Relatório aula prática 03 Diodos

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Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
Departamento de Engenharia Eletrônica e de Telecomunicação
Gabriel Fernandes Rezende
FUNDAMENTOS DA ELETRÔNICA
Prática: Diodos
Belo Horizonte
2021
Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
Departamento de Engenharia Eletrônica e de Telecomunicação
Gabriel Fernandes Rezende
FUNDAMENTOS DA ELETRÔNICA
Prática: Diodos
Relatório realizado a partir da prática da
disciplina de Fund. da Eletrônica tema de diodos
e medição referente a segunda aula prática
pelo professor Paulo José da Costa Cunha.
Belo Horizonte
2021
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Sumário
Objetivo 3
Materiais e equipamentos necessários 3
Fundamentação teórica 3
O que são diodos ? 3
Simbologia 4
Qual a funcionalidade dos diodos ? 4
Como escolher um diodo ? 4
O que é tensão reversa de um diodo ? 4
Tipos de diodo 4
Diodos de Sinal: 4
Diodo Retificador: 5
Diodo Zener: 5
Retificador em Ponte: 5
Diodo Emissor de Luz (LED): 5
Diodo Túnel: 5
Prática 5
Testes nos diodos com o multímetro 5
Testes nos diodos em um circuito elétrico 7
O Diodo em Corrente Alternada 9
Questões: 12
Referências Bibliográficas 15
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Resistores
● Objetivo
Ao término da aula o aluno deverá ser capaz de:
1. Identificar corretamente os terminais de um diodo
2. Realizar medições de corrente e tensão em circuitos com diodo utilizando um
multímetro;
3. Polarização diodos diretamente e reversamente;
4. Analisar formas de onda em circuitos com diodo utilizando o osciloscópio;
● Materiais e equipamentos necessários
1. Osciloscópio
2. 02 Multímetros
3. Módulo Fonte de CC;
4. Conjunto de cabos de teste;
5. Diodos diversos;
6. Protoboard
● Fundamentação teórica
O que são diodos ?
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.
Simbologia
Os símbolos abaixo são usados para representar os diodos em um circuito elétrico.
Qual a
funcionalidade dos diodos ?
Podemos afirmar que o diodo tem diversas aplicações e uma delas é atuar como um
retificador, convertendo tensão alternada em contínua. Mas um diodo não é uma
válvula de eletricidade perfeita, ele gasta um pouco de energia para trabalhar e
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quando a corrente flui através do diodo, alguma potência sempre é dissipada em
forma de calor. Isto é percebido através de uma queda de tensão de
aproximadamente 0.7V.
Como escolher um diodo ?
Como já foi dito, o diodo dissipa um pouco de calor, ou seja, saber a potência
máxima que ele suporta é fundamental para a escolha do diodo adequado. A
potência no diodo é calculada multiplicando a queda de tensão no diodo pela
corrente que está passando por ele. Imagine que uma corrente de 500mA esteja
passando por um diodo de silício. A queda de tensão típica neste diodo é de 0.7V,
logo a potência dissipada será de 0,5A multiplicada por 0,7V, totalizando 0.35W ou
350 mW. É uma potência que pode fazer o diodo esquentar bem! Sendo assim, é
muito importante saber qual é a corrente máxima que o diodo pode suportar. Esta
informação está presente no manual ou no datasheet do diodo.
O que é tensão reversa de um diodo ?
Esta é uma das características mais importantes dos diodos! Voltando a analogia da
válvula de água utilizada no primeiro exemplo do artigo, a tensão reversa máxima
seria como a máxima pressão que a válvula consegue suportar sem deixar a água
vazar!
Tipos de diodo
Diodos de Sinal:
São diodos de comutação, com alta velocidade, que possuem baixa capacitância de
junção, o que permite tempos de resposta muito rápidos.
Diodo Retificador:
Empregados na retificação de corrente alternada, suportam corrente mais alta que
os diodos de sinal. Possuem maior capacitância de junção, de modo que não são
adequados a tarefas de comutação rápida.
Diodo Zener:
Parecido com os diodos de sinal ou de retificação, porém com algumas diferenças
significativas:
● Menor Tensão de Ruptura (Breakdown Voltage)
● Empregados em Polarização Reversa
● São muito empregados, por exemplo, em circuitos simples para regulação de
tensão.
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Retificador em Ponte:
Trata-se, na verdade, de um invólucro contendo uma ponte retificadora de diodos,
com geralmente quatro diodos retificadores comuns.
Diodo Emissor de Luz (LED):
Diodo especial empregado em sinalização e iluminação, que possui a característica
principal de emitir luz em comprimentos de onda específicos quando o componente
é polarizado diretamente.
