Relatório de Aula Prática sobre Diodos

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA BAHIA – CAMPUS PAULO AFONSO
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
DISCIPLINA: LABORATÓRIO DE ENGENHARIA ELÉTRICA I
LUANA VANESSA ALVES TAVARES
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA 
DIODO
Paulo Afonso – BA, Setembro, 2018
LUANA VANESSA ALVES TAVARES
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA 
DIODO
Relatório apresentado ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia – IFBA, como requisito parcial para avaliação da disciplina Laboratório de Engenharia I, do curso de graduação em Engenharia Elétrica, sob orientação da profª Msc. Brunna Santana de Vasconcellos.
Paulo Afonso – BA, Setembro, 2018
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
A prática tem como objetivo fazer entender o funcionamento do diodo, diodo Zener e LEDs, levantar a curva característica desses diodos, entender a polarização de cada um e familiarizar o aluno com um gerador de sinais, onde se deve comprovar os assuntos estudados na teoria. 
Um diodo é um componente eletrônico que permite a passagem da corrente elétrica somente em um sentido. Uma analogia simples que podemos fazer é comparar um diodo a uma válvula que só deixa a água fluir em um sentido, ou seja, o diodo faz a mesma coisa com a corrente elétrica.
Enquanto os diodos tradicionais têm como característica permitir a condução de corrente elétrica eles apenas fazem isso quando são polarizados diretamente, de modo que ao serem polarizados reversamente a condução é interrompida. O diodo zener, ao contrário do que ocorre com o diodo comum, é fabricado para justamente trabalhar com polarização reversa. 
Os LEDs, em inglês: light-emitting-diode, em português: diodo emissor de luz. São componentes muito importantes no mundo da eletrônica, onde sua principal funcionalidade trata-se da emissão de luz em equipamentos eletrônicos, sejam eles produtos de microeletrônica como sinalizador de avisos, ou em algum equipamento maior, como o semáforo.
O relatório está dividido pela fundamentação teórica onde será abordado cada diodo utilizado nos procedimentos e sua teoria, logo em seguida nos materiais e procedimentos será detalhado cada passo usado no experimento, seguido do tópico de discussão e resultados com todos os dados obtidos em laboratório.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
Diodo é o componente semicondutor mais simples existente e base para circuitos, ele é formado pela junção de dois materiais semicondutores que basicamente são isolantes dopados transformados em condutores, e é a junção do material que confere ao diodo sua capacidade tão especial de conduzir ou não corrente elétrica.
Diodo semicondutor 
O diodo é fabricado a partir de silício, elemento químico de símbolo Si e número atômico 14 e quatro elétrons na camada de valência o que na forma de cristal confere ao silício característica de isolante. Para a utilização do silício na fabricação de diodos (ou transistores) ele é purificado e passa por um processo que forma uma estrutura cristalina em seus átomos. O material é preparado e passa por um processo de dopagem, onde são introduzidas quantidades controladas de materiais selecionados que modificam a estrutura eletrônica, introduzindo-se entre as ligações dos átomos de silício, roubando ou doando elétrons dos átomos, gerando o silício P ou N, conforme ele seja positivo (tenha falta de elétrons) ou negativo (tenha excesso de elétrons).São usados para a dopagem do silício elementos químicos como o Fósforo ou Arsênio para cristais tipo N ou Boro e Gálio para cristais tipo P isso confere ao silício a capacidade de conduzir corrente elétrica.
O diodo é um componente com 2 terminais, onde o próprio símbolo esquemático indica qual é a polaridade. Se observar o símbolo do diodo de perto, será possível visualizar um triângulo que forma uma pequena seta, indicando em que sentido a corrente elétrica é permitida. Nos diodos a corrente flui do anodo para o catodo, assim como mostra a Figura 1:
Figura 1 – Simbologia de um diodo
Fonte: Mattedes (2018)
Diodo Zener
 O diodo zener é um dispositivo semicondutor que tem quase as mesmas características do diodo normal, a diferença está na forma como ele se comporta quando está polarizado reversamente. 
