Relatório Eletrônica - Corda de diodos

Relatório Eletrônica - Corda de diodos

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

"JÚLIO DE MESQUITA FILHO"

Faculdade de Engenharia

Campus de Ilha Solteira

Departamento de Engenharia Elétrica

Diodos de Junção

Polarização Direta e Reversa

1 º Experimento

Disciplina: Laboratório de Eletrônica Básica

Docente: Luis Carlos Origa de Oliveira

Discentes:

- Bruno Rodrigues de Sunti 200524251

- Danilo Moura Prata 200524281

- Gustavo Santos Lopes 200524411

Turma: Engenharia Mecânica

Data: 30/08/2007

1. Objetivo

Analisar as condições de funcionamento dos diodos quando submetidos a polarizações direta e reversa, traçando-se a curva característica de um diodo, Id x Vd

.

2. Introdução Teórica

É possível se produzir um cristal com metade da região tipo P e a outra metade tipo N. Um cristal PN como este é comumente conhecido como DIODO.

O lado P do diodo tem várias lacunas (portadores majoritários) e o lado N possui vários elétrons livres (também portadores majoritários).

Um diodo não polarizado significa que não há nenhuma tensão externa aplicada a ele. No nosso primeiro caso, o experimento se baseará na polarização direta, na qual o terminal positivo da fonte está ligado ao material de tipo P e o terminal negativo ao material de tipo N. Para o segundo caso, de polarização reversa, o terminal positivo da fonte está ligado ao material de tipo N e o terminal negativo está ligado ao material de tipo P.

A polarização direta pode produzir uma alta corrente direta. O terminal negativo da fonte repele os elétrons livres da região N em direção a junção. Estes elétrons com energia adicional podem atravessar a junção e encontrar as lacunas. As chances de recombinação ocorrer perto da junção são altas.

À medida que os elétrons encontram as lacunas, eles se tornam elétrons de valência e continuam a se deslocar para a esquerda através das lacunas do material P. Quando os elétrons de valência atingem a extremidade esquerda do cristal, eles abandonam o cristal e escoam para o terminal positivo da fonte.

Ao se aplicar a polarização direta o diodo não conduz intensamente até que se ultrapasse a barreira de potencial. É por essa razão que a corrente é pequena para os primeiros décimos de volts iniciais.

À medida que nos aproximamos do potencial de barreira (por volta de 0,7 volts para o silício), os elétrons livres e as lacunas começam a atravessar a junção em grandes quantidades. É por isso que a partir daí a corrente começa a subir rapidamente. Acima de 0,7 volts, pequenos acréscimos na tensão produzem grandes aumentos na corrente.

Figura 1: Curva do diodo

Para o caso da polarização reversa temos a situação oposta: os elétrons que saem deixam mais íons positivos próximos a junção, e as lacunas ao se afastarem deixam mais íons negativos. Portanto, a camada de depleção fica mais larga. Quanto maior a polarização reversa, maior torna-se a camada de depleção. A Camada de depleção pára de aumentar quando a diferença de potencial se iguala à tensão da fonte.

A corrente reversa produzida pelos portadores minoritários é chamada corrente de saturação e designada por Is. Somente um aumento de temperatura pode aumentar Is.

Além da corrente reversa através do cristal, há uma corrente pequena na superfície do cristal, chamada de corrente de fuga superficial (Ifs) que é produzida por impurezas superficiais que criam trajetos ôhmicos para a corrente.

Se você aumentar a tensão reversa, possivelmente atingirá um ponto de ruptura, chamado de tensão de ruptura do diodo. Uma vez atingida esta tensão, o diodo pode conduzir intensamente.

3. Montagem e Resultados Experimentais

Materiais utilizados:

- Osciloscópio Duplo Traço

- Amperímetro (módulo PU-2222)

- Bastidor MB-U

- Placa de Experimento – PU 2000

Montou-se primeiramente o circuito abaixo (polarização direta), ligando o canal 1 do osciloscópio nos terminais do diodo para medir Vd e o canal 2 para medir a tensão da fonte Vs. Além disso, o amperímetro é ligado em série no circuito para medir a corrente, como de costume.

