299794879-Relatorio-de-Pratica-de-Diodos

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PRÁTICA 02 – DIODOS 
RETIFICADORES DE MEIA ONDA E DE 
ONDA COMPLETA 
 
 
 
 
 
 
Alunos: Alexandre Rodrigues 
 Arthur Ribeiro 
 Daniel Ferrareis 
 Igor Natividade 
 
Professora: Sarah Jorge 
 
 
 
 
Fevereiro de 2016 
João Monlevade 
 
 
Universidade Federal de Ouro Preto 
Instituto de Ciências Exatas e Aplicadas 
Curso de Engenharia Elétrica - Campus João Monlevade 
 
 
 
 
 
Sumário 
1. Introdução ...................................................................................................................... 3 
2. Objetivo .......................................................................................................................... 4 
3. Materiais utilizados ........................................................................................................ 5 
4. Revisão Bibliográfica ...................................................................................................... 6 
4.1. Diodo Semicondutor ................................................................................................. 6 
4.2. Polarização Direta .................................................................................................... 8 
4.3. Polarização Inversa .................................................................................................. 8 
4.4. Curva característica de um diodo ............................................................................. 9 
4.5. Diodo Zener ........................................................................................................... 10 
4.6. Diodos funcionando como retificadores de onda ..................................................... 12 
5. Roteiro prático e resultados ................................................................................................. 16 
5.1. Ensaio 1 - Retificador de Meia Onda............................................................................ 16 
5.2. Ensaio 2 - Retificador de Onda Completa .................................................................... 19 
5.3. Ensaio 3 – Filtro Capacitivo .......................................................................................... 22 
5.4. Ensaio 4 – Regulação de tensão utilizando Zener ....................................................... 23 
6. Conclusão ............................................................................................................................... 27 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. Introdução 
 
Esta prática visa a implementação de circuitos retificadores, eles são utilizados 
na construção de fontes de alimentação de corrente continua, ou seja, é realizada a 
conversão de tensão ca/cc podendo ser de meia onda ou de onda completa. 
Circuitos mais simples podem utilizar apenas um diodo, o que faz com que ele 
apresente um ripple(é o componente de corrente alternada (Vca) que se sobrepõe ao 
valor médio da tensão de uma fonte de corrente contínua (Vcc) elevado, e circuitos mais 
complexos podem utilizar uma associação de diodos e tratam o ripple fazendo com que 
se tenha uma tensão cc pura. 
Os diodos utilizados na retificação tem potência e valor máximo de corrente 
muito maiores do os utilizados para outras aplicações. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Objetivo 
 
Esta experiência tem como objetivos: verificar o comportamento I-V dos diodos 
(retificador, Zener e LED), compreender o procedimento para análise de circuitos 
contendo diodos e introduzir aspectos relativos ao projeto de fontes de alimentação de 
corrente continua. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. Materiais utilizados 
 
 Diodo retificador 
 Diodo zener 
 Resistências 
 Fonte de tensão continua 
 Gerador de sinais 
 Osciloscópio 
 Multímetro digital 
 Capacitor 
 Transformador 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. Revisão Bibliográfica 
 4.1. Diodo Semicondutor 
 
O diodo semicondutor é um dispositivo eletrônico feito de silício ou germânio 
constituído por uma junção PN, sendo esta uma combinação física de materiais com alta 
concentração de cargas positiva (P) e materiais com alta concentração de cargas 
negativas (N). Esta combinação de materiais é chamada dopagem eletrostática e é a 
responsável pelo funcionamento de um diodo. 
 
 
Figura 1 - Simbolo Diodo 
 
Figura 2 - Junção PN 
 
Tal dispositivo têm como fonte elementar de funcionamento a passagem da 
corrente em apenas um sentido dependendo exclusivamente de sua posição no circuito 
elétrico. Caso o diodo esteja em uma configuração de polarização direta a corrente fluirá 
normalmente sobre ele funcionando basicamente como um curto circuito. Caso o diodo 
esteja em uma configuração de polarização indireta em relação a fonte o dispositivo se 
comporta como um circuito aberto impedindo a passagem de corrente por ele. Este 
funcionamento se dá pela junção PN onde cada face do material possui uma 
determinada característica oposta a outra face, gerando regiões de condução. O esquema 
de polarização direta e polarização inversa de um diodo pode ser claramente visto na 
figura abaixo: 
 
 
 
 
 
Figura 3 - Polarização Direta 
 
Figura 4 - Polarização Indireta 
 
 
Figura 5 - Polarização do Diodo 
 
 
 
