Relatório III 2016

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Unesp
CÂMPUS UNIVERSITÁRIO DE BAURU
 FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA
Relatório III
Bipolos elétricos – Diodos: Zener e emissor de luz – LED
Alyson Santos Miyahara 152012346
Gabriel Augusto Altemari Boschini 141011793 
Geovana Ferreira dos santos 141012218 
Giovana Roma Rodrigues 14101135
OBJETIVOS
Compreender as características dos diodos, 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) Zener e LED das cores branco, azul e vermelho.
MATERIAL
02 multímetros (Minipa ET – 2076, Minipa ET – 2020A)
01 diodo de Silício e Zener
01 diodo LED azul
01 diodo LED branco
01 diodo LED vermelho
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
A resistência do mesmo foi aferida com o auxílio do multímetro ajustado na posição correspondende ao símbolo do diodo (). Na primeira medição, o lado do 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; foi encontrado um valor de 1,1MΩ para a sua resistência. Logo em seguida, inverteu-se a polaridade e o valor encontrado para a resistência foi de 22,2MΩ. Após a idenficicação da polaridade do diodo de silício, 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 dos multímetros foram colocados em paralelo com o resistor e com o diodo e configurados na função de voltímetro e outro 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. 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 15 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 (Vp), a resistência dinâmica direta (rd) e a corrente de saturação reversa (I0). 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.
Na segunda parte do experimento, trabalhou-se com o diodo do tipo LED (Light Emitting Diode) nas cores branca, azul e vermelha, identificando a polaridade do mesmo através do chanfro no corpo do mesmo (o terminal negativo é o menor). Repetiu-se o processo de registro da tensão sobre o LED (Vbranco, Vazul ou Vvermelho) e a corrente no LED (Ibranco, Iazul ou Ivermelho), para cada cor de LED, de acordo com o circuito apresentado na figura 02, mas desta vez somente na polarização direta, sendo estes dados anotados na tabela 03. Plotou-se os dados nos gráficos 02, 03 e 04 do tipo I versus V determinou-se a tensão de polarização e fez-se uma análise do comportamento da curva característica para cada cor de LED, relacionando este comportamento com o comprimento de onda da cor e o tipo de material que é construído o LED. Por fim, foi realizada uma análise sobre o comportamento da curva do LED em relação com o comprimento de onda da cor e o tipo de material do LED e procurou-se na literatura uma aplicação para cada um destes diodos.
Figura 02 – Ligação em série de um diodo LED, resistor e uma fonte de tensão contínua, com tensão inicial 0,0V – Apostila laboratório de física III – 2016.
 
DADOS, RESULTADOS E DISCUSSÕES. 
	Vf (V)
	Vfmed (V)
	Vd (V)
	VR (V)
	I (mA)
	- Vf (V)
	 - Vfmed (V)
	- Vd (V)
	- VR (V)
	- I (mA)
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,20
	0,19
	0,19
	0,00
	0,00
	1,00
	0,98
	0,98
	0,00
	0,00
	0,40
	0,39
	0,39
	0,00
	0,00
	2,00
	1,97
	1,97
	0,00
	0,00
	0,60
	0,58
	0,58
	0,00
	0,02
	3,00
	2,96
	2,96
	0,00
	0,00
	0,80
	0,78
	0,66
	0,11
	0,35
	4,00
	3,94
	3,94
	0,00
	0,00
	1,00
	0,97
	0,69
	0,28
	0,87
	4,40
	4,34
	4,33
	0,00
	0,02
	1,20
	1,15
	0,70
	0,45
	1,40
	4,80
	4,74
	4,71
	0,02
	0,07
	1,40
	1,35
	0,71
	0,63
	1,98
	5,00
	4,94
	4,89
	0,03
	0,13
	1,60
	1,54
	0,72
	0,82
	2,55
	5,20
	5,13
	5,05
	0,07
	0,22
	1,80
	1,73
	0,72
	1,00
	3,13
	5,40
	5,32
	5,19
	0,12
	0,40
	2,00
	1,92
	0,73
	1,18
	3,69
	5,60
	5,52
	5,30
	0,21
	0,67
	3,00
	2,87
	0,74
	2,11
	6,59
	5,80
	5,71
	5,37
	0,33
	1,05
	4,00
	3,82
	0,75
	3,05
	9,51
	6,00
	5,90
	5,42
	0,47
	1,48
	5,00
	4,77
	0,76
	3,99
	12,46
	7,40
	7,26
	5,53
	1,74
	5,41
	6,00
	5,71
	0,76
	4,92
	15,38
	7,80
	7,64
	5,53
	2,10
	6,56
	7,00
	6,69
	0,77
	5,89
	18,43
	8,40
	8,21
	5,53
	2,66
	8,30
Tabela 01 – Dados para a curva característica do diodo de silício e zener na polarização direta e reversa.
