Objectivos e regras de funcionamento

INSTITUTO SUPERIOR DE CIÊNCIAS
DO TRABALHO E DA EMPRESA
Enunciado do 1º Trabalho de Laboratório
FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA
DÍODO DE JUNÇÃO
Objectivos e regras de funcionamento:
Com este trabalho pretende-se que o aluno consolide os conhecimentos teóricos
adquiridos relativos ao funcionamento do díodo de junção, que ganhe a vontade com a
utilização do software Multisim e com a utilização do material do laboratório,
nomeadamente o gerador de sinais o osciloscópio e o multímetro. O trabalho de
laboratório é composto por duas sessões de laboratório, nas quais serão realizadas
simulações de circuitos que serão validados através de resultados experimentais. É
necessária a leitura prévia deste enunciado para a realização do laboratório.
A construção dos ficheiros de simulação e a subsequente obtenção de resultados deve
ter lugar na aula de laboratório. Os valores dos componentes variam de grupo para
grupo tal como indicado no enunciado.
Formulário
Equação da corrente de um díodo
I D  I S (e
VD
VT
 1)
Definições
VT 
kT
q
T  300 K
 25mV
Lista de material
Material de laboratório

Osciloscópio

Multímetro

Díodos e resistências (componentes discretos)

Pilhas

Breadbord

Pontas de Prova
Software

Electronics workbench (Multisim)
Parâmetros e dimensionamento
O Díodo a utilizar é o n-ésimo da lista de díodos do Multisim (n = # grupo)
Inclua no relatório a referência do díodo e o modelo do Multisim
(faça copy past da caixa de dialogo que indica model data)
R  1k  (# grupo)
Vi  2V  (# grupo  5)
Procedimento
Sugestão: Comece por abrir um documento de Word e vá colocando os
resultados que for obtendo. Assim adianta trabalho para o relatório. Pode
guardar os resultados na sua área de trabalho de FE, e depois passar para a área
no ISCTE, para que lhes possa aceder fora do período de aulas.

Análise da característica I(V) do díodo
1
Figura 1. Caracterização do díodo.
1. Utilizando o editor de esquemáticos e o simulador eléctrico disponível construa e
simule o circuito anterior. Este é constituído por um Amperímetro (multímetro
configurado para medir correntes), um voltímetro, uma fonte de corrente e um
díodo. Meça a tensão aos terminais do díodo para Id=10mA. Para colocar os
componentes basta retira-los das respectivas barras. Não se esqueça de colocar a
massa. As ligações são efectuadas arrastando os terminais dos componentes. O
multímetro e o amperímetro encontram-se na barra de instrumentos à esquerda, os
restantes componentes encontram-se à direita. Para mudar a orientação podem
premir Control+R ou utilizar o botão direito do rato. Para iniciar a simulação ligue
o interruptor representado no ecrã.
2. Faça
um
DCswep
(Simualte->Analysis->DcSweep)
para
representar
a
característica I D VD , fazendo variar o valor da fonte de corrente de 0 a 100mA
com passos de 1mA. Note que cada nó do circuito está numerado, devendo indicar
qual é o nó que pretende visualizar, na Tábua “Output Variables”. Indique as
diferentes zonas de funcionamento do transístor. Faça copy past do gráfico obtido
para o relatório, ou utilize a opção de exportação para o Excel.
3. Repita a alínea anterior mas agora varie a corrente entre -100mA e 10 mA.
4. Repita o procedimento que usou na alínea 2 para simular o impacto da variação da
temperatura no dispositivo para os seguintes valores T=-40ºC, T=-27ºC e
T=120ºC. (vá a DCSweep->miscellaneous option e altere o parâmetro temp,
operating temperature) . Apresente as diferentes curvas num único gráfico.
Comente as características resultantes.
Análise do díodo de junção inserido em circuitos de rectificação

Rectificador de meia onda
D1
XSC1
G
V1
R1
10V 100Hz 0Deg
1kohm
A
B
T
Figura 2. Rectificador de meia onda.
Monte o circuito representado na figura.
1. Observe e represente a onda de entrada e de saída, e confirme que o circuito rejeita
a parte negativa do sinal de entrada. Altere a escala de tempo do osciloscópio de
forma a observar mais ou menos dois períodos do sinal de entrada. Coloque os
gráficos observados no relatório, para tal pode fazer Alt+PrtScr para copiar o
conteúdo da janela corrente para o relatório.
2. Comente as ondas que observa.
3. O circuito não tem memória, pelo que o valor da tensão na saída é apenas uma
função da tensão na entrada, Vo(Vi), a essa função chama-se a característica entrada
saída da montagem. Represente graficamente e comente a característica entrada
saída da montagem Vo(Vi). Sugestão: use o osciloscópio em modo B/A, observando
Vi no canal A e Vo no canal B.

Rectificador de onda completa
1
1
D1
D4
R1
D3
1
XSC5
D2
1
V1
G
A
B
T
Figura 3. Rectificador de onda completa.
Monte o circuito da figura.
4. Observe e represente o sinal de entrada e os sinais em cada um dos terminais de da
resistência. Comente os resultados obtidos.
5. Confirme que o circuito rectifica completamente o sinal de entrada observando a
tensão de saída dada pela diferença entre o canal A e B. Sugestão inverta o canal B
e some-o ao canal A.
6. Represente e comente a característica da montagem Vo(Vi). Sugestão: utilize uma
fonte de tensão controlado por tensão para calcular a diferença de potencial aos
terminais da resistência e use o osciloscópio em modo B/A, observando Vi no canal
A e Vo no canal B.
7. Explique como utilizando este circuito, um condensador e um díodo de Zener pode
realizar uma fonte de corrente contínua a partir de uma fonte de corrente alternada
com uma oscilação da tensão na saída reduzida.