Diodo Túnel:
Este diodo possui resistência negativa* devido a um efeito de mecânica quântica
denominado Tunelamento. Possuem uma junção P-N altamente dopada, e são
empregados como switches de alta velocidade – na ordem dos nanossegundos.
São empregados em osciladores de microondas e amplificadores, e são resistentes
à radiação nuclear.
Uma característica interessante deste tipo de componente é sua longevidade:
existem dispositivos fabricados nos anos 60 ainda em funcionamento!
● Prática
Testes nos diodos com o multímetro
1. escolher dentre os diodos disponíveis um diodo de silício, um diodo zener, um LED e
também um resistor de 1 kΩ;
2. Tente identificar quais são os diodos escolhidos e busque na internet suas folhas de
dados (datasheet);
Diodos: D1:IN4007 ; D2: 1N4733A;
3. Que tipo é cada um dos diodos acima ?
IN4007: Diodo retificador plástico
1N4733A: Diodo Zener
4. Identificar o terminal do anodo e do catodo de cada um dos diodos escolhidos e
também do LED. Como você identificou corretamente os terminais?
A identificação pode ser realizada pelos terminais do componente, onde o terminal
maior é o anodo e o menor é o catodo do LED, já nos diodos retificadores e zener
uma forma de identificação é através da lista impressa no corpo do componente
onde o lado que possui a listra é o catodo.
5. Preparar o multímetro para medir semicondutores. Inserir os cabos de medição nos
bornes apropriados, de preferência usando um cabo vermelho para o positivo e um
cabo preto para o comum;
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6. ligar o multímetro;
7. fixe os diodos no protoboard e utilizando o multímetro;
8. realizar medições nos diodos disponíveis, primeiramente ligando o cabo vermelho no
anodo e o cabo preto no catodo (polarização direta) de cada um e anotar na tabela
os resultados encontrados; em seguida inverter os cabos, vermelho no catodo e
preto no anodo (polarização reversa), para cada um dos diodos e anotar novamente
os resultados no Quadro 1.
Diodo Polarização reversa Polarização direta
D1 OL 0,535444V
D2 OL 0,494169V
LED
9. De posse dos dados do Quadro 1, que conclusões se podem tirar a respeito do
estado dos diodos e do LED testados?
Podemos concluir que o D1 ( Diodo retificador) em sua polarização direta apresenta
um queda de tensão interna e ver na prática que ao ser polarizado reversamente o
mesmo não conduz e funciona como uma chave aberta. Já no D2 ( Diodo Zener)
podemos perceber que apesar de ele funcionar reversamente o mesmo quando é
testado no multímetro não conseguimos ver o valor e apresentá OL, pois a tensão
que o multímetro aplica sobre o mesmo é muito abaixo da que o mesmo necessita
para funcionar mas podemos polarizar o mesmo diretamente para vermos a queda
de tensão interna do mesmo.
Testes nos diodos em um circuito elétrico
1. Montar o circuito da Figura 3, não se esquecendo de observar as polaridades dos
instrumentos. Os diodos serão conectados um de cada vez;
2. Calcular os valores das
correntes e
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tensões que serão medidas com cada um dos diodos conectados. Considerar D1 um
diodo de silício e D2 um diodo zener de silício.
Para D1: VD1= 10,01mV e ID1= 14,3mA;
Para D2: VD2= 10,01mV e ID2= 14,3mA.
VD1= 14mA*0,7V= 10,01mV
VD2= 14mA*0,7V= 10,01mV
ID1= 15V-0,7V/1k ohm = 14,3mA
ID2= 15V-0,7V/1k ohm = 14,3mA
3. No simulador montar o circuito da Figura 3 com um diodo por vez, utilizando a
tensão zener do diodo que você tem a folha de dados, e inserir a imagem do circuito
montado abaixo;
4. Ativar a simulação
para cada um dos diodos eanotar os resultados da corrente e tensão no Quadro 2;
5. Comparar com os valores calculados;
Diodo D1 D2
Polarização direta
V 723,86mV 608,14mV
I 14,276mA 14,392mA
Polarização Reversa
V 15,00V 14,895V
I 130,52nA 105,15uA
Os valores são muito próximos dos calculados, a uma pequena diferença pois os
componentes possuem quedas de tensão internas e outros fatores que a simulação pode
levar em consideração.
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6. Inverter a polaridade da fonte de alimentação e anotar os resultados no Quadro 2;
7. Comparar com os valores calculados;
8. No circuito prático, ajustar a fonte de tensão DC para 15 Volts utilizando o
multímetro;
9. Inserir o diodo de retificador como diodo de teste inicial e realizar as leituras de
corrente e tensão no amperímetro e no voltímetro e anotar o resultado no Quadro 3;
10. Trocar o diodo de teste para D2, e ler os valores de corrente e tensão nos
instrumentos. Preencher a linha de polarização direta no Quadro 3.