 
 4.2. Polarização Direta 
 
A polarização de um diodo é dita direta quando o pólo positivo da fonte 
geradora (+V) encontra-se ligado ao pólo positivo do diodo (P) comumente chamado de 
anodo e o pólo negativo da fonte alimentadora do circuito (-V) entra em contato com o 
pólo negativo do diodo (N) chamado de catodo. Quando a tensão da fonte alimentadora 
do circuito atinge um valor maior que a tensão interna do diodo ( Diodos de silício 
geralmente têm uma tensão interna de +0,7V) as cargas livres irão se repelir e 
conseguirão ultrapassar a junção PN, se movimentando e ocorrendo a passagem de 
corrente elétrica. Em outras palavras o pólo positivo do diodo (P) torna-se ainda mais 
positivo e o lado (N) ainda mais negativo fazendo com que as cargas atravessem a 
junção e ocorra a passagem de corrente elétrica. 
 
 
Figura 6 - Polarização Direta 
 4.3. Polarização Inversa 
 
A polarização inversa de um diodo ocorre inversamente á polarização direta, 
pólo positivo da fonte (+V) conectado ao pólo negativo do diodo (N) e pólo negativo da 
fonte (-V) ao pólo positivo do diodo (P). Na polarização inversa ocorrerá uma atração 
das lacunas do pólo positivo do diodo (P) pela polarização negativa da fonte 
alimentadora do circuito e uma atração dos elétrons livres do cátodo (N) pela 
polarização positiva da fonte geradora. Uma vez que não existe um fluxo de cargas 
livres na junção PN não haverá fluxo de corrente elétrica no diodo. 
 
 
Figura 7 - Polarização Reversa 
 4.4. Curva característica de um diodo 
 Curva característica do Diodo é dada pela relação entre tensão (V) e corrente (I) 
através do dispositivo. Através da curva característica é possível observar o modelo de 
aproximação do diodo usado e seu funcionamento. Os modelos de diodo são ideal, 
semi-ideal e diodo de silício que será usado nesta prática. 
 
 
Figura 8 - Configurações Diodo 
 
 
Figura 9 - CurvaCaracterística de um Diodo de Silício 
 
Figura 10 - Diodo em Corte 
 
 4.5. Diodo Zener 
O diodo Zener ou diodo regulador de tensão é um dispositivo eletrônico 
semelhante ao diodo semicondutor, é projetado para operar em uma região com tensões 
acima da região de ruptura da junção PN. 
O dispositivo Zener atua como regulador de tensão mantendo a tensão constante 
em uma carga independente da variação da tensão de linha e da resistência na carga. 
Uma vez atingida sua tensão de ruptura ela se manterá constante ao longo de todo o 
funcionamento do circuito. Tal dispositivo assim como o diodo semicondutor possui 
uma configuração ideal e uma configuração real, sendo representadas nas imagens 
abaixo : 
 
Figura 11 - Diodo Zener Ideal 
 
Figura 12- Diodo Zener Real 
Seu funcionamento se baseia na introdução de resistores em séries que limitam a 
corrente sobre o Zener, limitando assim a corrente Iz que flui pelo diodo. Para uma 
corrente maior que a corrente nominal (corrente máxima suportada pelo diodo) ele se 
queimaria como qualquer outro componente eletrônico, por isso a resistência em série é 
tão importante para o seu funcionamento ideal. 
Vale salientar que os valores de potência máxima, de tensão máxima e de 
corrente nominal de qualquer dispositivo podem ser encontrados no seu Datasheet. 
 
Figura 13 - Circuito Diodo Zener 
 
 
Figura 14 - Zona de Funcionamento Corrente no Diodo Zener 
4.6. Diodos funcionando como retificadores de onda 
Retificação de meia onda: 
Um circuito retificador de meia onda tem como principal características a 
retificação ou retirada de um sinal de corrente alternada (AC) da entrada de um circuito 
transformando-o em um sinal de corrente contínua (CC) através da utilização de diodos. 
O retificador de meia onda mais simples é composto por um diodo e um resistor 
onde o diodo só conduzirá corrente em apenas um sentido, seja +Vca ou -Vca. O 
funcionamento de tal retificador pode ser representado pela figura abaixo : 
 
 
Figura 15 - Circuito Retificador de Meia onda 
 
Observando a figura acima, quando o diodo está polarizado diretamente (+Vca) 
ocorre a passagem de corrente elétrica pelo diodo o que ocasionará uma tensão sobre o 
resistor. Já no semiciclo negativo (-Vca) o diodo encontra-se polarizado inversamente, 
logo não há passagem de corrente pelo dispositivo o que acarretará uma tensão nula 
sobre o resistor. 
Desta forma é possível ver que o sinal senoidal aplicado a entrada do diodo é 
retificado gerando apenas um sinal positivo ou um sinal negativo (dependendo da 
configuração do diodo). 
 
