a realização das experiências foram os seguintes:
Inicialmente, tendo em posse o diodo e o resistor, montars os quatro circuitos solicitados no roteiro da prática nº 4 no protoboard, observando a correta polrização do diodo na montagem de cada circuito.
Após montar cada circuito, regular a tensão fornecida pelo equipamento em 5V, observar a maneira pela qual o diodo está polarizado e constatar, em cada circuito separadamente, se o mesmo está conduzindo corrente elétrica ou não.
Medir a tensão elétrica nos terinais indicados para cada circuito.
Preencher as tabelas indicadas no roteiro da prática nº4.
Figura 5. Um dos circuitos montado no protoboard sendo alimentado pela fonte de tensão.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
A partir de agora analisaremos cada circuito separadamente e preencheremos as tabelas indicadas com as informações pedidas em cada circuito.
Circuito Elétrico nº 1
O circuito abaixo foi ligado com o diodo em polarização direta e está sendo alimentado por uma tensão de .5V, onde Vo é o ponto no qual se medirá a tensão.
 
Figura 6. Circuito nº1 com diodo ligado em polarizaçao direta.
	Tabela I
	Polarização do diodo
	O diodo está conduzindo ?
	
Vo teórico
	Vo medido com o multímetro
	Direta
	Sim
	0V
	0,56V
Tabela I. Informações sobre a análise realizada no circuito nº1.
Circuito Elétrico nº 2
O circuito abaixo foi ligado com o diodo em polarização inversa e está sendo alimentado por uma tensão de 5V onde Vo é o ponto no q ual se medirá a tensão elétrica.
Figura 7. Circuito nº2 com diodo ligado em polarizaçao inversa.
	Tabela II
	Polarização do diodo
	O diodo está conduzindo ?
	
Vo teórico
	Vo medido com o multímetro
	Inversa
	Não
	0V
	0,34V
Tabela II. Informações sobre a análise realizada no circuito nº2.
Circuito Elétrico nº 3
O circuito abaixo foi ligado com o diodo em polarização inversa e está sendo alimentado por uma tensão de 5V onde Vo é o ponto no qual se medirá a tensão elétrica.
Figura 8. Circuito nº3 com diodo ligado em polarizaçao inversa.
	Tabela III
	Polarização do diodo
	O diodo está conduzindo ?
	
Vo teórico
	Vo medido com o multímetro
	InversaNão
	5V
	4,96V
Tabela III. Informações sobre a análise realizada no circuito n3.
Circuito Elétrico nº 4
O circuito abaixo foi ligado com o diodo em polarização direta e está sendo alimentado por uma tensão de 5V onde Vo é o ponto no qual se medirá a tensão elétrica.
Figura 9. Circuito nº4 com diodo ligado em polarizaçao direta.
	Tabela IV
	Polarização do diodo
	O diodo está conduzindo ?
	
Vo teórico
	Vo medido com o multímetro
	Direta
	Sim
	5V
	4,38V
Tabela IV. Informações sobre a análise realizada no circuito nº4.
Conclusões
Realizadas as experiências, chegamos à conclusão de que o diodo pode ser acoplado em um circuito elétrico de duas maneiras no que diz respeito a sua polarização, ou seja, ele pode ser ligado em polarização direta ou inversa onde na primeira polarização o diodo permite a passagem da corrente elétrica e na segunda polarização, teoricamente, o diodo não permite a passagem da corrente elétrica, sendo que, por mais eficiente e preciso que seja o diodo, este não restringe totalmente a passagem da corrente elétrica quando está ligado em polarização inversa, ou seja, devido à própria natureza e impereição do material no qual o diodo é produzido, o mesmo permite que uma pequena parcela da corrente elétrica venha passar pelo seu interior mesmo ligado em polarização inversa onde, dependendo da aplicação na qual será utilizado o diodo, esta pequena parcela de corrente elétrica não será significativa ou prejudicial no circuito a ser acoplado o diodo.
Referências Bibliográficas
Livros:
Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky, Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos, 8ª ed. São Paulo: Pearson, 2004, 656p.