AP 1 Eletronica Analogica

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA
BACHARELADO EM ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO
DISCIPLINA DE ELETRôNICA ANALóGICA
ATIVIDADE PRATICA
CIRCUITOS COM DIODOS
 
aluno: DANILO BARCELOS SILVA
professor: VIVIANA R. ZURRO
CAMPO GRANDE - MS
2017
SUMÁRIO
RESUMO
Entender o funcionamento dos circuitos não lineares utilizando diodos, usando retificadores de meia onda e de onda completa.
INTRODUCAO 
Diodos são componentes eletrônicos, confeccionados com materiais semicondutores, destinados à permitirem a passagem de corrente em um único sentido, sendo conhecidos como chaves eletrônicas, devido à essa peculiaridade. São elementos com polos, positivo e negativo, definidos. O fluxo de corrente ocorre quando estão diretamente polarizados, do polo positivo ao polo negativo. 
Por possuírem essa característica singular, é possível utilizar os diodos como retificadores de sinal, transformando corrente alternada em corrente contínua pulsante. Esse tipo de circuito recebe o nome de circuito retificador de meia onda, quando possui apenas um diodo; circuito retificador de onda completa, quando possui dois diodos com um transformador com center tape, ou quatro diodos ligados em ponte com transformador simples. 
A tensão conduzida nos diodos é contínua e pulsante. Por se tratar de um valor que oscila no tempo, não sendo constante, utiliza-se filtragem capacitiva a fim de propiciar um aumento na constância da forma de onda. A filtragem capacitiva dá-se por meio da alocação de um capacitor em paralelo à carga do circuito, fazendo com que o capacitor se carregue com a tensão de pico e descarregue-se com a mesma tensão nos intervalos em que o pulso de tensão está descendendo.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Diodos, representados na Figura 1, são dispositivos eletrônicos destinados a condução de corrente em um único sentido. Esses dispositivos atuam como chaves eletrônicas, que de acordo com Boylestad e Nashelsky (2004, p. 1), possuem como características ideais “as de uma chave que teria a capacidade de conduzir corrente em um único sentido”. Estes atuam como circuito aberto quando busca-se passar corrente em sentido oposto, àquela que ele está configurado. 
 
Figura 1 – Simbologia dos diodos, gráfico das características de tensão e corrente
Fonte: BOYLESTAD e NASHELSKY, 2004, P. 1.
 Analisando a Figura 1, no eixo das abscissas, eixo x, horizontal, dispõe-se os valores de tensão, enquanto no eixo das ordenadas, eixo y, vertical, dispõe-se os valores da corrente. A Figura 1 ilustra que o elemento possui duas extremidades: ânodo, positivo; e cátodo, negativo. 
Há duas configurações, ambas são apresentadas na Figura 2, possíveis para os diodos: configurado como chave fechada, possibilitando a passagem de corrente, quando diretamente a polarizado, portanto, a corrente flui do ânodo para o cátodo, da extremidade positiva, para negativa; 
Ou configurado como chave aberta, impedindo a passagem de corrente, nesse caso o polo positivo conecta-se ao cátodo e o polo negativo no ânodo, estando assim inversamente polarizado. 
Figura 2 – Comportamento dos diodos: (a) diretamente polarizado; (b) inversamente polarizado.
 
Fonte: BOYLESTAD e NASHELSKY, 2004, P. 2.
Desse modo, Boylestad e Nashelsky (2004, p. 2), concluem que a polarização do diodo ideal ocorrerá: “como um curto-circuito na região de condução” ou “como um circuito aberto na região de não-condução”. Entretanto, diferente de um curto-circuito, ao permitirem a passagem de corrente, os diodos gerarão uma queda de tensão constante, com valor fixo e definido, que variará de acordo com o material de confecção desses. 
Grosso modo, os diodos funcionam a partir do princípio da dopagem, que consiste em um método de despurificação dos cristais confeccionados a partir de material semicondutor. Esses elementos são constituídos de uma ligação PN, isto é, metade do diodo é confeccionado com um material semicondutor com excesso de lacunas (elétrons faltando na camada de valência do
Cristal), P; enquanto a outra metade é confeccionado com material semicondutor sem lacunas (com excesso de elétrons), N. 
A ligação PN, ilustrada na Figura 3 (a), consiste, portanto, naquela em que os elétrons em excesso da camada N migram para a camada P, que possui menos elétrons. O ponto de interseção,
e local onde ocorre essa migração é a zona de junção, que após o processo de migração desencadeará na formação da camada de depleção. O fluxo de elétrons se dá através da ruptura da barreira potencial, para isso a tensão submetida ao diodo deve superior à 0,3 V para diodos 
Confeccionados em Germânio e 0,7 V para diodos de Silício, valores que correspondem à queda de tensão gerada, estando o mesmo diretamente polarizado, figura 3 (b). 
Figura 3 – (a) simbologia diodos; (b) gráfico das características de tensão e corrente. (a) (b) Fonte: MALVINO e BATES, 2011, P. 39-40.
 A figura 4 apresenta a curva característica do diodo. De acordo com o gráfico, o diodo possui os seguintes pontos fundamentais: região direta, joelho, região inversa, corrente inversa e ponto de ruptura. 
 