 
Figura 16 - Retificação de Meia Onda 
 
 
Figura 17 - Retificação de Meia Onda 
 
Para um sinal retificado temos que : 
𝑉𝑐𝑐 = (0,318 𝑉𝑚 − 𝑉𝑡) sendo Vt = 0,7V em um Diodo de Silício. 
 
Retificação de onda completa: 
Um retificador de onda completa é um circuito que basicamente transforma 
corrente alternada AC em corrente contínua CC. O sistema mais conhecido de 
retificação de onda completa é composto por quatro diodos e é chamado de retificação 
em ponte. A configuração é dada a seguir : 
 
 
Figura 18 - Retificador de Onda Completa 
Diferentemente de um retificador de meia onda este retificador não altera 
somente uma parte da onda (+Vac ou – Vac). A tensão é retificada independete do 
semiciclo da tensão. 
 
Figura 19 - Refiticação Onda Completa 
 
Figura 20 - Retificação Onda Completa 
 
Figura 21 - Onda Retificada 
 
A média de tensão Vcc é dada por: 
 𝑉𝑐𝑐 = 0,636(𝑉𝑚 − 2𝑉𝑇) 
Sendo Vt a tensão no Diodo que no caso do silício será de 0,7V. 
 
Usando um capacitor em paralelo com a carga é possível manter a tensão de pico 
por mais tempo, uma vez que quando a tensão do sinal tende a cair o capacitor começa 
a descarregar. Desta forma o diodo entra no estado de corte até que a tensão vinda da 
fonte supere a tensão no capacitor. Quanto maior a constante RC, maior o tempo de 
queda da tensão do capacitor, e por conseguinte a tensão na carga é mantida bem 
próxima do valor de pico da tensão vinda da fonte. retificador de meia-onda. A 
diferença entre o valor de pico da senóide e o menor valor de tensão do capacitor é 
denominado ripple. 
 
 
Figura 22 - Refiticador com Capacitor 
 
 
Figura 23 - Onda Retificada com capacitor 
 
 
5. Roteiro prático e resultados 
 
 5.1. Ensaio 1 - Retificador de Meia Onda 
 
Analise o circuito proposto para retificação do sinal (5 Vrms, 60 Hz). Qual a expressão 
para a VPIV desta montagem? Ilustre as formas de onda de entrada e de saída 
considerando o modelo linearizado para o diodo retificador. 
 
 
Figura 24 - Circuito Ensaio 01 
 
 
Execute a montagem do retificador de meia-onda da Fig. 1 utilizando o diodo 
retificador. Visualize a característica de transferência e as formas de onda de entrada e 
de saída com o auxílio do osciloscópio da bancada. 
 
 
Figura 25 - Montagem Circuito Ensaio 01 
 
 
Determine teoricamente e experimentalmente: 
 
a) a tensão de limiar de condução direta do diodo; 
 
Considerando a queda de 0,7 devido a barreira de potencial do diodo, teremos: 
 
𝑉𝑑 = 0,7 𝑉 
 
b) o período observado das formas de onda; 
Como a frequência da entrada e da saída são as mesmas é possível calcular o período 
como sendo: 
𝑇 =
1
𝑓
=
1
60
= 16,67 𝑚𝑠 
 
c) o valor de pico da corrente no diodo (estimada); 
 
𝐼𝑑 𝑚𝑎𝑥 =
(5 ∗ √2) − 0,7
1𝐾
= 6,37𝑚𝐴 
 
O valor medido pelo grupo foi de 6,18mA 
 
d) o valor da corrente cc na carga (estimada); 
 
 
𝑉𝐿 𝑚𝑒𝑑 = 
(5 ∗ √2) − 0,7
𝜋
= 2,02𝑉 
 
𝐼𝐿 𝑚𝑒𝑑 =
𝑉𝐿 𝑚𝑒𝑑
1𝐾
= 2,02𝑚𝐴 
 
Experimentalmente o valor de corrente encontrado na carga foi de 1,89mA 
 
e) o valor da diferença (em volts) observada entre os picos das formas de onda de 
entrada e de saída. 
 
