Universidade Tecnológica Federal doParaná

Departamento Acadêmico de Eletrotécnica– DAELT

Disciplina: Eletrônica 1Engenharia Elétrica

Relatório da experiência Relatório da experiência

Circuitos com diodosCircuitos com diodos

Paulo Henrique Nakayabu – S25 Vinicius Eduard Costa – S25

Curitiba

Outubro / 2014

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 .............................................4Figura 2 .............................................4Figura 3 .............................................5Figura 4 Multímetros utilizados nas medições em

laboratório...............................................6Figura 5 Protoboard...................................6Figura 6 Fonte CC disponível no laboratório...........6Figura 7 Diodos 1N4007................................7Figura 8 Resistor 1000Ω...............................7Figura 9 Resistor 470 Ω...............................8Figura 10 Diodo de germânioError: Reference source not

foundFigura 11 Circuito teórico com diodos diretamente

polarizados ............... Error: Reference source not found Figura 12 Circuito teórico com diodo D1 reversamente

polarizado ................ Error: Reference source not found Figura 13 Circuito teórico com diodos em paralelo

diretamente polarizado . . . . Error: Reference source not found Figura 14 Circuito teórico com diodo de germânio

diretamente polarizado . . . . Error: Reference source not found Figura 15 Circuito teórico com diodo de germânio

reversamente polarizado . . . Error: Reference source not found Figura 16 Circuito teórico de porta lógica OU ... Error:

Reference source not foundFigura 17 Circuito teórico de porta lógica E .... Error:

Reference source not found

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1 Valores da Vdiodo/resistência, Pdiodo/resitência e ID1.2 parapol. direta...............................................7

Tabela 2 Valores da Vdiodo/resistência, Pdiodo/resitência e ID1 para pol. reversa..............................................8

Tabela 3 Valores da Vdiodo/resistência, Pdiodo/resitência e ID1,2 para pol. direta .............................................. 10

Tabela 4 Valores da Vdiodo/resistência, Pdiodo/resitência e IDg,2 parapol. direta .............................................. 10

Tabela 5 Valores da Vdiodo/resistência, Pdiodo/resitência e IDg para pol. reversa ............................................. 10

Tabela 6 Valores da Vdiodo/resistência, E1, E2 e I para portalógica OU ................................................ 10

Tabela 7 Valores da Vdiodo/resistência, E1, E2 e I para portalógica E ................................................. 10

Sumário1 Introdução Teórica...............................42 Objetivos........................................53 Materiais Utilizados.............................54 Procedimentos Experimentais......................75 Conclusões.......................................96 Referências Bibliográficas......................10

1 Introdução Teórica

Os diodos desempenham um papel de grande importânciadentro do cenário tecnológico. Os materiais semicondutores -sólidos cristalinos de condutividade elétrica intermediária- são o fundamento da fabricação dos dispositivoseletrônicos e têm extrema importância nas transformações dasociedade e do modo de vida atual. Logo, entenderperfeitamente o seu funcionamento, bem como as suascaracterísticas e comportamentos em diferentes ambientes esituações, é de grande relevância, para que seja possívelextrair o máximo de desempenho do dispositivo.

Os semicondutores, em geral, possuem um grande númerode aplicações, os quais variam desde circuitos simples, comoos encontrados em televisões e rádios, até circuitos deimensa complexidade, como a de aeronaves espaciais.

Dentro deste relatório, poder-se-á constatar uma dasinúmeras aplicações do diodo. O experimento em questãoanalisa o comportamento de um circuito com diferentesassociações destes semicondutores, assim como visa gerar umentendimento melhor sobre o papel que desempenhamfuncionando como portas lógicas. Quando os diodos sãoutilizados dentro desta área, eles executam funções lógicas(neste caso: “E” e “OU”). Os diodos têm a propriedade depermitir facilmente a passagem de uma corrente elétrica emum sentido, mas não no outro. Assim, os diodos podem agircomo um interruptor lógico. As portas lógicas do diodo sãomuito simples e baratas, e podem ser usadas eficazmente emsituações específicas. Entretanto, não podem ser usadosextensivamente, porque tendem a se degradar rapidamente, oque diminui a confiabilidade dos sinais digitais por elesemitido.