Gráfico 01: Corrente x Tensão do diodo de Silício e Zener
A escala utilizada foi 20V e 20mA 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 sob uma tensão considerada baixa, já para a polaridade reversa (tensão negativa), o valor da corrente só começa a aumentar para valores de tensão superiores a 4,34V; 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.
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 = 0,62V. Para obter-se a tensão de ruptura, utilizou-se o mesmo comando na região em que a corrente aumentou quando o diodo estava na polarização reversa e obteve-se o valor de Vz = -4,34V.
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:
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
	0,58
	0,00
	0,58
Conforme a tensão da fonte (Vfmed) aumenta, nota-se que a distribuição em certos pontos torna-se equilibrada, por exemplo:
	Vfmed (V)
	VR (V)
	Vd (V)
	1,35
	0,63
	0,71
	1,54
	0,82
	0,72
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 começoua fluir pelo sistema.
	Vfmed (V)
	VR (V)
	Vd (V)
	3,82
	3,05
	0,75
	4,77
	3,99
	0,76
	
Para a polarização reversa, nota-se que, inicialmente, a tensão da fonte (Vfmed) se distribui por inteiro no diodo, demonstrando que não há passagem de corrente. Como exemplo, têm-se os seguintes pontos:
	Vfmed (V)
	VR (V)
	Vd (V)
	0,98
	0,00
	0,98
	1,97
	0,00
	1,97
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 diodo e apenas uma pequena parte da mesma vai para o resistor o que demonstra que a corrente começou a fluir pelo sistema.
	Vfmed (V)
	VR (V)
	Vd (V)
	4,74
	0,02
	4,71
	4,94
	0,03
	4,89
 Somente para valores superiores a 5V nota-se que a tensão começa a aumentar significativamente no resistor também.
SCR – Retificador controlado de silício: funcionamento básico. Disponível em: <http://eletronicaemcasa.blogspot.com.br/2013/08/Como-funciona-um-SCR.htm l> Acesso em 15 abril 2016.