Figura 4 – Curva característica do diodo ideal
Fonte: MALVINO e BATES, 2011, P. 61.
 
A região direta é aquela em que o diodo trabalha diretamente polarizado, portanto, é aquela em que há o fluxo de corrente. O joelho, aproximadamente 0,7 V para diodos de Silício, é o ponto em que se inicia a condução de corrente com intensidade. De acordo com Malvino e Bates (2011, P. 61), “a tensão de joelho é igual a barreira potencial. [...] Se for maior, o diodo conduz intensamente. Se for menor, o diodo conduz fracamente”. 
A região reversa é aquela em que o diodo está inversamente polarizado, portanto, não conduzindo corrente. Observa-se no gráfico da Figura 4, que corrente inversa tende à zero, da esquerda para a direita; contudo no ponto de ruptura há o fluxo de corrente negativa. O ponto de ruptura é a tensão máxima suportada pelo diodo quando inversamente polarizado, caso essa tensão seja alcançada o componente é danificado. De acordo com Malvino e Bates (2011, P. 62), além dessa tensão, há ainda a corrente contínua máxima, que é definida como sendo a corrente cujos valores são muitos altos e podem desencadear “calor excessivo [que] pode destruí-lo”. 
Como nas práticas realizadas com diodos utilizou-se a tensão da rede elétrica, que, por padrão, é alternada; há algumas propriedades físicas específicas desse tipo de corrente que devem ser apresentadas. Inicialmente, salienta-se que o gráfico da corrente alternada possui natureza senoidal, alterna-se periodicamente ao decorrer do tempo e possui como unidade de medida ampère [A] apresentado na Figura 2. 
Figura 5 – Gráfico da corrente alternada
Fonte: Regô, 2013.
 
Como apresentado no gráfico, existem três tipos de tensão: a tensão eficaz (Vrms), equação 1, tensão comercial cuja potência é a mesma, seja corrente alternada ou contínua; tensão máxima ou tensão de pico, é a máxima tensão alcançada pelo circuito; apresenta-se, ainda, a tensão média, não abordada nesse trabalho. Há ainda a tensão de pico à pico (Vpp), equação 2. A unidade de tensão é volt [V]. 
 
𝑉𝑟𝑚𝑠 =1 √2𝑉𝑚𝑎𝑥 (1)
𝑉𝑃𝑃 = 2𝑉𝑚𝑎𝑥 (2) 
 
Do gráfico da figura 5, podemos extrair ainda o período, e consequentemente, a frequência, equação 3, da tensão analisada. O eixo horizontal, representa o tempo. O período consiste no tempo decorrido entre o início da onda senoidal, até o seu fim. Ao fim do período, a onda senoidal passa a repetir-se ciclicamente. Obtém-se a frequência, pois esta é o inverso do período. A frequência nada mais é do que a quantidade de ciclos por segundo, medido em Hertz. A frequência padrão da rede elétrica é 60 Hz. Onde: f = frequência [Hz]; T = Período [s] 
 
𝑓 =1 /𝑇 (3) 
 
Foi utilizado um transformador abaixador, que possui como principal característica a geração de uma redução na tensão de entrada do primário. A tensão de saída
do secundário é menor que tensão de entrada, contudo essa variação ocorre sem alterar a potência e a frequência original. 
Na prática realizada, utilizou-se os circuitos retificadores, os quais consistem naqueles que utilizam um, dois ou quatro diodos, que podem estar em série, em paralelo ou em série e em paralelo, de acordo com o tipo de transformador utilizado e sua aplicação. Esses circuitos possuem como função converter a tensão senoidal, em tensão contínua pulsante, podendo ser filtrada com o auxílio de um capacitor, fazendo com que essa torne-se próxima de um sinal constante. 
Os circuitos retificadores construídos com apenas um diodo, que encontra-se imediatamente após a saída do secundário do transformador, em série com a carga resistiva, denominam-se circuito retificadores de meia onda, Figura 6 (b), devido à forma de onda, Figura 6 (a), característica dessa construção. 
 