Diodo D1 D2
Polarização direta
V 723,86mV 608,14mV
I 14,276mA 14,392mA
Polarização Reversa
V 15,00V 14,895V
I 130,52nA 105,15uA
11. Inverter a polaridade da fonte de alimentação e anotar os resultados na linha de
polarização reversa no Quadro 3;
12. Examinar atentamente o Quadro 3 e tirar conclusões;
Os valores são muito próximos dos calculados, a uma pequena diferença pois os
componentes possuem quedas de tensão internas e outros fatores que a simulação pode
levar em consideração.
13. Comparar os valores teóricos, simulados e práticos;
Os valores simulados são bem próximos dos calculados, a algumas variações pelas quedas
de tensões dos componentes e alguns outros fatores.
14. Desconectar as ligações de todos os instrumentos.
O Diodo em Corrente Alternada
1. Ajustar o gerador de sinais para gerar um sinal senoidal de 5 Hz e 10 V de pico a
pico;
2. Realizar a montagem do circuito mostrado na Figura 4;
3. Ligar o canal 1 do osciloscópio para observar o sinal de entrada (na saída do cabo
do gerador de sinais) e no canal 2 o sinal de saída (CARGA de 220Ω). Caso utilize
dois cabos de osciloscópio com pinos de terra, lembre-se que os “terras” devem
estar sempre em um mesmo ponto;
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Canal 1: PR4: Forma de onda da entrada
Canal 2: PR5: Forma de onda da carga
4. Construir o mesmo circuito no simulador utilizando uma fonte de tensão senoidal
alternada com 10 V de pico a pico e 5 Hz;
5. Inserir abaixo o diagrama do circuito montado no simulador;
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6. Acionar o simulador e observar as formas de onda de entrada e saída;
7. Copie as formas de onda de entrada e saída e insira no seu relatório mostrando a
medição da tensão máxima na entrada e na saída por meio de cursores
Entrada
Saída
8. O que significa a diferença entre os valores máximos medidos na entrada e na
carga?
Essa diferença é a queda de tensão que temos nos dois diodos aproximadamente 1,4V.
9. no osciloscópio do laboratório, posicionar as escalas de amplitude dos dois canais
em 10V/divisão;
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10. Alimentar o circuito e observar as formas de onda na entrada e na carga;
11. Medir os valores das tensões máximas na entrada e na saída e comparar com os
valores simulados;
12. Salvar as formas de onda obtidas no osciloscópio com as medições e anexá-las as
seu relatório;
13. Comparar as formas de onda simuladas com as obtidas na prática;
14. Desligar e guardar todos os módulos e instrumentos. Desligar também o
computador.
Questões:
1. Pesquise o que é tensão eficaz.
Resumidamente, a tensão eficaz é a tensão alternada equivalente a uma tensão contínua
para um circuito cuja potência média gasta é a mesma nos dois casos (alternada e
contínua). Ou seja: considere um circuito de corrente contínua com um gasto de 10W a uma
tensão de 5v. Para alimentar este circuito com uma fonte alternada (senoide por exemplo) e
ter a mesma potência média gasta, precisaríamos alimentar o circuito com uma tensão
eficaz de 5v.
2. Qual a relação entre o valor da tensão senoidal máxima na entrada e o valor da sua
tensão eficaz?
Sua relação pode ser dada pela fórmula abaixo:
3. Caso a fonte de tensão alternada fosse invertida a forma de onda na carga seria
alterada? Justifique sua resposta.
A forma de onda não seria alterada pois a tensão alternada é variável no tempo ou seja a
cada momento iriamos ter um semi ciclo positivo e um negativo passando pela carga onde
isso acontece cerca de 60 ciclos por segundo.
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4. Se, agora, o diodo e o LED fossem invertidos, qual seria a forma de onda na saída?
Simule esta situação
5. Pesquisar em um datasheet quais são a tensão reversa máxima e a corrente direta
média suportada pelo diodo retificador que foi utilizado nesta aula.
IN4007
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IN4733A
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● Referências Bibliográficas
https://www.mundodaeletrica.com.br/o-que-e-um-diodo/
https://athoselectronics.com/diodo/
http://www.bosontreinamentos.com.br/eletronica/curso-de-eletronica/tipos-de-diodos/
http://mundoprojetado.com.br/tensao-eficaz-ou-rms/
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https://www.mundodaeletrica.com.br/o-que-e-um-diodo/
https://athoselectronics.com/diodo/
http://www.bosontreinamentos.com.br/eletronica/curso-de-eletronica/tipos-de-diodos/
http://mundoprojetado.com.br/tensao-eficaz-ou-rms/