Para além da denominação Díodo Zener, é também conhecido por diodo de ruptura, diodo de tensão constante, díodo regulador de tensão ou diodo de condução reversa. Sua característica física e simbologia pode ser vista na Figura 2:
Figura 2 – Simbologia do diodo zener
Fonte: Eletrônica PT (2018)
O díodo zener quando polarizado inversamente (ânodo a um potencial negativo em relação ao cátodo) permite manter uma tensão constante aos seus terminais (VZ) sendo por isso muito utilizado na estabilização/regulação da tensão nos circuitos.
LEDs
Os LEDs formam os números em relógios digitais, transmitem informação de controle remoto, agrupados eles podem formar imagens em uma tela de televisão ou lâmpada incandescente. Simplificando o conceito de LEDs podemos dizer que são pequenas lâmpadas com cores variadas de fácil integração com circuitos elétricos. É importante saber que eles são iluminados somente pelo movimento de elétrons em um material semicondutor. O símbolo de um LED é similar ao de um diodo, acrescentando-se a setas indicadores de luz emitida. Na Figura 3 a seguir pode ser visto o símbolo e a correspondente identificação dos terminais no dispositivo mais comum.
Figura 3 – Simbologia e característica de um diodo LED
Fonte: Caderno de Laboratório (2017)
No processo do funcionamento do LED é encontrado o diodo que nada mais é um tipo simples de semicondutor, material capaz de conduzir corrente elétrica. No caso dos LEDs normalmente encontra-se um material condutor chamado arseneto de alumínio e gálio (AlGaAs).
Dopando-se com fósforo, a emissão pode ser vermelha ou amarela, de acordo com a concentração. Utilizando-se fosfeto de gálio com dopagem de nitrogênio, a luz emitida pode ser verde ou amarela. Hoje em dia, com o uso de outros materiais, consegue-se fabricar LEDs que emitem luz azul, violeta e até ultravioleta. Existem também os LEDs brancos, mas esses são geralmente LEDs emissores de cor azul, revestidos com uma camada de fósforo do mesmo tipo usado nas lâmpadas fluorescentes, que absorve a luz azul e emite a luz branca.
METODOLOGIA/PROCEDIMENTO
Aplicando os conceitos e comprovando os assuntos estudados na teoria, o experimento foi dividido em 3 procedimentos, onde será utilizados os diodos comuns para a polarização direta, o diodo zener para a polarização reversa e os LEDs emissores de luz. O material de laboratório utilizado é uma protoboard, um multimetro, uma tensão Dc, um Gerador de sinais.
No procedimento 1 deve ser utuilizado o diodo semicondutor, antes de montar o circuito, medir a resistencia direta e reversa do diodo, ao montar o circuito da Figura 4 na protoboard, ajustar a tensão da fonte de forma a ter no diodo os valores de tensão quando o mesmo está polarizado diretamente, medir e anotar a corrente do circuito com o multimetro. 
Figura 4 – Circuito 1
Fonte: Arquivo pessoal
Em seguida inverter o diodo do mesmo circuito, ajustar a tensão e medir e anotar a corrente, nesse caso, o diodo invertido estará polarizado reversamente. 
Próximo procedimento medir a resistencia direta e reversa do diodo zener conhecido como regulador de tensão para polarização reversa, nesse procedimento deve se repetir todo o procedimento 1 substituindo o diodo por um diodo zener.
Com os dados obtidos nos dois procedimentos, construit a curva caracteristica do diodo semicondutor I = f(V) e do diodo zener Iz = f(Vz).
No procedimento 3 utilizar os LEDs, montar o circuito da Figura 5, ajustar o gerador de sinais para sinal senoidal com 6V de amplitude, medir e anotar o tempo de um ciclo no circuito 2 a partir dafrequência. 
Figura 5 – Circutio 2
Fonte: Arquivo pessoal
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Com todo o procedimento executado em laboratório, os devidos dados obtidos foram separados por quadros para melhor visualização dos resultados. 
No Quadro 1 os valores da resistência direta e reversa do diodo, a resistência reversa não foi possível ser medida pois, o diodo tem uma escala maior que a do multímetro disponibilizado no laboratório.
Quadro 1 – Resistência do diodo 
	Rdireta
	2,113KΩ
	Rreversa
	- 
O Quadro 2 mostra os valores de tensão e correntes obtidos conforme o ajuste da fonte, a corrente foi medida com o multímetro. A corrente no diodo começou a circular a partir de 0,5 V.