 
Figura 26 - Forma de Onda Saída Ensaio 01 
 
𝑉 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛ç𝑎 = 7.07𝑉 − 6.48 = 0.6𝑉 
 
 
Os componentes não são idealizados logo não foi possível obter o resultado 
exato esperado que era de 0,7V, porém 0,6V está bem próximo, o que indica que a 
prática foi bem sucedida. O fato da tensão ter variado um pouco culminou que as 
correntes também tiveram uma pequena variação, mas nada que não estivesse no padrão 
de erro. 
 
 
 
Figura 27 - Ilustração Formas de Onda Entrada e Saída Ensaio 01 
 
 5.2. Ensaio 2 - Retificador de Onda Completa 
 
Analise os circuitos propostos (Fig.2 a-b) para retificação do sinal ac (5 Vrms, 60 Hz). 
Quais as expressões para a VPIV destas montagens? Ilustre as formas de onda de 
entrada e de saída considerando o modelo linearizado para o diodo retificador. 
 
 
Execute sequencialmente as montagens dos retificadores de onda-completa ilustradas na 
Fig. 2 a-b utilizando diodos retificadores 1N4148. Visualize a característica de 
transferência (somente para a montagem da Fig. 2 a) e as formas de onda de entrada e 
de saída com o auxílio do osciloscópio da bancada. 
 
 
 
Figura 28 - Montagem Circuito a) Ensaio 02 
 
 
 
Figura 29- Montagem Circuito b) Ensaio 02 
 
 
Determine teoricamente e experimentalmente: 
 
 
a) Os valores das correntes cc na carga (estimadas) em cada montagem; 
 
Devido ao fato do terra do osciloscópio ser o mesmo terra do gerador de funções 
usamos um transformador na prática de 6,9V. 
 
 
Figura 30 - Transformador Usado Ensaio 02 
 
 
 
Onda completa com tap central: 
 
𝐼𝑐𝑐 = 0,628 ∗ 
9,75 − 0.7
1𝑘
= 9,05𝑚𝐴 
 
Experimentalmente o valor medido de corrente foi de 8,98mAOnda completa com ponte de diodos: 
𝐼𝑐𝑐 = 0,636 ∗ 
9,75 − 1.4
1𝑘
= 8,35𝑚𝐴 
 
Experimentalmente o valor medido de corrente foi de 8,27mA 
 
b) Os valores das diferenças (em volts) observadas entre os picos das formas de 
onda de entrada e de saída (somente para a montagem da Fig. 2 a). 
Onda completa com tap central: 
 
Como com o tap central é obtida duas ondas derivadas da onda de entrada cujos 
valores de tensão são igual a metade do valor de tensão da onda de entrada, e devido a 
ação de um diodo em cada semiciclo, a diferença de pico entre entrada e saída será: 
 
𝑉𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑉𝑝 𝑠𝑎í𝑑𝑎 = 9.75 − 8.80 = 0,95𝑉 
 
Figura 31 - Saída Retificador Ensaio 02 
 5.3. Ensaio 3 – Filtro Capacitivo 
 
Dimensione a capacitância necessária a ser associada em paralelo com a 
resistência de carga na Fig. 1, para garantia de uma tensão de ripple inferior a 0,5 V. 
Para a implementação do filtro com o capacitor escolhido, estime a corrente média que 
fluiria no diodo. É possível eliminar completamente o ripple elevando o valor da 
capacitância? Justifique sua resposta. 
 
 
 
Figura 32 - Montagem Circuito Ensaio 03 
 
 
Sendo 
 𝑉𝑟𝑖𝑝𝑝𝑙𝑒 = 
𝐼𝑅
𝑓𝐶
 → 𝐶 =
𝐼𝑅
8.3𝐾∗0,5
 → 1.53𝑢𝐹 
Adotamos uma frequência muito alta pois já estávamos com um capacitor de 
1.53uF em mãos, e após realizarmos a verificação do mesmo, concluímos que seria 
possível obter um ripple de 0,5V com tal capacitor. 
A corrente no diodo não sofrerá qualquer alteração se mantendo constante como 
calculado no ensaio 01. 
 
𝐼𝑑 = 6,37𝑚𝐴 
 
Se na prática existisse um capacitor ou uma frequência que tendesse ao infinito 
seríamos capazes de eliminar o ripple, porém como isso não acontece no mundo real, é 
impossível eliminar o ripple totalmente. 
 
Com o auxílio do osciloscópio verifique a amplitude da tensão de ripple sobre a 
resistência de carga no circuito da Fig. 1, quando o capacitor dimensionado 
anteriormente estiver conectado. 
 
