1

F 329 Exp. 1. Lei de Ohm e caracterizao do diodo coleta de dados.

Conceitos

Montagem de circuitos simples, familiarizao com os instrumentos de medida,

dispositivos hmicos e no-hmicos.

Introduo

A resistncia (R) de um dispositivo eletrnico definida pela relao IRV , onde

V a diferena de potencial entre os bornes do dispositivo e I a corrente passando por ele.

Quando a resistncia constante, esta relao a Lei de Ohm. Dispositivos que obedecem

Lei de Ohm, como os resistores, so ditos hmicos (ou lineares). Outros dispositivos, tais como

o diodo, apresentam resistncia eltrica dependente do potencial aplicado. Estes dispositivos

so ditos no-lineares (ou no-hmicos).

Resistores so dispositivos condutores, de resistncia especificada, utilizados em

circuitos eltricos para controlar a corrente ou para transformar a energia eltrica em calor. Os

tipos de resistor mais usados so os resistores de carvo, resistores de filme metlico e carvo

e resistores de fio (nquel-cromo) enrolado, que diferem quanto ao elemento de resistncia.

(Tarefa: faa uma pesquisa sobre a construo de cada tipo de resistor).

Existem vrios tipos de diodos. Os mais comuns so fabricados com silcio cristalino,

como o diodo a ser estudado neste experimento. O silcio um semicondutor, termo que

identifica o nvel de condutividade para diferenci-lo dos metais e dos isolantes. A

condutividade dos metais ordens de grandeza maior do que a dos semicondutores. J os

isolantes apresentam resistividades vrias ordens de grandeza maiores que as dos

semicondutores. Entretanto, a caracterizao de um material semicondutor no dada apenas

pela sua condutividade. A caracterstica fundamental de um semicondutor possuir o que

chamamos de banda proibida, que uma regio (em energia) que os eltrons no podem

ocupar. Isto permite criarmos uma barreira de potencial para os eltrons (como a juno p-n)

ao unirmos dois semicondutores com diferentes nveis de dopagem (outra caracterstica dos

semicondutores). O estudo detalhado deste tema est alm dos propsitos deste

experimento.

A barreira de potencial fica localizada no interior do dispositivo, e os eltrons precisam

ultrapassar esta barreira para que a corrente possa passar. Podemos imaginar os eltrons

como sendo carros, e uma montanha como sendo a barreira de potencial. fcil descer a

serra, mas energia extra necessria para subir. No diodo, h um sentido direto de passagem

fcil de corrente e um sentido inverso que bloqueia a corrente.

Na verdade a situao bem mais complicada e envolve a conduo de dois tipos de

portadores: os eltrons e os buracos. No caso do diodo, ao polarizarmos no sentido direto ele

conduz corrente de maneira exponencial em funo da tenso aplicada. Para altas

polarizaes, a expresso para a corrente da forma:

2

I = Io exp(qV/kT) (1)

onde q a carga do eltron, V a tenso aplicada, k a constante de Boltzman e T a temperatura

absoluta. Entretanto, a curva completa mais complicada devido aos vrios mecanismos de

conduo (que esto fora dos objetivos deste experimento). Desta forma no vamos investigar

o comportamento exponencial do diodo. Mas veremos que, de fato, a corrente aumenta de

forma muito rpida. No sentido de polarizao inversa o diodo conduz um pouco, a resistncia

elevada de forma que a corrente algumas ordens de magnitude inferior corrente obtida

para polarizaes diretas.

A figura abaixo mostra os smbolos do resistor (1a) e do diodo (1b), mostrando o

sentido em que ele deve ser polarizado para que a corrente possa passar. O smbolo tem uma

forma de seta que indica o sentido da corrente.

(a)

(b)

Figura 1. (a) Smbolo do resistor e (b) smbolo do diodo.

Neste experimento, pretende-se estudar as curvas caractersticas do resistor (hmico)

e do diodo (no-hmico).

Procedimento

Parte A - Resistor

1) Monte o circuito da Figura 2a usando um resistor de proteo de valor nominal Rp = 10 e

um resistor cuja resistncia dever ser determinada (valor nominal Rx = 100 ). Use dois multmetros, um para medir corrente e outro para medir tenso. Em que situao o circuito da Figura 2b deveria ser utilizado? 2) Esboce a tabela que receber as quantidades medidas. Aproveite para retomar o estudo dos assuntos que podem ter sido esquecidos. 3) As medidas deste experimento devero ser feitas no modo manual dos multmetros. ATENO: NUNCA LIGUE O MULTMETRO EM PARALELO COM A FONTE. Deixe todos os instrumentos na escala de menor sensibilidade (mxima proteo). Alimente o circuito com a fonte, aumentando lentamente a sua tenso e observe as leituras nos multmetros. Sempre que necessrio ajuste o fundo de escala. Quando um destes (ou a fonte) atingir o fundo de escala, pare e faa a leitura dos dois instrumentos, anote todos os valores teis na tabela. A partir deste ponto experimental, reduza gradativamente a tenso da fonte, medindo cerca de 10 pontos (V; I), uniformemente distribudos, registrando os resultados na tabela. No se esquea de calcular e registrar os desvios de todas as grandezas medidas (consultar manual do multmetro). Registre tambm a escala usada para cada instrumento em cada medida, o valor nominal de cada resistncia (cdigo de cores) e o valor medido com o ohmmetro (multmetro).

3

(a)

(b)

Figura 2. Circuitos para medida de Rx.

Observao importante: Note que em todos os casos a potncia mxima dissipada no resistor no dever ultrapassar 1,5W, valor compatvel com a capacidade de dissipao de calor (2W) dos resistores utilizados na montagem. Verifique que esta condio seja cumprida escolhendo para isso o intervalo de voltagens utilizadas em cada conjunto de medidas. Parte B Diodo

4. Monte o circuito (a) da figura abaixo, de polarizao direta do diodo, com Rp = 220 .

(a)

(b)

(c) Figura 3. Circuitos para caracterizao do diodo.

5. Varie a tenso da fonte para obter tenso no diodo entre 0 e 0,75 Volts, e mea a corrente e a tenso no diodo. Obtenha ~ 15 pontos de corrente versus tenso. Ateno: MUITO CUIDADO para no danificar os multmetros ao utilizar o diodo no sentido direto. Sempre comece as medidas a partir das maiores escalas. No ultrapasse 300 mA de corrente. 6. Monte o circuito (b) da figura acima, de polarizao reversa do diodo. Anote ~4 valores de tenso entre 0 e 5 Volts. 7. Monte o circuito (c) da figura acima, de polarizao reversa do diodo. Utilize o multmetro

na menor escala de corrente (600 A). 8. Varie a tenso no diodo entre 0 e 15 Volts, e mea a corrente correspondente. Obtenha ~ 10 pontos de corrente versus tenso. Bibliografia

Halliday D.; Renick R.; Walker, J. Fundamentos de Fsica vol. 3.

Burian Jr., Y; Lyra, A.C.C. Circuitos Eltricos.

Gussow M., Eletricidade Bsica.

Lima Jr., A.W., Eletricidade e Eletrnica Bsica.