Relatório II 2016

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Unesp
CÂMPUS UNIVERSITÁRIO DE BAURU
 FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA
Relatório II
Caracterização do diodo de silício e associação em série
Alyson Santos Miyahara 152012346
Gabriel Augusto Altemari Boschini 141011793 
Geovana Ferreira dos santos 141012218 
Giovana Roma Rodrigues 14101135
OBJETIVOS
Compreender as características de dois diodos de silício, registrando o comportamento dos mesmos através de medições com variação de tensão e consequente variação ou não de corrente e obter as curvas características (CCAR), bem como estudar o comportamento dos mesmos em uma associação em série.
MATERIAL
03 multímetros (Minipa ET – 2076, Minipa ET – 2020A)
01 diodo de Silício
01 resistor com valor nominal de 330Ω
01 Fonte de tensão contínua (Kepco, modelo nº DPS 40 – 2W).
01 Protobord (Wanjie, modelo BB-2T4D-01)
Cabos e fios
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Na primeira parte do experimento, trabalhou-se com a caracterização dos diodos individualmente. A resistência dos mesmos foi aferida com o auxílio do multímetro ajustado na posição correspondende ao símbolo do diodo (). Nas primeiras medições, o lado de cada diodo que possui uma marcação branca encontrava-se em contato com o polo negativo e o outro, sem marcação alguma, encontrava-se em contato com o polo positivo; foram encontrados valores de resistência correspondentes a 1782kΩ e 197MΩ. Logo em seguida, inverteu-se a polaridade e os valores encontrados para as resistências encontravam-se acima da escala do multímetro. Após a idenficicação da polaridade dos diodos, utilizando a fonte de tensão contínua, o resistor de 330Ω, o diodo de silício e três multímetros, montou-se o circuito representado na figura 01, sendo que dois multímetros foram colocados em paralelo, um com o resistor e outro com o diodo e configurados na função de voltímetro e o último multímetro foi colocado em série e configurado na função amperímetro.
Com base dos valores de tensão de fonte (Vf) previamente indicados na tabela 01, registrou-se a tensão sobre o diodo (Vd), a tensão sobre o resistor (VR) e a corrente do circuito (I) para ambas as polaridades da fonte na tabela 01, para um dos diodos (o diodo utilizado foi o de 1782kΩ). A tensão da fonte (Vfmed) também foi registrada, separadamente e também foi anotada na tabela 01.
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. Acesso em 02 abril 2016.
Em seguida, plotou-se no gráfico 01 os dados de I versus Vd e fez-se uma análise da curva característica do bipolo em questão a fim de constatar se o bipolo era ou não linear, simétrico ou assimétrico, ativo ou passivo. Por meio do gráfico, foi possível obter a tensão de polarização direta (Vγ), a resistência dinâmica direta (rd) e a corrente de saturação reversa (I0) do diodo. Através da tabela 01 e com base na lei das malhas, foi possível analisar as tensões e descrever como a tensão da fonte medida (Vfmed) se distribui sobre o resistor e o diodo, para a polarização direta e reversa.
Posteriormente, trabalhou-se com o a associação em série de diodos. Montou-se o circuito indicado na figura 02, com os diodos ligados em série, o resistor de 330Ω, a fonte de tensão contínua e os três multímetros, dois deles ligados em paralelo, com o resistor e com a associação de diodos, na função voltímetro e o último ligado em série com o circuito na função amperímetro. Com base nos valores de tensão da fonte (Vf) previamente indicados na tabela 02, mediu-se a tensão sobre os diodos (VdS), a tensão sobre o resistor (VR) e a corrente do circuito (I), para ambas as polaridades da fonte. A tensão da fonte (Vfmed) também foi registrada separadamente e anotada na tabela 02. 
Figura 02: Ligação em série de dois diodos, um resistor e uma fonte de tensão contínua com intensidade variável. Disponível em: Apostila de laboratório de física III – 2016.
Em seguida, plotou-se no gráfico 01 os dados de I versus Vd para a associação, obtendo-se, através do gráfico, a tensão de polarização direta (Vγ) e a resistência dinâmica direta (rdS). Fez-se uma comparação dos resultados obtidos nessa parte do experimento com os resultados da primeira parte e discutiu-se a aplicação da Lei das Malhas para este circuito, com base nos valores de tensão do resistor e dos diodos.
 
DADOS, RESULTADOS E DISCUSSÕES. 
