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RELATÓRIO I (DIODO, DIODO ZENER, TRANSÍSTOR)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHO - UFMA CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA - CCET DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA - DEE CURSO: ENGENHARIA ELTRICA DISCIPLINA: LABORATRIO DE ELETRNICA I PROFESSOR: NELSON CAMELO

RELATRIO I (DIODO, DIODO ZENER, TRANS STOR) Cristiano Jeferson da Costa Silva EE05237-72

So Lus 2010

RELATRIO I (DIODO, DIODO ZENER, TRANS STOR)

O relatrio referente serapresentado disciplina de Laboratrio de Eletrnica I, ministrada pelo professor Nelson Camelo, referente primeira experincia realizada em laboratrio.

So Lus 2010 2

SUMRIO

1. INTRODUO (HISTRICO DA ELETRNICA) 2. DIODO SEMICONDUTOR 3. DIODO ZENER 4. TRANSSTOR DE JUNO BIPOLAR 5. SIMULAES 6. TESTES COM MULTMETRO 6.1 TESTES COM DIODO 6.1.1 PROCEDIMENTO 1 6.1.2 PROCEDIMENTO 2 (OUTRO TIPO DE TESTE) 6.2 TESTES COM TRANSISTOR 6.2.1 TESTES DE RESISTENCIA 6.2.2 TESTES DE TENSO CONCLUSO BIBLIOGRAFIA SOFTWARES UTILIZADOS NA SIMULAO

04 05 06 07 10 12 12 12 13 14 14 16 17 17 18

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1. INTRODUO (HISTRICO DA ELETRNICA)

A primeira vlvula foi criada pelo cientista John AmbroseFlemming em 1904, isso propiciou um avano na criao de outros dispositivos e circuitos que permitiram a execuo de muitas tarefas que estavam sendo descobertas pelo homem naquela poca. Ela foi utilizada at meados da dcada de 80, sendo hoje um dispositivo raro, encontrado em rdios, televisores e aparelhos de som muito antigos Porm, muitos dispositivos que trabalham em frequncias muito altas e que so ainda muito utilizados, derivam da vlvula. A vlvula diodo composta por duas placas metlicas, colocadas numa cpsula de vidro em vcuo. Um filamento aquece uma das placas polarizada negativamente, denominada ctodo, gerando um fluxo de eltrons (corrente eltrica ) que atinge a segunda placa polarizada positivamente, denominada nodo, conforme a figura abaixo:

Invertendo-se a polarizao, fazendo-se com que o ctodo fique polarizado positivamente em relao ao nodo, a corrente eltrica deixa de circular pela carga RL. Em 1908, DeForest acrescentou vlvula diodo uma terceira placa entre o ctodo e o nodo, denominada de grade. A grade passou a exercer um controle do fluxo de eltrons, criando a possibilidade de amplificar sinais eltricos. Esta vlvula foi chamada de trodo. A vlvula trodo juntamente com a vlvula diodo, foram as responsveis pelo sur imento das g transmisses sem fio, radio transmisso. A partir da, a busca passou a ser a de melhorar o desempenho do circuito e, para isso, era necessrio desenvolver uma tecnologia para aperfeioar os dispositivos. Em meados da dcada de 20, a teoria dos semicondutores surge como promessa tecnolgica. Na dcada de 40, Desenvolve-se a fsica do estado slido, que investiga a estrutura, as propriedades e o comportamento eltrico dos semicondutores. nessa poca 4

tambm que surge o diodo semicondutor, que substitui a vlvula diodo, pois consome uma quantidade menor de energia e tem dimenses menores. Em seguida, surge o transistor, substituindo a vlvula trodo, e outros dispositivos que foram criados a partir da necessidade imposta pelos novos aparelhos que surgiram, e possibilitando o surgimento de outros mais.