Figura 6 – (a) tensão senoidal do secundário; (b) circuito retificador de meia onda; (c) forma de meia onda da tensão contínua pulsante na carga (saída)
Fonte: adaptações de MALVINO e BATES, 2011, P. 90.
 
Devido a singular propriedade do diodo em conduzir em apenas um sentido, quando a tensão está em seu semiciclo positivo o diodo conduz, havendo uma queda de tensão de 0,7 V (VD), equação 4, contudo quando a tensão está em seu semiciclo negativo, o diodo não conduz, Figura 6 (c). Nessa situação, o valor da tensão média contínua na carga (VCC) pode ser calculado através da equação 5. Onde: Vp = tensão de pico; Vs = tensão do secundário; VD = tensão do diodo; Vcc = tensão média (contínua); π ≈ 3,14, sendo que todas as tensões são medidas em Volts. 
 
𝑉 𝑝 = 𝑉 𝑠 – 𝑉𝐷 (4) 
𝑉𝑐𝑐 = 𝑉𝑝/𝜋 ou 𝑉𝑐𝑐 ≈ 0,318𝑉 𝑝 (5) 
Para os retificadores de onda completa com transformador com derivação central, tanto o funcionamento, quanto a forma de onda é a ilustrada na Figura 7. O calcula da tensão média pode ser obtido através da equação 6. Sendo que nesse tipo de circuito, a frequência de saída é o dobro da frequência de entrada, equação 7. O valor da tensão de pico, assim como o anterior, é a tensão do secundário subtraído da queda de tensão do diodo, equação 8. 
 
Figura 7 – (a) circuito retificador de onda completa; (b) circuito equivalente ao retificador de meia onda para o semiciclo positivo; (c) circuito equivalente ao retificador de meia onda para o semiciclo negativo; (d) forma de onda completa na saída
Fonte: Adaptações de MALVINO e BATES, 2011, P. 96.
𝑉𝑐𝑐 = 2𝑉𝑝/𝜋 ou 𝑉𝑐𝑐 ≈ 0,636𝑉 𝑝 (6) 
𝐹 𝑠 = 2𝐹𝑒𝑛 (7) 
𝑉 𝑝 = 𝑉 𝑠 − 𝑉𝐷 (8) 
 
Para o circuito retificador de onda completa em ponte, as equações 6 e 7 são as mesmas. Contudo, a tensão de pico é calculado com base na queda de tensão de dois diodos, equação 9. A Figura 8 apresenta o circuito retificador de onda completa em ponte. 
𝑉 𝑝 = 𝑉 𝑠 − 2𝑉𝐷 (9) 
 