	Vf (V)
	Vfmed (V)
	VR (V)
	Vd (V)
	I (mA)
	- Vf (V)
	 - Vfmed (V)
	- VR (V)
	- Vd (V)
	- I (μA)
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,20
	0,20
	0,00
	0,20
	0,10
	0,20
	0,20
	0,00
	0,20
	0,06
	0,40
	0,39
	0,00
	0,39
	0,07
	0,40
	0,39
	0,00
	0,39
	0,06
	0,60
	0,59
	0,08
	0,50
	0,16
	0,60
	0,59
	0,00
	0,59
	0,05
	0,80
	0,79
	0,23
	0,55
	0,60
	0,80
	0,79
	0,00
	0,79
	0,07
	1,00
	0,99
	0,41
	0,57
	1,14
	1,00
	0,99
	0,00
	0,99
	0,05
	1,20
	1,19
	0,58
	0,59
	1,66
	1,20
	1,18
	0,00
	1,19
	0,05
	1,40
	1,39
	0,77
	0,61
	2,23
	1,40
	1,38
	0,00
	1,39
	0,05
	1,60
	1,59
	0,96
	0,62
	2,79
	1,60
	1,58
	0,00
	1,59
	0,07
	1,80
	1,79
	1,15
	0,63
	3,37
	1,80
	1,79
	0,00
	1,80
	0,07
	2,00
	1,99
	1,33
	0,63
	3,95
	2,00
	1,98
	0,00
	1,99
	0,08
	3,00
	2,99
	2,30
	0,66
	6,87
	3,00
	2,97
	0,00
	2,99
	0,07
	4,00
	3,98
	3,27
	0,68
	9,80
	4,00
	3,96
	0,00
	3,98
	0,08
	5,00
	4,99
	4,25
	0,69
	12,80
	5,00
	4,95
	0,00
	4,99
	0,08
	6,00
	5,98
	5,23
	0,70
	15,76
	6,00
	5,93
	0,00
	5,98
	0,10
	7,00
	7,01
	6,24
	0,71
	18,85
	7,00
	6,95
	0,00
	7,01
	0,09
Tabela 01 – Dados para a curva característica do diodo de silício na polarização direta e reversa.
Gráfico 01: Corrente x Tensão do diodo de Silício
A escala utilizada foi 20V e 20mA/μA em todas as partes do experimento, que forneceram a precisão de duas casas decimais. Este e os demais gráficos foram plotados com o auxílio do software Origin.
O bipolo encontrado através do gráfico 01 é do tipo assimétrico, pois possui polaridade, ou seja, para a polaridade direta (tensão positiva), o diodo de silício permite a passagem de corrente, já para a polaridade reversa (tensão negativa), o valor da corrente é bem próximo à zero; é passivo, pois não fornece energia para o sistema, podendo ser caracterizado como um receptor de energia e também não é linear, demonstrando que o componente em estudo não é ôhmico, ou seja, a relação entre tensão e corrente não é constante.
TIPOS de diodos. Disponível em: <http://www.electronica-pt.com/tipos-diodos> Acesso em 02 abril. 2016.
SCR – Retificador controlado de silício: funcionamento básico. Disponível em: <http://eletronicaemcasa.blogspot.com.br/2013/08/Como-funciona-um-SCR.htm l> Acesso em 02 abril 2016.
Para obter-se a tensão de polarização direta do diodo de silício, utilizou-se o comando “Screen Reader” na região em que a corrente aumentou em função da tensão e obteve-se o valor de Vp = 0,58V.
Para se encontrar a resistência dinâmica, traçaram-se duas linhas com o auxílio do comando “Line”, que formaram um triângulo com o eixo x, e, com o auxílio da trigonometria, calculou-se a cotangente do triangulo em questão, obtendo-se uma resistência dinâmica equivalente:
Variações encontradas:
Sendo assim, a resistência dinâmica é:
A corrente de saturação reversa (I0) equivale a 0,00 mA, pois foi a corrente encontrada na inversão da polaridade da fonte.
Baseando-se na Lei das Malhas para a análise da tabela 01, na polarização direta, observa-se que, inicialmente, a tensão da fonte (Vfmed) se distribui quase que por inteiro no diodo, demonstrando que não há passagem de corrente. Como exemplo, têm-se os seguintes pontos:
	Vfmed (V)
	VR (V)
	Vd (V)
	0,39
	0,00
	0,39
	0,59
	0,08
	0,50
Conforme a tensão da fonte (Vfmed) aumenta, nota-se que a distribuição em certospontos torna-se equilibrada, por exemplo:
	Vfmed (V)
	VR (V)
	Vd (V)
	1,19
	0,58
	0,59
	1,39
	0,77
	0,61
Ao continuar aumentando o valor da fonte, nota-se que, quando a tensão de ruptura é atingida, a distribuição ocorre de acordo com o seguinte padrão: a maioria da tensão vai para o resistor e apenas uma pequena parte da mesma vai para o diodo, o que demonstra que a corrente começou a fluir pelo sistema.