2. DIODO SEMICONDUTOR

Diodo semicondutor um dispositivo ou componente eletrnico composto de cristal semicondutor de silcio ou germnio numa pelcula cristalina cujas faces opostas so dopadas por diferentes gases durante sua formao. o tipo mais simples de componente eletrnico semicondutor, usado como retificador de corrente eltrica. Possui uma queda de tenso de 0,3 V(germnio) e 0,7 V(silcio). A polarizao do diodo dependente da polarizao da fonte geradora. A polarizao direta quando o plo positivo da fonte geradora entra em contato com o lado do cristal P(chamado de anodo) e o plo negativo da fonte geradora entra em contato com o lado do cristal N(chamado de catodo). Assim, se a tenso da fonte geradora for maior que a tenso interna do diodo, os portadores livres se repeliro por causa da polaridade da fonte geradora e conseguiro ultrapassar a juno P-N, movimentando-os e permitindo a passagem de corrente eltrica. A polarizao indireta quando o inverso ocorre. Assim, ocorrer uma atrao das lacunas do anodo (cristal P) pela polarizao negativa da fonte geradora e uma atrao dos eltrons livres do catodo (cristal N) pela polarizao positiva da fonte geradora, sem existir um fluxo de portadores livres na juno P-N, ocasionando no bloqueio da corrente eltrica. Pelo fato de que os diodos fabricados no so ideais(contm impurezas), a conduo de corrente eltrica no diodo (polarizao direta) sofre uma resistncia menor que 1 ohm, que quase desprezvel. O bloqueio de corrente eltrica no diodo (polarizao inversa) no total devido novamente pela presena de impurezas, tendo uma pequena corrente que conduzida na ordem de microampres, chamada de corrente de fuga, que tambm quase desprezvel.

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3 DIODO ZENER

O diodo Ze e um tipo de diodo especialme te projetado para trabalhar sob o re ime de condu o reversa, ou seja, acima datens o de ruptura da jun o PN. Embora o nome diodo Zener tenha se popularizado comercialmente, o nome mais preciso seria diodo de condu o reversa, j que h dois fenmenos envolvidos o efeito Zener e o efeito avalanche. Ele difere do diodo convencional pelo fato de receber uma dopagem (tipo N ou P) maior, o que provoca a aproxima o da curva na regio de avalanche ao eixo vertical. Isto reduz consideravelmente a tenso de ruptura e evidencia o efeito Zener que mais notvel tens es relativamente baixas (em torno de 5,5 Volts). O diodo Zener pode funcionar polarizado diretamente ou inversamente. Quando est polarizado diretamente, funciona como outro diodo qualquer, no conduzcorrente eltrica enquanto a tenso aplicada aos seus terminais for inferior a aproximadamente 0,6 Volts no diodo de silcio ou 0,3 Volts no diodo de germnio. partir desta tenso mnima comea a conduo eltrica, que inicialmente pequena, mas que aumenta rapidamente, conforme a curva no linear de corrente versus tenso. Por esse fato, a sua tenso de conduo no nica, sendo considerada dentro da faixa de 0,6 a 0,7 Volts para o diodo de silcio. Qualquer diodo inversamente polarizado praticamente no conduz corrente desde que no ultrapasse a tenso de ruptura. Na realidade, existe uma pequena corrente inversa, chamada de corrente de saturao, que ocorre devido unicamente gerao de pares de eltron-lacuna na Z n

regio

de

carga

espacial,

temperatura

ambiente.

No d odo

acontece a mesma coisa.

diferena que, no diodo convencional, ao atingir uma

determinada tenso inversa, a corrente inversa aumenta bruscamente (efeito de avalanche), causando o efeito Joule, e consequentemente a dissipao daenergia trmica acaba por destruir o dispositivo, no sendo possvel reverter o processo. No d odo Z n , por outro lado,

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ao atingir uma tenso chamada de Zener (geralmente bem menor que a tenso de ruptura de um diodo comum), o dispositivo passa a permitir a passagem de correntes bem maiores que a de saturao inversa, mantendo constante a tenso entre os seus terminais. Cada diodo Zener possui uma tenso de Zener especfica como, por exemplo, 5,1 Volts, 6,3 Volts, 9,1 Volts, 12 Volts e 24 Volts. Quanto ao valor da corrente mxima admissvel, existem vrios tipos de diodos. Um dado importante na especificao do componente a ser utilizado a potncia do dispositivo. Por exemplo, existem diodos Zener de 400 mili Watts e 1 Watt. O valor da corrente mxima admissvel depende dessa potncia e da tenso de Zener. por isso que o diodo Zener se encontra normalmente associado com uma resistncia ligada em srie, precisamente a limitar a corrente a um valor admissvel. destinada

