o diodo semicondutor e sua aplicação em circuitos de corrente

F - 429 [08] / 1
O DIODO SEMICONDUTOR E SUA APLICAÇÃO EM
CIRCUITOS DE CORRENTE ALTERNADA
1. Conceitos e técnicas
Funcionamento de um voltímetro de bobina móvel.
Diodo semicondutor e sua curva I vs. V característica.
Diodo como um retificador de meia onda.
Circuito retificador de onda completa.
2. Modelos e previsões
Um galvanômetro de bobina móvel para corrente contínua tem sua deflexão θ
proporcional à corrente média que nele circula. Como a intensidade média de uma corrente
alternada senoidal é nula em um período, então θ = 0. Entretanto, associando-se em série
com o galvanômetro um dispositivo denominado de retificador de corrente, a corrente média
não mais será nula e consequentemente θ ≠ 0. Pode-se desta forma utilizar um galvanômetro
de corrente contínua para medir correntes alternadas.
O
desenho
da
Fig.
1
mostra
a
curva
corrente vs. tensão (I vs. V) para um retificador ideal, em que
a resistência é nula para uma polaridade da tensão aplicada, e
infinita para a polaridade reversa. Na prática nenhum
dispositivo tem exatamente este comportamento, mas é
comum o uso de retificadores denominados de diodos
semicondutores, nos quais a resistência elétrica é baixa para
a polaridade direta, e muito alta para a polaridade reversa.
Geralmente, voltímetros e amperímetros de corrente
alternada tem suas escalas calibradas em valores eficazes de
Figura 1
corrente e tensão. Se dispormos de um voltímetro de tensão
contínua, o uso de um retificador o transformará num
voltímetro para tensão alternada. Porém a sua escala deverá ser recalibrada em valores
eficazes de tensão alternada.
3. Material
Osciloscópio de dois canais, gerador de sinal, transformador variável e transformador
110/12 V com derivação central, voltímetro analógico de corrente contínua Yokogawa, dois
diodos retificadores 1N4004 e resistor de 470 Ω.
4. Objetivos do experimento
A. Monte o circuito conforme a Fig. 2, associando o diodo
semicondutor em série com o voltímetro de corrente
contínua de bobina móvel. Considerando os pontos A e B
como os terminais de entrada do “novo” voltímetro, construa
o gráfico de calibração VAB vs. Vi, sendo VAB a tensão eficaz
entre A e B, obtida com o osciloscópio, e Vi a a tensão
indicada pelo ponteiro na escala do voltímetro selecionada.
Figura
Faça todas as
suas2medidas na freqüência de 60 Hz. O gráfico VAB vs. Vi deverá ter um trecho
retilíneo. Determine o coeficiente angular deste trecho e compare-o com o valor esperado pela
teoria. (Lembre-se que Vi é o valor médio da voltagem em um ciclo). Qual a sua conclusão
sobre a voltagem do diodo no trecho retilíneo?
F - 429 [08] / 2
B. De modo a estudar o efeito da freqüência na voltagem indicada Vi do voltímetro com o
diodo, continue usando o circuito da Fig. 2, e varie a freqüência f de modo a construir um
gráfico Vi/VAB vs. f. Explore todas as faixas de freqüência do gerador e mantenha VAB
constante. Qual a razão entre os valores de Vi/VAB medidos em 1 MHz e em 60 Hz? Qual o
motivo do decaimento de Vi/VAB com o aumento da freqüência?
Para responder esta última pergunta, deve ser lembrado que o diodo tem uma capacitância
própria, denominada de capacitância parasita, o que modifica as características do diodo em
altas freqüências. A capacitância parasita pode ser considerada como uma pequena
capacitância em paralelo com o diodo.
C.
Para
observar
a
curva
I vs. V diodo, monte o circuito
conforme a Fig. 3. Como o
secundário
do
transformador
110/12 V é isolado do primário,
podemos impor um ponto de terra
no circuito associado ao secundário,
conforme
mostra
a
figura.
Evidentemente, este ponto é comum
T1=Transformador T2=Transformador
Variável
Abaixador de
aos terminais terra dos cabos dos
Tensão
dois canais do osciloscópio. Opere o
Figura 3
osciloscópio no modo x-y com o
sinal da corrente no canal 1 (eixo x) e obtenha a curva I vs. V na tela do osciloscópio.
Reproduza quantitativamente esta curva no seu relatório, com o eixo vertical do gráfico em mA
e o horizontal em volts.
D. Trabalhando com a curva do diodo recém obtida, determine a resistência ôhmica do diodo
no sentido direto para três ou quatro pontos. O que você pode afirmar sobre a resistência do
diodo no sentido inverso?
Figura 4
E. Monte agora o circuito da Fig. 4. O
ponto P do circuito conecta a malha do
diodo D2 à malha do diodo D1. Com a
malha de D2 desconetada, obtenha no
osciloscópio a onda da corrente no resitor.
Reproduza-a no seu caderno e explique
porque a onda tem a forma observada.
Repita todo o procedimento conectando
agora a malha de D2 no ponto P.
Bibliografia
1. P. Tipler, Física, vol. 2, (Guanabara Dois, RJ, 1978), cap. 34, pp. 805-806.
2. J. J. Brophy, Eletrônica Básica, (Guanabara Dois, RJ, 1978), pp. 94-101.
3. D. Halliday, R. Resnick e J Merrill, Fundamentos de Física, vol. 3, (Editora LTC, RJ, 1994),
caps. 29-7, 30-8 e 36-5.