2 Objetivos

Nesta prática, têm-se os seguintes objetivosprincipais:

1. Montar quatro circuitos compostos por doisresistores, dois diodos 1N4007 e um de germânio e uma fonteCC variável, sendo o primeiro com todos os elementos, excetoo diodo de germânio, em série e o diodo polarizado

diretamente, e depois invertendo a polaridade. Já no segundocircuito, os diodos devem ficar em paralelo e em seguidareverter a polaridade de um deles. No terceiro e quarto,será realizado uma porta lógica “OU” e “E”, formada comdiodos,

2. Observar o comportamento da diferença de potencialaplicado sobre o circuito em diferentes pontos conforme ofuncionamento dos diodos em questão.

3. Esboçar o diagrama do circuito um e dois. 4. Realizar dos testes de portas lógicas “E” e “OU”.

3 Materiais Utilizados

Para efetuar os procedimentos em laboratório,utilizaram-se os seguintes equipamentos:

1. Um multímetro digital

Figura 1 Multímetro utilizado nas medições emlaboratório.

2. Um protoboard;

Figura 2 Protoboard

3. Uma fonte de tensão CC variável;

Figura 3 Fonte CC disponível no laboratório. 4. Dois diodos 1N4007;

Figura 7 Dois diodos de silício 1N4007.

5. Um resistor de carbono de 1kΩ.

Figura 8 Resistor de carbono de 1kΩ

6. Um resistor de carbono de 470 Ω .

Figura 9 Resistor de carbono de aproximadamente 470 Ω.

7. Um diodo de germânio.

Figura 10 Diodo de Germânio fornecido pela professora.

4 Procedimentos Experimentais

Circuito 1: O comportamento dos diodos em série comresistores, quando diretamente polarizado, foi o primeiroitem a ser analisado. Para isso, utilizou-se o seguintecircuito:

Após a realizaçãodos testes dosmultímetros, para que fosse confirmada a sua boa

Figura 11 Circuito teórico montado em laboratório com os componentes necessários para ser efetuada a análise

funcionalidade, e da montagem do circuito a ser analisado,deu-se início às medições dos valores de tensão, corrente epotência nos diodos e nos resistores. Os valores para apolarização direta do diodos podem ser verificados na tabelaa baixo:

E (V) I(mA)

VD1(V)

VD2(V)

VR1(V)

VR2(V)

PD1(W)

PD2(W)

PR1(W)

PR2(W)

12,03 7,3 0,684 0,674 7,33 3,45 4,9932

4,9202

53,509

25,185

Tabela 1 Valores de tensão, corrente e potência nos resistores e nosdiodos quando submetidos à tensão fornecida pela fonte. Vale ressaltarque estes valores são aproximados, podendo haver algumas medições com baixa precisão.

Agora, com o objetivo de analisar o comportamento docircuito quando aplicada a tensão inserida, invertemos apolarização do diodo D1:

Analisando o circuito montado em laboratório, e

realizando as medições, teremos os valores tabelados aseguir:

E (V) I (A) VD1(V)

VD2(V)

VR1(V)

VR2(V)

PD1(W)

PD2(W)

PR1(W)

PR2(W)

12,11 0 12,2 -2,44 0 0 0 0 0 0 Tabela 2 Valores de tensão, corrente e potência nos resistores e nosdiodos quando submetidos à tensão fornecida pela fonte. Vale ressaltarque estes valores são aproximados, podendo haver algumas medições com baixa precisão.

Figura 12 Circuito teórico montado em laboratório, com o diodo reversamente polarizado.