Curva Caracterstica

Equivalente do diodo Zener no estado ligado e desligado. 7

4. TRANSISTOR DE JUNO BIPOLAR

Assim como o diodo semicondutor substituiu a vlvula diodo, o transstor substituiu a vlvula diodo. Como visto, o diodo, quando polarizado diretamente, conduz eletricidade. O transstor introduz uma capacidade nova, que a possibilidade de se controlar q uanto de eletricidade conduzida. Basicamente, um transistor constitudo pela combinao de dois diodos de juno PN. Uma juno PN polarizada diretamente e a outra inversamente. A unio desses dois componentes poder ser feita de duas formas: unio atravs do material P, para produzir um transistor NPN e unio atravs do material N, para produzir um transistor PNP. No transstor NPN, a juno emissor-base do transistor deve ser polarizada diretamente. A corrente circula do emissor para a base. Os eltrons provenientes da rea do emissor que chegam rea da base so solicitados por duas foras de atrao: a primeira do terminal positivo da bateria do coletor e a outra do terminal do terminal, tambm positivo da bateria do emissor. A tenso existente entre o emissor e a base possui tenso muito baixa, da ordem de 0,1 V enquanto a tenso entre base e coletor oferece um valor bem mais elevado, por exemplo 6 V. Com isso podemos notar que a grande maioria dos eltrons, cerca de 97%, ao entrar na rea da base ser atrada pela rea de maior tenso, a rea do coletor; apenas uma pequena parte no penetra na rea da base e atrada para o terminal positivo da bateria de polarizao. Esses poucos eltrons fornecem a corrente de base, que possui um valor muito pequeno. Cada eltron que deixa o coletor deve ser substitudo e essa substituio feita pelo emissor que tambm deve ter seus eltrons substitudos, isso gera um fluxo con tnuo de corrente. O transstor PNP funciona de forma similar ao transistor do tipo NPN, o transistor PNP tem a juno emissor-base polarizada diretamente, enquanto a juno base coletor polarizada inversamente. Os portadores majoritrios no transistor PNP so lacunas. Os eltrons do circuito externo passam para o coletor e da para o emissor. As lacunas que penetram na rea da base passam para o coletor onde sero preenchidas com eltron provenientes do terminal negativo da bateria de coletor. Os eltrons que chegam ao emissor so atrados para o terminal positivo da bateria de polarizao. Cada eltron que passa do emissor para a bateria de polarizao, deixa uma lacuna em seu lugar. Como ocorre no transistor NPN, podemos aplicar uma pequena tenso de si al a fim de produzir um sinal n amplificado na sada do coletor.

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Configuraes: a- Emissor comum: Um transistor encontra-se na montagem emissor comum, quando a entrada na base e a sada no coletor, tendo o emissor como eletrodo comum. 9

b- Base Comum: Neste caso a base est na entrada e na sada do circuito, ou seja, a base o eletrodo comum. c- Coletor Comum: Aqui a entrada na base e a sada no emissor, tendo o coletor como eletrodo comum.

Condies de Amplificao, Corte e Saturao: Conforme a polarizao um transistor pode atuar em trs regies: regio de corte, regio ativa e regio de saturao. Na regio ativa, o transstor opera como amplificador e nas regies de corte e saturao como chave, ou seja, serve para comutao, con duzindo ou no. O transistor trabalhar na regio de corte caso a corrente de base seja menor ou igual a zero, dessa forma a corrente de coletor ser nula.Por outro lado se trabalharmos com uma corrente de base entre zero e a corrente de saturao (IBSAT), iremos operar na regio ativa. Para uma corrente de base acima de IBSAT, o transistor operar na regio de saturao, ou seja, circular pelo coletor uma corrente limite (ICCSAT), imposta de acordo com a polarizao.

5. SIMULAES

RESISTOR+0.04 1kAmps

B150V

D11N4004

Modelo Real

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Obs.: No modelo real o diodo conduz corrente, pois o sentido da polaridade direta.Ainda h uma queda de tenso, como vemos na figura seguinte.D11N4004 +0.04 Amps

RESISTOR B150V 1k +49.2 Volts

Modelo Ideal, O Diodo considerado uma chave simples

Conclui-se, com a simulao, que cada tipo diferente de diodo apresenta sua faixa de conduo. Neste modelo virtual a medio que mais se aproxima do ideal.

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Curva caracterstica do Transistor TBJ Nesta simulao, foi utilizado o Multisim para desenvolvimento do grfico da curva caracterstica do transistor de juno bipolar NPN, utilizando o IV ANALYSER que analisa os grficos em relao a tenso x corrente.

6. TESTES COM MULTMETRO 6.1 TESTE EM DIODOS6.1.1 Procedimento1: No teste inicial, mostraremos como fazer a prova de estado da juno de um diodo. a) Coloque o multmetro numa escala intermediria de resistncias (x 10 ou x 100) e zere -o. Seestiver usando o provador de continuidade, coloque em condies de funcionamento. -o b) Retire o diodo do circuito em que se encontra ou levante um dos seus terminais, desligando-o docircuito. c) Mea a resistncia ou continuidade nos dois sentidos (faa uma medida e depois outrainvertendo as pontas de prova).

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A figura abaixo mostra como realizar essa prova usando o multmetro.