Quadro 2 – Valores de Tensão e Corrente no diodo polarizado diretamente 
	Vd (V)
	0
	0,1
	0,2
	0,3
	0,4
	0,5
	0,6
	0,7
	0,8
	Id (A)
	0
	0
	0
	0
	0
	0,26
	0,5
	1,29
	1,43
	O Quadro 3 mostra os valores de tensão e corrente obtidos conforme o ajuste da fonte, a corrente não ultrapassou, pois, como visto na teoria, o diodo só conduz corrente quando polarizado diretamente. 
Quadro 3 – Valores de Tensão e Corrente no diodo polarizado reversamente
	Vd (V)
	0
	5
	10
	15
	20
	25
	30
	Id (mA)
	0
	0
	0
	0
	0
	0
	0
	
Gráfico 1 – Curva característica do diodo – polarizado diretamente
Com a repetição do procedimento 1 com o diodo zener, o Quadro 4 mostra os valores da resistência direta e reversa do diodo zener, tendo o mesmo problema que o diodo comum para medição da resistência reversa, que não tem como medir, pois, está fora da escala máxima do multímetro. 
Quadro 4 – Resistência do diodo zener 
	Rdireta
	1,1Ω
	Rreversa
	- 
O Quadro 5 mostra os valores de tensão e correntes obtidos conforme o ajuste da fonte, a corrente foi medida com o multímetro. A corrente no diodo zener começou a circular a partir de 0,6V.
Quadro 5 – Valores de Tensão e Corrente no diodo zener polarizado diretamente 
	Vd (V)
	0
	0,1
	0,2
	0,3
	0,4
	0,5
	0,6
	0,7
	0,8
	Id (A)
	0
	0
	0
	0
	0
	0
	0,23
	0,53
	0,94
	O Quadro 6 mostra os valores de tensão e corrente obtidos conforme o ajuste da fonte, no diodo zener polarizado reversamente, nesse procedimento teve que exceder um pouco a tensão pois o diodo tinha um valor muito alto para a tensão DC disponível no laboratório. 
Quadro 6 – Valores de Tensão e Corrente no diodo zener polarizado reversamente
	Vd (V)
	0
	5
	10
	15
	20
	25
	30
	31,6
	36,6
	41,6
	Id (mA)
	0
	0
	0
	0
	0
	0
	0
	0,2
	10
	22
Gráfico 2 - Curva característica do diodo zener - polarizado diretamente
	
Gráfico 3 - Curva característica do diodo zener - polarizado reversamente
O Quadro 7 mostra os valores de frequência e tempo do circuito 2, que a olho nú dificultou pela rapidez do processo, porém pela equação , pode comprovar a aproximação da prática com a teoria. 
Quadro 7 – Valores de Frequência e tempo no circuito 2
	f(Hz)
	0,05
	0,1
	0,2
	0,4
	0,5
	0,8
	1
	t (s)
	20
	9,56
	5,1
	2,6
	2,2
	1,3
	1
CONCLUSÃO 
A conclusão apresenta todo o processo de aprendizagem e relatos que levaram aos resultados obtidos com a prática. Todo o objetivo foi alcançado, os alunos entenderam o funcionamento do diodo comum, bem como do diodo zener que regula a tensão na polarização reversa onde o diodo comum não funciona e os LEDs emissores de luz muito importantes para a eletrônica geral, como também a utilizar os instrumentos de medição disponíveis no laboratório, além de serem apresentados e adquirirem experiência em utilizar o gerador de sinais, comprovaram com a pratica e os cálculos os assuntos estudados na teoria. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BOYLESTAD, Robert L. Introdução à análise de circuitos; tradução Daniel Vieira e Jorge Ritter. – 12. Ed. – São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2012
ELETRÔNICA PT. Diodo Zener. Disponível em < https://www.electronica-pt.com/diodo-zener> Acessado em 17 de setembro de 2018.
INFO ESCOLA. Diodo emissor de luz. Disponível em < https://www.infoescola.com/eletronica/led-diodo-emissor-de-luz/> Acessado em 20 de setembro de 2018.
MATTEDES, Henrique. Eletrônica. O que é um diodo? Disponível em: <https://www.mundodaeletrica.com.br/o-que-e-um-diodo/> Acesso em 16 de setembro de 2018.