Nota-se que quando os diodos são inseridos no circuitodiretamente polarizados, a diferença de potencial nosterminais dos diodos permanecem, aproximadamente 0.7v emcada, que é o padrão para diodos 1N4007, enquanto nosresistores o restante da tensão total do circuito é divididaproporcionalmente em relação a suas respectivasresistências, 1KΩ e 470Ω. Já quando o diodo D1 éreversamente polarizado, devido a sua camada de depleção, acorrente no circuito se torna nula, porem, como ambos osdiodos não são ideias, mesmo quando um diodo é reversamentepolarizado, por não se tratar de um diodo ideal, o qualseria um contato inteiramente aberto, ainda se tem umpequeno fluxo de tensão nele. Desta forma, teremos a tensãoda fonte no diodo D1, e uma pequena tensão no diodo D2,negativa, devida ao sentido da fonte.

Circuito 2: Agora, em requisito de análise, inserimosos diodos em paralelo, com o objetivo das medições nosmostrarem resultados coerentes através das medições. Aseguir, o circuito montado:

Realizadas as medições, chegamos aos valoresapresentados na tabela a seguir:

E (V) I(mA)

VD1(V)

VD2(V)

VR1(V)

VR2(V)

PD1(W)

PD2(W)

PR1(W)

PR2(W)

12,03 8,1 0,68 0,68 8,1 3,81 Tabela 3 Valores de tensão, corrente e potência nos resistores e nosdiodos quando submetidos à tensão fornecida pela fonte. Vale ressaltarque estes valores são aproximados, podendo haver algumas medições com baixa precisão.

Figura 13 Circuito teórico montado em laboratório, com o diodo diretamente polarizados em paralelo.

Agora, trocamos um dos diodos de Silício por um deGermânio, como mostra o diagrama a seguir:

Realizadas as medições, chegamos aos seguintes valorestabelados a seguir:

E (V) I(mA)

VD1(V)

VD2(V)

VR1(V)

VR2(V)

PD1(W)

PD2(W)

PR1(W)

PR2(W)

12,03 8,3 0,432 0,432 8,26 3,87 Tabela 4 Valores de tensão, corrente e potência nos resistores e nosdiodos quando submetidos à tensão fornecida pela fonte. Vale ressaltarque estes valores são aproximados, podendo haver algumas medições com baixa precisão.

Invertendo o diodo de Germânio, o colocandoreversamente polarizado, teremos uma pequena diferença devalores, porém, uma mudança no funcionamento do circuito:

Figura 14 Circuito teórico montado em laboratório, com um diodo de silício eum de germânio, em paralelo.

Figura 15 Circuito teórico montado em laboratório, com um diodo de silício eum de germânio reversamente polarizado, em paralelo.

Realizadas as medições, chegamos aos seguintes valores:

E (V) I(mA)

VD1(V)

VD2(V)

VR1(V)

VR2(V)

PD1(W)

PD2(W)

PR1(W)

PR2(W)

12,03 8,12 0,69 0,69 8,02 3,77 Tabela 5 Valores de tensão, corrente e potência nos resistores e nosdiodos quando submetidos à tensão fornecida pela fonte. Vale ressaltarque estes valores são aproximados, podendo haver algumas medições com baixa precisão.

Nota-se que no primeiro diagrama do circuito dois,temos uma queda de tensão nos diodos (ambos de Silício), deaproximadamente 0,7 volts em cada. Porem, tais diodos estãoem paralelo, o que faz com que a queda de tensão seja a domenor diodo somente, sendo assim, a queda de tensão foi de0,68v dos dois diodos, “sobrando” 11,35v para o restante docircuito. Já no segundo diagrama, por se tratar de um diodode Germânio e um de Silício, polarizados diretamente, entrana mesma regra do anterior, entretanto, é o diodo deGermânio que “dita” a queda de tensão de ambos os diodos.

No terceiro caso, quando invertemos o sentido do diodode Germânio, ele passa a agir como um circuito aberto, e atensão e corrente passa somente pelo diodo D2 (silício),como se fosse uma única malha em série.

Circuito 3: Neste circuito, faremos a construção de umaporta lógica “OU” com o uso de diodos, como no diagrama aseguir:

Figura 16 Circuito teórico montado em laboratório, com um diodos de silício,funcionando como porta lógica OU.