	Vfmed (V)
	VR (V)
	Vd (V)
	3,98
	3,27
	0,68
	4,99
	4,25
	0,69
	
Para a polarização reversa, nota-se que, para todos os pontos da tabela, a tensão da fonte se distribui quase que inteiramente sobre o diodo, sendo que, para uma precisão de duas casas decimais, a tensão sobre o resistor foi sempre de 0,00V e a tensão sobre o diodo sempre muito próxima da tensão da fonte, o que permite concluir que quase toda a tensão aplicada no circuito se distribuiu sobre o diodo e, portanto, não houve queda de tensão no resistor, indicando que não havia corrente.
	Vf (V)
	Vfmed (V)
	VR (V)
	VdS (V)
	I (mA)
	- Vf (V)
	 - Vfmed (V)
	- VR (V)
	- VdS (V)
	- I (μA)
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,20
	0,19
	0,00
	0,19
	0,10
	0,20
	0,20
	0,00
	0,20
	0,11
	0,40
	0,39
	0,00
	0,39
	0,08
	0,40
	0,39
	0,00
	0,39
	0,13
	0,60
	0,59
	0,00
	0,59
	0,08
	0,60
	0,59
	0,00
	0,59
	0,09
	0,80
	0,79
	0,00
	0,78
	0,05
	0,80
	0,79
	0,00
	0,79
	0,11
	1,00
	0,99
	0,04
	0,95
	0,05
	1,00
	0,99
	0,00
	1,00
	0,12
	1,20
	1,19
	0,12
	1,05
	0,31
	1,20
	1,19
	0,00
	1,19
	0,11
	1,40
	1,38
	0,24
	1,11
	0,67
	1,40
	1,39
	0,00
	1,39
	0,08
	1,60
	1,58
	0,39
	1,16
	1,10
	1,60
	1,59
	0,00
	1,59
	0,10
	1,80
	1,79
	0,54
	1,19
	1,58
	1,80
	1,79
	0,00
	1,79
	0,07
	2,00
	1,98
	0,72
	1,22
	2,08
	2,00
	1,99
	0,00
	1,99
	0,07
	3,00
	2,97
	1,58
	1,30
	4,85
	3,00
	2,99
	0,00
	2,99
	0,08
	4,00
	3,96
	2,60
	1,35
	7,73
	4,00
	3,98
	0,00
	3,99
	0,07
	5,00
	4,91
	3,55
	1,38
	10,56
	5,00
	4,99
	0,00
	4,99
	0,09
	6,00
	5,92
	4,46
	1,40
	13,36
	6,00
	5,98
	0,00
	5,99
	0,08
	7,00
	6,95
	5,44
	1,42
	16,47
	7,00
	7,01
	0,00
	7,00
	0,07
Tabela 02 – Dados para a curva característica da associação em série dos diodos de silício.
Gráfico 02: Tensão x Corrente para a associação em série de diodos de silício.
A tensão de polarização direta (VpS) e a resistência dinâmica foram encontradas através dos mesmos procedimentos utilizados para o diodo de silício individual e obteve-se o valor de VpS = 1,13V, para a tensão de polarização direta e rdS = 7,96Ω.
Comparando-se os valores obtidos na associação em série com os valores obtidos na análise individual do diodo, percebe-se que tanto a tensão de polarização, como a resistência dinâmica na associação em série são maiores do que no diodo individual, sendo assim é possível concluir, que uma tensão maior é necessária para que a corrente comece a circular na associação em série.
Baseando-se na Lei das Malhas para a análise da tabela 02, na polarização direta, observa-se que, inicialmente, a tensão da fonte (Vfmed) se distribui quase que por inteiro no diodo, demonstrando que não há passagem de corrente. Como exemplo, têm-se os seguintes pontos:
	Vfmed (V)
	VR (V)
	Vd (V)
	0,79
	0,00
	0,78
	0,99
	0,04
	0,95
Conforme a tensão da fonte (Vfmed) aumenta, nota-se que a distribuição em certos pontos torna-se equilibrada somente em um ponto:
	Vfmed (V)
	VR (V)
	Vd (V)
	2,97
	1,58
	1,30
Ao continuar aumentando o valor da fonte, nota-se que, quando a tensão de ruptura é atingida, a distribuição ocorre de acordo com o seguinte padrão: a maior parte da tensão vai para o resistor, mas uma parcela da mesma vai para o diodo, o que demonstra que a corrente começou a fluir pelo sistema.
	Vfmed (V)
	VR (V)
	Vd (V)
	4,91
	3,55
	1,38
	5,92
	4,46
	1,40
	
Para a polarização reversa, nota-se que, para todos os pontos da tabela, a tensão da fonte se distribui inteiramente sobre o diodo, sendo que, para uma precisão de duas casas decimais, a tensão sobre o resistor foi sempre de 0,00V e a tensão sobre o diodo sempre muito próxima da tensão da fonte, o que permite concluir que quase toda a tensão aplicada no circuito se distribuiu sobre o diodo e, portanto, não houve queda de tensão no resistor, indicando que não havia corrente.