Relatório 7 pronto

Relatório 7 pronto

  • OBJETIVOS

Verificar o uso do resistor dependente da Intensidade luminosa (LDR) e do LED. Aplicar o LDR e o LED em projetos.

  1. Introdução

    1. LDR - Light Dependent Resistor :

O LDR possui a interessante característica de ser um componente eletrônico cuja resistência elétrica diminui quando sobre ele incide energia luminosa. Isto possibilita a utilização deste componente para desenvolver um sensor que é ativado (ou desativado) quando sobre ele incidir energia luminosa.

A resistência do LDR varia de forma inversamente proporcional à quantidade de luz incidente sobre ele, isto é, enquanto o feixe de luz estiver  incidindo, o LDR oferece uma resistência muito baixa. Quando este feixe é cortado, sua resistência aumenta.

Então, sua resistência varia linearmente com a intensidade de luz incidente, obedecendo à equação 1.

R = C.L.a (1).

Onde:

  • L é a luminosidade em Luz;

  • C e a são constantes dependentes do processo de fabricação e material utilizado.

Quando sua resistência diminui por ser iluminado, a energia luminosa desloca elétrons da camada de valência para a de condução (mais longe do núcleo), aumentando o número destes, o que explica a diminuição da resistência.

Conforme aumenta a intensidade de luz incidente no LDR, um número maior de elétrons na estrutura tem também seu nível de energia aumentado, devido à aquisição da energia entregue pelos fótons. O resultado é o aumento de elétrons livres e elétrons fracamente presos ao núcleo. A figura 1 representa a constituição de um LDR, detalhadamente.  

Figura 1: Fonte: -http://www.gta.ufrj.br/grad/01_1 (acessado em 06/10/2010)

      1. Constituição do LDR e suas Aplicações:

É composto de um material semicondutor, o sulfeto de cádmio, CdS, ou o sulfeto de chumbo. O processo de construção de um LDR consiste na conexão do material fotossensível com os terminais, sendo que uma fina camada é simplesmente exposta à incidência luminosa externa.

Com o LDR pode-se fazer controles automáticos de portas, alarmes, controles de iluminação, etc.

    1. LED - Light Emitting Diode:

LED é um diodo semicondutor (junção P-N) que quando energizado emite luz visível. A luz é monocromática e é produzida pelas interações energéticas do elétron. O processo de emissão de luz pela aplicação de uma fonte elétrica de energia é chamado eletroluminescência. Em qualquer junção P-N polarizada diretamente, dentro da estrutura, próximo à junção, ocorrem recombinações de lacunas e elétrons. Essa recombinação exige que a energia possuída por esse elétron, que até então era livre, seja liberada, o que ocorre na forma de calor ou fótons de luz.

No silício e no germânio, que são os elementos básicos dos diodos e transistores, entre outros componentes eletrônicos, a maior parte da energia é liberada na forma de calor, sendo insignificante a luz emitida (devido à opacidade do material), e os componentes que trabalham com maior capacidade de corrente chegam a precisar de irradiadores de calor (dissipadores) para ajudar na manutenção dessa temperatura em um patamar tolerável.

Já em outros materiais, como o arsenieto de gálio (GaAs) ou o fosfeto de gálio (GaP), o número de fótons de luz emitido é suficiente para constituir fontes de luz bastante eficientes.

A forma simplificada de uma junção P-N de um led e demonstra seu em processo de eletroluminescência. O material dopante de uma área do semicondutor contém átomos com um elétron a menos na banda de valência em relação ao material semicondutor. Na ligação, os íons desse material dopante (íons "aceitadores") removem elétrons de valência do semicondutor, deixando "lacunas" (ou buracos), portanto, o semicondutor torna-se do tipo P. Na outra área do semicondutor, o material dopante contém átomos com um elétron a mais do que o semicondutor puro em sua faixa de valência. Portanto, na ligação esse elétron fica disponível sob a forma de elétron livre, formando o semicondutor do tipo N.

Os semicondutores também podem ser do tipo compensados, isto é, possuem ambos os dopantes (P e N). Neste caso, o dopante em maior concentração determinará a que tipo pertence o semicondutor. Por exemplo, se existem mais dopantes que levariam a P do que do tipo N, o semicondutor será do tipo P. Isso implicará, contudo, na redução da Mobilidade dos Portadores.