Quando aplicamos uma tensão em um ou outro ponto, sendotais pontos “E1” e “E2”, temos uma saída diferente.

Neste caso, usamos uma tensão de 12,4 volts. Quando aporta lógica é 1, aplica-se a tensão, quando 0, aplica-se oaterramento. Sendo assim, chegamos aos seguintes resultados:

E1(lógico)

E1 (V)E2(lógico)

E2 (V) I (mA)V0(lógico)

V0 (V) VR1(V)

0 0 0 0 0 0 0 0 1 12,4 12 1 11,84 11,831 12,4 0 0 11,98 1 11,83 11,821 12,4 1 12,4 11,99 1 11,83 11,83Tabela 6 Valores de entrada e saída, conforme comando da porta lógica.Vale ressaltar que estes valores são aproximados, podendo haver algumasmedições com baixa precisão.

É fácil perceber que a porta lógica funciona de acordocom seu nome, “OU”, uma vez que quando uma ou outra entrada,ou até mesmo as duas ao mesmo tempo, recebe a tensão,teremos uma saída, de sempre o mesmo valor, de acordo com aqueda de tensão do diodo em questão.

Circuito 4: Neste circuito, faremos a construção de umaporta lógica “E” com o uso de diodos, como no diagrama aseguir:

- Completar -

E1(lógico)

E1 (V)E2(lógico)

E2 (V) I (A)V0(lógico)

V0 (V) VR1(V)

0 0 0 0 0 0 1 12,4 1 12,4 0 0 1 12,4 1 12,4 Tabela 7 Valores de entrada e saída, conforme comando da porta lógica.Vale ressaltar que estes valores são aproximados, podendo haver algumasmedições com baixa precisão.

5 ConclusõesAtravés das medições feitas e dos dados coletados em

laboratório, tornou-se possível a interpretação e a análisedo funcionamento de diodos, seja de silício ou germânio, emparalelo ou série. Uma vez que foram comprovados, através dedados, a diferença de polaridade, tipo de material docomponente, e funcionamento quando ligados em série ou emparalelo. Os resultados obtidos podem conter algumasincertezas devido a fatores externos como o manuseioincorreto dos equipamentos, a falta de aferição dosmultímetros, o estado de conservação da protoboard e atemperatura ambiente quando o experimento foi realizado.

O objetivo da prática foi atingido, possibilitando ummelhor entendimento a cerca do diodo e comprovando aquiloque foi estudado em sala de aula sobre o seu comportamentoem diferentes condições de operação.

Figura 17 Circuito teórico montado em laboratório, com um diodos de silício,funcionando como porta lógica OU.

6 Referências Bibliográficas

DATASHEET. Disponível em:<http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/ChenyiElectronics/mXyztstz.pdf>. Acesso em: 05 out. 2014

BOYLESTAD, Robert L.; NASHELSKY, Louis. Dispositivoseletrônicos e teoria dos circuitos. 5. ed, São Paulo :Prentice-Hall, 1994.

OLIVEIRA, Mauri Aparecido de; OLIVA, Fabio L.; BUENO,Ubiratan. Indicadores internacionais de evolução tecnológicae a importância da indústria de semicondutores: oposicionamento estratégico do Brasil na América Latina. FEAUSP. São Paulo, v.1, p. 2, dez. 2005

WENDLING, Marcelo, Diodo semicondutor. São Paulo: Ed. do

Autor. Disponível em

http://www2.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/ProfMarceloWen

dling/2---diodo-semicondutor.pdf. Acesso em: 08 out. 2014.

CLICKCIÊNCIA. <Disponível em

http://www.clickciencia.ufscar.br/portal/edicao14/materia3_d

etalhe.php>. Acesso em: 13 out. 2014.

CIRCUITOS DE PORTAS LÓGICAS. <Disponível em

<http://www.getulio.eng.br/meusalunos/EDI/circuitoslogicos.p

df>. Acesso em: 13 out. 2014.