Figura.2: Esquema de polarização direta do diodo

A seguir, foi feita a coleta dos dados, variando a tensão da fonte, onde Id é a corrente no diodo, Vd é a tensão no diodo e a tensão Vs é variada de 0 a 12 volts.

Vd (V)

0

0,35

0,45

0,55

0,65

0,75

Vs (V)

0

0,35

0,45

0,65

1,1

10,4

Id (mA)

0

0,003

0,035

0,3

1,9

41,8

Tabela.1: Valores experimentais de Vd, Vs e Id para polarização direta

Após esta primeira parte do experimento realizada, partimos para a polarização reversa do diodo, conforme o circuito abaixo:

Figura 3: Esquema de Polarização reversa do diodo

Invertendo o terminal da fonte para termos a polarização reversa, obtivemos os seguintes dados:

Vd (V)

-1,0

-2,0

-5,0

-10,0

-12,0

Vs (V)

-1,0

-2,0

-5,0

-10,0

-12,0

Id (mA)

-0,001

-0,002

-0,005

-0,009

-0,011

Tabela 2: Valores experimentais de Vd, Vs e Id para polarização reversa

A partir da tabela 1 e da tabela 2, fizemos o gráfico de Id x Vd pelo qual observamos o comportamento do diodo nas regiões diretamente e reversamente polarizadas.

Gráfico 1: Id x Vd

Questões propostas:

A)O que acontece com a corrente quando a tensão Vd sobe acima de 0,7 volts?

Resposta:

A partir do momento que nos aproximamos do potencial de barreira, aproximadamente 0,7 volts no caso do silício, os elétrons livres começam a atravessar a junção em grande quantidade.

Atingindo-se o potencial de barreira a corrente começa a subir rapidamente, sendo que, acima de 0,7 volts, pequenos acréscimos na tensão produzem grandes aumentos na corrente.

B)Faça uma análise geral do funcionamento do diodo no circuito sob polarização direta e reversa

Quando não há tensão externa aplicada ao diodo, dizemos que ele não está polarizado. No nosso experimento, observamos o comportamento do diodo sob polarização direita e posteriormente sob polarização reversa.

No caso de polarização direta, o terminal positivo da fonte está ligado ao material de tipo P e o terminal negativo ao material de tipo N.

Polarizando-se diretamente pode-se produzir uma alta corrente direta. O terminal negativo da fonte repele os elétrons livres da região N em direção a junção. Estes, agora com energia adicional podem atravessar a junção e encontrar as lacunas. Havendo grandes chances de recombinações perto de junções.

Os elétrons que encontram as lacunas, tornam-se elétrons de valência e continuam a se deslocar para a esquerda através das lacunas do material P.

Quando os elétrons de valência atingem a extremidade esquerda do cristal, eles abandonam o cristal e escoam para o terminal positivo da fonte.

No caso de polarização reversa, o terminal positivo da fonte está ligado ao material de tipo N e o terminal negativo está ligado ao material de tipo P.

Polarizando-se reversamente os elétrons que saem, deixam mais íons positivos próximos a junção, e as lacunas ao se afastarem deixam mais íons negativos. Portanto, a camada de depleção fica mais espessa. Assim quanto maior a polarização reversa, maior torna-se a camada de depleção. A camada de depleção para de aumentar quando a diferença de potencial se iguala à tensão da fonte.

Representação:

Vd > 0 ----------- Chave Fechada

Vd < 0 ----------- Chave Aberta

4. Conclusão

Após a montagem do circuito e análise dos dados obtidos em laboratório, foram construídas tabelas, a partir das quais montamos um gráfico Id x Vd, que mostra a curva de um diodo funcionando de maneira direta e reversa no circuito. O gráfico obtido aproximou-se bastante do teórico, confirmando o principio de funcionamento do diodo. Conclui-se com o experimento que o funcionamento do diodo é facilmente entendido.

5. Referências Bibliográficas

Maluíno A.P. – “Eletrônica”, vol. 1 – Mac Graw-Hill.

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