Figura 8 – (a) circuito retificador de onda completa em ponte; (b) circuito equivalente ao retificador de meia onda para o semiciclo positivo com dois diodos; (c) circuito equivalente ao retificador de meia onda para o semiciclo negativo com dois diodos; (d) forma de onda completa na saída
Fonte: Adaptações de MALVINO e BATES, 2011, P. 100. OBJETIVOS
METODOLOGIA
2.1 RETIFICADOR DE meia onda
Este experimento consiste em verificar o funcionamento de um circuito retificador de meia onda. Verificar os sinais de entrada e saída e tragar a curva de transferência do circuito.
O circuito a ser montado é o seguinte:
Figura 9: Retificador de meia onda.
Neste experimento são usados os seguintes materiais:
Protoboard
Transformador
Osciloscópio
Diodo 1N400X
Resistor de 1KΩ
1º Passo: Montar os materiais acima conforme o circuito da figura 9.
2º Passo: Ligue o terra “0” no ponto médio do secundário do transformador.
3º Passo: Conecte os dois jacarés preto no ponto “0” terra do circuito.
4º Passo: Conecte a ponta de prova do canal 1 no ponto 1 do circuito. 
5º Passo: Conecte a ponta de prova do canal 2 no ponto 2 do circuito.
6º Passo: Com o circuito ligado verificar as formas de ondas dos dois canais e preencher tabela 1.
Figura 10: Circuito retificador de meia onda montado
Curva de transferência.
Substituindo o transformador por uma fonte de tensão, usar o positivo da fonte em “0” e negativo da fonte no ponto 1 para valores de Vi negativo e usar o negativo da fonte em “0” e positivo da fonte no ponto 1 para valores de Vi positivo.
Com o multímetro medir valores de tensão Vi e Vo e preencher tabela 2, Variar Vi de -20 a 20V e fazer curva de transferência.
Figura 11: Circuito montado para medir curva de transferência.
2.2 Retificador de onda completa.
Figura 12: retificador de onda completa.
Neste experimento são usados os seguintes materiais:
Protoboard
Transformador
Osciloscópio
2 Diodos 1N400X
Resistor de 1KΩ
1º Passo: Montar os materiais acima conforme o circuito da figura 12.
2º Passo: Ligue o terra “0” no ponto médio do secundário do transformador.
3º Passo: Conecte os dois jacarés preto no ponto “0” terra do circuito.
4º Passo: Conecte a ponta de prova do canal 1 no ponto 1 do circuito. 
5º Passo: Conecte a ponta de prova do canal 2 no ponto 2 do circuito.
6º Passo: Com o circuito ligado verificar as formas de ondas dos dois canais e preencher tabela 3.
Figura 13: Circuito retificador de onda completa montado.
Curva de transferência.
Substituir o transformador pela fonte de continua ajustável e colocar o multímetro no modo medição de tensão.
Para valores negativos de Vi, colocar o terminal negativo da fonte no ponto “0” (terra), e o terminal positivo no ponto “2", o terminal comum (preto) do multímetro no ponto “2” (-Vi).
Coloque o terminal vermelho do multímetro em “0” (terra), meça e preencha a Tabela 4. Coloque o terminal vermelho do multímetro em Vo, e o terminal comum (preto) no ponto “0” (terra), meça e preencha a Tabela 4. Repetir as medições até completar a tabela (valores de Vi entre -10V e 0V)
Para valores positivos de Vi, coloque o terminal positivo da fonte no ponto “1”, e o terminal negativo no ponto “0” (terra), o terminal comum (preto) do multímetro no ponto “0” (terra), e coloque o terminal vermelho do multímetro em “1” (Vi), meça e preencha a Tabela 4.
Coloque o terminal vermelho do multímetro em Vo, meça e preencha a Tabela 4.
Repetir as medições até completar a tabela (valores de Vi entre 0V e 10V).
resultados E discussão
Tabela 1: Sinais de entrada e saída de um retificador de meia onda.
	Parâmetro 
	V1
	Vo
	Tensão pico a pico (V)
	15,73
	8,37
	Frequência (Hz)
	59,9
	60
Tabela 2: Curva de transferência de um retificador de meia onda.
	Vi [V]
	Vo [V]
	-10
	0
	-8
	0
	-6
	0
	-4
	0
	-2,05
	0
	1,22
	0,70
	2,08
	1,47
	4
	3,35
	6,06
	5,40
	8,6
	8,10
	10,41
	9,84
Figura 14: Curva de meia onda
Tabela 3: Sinais de entrada e saída de um retificador de onda completa.
	Parâmetro 
	V1
	Vo
	Tensão pico a pico (V)
	15,35
	6,73
	Frequência (Hz)
	59,9
	119,9
Tabela 4: Curva de transferência de um retificador de onda completa.
	Vi [V]
	Vo [V]
	-10,3
	9,40
	-8
	7,56
	-6,5
	5,22
	-4
	3,29
	-2,07
	1,38
	1,26
	0,71
	2,03
	1,44
	4,04
	3,39
	6,80
	6,10
	8,2
	7,66
	10,04
	9,83
Figura 15: Curva de onda completa
CONCLUSÕES
Com a prática sobre os circuitos retificadores de meia onda, onda completa, seja em ponte ou com transformador com derivação central, com filtragem capacitiva ou não, foi possível compreender a importância, as possíveis aplicações e o princípio de funcionamento dos diodos. 
Foi possível compreender a natureza da tensão conduzida nos diodos, que é contínua e pulsante. Concebendo que este valor é variável no decorrer do tempo, não possuindo a característica de ser constante, apesar de ser contínuo. Nas práticas realizadas, utilizou-se o capacitor para aumentar a constância da forma de
onda, efetuando o procedimento da filtragem capacitiva com sucesso. 
Apresentou-se o princípio de funcionamento dos diodos, tanto diretamente, quanto reversamente polarizados; abordando os métodos de medição das tensões em ambas as disposições. Além de apresentar os resultados da prática, verificando que os gráficos gerados são coerentes com os conteúdos estudados e com a abordagem teórica proposta. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Livros:
MALVINO, A.; BATES, D. J. Eletrônica: Volume 1. Tradução Romeu Abdo. 7. ed. Porto Alegre: AMGH, 2011.