Verificações experimental
8. Meça experimentalmente a característica Id(Vd) do díodo e represente-a
graficamente no relatório. Para tal
i) Monte na breadboard o seguinte circuito:
R1
V1
1kohm
12V
Utilize o díodo (um díodo de potência) e a resistência existente no laboratório e ligueos à fonte existente.
ii) Coloque a limitação de corrente na fonte em cerca de 1A para evitar curtos
circuitos. Para tal comece por colocar 10V para a tensão a fonte. A fonte disponível no
laboratório tem um amperímetro e um voltímetro que indicam o valor da corrente e da
tensão fornecida pela fonte. Rode o botão que controla a limitação de corrente
totalmente para a direita para que esta fique a zero. De seguida ligue o terminal
positivo ao terminal negativo de fonte de forma a provocar um curto-circuito, e rode o
botão da limitação de corrente até que no amperímetro da fonte indique 1A. Volte a
separar o terminal positivo do terminal negativo. O valor da corrente fornecida deve-se
voltar a anular e o valor da tensão volta aos 10V
iii) Varie o valor da tensão na fonte desde 0V até 20V com intervalos de 1V.
Utilizando o multímetro meça os valores de tensão na resistência e no díodo.
Para tal deve ajustar o multímetro de forma a medir tensões, nomeadamente colocando
o cabo preto no terminal COM e o cabo vermelho no terminal V-Hz-. Verifique que
o multímetro se encontra configurado para medir tensões contínuas (botão DC/AC) e
ajuste o ponteiro para que este aponte para V.
Utilize os valores de tensão medidos na resistência para determinar a corrente no
circuito. Coloque um quadro com os valores resultantes no relatório.
iv) Utilize os valores medidos e um programa de gráficos (por exemplo o Excel) para
traçar a curva id(vd) do díodo. Utilize para tal um gráfico, XY e não um gráfico de
linhas!
9. Ligue directamente o gerador de sinais ao osciloscópio utilizando as pontas de
provas disponíveis no laboratório. No gerador de sinais escolha uma forma de onda
sinusoidal, ajuste a frequência para cerca de 100Hz e a amplitude para 10V.
No osciloscópio ajuste a base de tempo de forma que o sinal seja bem visível. Um
sinal de 100Hz tem um período de 10ms, pelo que deve escolher o período de
varrimento de acordo. Ajuste igualmente a escala de amplitude do canal. Coloque
o triger para o canal um, em modo normal, e ajuste o nível do triger até que o sinal
fique estável. Pretende-se que fiquem a conhecer o funcionamento do osciloscópio
e gerador de sinais.
10. Monte o circuito do rectificador de meia onda na breadboard.
11. Ligue o gerador de sinais à entrada do circuito e o osciloscópio à saída. Mantenha
o sinal de entrada com uma amplitude de 10V e uma frequência de 100Hz.
Verifique se o circuito funciona como esperado. Chame o docente para verificar o
resultado.
12. Ligue uma resistência de 10k na saída do circuito e em paralelo um condensador
cerâmico de 0.1F existente no laboratório. Utilize o osciloscópio para medir o
valor resultante da oscilação da tensão de saída para frequências de 100Hz 1kHz e
10kHz. Compare estes valores com valores previstos teoricamente. Apresente os
cálculos no relatório.
13. Qual é o valor da tensão na saída para a uma frequência do sinal de entrada de
10kHz. Compare este valor com o valore previsto teoricamente
14. Troque o condensador utilizado por um condensador de electrolítico de 100F e a
resistência por uma resistência de 1k. Os condensadores electrolíticos são
condensadores polarizados que só funcionam quando polarizados directamente,
nomeadamente com uma tensão positiva aos seus terminais. A aplicação de uma
tensão negativa aos terminais do condensador pode danificá-lo, sendo que o
condensador entra em curto-circuito a partir de certos valores desta. Assim, ligue o
terminal positivo do condensador (pata mais comprida) à saída positiva do circuito,
e a pata negativa (assinalado com uma série de “-“) ao terminal menos.
Meça os valores de oscilação da saída para frequências de 10Hz, 50Hz e 100Hz e
compare com os valores previstos teoricamente.
15. Monte o circuito do rectificador de onda completa onda na breadboard.
16. Ligue o gerador de sinais à entrada do circuito e o osciloscópio à saída. Verifique
se o circuito funciona como esperado. Chame o docente para verificar o resultado.
Tenha cuidado que ambas as pontas de prova estejam em modo DC.
17. Repita as alíneas 5 a 7, utilizando agora o rectificador de onda completa.
Notas

As aulas de laboratório devem ser previamente preparadas.

O enunciado de cada trabalho será entregue anteriormente à realização da
aula de laboratório. As datasheets dos componentes utilizados nas
demonstrações laboratoriais estão disponíveis na página do laboratório
http:/iscte.pt/labeti
Elementos a incluir no relatório:
· Uma pequena introdução.
· Os valores das resistências utilizadas e os dimensionamentos teórico devem
anteceder os resultados das simulações.
· Descrição pormenorizada do procedimento experimental e dos problemas
ocorridos durante a simulação.
· Todos os gráficos referidos ao longo do enunciado correspondentes aos resultados
de simulação, aos valores esperados analiticamente, e aos resultados reais.
· Comentários sempre que os resultados de simulação não coincidam com os valores
esperados analiticamente ou observados durante a demonstração experimental.
· Lista das escolhas/decisões tomadas no decurso do trabalho.
· Opções de implementação e demonstração de resultados utilizadas.
· Conclusões