Interpretao da Prova: Um diodo em bom estado deve apresentar uma baixa resistncia em um sentido (polarizaodireta) e uma alta resistncia no sentido oposto (polarizao inversa). Um diodo que apresente baixa resistncia nos dois sentidos encontra-se em curto e altaresistncia nos dois sentidos, se encontra aberto. A baixa resistncia pode variar entre 10 ohms e 2 000 ohms conforme o diodo e no representa aresistncia que ele vai apresentar quando usado numa aplicao prtica, mas sim a resistnciavista pelo multmetro em funo de sua baixa corrente de teste. A resistncia alta deve ser superior a 1 M ohms. Um diodo com resistncia, na prova inversa, entre10 000 ohms e 100 000 ohms apresenta fugas. Existem aplicaes menos crticas, como fontes,em que essa resistncia inversa ou fuga tolerada.

6.1.2

Procedimento 2 (outro tipo de teste)

Muitos multmetros digitais e mesmo analgicos possuem uma funo de prova especfica paradiodos semicondutores. Nesta prova usada uma corrente direta um pouco maior que aempregada na simples medida de resistncias, de modo a se obter uma melhor condiode conduo. Nesses casos, como o do multmetro ilustrado na figura abaixo, basta usar essa funo no teste dediodos. 13

Procedimento a) Encaixa-se o diodo nos locais designados, ou ento seleciona-se a funo e liga-se o diodo s pontas de prova. b) Verifica-se a indicao de estado dada pelo multmetro. Interpretao da Prova A indicao direta. O provador indica se o diodo est bom ou ruim (em curto, com fugas, aberto).

6.2 TESTE EM TRANSISTORES6.2.1 Teste de resistncia:

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Considerando a equivalnciapara o tipo NPN dada notpico anterior, as junesemissor/base e coletor/baseesto, segundo Figura 01,diretamente polarizadas e,portanto, tm resistnciabaixa.

Na figura, as junesemissor/base e coletor baseesto inversamentepolarizadas. A resistnciadeve ser alta para ambas.Na medio entre coletor eemissor, a resistncia deveser alta nos dois sentidos.

O transistor PNP opera de modo inverso. Na figura as junes coletor/base eemissor/base estoinversamente polarizadas.

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No transistor PNP da Figuraas junes coletor/base eemissor/base estodiretamentepolarizadas,resultando em resistnciabaixa.A resistncia entre coletor eemissor alta nos doissentidos, da mesma forma dotipo NPN. Um defeito comum em transistores de potncia curto entre coletor e emissor, que podeser detectado por esses testes. Lembrar que certos tipos, como os de sada horizontal detelevisores e monitores, podem ter diodo interno entre emissor e coletor e tambmresistncia interna entre base e emissor. Mas o curto citado observado pela baixaresistncia em ambos os sentidos.

6.2.2 Teste de tenso: Seria muito cmodo se, apenas com medies de tenses no circuito, fosse possvelafirmar a condio defeituosa de um transistor. Muitas vezes isso no ocorre. A Figura abaixo d apenas uma orientao grosseira dos valores relativos de tenses em um transistorPNP de um circuito CC tpico. Para um transistor NPN, apolaridade do multmetro(agora na escala de tenso)deve ser invertida. A tensoentre emissor e base emgeral bastante pequena,menos de 1 V. Repetindo, essasinformaes so imprecisas,dependem muito do circuito,servem apenas como umaforma de "suspeita" do componente, antes de retir-lo do circuito. Outro aspecto importante: consideram-se apenas circuitos CC de baixa tenso e potncia.Cuidado com circuitos de alta tenso, alta freqncia ou alta potncia. O instrumento podeser danificado e h risco de acidente. Em geral, h necessidade de pontas de prova e instrumentos especiais.

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CONCLUSO fundamental para todo profissional da Eletrnica saber como testar um componente.Se bem que existam tcnicas simples que permitem avaliar o estado de determinadoscomponentes, umas so mais confiveis e mais completas do queoutras. Assim, tambm preciso saber interpretar os resultados de um teste de modo a se ter certeza deque o componente analisado est (ou no) em bom estado, ou apresenta pequenas deficinciasque podem comprometer o funcionamento de um circuito mais crtico.

BIBLIOGRAFIAy y

http://www.pt.wikipedia.g/wiki/transistores BOYLESTAD, Robert; NASHELSKY, Louis, Dispositivos Eletrnicos e Teoria de Circuitos, So Paulo: Pearson Prentice Hall, 8 ed., 2004

y y y

MALVINO, Albert Paul. Eletrnica: 4 ed. So Paulo, 2006; http://www.sabereletronica.com.br mspc.eng.br/eletrn/comptest_110.shtml

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SOFTWARES UTILIZADOS NA SIMULAO

y y

PROTEUS ISIS 7 MULTISIM 10.1

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