 
Figura 33 - Vripple do Ensaio 03 
 
 5.4. Ensaio 4 – Regulação de tensão utilizando Zener 
 
Considere o circuito proposto na fig. 3, onda a capacitância assumirá o mesmo 
valor dimensionado anteriormente. O Zener empregado (4V7) e o LED (vermelho) 
seriam substituídos por seus modelos equivalentes linearizados. A corrente drenada 
variará na faixa de 5mA-50mA. 
 
Como no laboratório só tínhamos o LED verde, este foi usado em nosso projeto. 
O LED verde tem como seu modelo uma queda de 1.8V. Como a fonte do laboratório 
apresenta uma limitação em sua resistência interna, foi utilizado um transformador de 
6,5Vrms para a realização desta prática. Uma vez que o capacitor continua dando um 
Vripple menor que 0,5V este não deverá ser dimensionado. 
 
a) estime o valor da resistência R1 a ser empregada na montagem; 
 
Sendo R1 o resistor limitador de corrente no diodo Zener este pode assumir dois 
casos, sendo estes quando a carga for máxima, ou seja, quando o potenciômetro atingir 
seu maior valor e quando a carga for mínima com o potenciômetro em 0. 
 
Para carga máxima IRL = 5,1mA e para carga mínima IRL = 5,6mA. 
 
A corrente nominal do Diodo Zener (utilizando o datasheet) é de 71,4mA. 
 
Para o pior caso de IRL temos um valor máximo de R1 afim de compensar e 
equilibrar a corrente que passa no diodo Zener, logo IR1 = 76,5 mA. Calculada a tensão 
no ponto 2 ( levando em consideração que utilizamos um transformador) V2 = 8,49V. 
 
 Com a tensão no ponto 2 fica fácil determinar o valor de R1 utilizando análise de 
circuitos temos que R1 = 37,80Ω. 
 
b) estime o valor da resistência R2 que limita a corrente no LED indicador a 
20mA; 
 
Conhecendo o modelo de LED verde (queda de aproximadamente 1.8V) temos que: 
 
𝑅2 = 
8,49 − 1.8
20𝑚𝐴
= 334,5Ω 
 
 
c) estime a regulação de linha e a regulação de carga desta fonte cc. 
 
 
 
Utilizando a fonte ac ajustável, reduza a amplitude do sinal de entrada de 10% 
relativamente à tensão de entrada anterior. Verifique com isso a razão de rejeição de 
“ripple”, as regulações de linha e de carga da fonte cc implementada pelo circuito da 
Fig. 3 nas três situações: 
 
 
Figura 34 - Montagem Circuito Ensaio 04 
 
a) Na ausência de carga, i.e, quando os terminais de saída estão em circuito-
aberto; 
 
Como os terminais de saída estarão abertos a saída será a tensão do Zener que será de 
aproximadamente 5.6V 
 
 
Figura 35 - Saída Circuito Ensaio 04 
 
b) na presença da carga mínima (1.100 Ω); 
 
 
Figura 36 - Carga Mínima Ensaio 04 
 
 
 
c) na presença da carga máxima (100 Ω) 
 
 
Figura 37- Carga Máxima Ensaio 04 
 
Figura 38- Vripple em Comparação com Entrada 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Conclusão 
 
A prática em si apresentou um grau elevado de dificuldade principalmente nos 
ensaios 03 e 04 os quais apresentavam um conteúdo denso e de bastante complexidade. 
Os resultados obtidos nos retificadores foram satisfatórios e condizentes com a 
teoria, fomos capazes de entender e projetar tais circuitos para retificação, esta que, será 
bastante usada em nosso curso. A prática dos retificadores foi interessante pois nunca 
havíamos tido contato com tal tipo de prática, e poder observar o funcionamento do 
circuito com o ociloscópio foi de grande entusiasmo. 
Fomos capazes de determinar o Vripple de um circuito de forma interessante, na 
qual a partir de uma fórmula fomos capazes de controlar os parâmetros obtendo o 
melhor valor possível. A forma com que o RC afeta o circuito retificador é interessante 
podendo converter circuitos CA em circuitos CC através do uso de pontes de diodo. 
Todos os resultados envolvendo o Vripple foram condizentes com os valores calculados 
e no que a teoria se propões a dizer sobre tais casos. 
Os ensaios 04 e 05 foram bastante complicados, nos quais o grupo não teve uma 
assimilação de conhecimentos boa. Ficamos um pouco confusos em relação ao que era 
pedido e o problema com a fonte do laboratório só foi descoberto após a prática. Os 
resultados não foram tão satisfatórios quanto aos outros ensaios porém esperamos ter 
feito nosso melhor e entendido um pouco sobre o funcionamento de cada componente 
apresentado nesta prática.