A Mobilidade dos Portadores é a facilidade com que cargas n e p (elétrons e buracos) atravessam a estrutura cristalina do material sem colidir com a vibração da estrutura. Quanto maior a mobilidade dos portadores, menor será a perda de energia, portanto mais baixa será a resistividade.

A luz emitida é monocromática, sendo a cor, portanto, dependente do cristal e da impureza de dopagem com que o componente é fabricado. O led que utiliza o arsenieto de gálio emite radiações infravermelhas. 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 ultra-violeta. 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. Com o barateamento do preço, seu alto rendimento e sua grande durabilidade, esses leds tornam-se ótimos substitutos para as lâmpadas comuns, e devem substituí-las a médio ou longo prazo. Existem também os leds brancos chamados RGB (mais caros), e que são formados por três "chips", um vermelho (R de red), um verde (G de green) e um azul (B de blue). Uma variação dos leds RGB são leds com um micro controlador integrado, o que permite que se obtenha um verdadeiro show de luzes utilizando apenas um led.

  1. Materiais

- 01 Voltímetro CC;

- Resistores;

- 02 Baterias ou fonte CC;

- Cabos de ligação;

- 01 Multímetro;

- 01 Protoboard;

- 01 LED;

- 01 LDR.

  1. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

- Medir os valores do LDR e preencher a tabela 1.

Tabela 1:

Incidência de Luz

Baixa

Média

Alta

Valores do LDR

140,00kΩ

10,59kΩ

1,63kΩ

- Montar o circuito representado pela Figura 2 e preencher a tabela 2.

Figura 2: Fonte: Roteiro Experimental

Tabela 2:

Incidência de Luz

Baixa

Média

Alta

Tensão (V)

4,78V

2,55V

0,66V

- Montar o circuito representado pela Figura 3.

Figura 3: Fonte: Roteiro Experimental

- Montar um circuito conforme mostra Figura 4. Usando a luminosidade do LED para variar a resistência do LDR, com uma fonte de tensão variando a luminosidade do LED.

- Medir a tensão no resistor de 15 kΩ conforme for variando a tensão de alimentação, logo em seguida plotar o gráfico com base na tabela 3.

Figura 4: Fonte: Roteiro Experimental

Tabela 3:

Vvariável

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

VR15KOHM

3,03

3,17

3,30

3,43

3,55

3,61

3,70

3,84

3,94

4,02

4,12

4,18

- Gerar o gráfico a partir da tabela 3. Encontrar uma relação matemática que expresse a dependência de VR15KOHM com a variação de Vvariável.

  1. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Gráfico Vvariável contraVR15KOHM

Análise do gráfico:

Polynomial Regression for Data1_A:

Y = A + B1*X + B2*X^2

Parameter Value Error

------------------------------------------------------------

A 43,60776 4,9335

B1 -28,36891 2,74109

B2 4,85125 0,37778

------------------------------------------------------------

R-Square(COD) SD N P

------------------------------------------------------------

0,99719 0,15415 12 <0.0001

Percebe-se através dos valores obtidos, que há alguma relação quase que diretamente proporcional entre Vvariável e VR15KOHM, pois quando Vvariável aumenta de valor, VR15KOHM, também aumenta, porém com intensidade diferente.

A partir da análise do gráfico gerado, vê- se que não é uma variação constante, pois foi obtida uma parábola. Pode-se observar isso ao analisar a equação de grau 2 obtida:

Y = A + B1*X + B2*X^2

6. CONCLUSÃO

Através do experimento, ficou demonstrado o que era esperado, verificar o uso do resistor dependente da Intensidade luminosa (LDR) e do LED;

Foi observada a maneira com que o LDR e o LED se comportam, onde este primeiro varia sua resistência (aumentando ou diminuindo a condutividade do material) de acordo com cada quantidade de luz que nele é incidido, essa variação ocorre de maneira inversamente proporcional, já o LED, que é um diodo, ao receber energia de uma fonte, ele emite uma luz visível, e a variação ocorre de maneira diretamente proporcional.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

- http://www.gta.ufrj.br/grad/01_1 (acessado em 06/10/2010)

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