	Vf (V)
	Vfmed (V)
	Vd (V)
	I (mA)
	Rd (Ω)
	-Vf (V)
	-Vfmed (V)
	-Vd (V)
	-I (mA)
	Rd (Ω)
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	-
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	-
	0,20
	0,19
	0,19
	0,00
	-
	1,00
	0,98
	0,98
	0,00
	-
	0,40
	0,39
	0,39
	0,00
	-
	2,00
	1,97
	1,97
	0,00
	-
	0,60
	0,58
	0,58
	0,02
	9500
	3,00
	2,96
	2,96
	0,00
	-
	0,80
	0,78
	0,66
	0,35
	242,42
	4,00
	3,94
	3,94
	0,00
	-
	1,00
	0,97
	0,69
	0,87
	57,69
	4,40
	4,34
	4,33
	0,02
	19500
	1,20
	1,15
	0,70
	1,40
	18,87
	4,80
	4,74
	4,71
	0,07
	7600
	1,40
	1,35
	0,71
	1,98
	17,24
	5,00
	4,94
	4,89
	0,13
	3000
	1,60
	1,54
	0,72
	2,55
	17,54
	5,20
	5,13
	5,05
	0,22
	1777,78
	1,80
	1,73
	0,72
	3,13
	0,00
	5,40
	5,32
	5,19
	0,40
	777,78
	2,00
	1,92
	0,73
	3,69
	17,86
	5,60
	5,52
	5,30
	0,67
	407,41
	3,00
	2,87
	0,74
	6,59
	3,45
	5,80
	5,71
	5,37
	1,05
	184,21
	4,00
	3,82
	0,75
	9,51
	3,42
	6,00
	5,90
	5,42
	1,48
	116,28
	5,00
	4,77
	0,76
	12,46
	3,39
	7,40
	7,26
	5,53
	5,41
	95,65
	6,00
	5,71
	0,76
	15,38
	0,00
	7,80
	7,64
	5,53
	6,56
	0,00
	7,00
	6,69
	0,77
	18,43
	3,28
	8,40
	8,21
	5,53
	8,30
	0,00
Nota-se que entre os valores de tensão correspondentes a 0,00V e a -3,96V a resistência dinâmica tende ao infinito e para valores menores e maiores que estes, a resistência dinâmica apresenta um valor muito alto no começo, mas que diminui consideravelmente rápido conforme o aumento ou a diminuição da tensão.
	Vf (V)
	Vbranco (V)
	Ibranco (mA)
	Vazul (V)
	Iazul (mA)
	Vvermelho (V)
	Ivermelho (mA)
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,20
	0,19
	0,00
	0,19
	0,00
	0,19
	0,00
	0,40
	0,39
	0,00
	0,39
	0,00
	0,39
	0,00
	0,60
	0,59
	0,00
	0,59
	0,00
	0,59
	0,00
	0,80
	0,78
	0,00
	0,78
	0,00
	0,78
	0,00
	1,00
	0,98
	0,00
	0,98
	0,00
	0,98
	0,00
	1,40
	1,37
	0,00
	1,38
	0,00
	1,38
	0,00
	1,80
	1,77
	0,00
	1,77
	0,00
	1,69
	0,24
	2,20
	2,17
	0,00
	2,17
	0,00
	1,76
	1,20
	2,60
	2,50
	0,19
	2,50
	0,20
	1,80
	2,27
	3,00
	2,61
	1,01
	2,61
	1,03
	1,83
	3,36
	3,40
	2,68
	2,01
	2,68
	2,01
	1,86
	4,47
	3,80
	2,73
	3,05
	2,73
	3,02
	1,88
	5,58
	4,20
	2,76
	4,12
	2,78
	4,08
	1,90
	6,70
	4,60
	2,80
	5,19
	2,81
	5,15
	1,92
	7,82
	5,00
	2,83
	6,29
	2,84
	6,25
	1,94
	8,96
	5,40
	2,86
	7,39
	2,88
	7,33
	1,96
	10,09
	6,00
	2,89
	9,03
	2,91
	8,98
	1,98
	11,78
	7,00
	2,96
	11,91
	2,97
	11,86
	2,02
	14,71
	8,00
	3,01
	14,74
	3,02
	14,68
	2,06
	17,57
Tabela 03 – Dados para I versus Tensão – LED – branco, azul e vermelho
Observou-se que o LED branco acendeu na tensão 2,60V, o azul na tensão 2,60V e o vermelho na tensão 1,80V.
Gráfico 02: Corrente x Tensão para o diodo LED branco.
Gráfico 03: Corrente x Tensão para o diodo LED azul.
Gráfico 04: Corrente x Tensão para o diodo LED vermelho
O diodo de silício de Zener pode ser utilizado como regulador de tensão e já o diodo LED pode ser utilizado como emissor de luz em telas de computadores.
LED- o que é e como funciona. Disponível em: <http://www.iar.unicamp.br/lab/l uz/dicasemail/led/dica36.htm> Acesso em 15 abril 2016.