Eletrônica! Saiba tudo sobre a curva do diodo

Você sabe como fazer na prática o levantamento da curva característica de um diodo? Nós recebemos muitas perguntas sobre o curso de engenharia elétrica e sobre o que é estudado neste curso. Por isso, resolvemos fazer esse artigo para mostrar uma prática de laboratório da matéria de eletrônica analógica 1.

Neste artigo o Mundo da Elétrica vai te mostrar um pouco das coisas que os futuros engenheiros vão se deparar durante o curso de graduação. Então, vamos lá pessoal!

Eletrônica Analógica: Que matéria é essa?

Eletrônica analógica não é uma matéria somente da engenharia elétrica, ela também está presente no curso de engenharia eletrônica, controle e automação e outros.

Na matéria de eletrônica analógica são estudadas diversas características de semicondutores, e um dos principais semicondutores é o diodo. No site do Mundo da Elétrica já falamos em vários vídeos sobre o diodo e como ele funciona, vale a pena conferir!

O objetivo desta prática é fazer o levantamento da curva característica do diodo, bem como familiarizar-se com o manuseio do respectivo componente eletrônico, além dos instrumentos e procedimentos inerentes à uma experiência de laboratório.

Prática de Laboratório: Eletrônica Analógica

Nesta prática foram usados os seguintes componentes:

A primeira parte da prática consiste em realizar a identificação e o teste dos componentes usando o multímetro. Para isso nós usamos um multímetro de bancada, que é um multímetro de precisão com 6 dígitos e meio.

Resistor

Para começar é preciso identificar as cores do resistor, anotar o valor teórico e o valor medido com o multímetro.

O resistor que usamos tem faixas com as cores marrom, preto e vermelho, que indicam um resistor teórico de 1KΩ. Após medir o resistor com o multímetro de precisão, obtivemos o valor medido de 987 Ohms, resultado que está dentro da tolerância para um resistor de 1KΩ.

Prática de Laboratório: Curva do Diodo!

Medição do resistor no multímetro de precisão!

Diodo

Usando o multímetro de precisão, nós realizamos o teste de semicondutor. Este teste deve ser feito escolhendo a opção teste de diodo, no caso dos multímetros que têm essa opção, mas como alguns multímetros não têm, deve-se escolher a opção teste de continuidade.

Para selecionar a função de leitura de diodo no multímetro de bancada, basta apertar o botão shift e em seguida, o botão com o símbolo do diodo. Na parte de cima da tela aparecerá a palavra diodo juntamente com o símbolo do diodo, e no meio da tela vai aparecer a palavra “OPEN”, indicando que as pontas de provas não estão conectadas ao diodo ou que o mesmo está aberto.

Quando testamos o diodo com a polarização direta, encontramos o valor de 586 mV (milivolt). Para medir, bastou colocar a ponta de prova positiva (+) vermelha no ânodo e a ponta de prova negativa (-) preta no cátodo. Fisicamente, o lado sem o traço do diodo é o ânodo e o com traço é o cátodo.

Prática de Laboratório: Curva do Diodo!

Medição do diodo no multímetro de precisão!

Para fazer o teste da polarização reversa do diodo, basta inverter as pontas de provas do diodo e verá o multímetro marcar “OPEN”, pois indicará o diodo como chave aberta.

Existem vários tipos de encapsulamentos para diodos! Para quem não sabe, encapsulamento é o formato do diodo e a sua forma de fixação nos circuitos eletrônicos. No caso do diodo que usamos, foi o modelo DO-41.

Prática de Laboratório: Curva do Diodo!

Modelos de encapsulamento do diodo.

Circuito da Prática

O circuito que usamos é este aparece na imagem abaixo. Observe que Vcc é a fonte de alimentação de corrente contínua, D é o diodo semicondutor e RL é a carga, que neste caso é o resistor de 1kΩ.

Prática de Laboratório: Curva do Diodo!

Esquema do circuito da prática.

Depois de fazer o esquema, nós montamos o circuito no protoboard.

Prática de Laboratório: Curva do Diodo!

Circuito para a prática montado.

Nós utilizamos o multímetro de precisão para medir a queda de tensão sobre a nossa carga (que era o resistor). O segundo multímetro para medir a tensão sobre o diodo e para monitorar a corrente do circuito, e usamos o amperímetro integrado na fonte de tensão.

Na fonte que usamos é possível variar a tensão pelo potenciômetro, realizando ajustes finos e variando a escala em três casas após a vírgula. Porém, também podemos usar o teclado para digitar a corrente exata!

Teste do Circuito com Diodo Diretamente Polarizado

Com a fonte zerada e o circuito montado, nós iniciamos a variação de tensão da fonte de alimentação, conforme os valores indicados na segunda coluna da tabela abaixo.

Prática de Laboratório: Curva do Diodo!

Tabela para Polarização direta do diodo!

Para cada variação nós anotamos os dados na tabela. Veja na imagem abaixo os resultados provenientes das tensões teóricas de 0,10V a 15V.

Prática de Laboratório: Curva do Diodo!

Resultado das variações de tensão com o diodo diretamente polarizado!

Teste do Circuito com Diodo Reversamente Polarizado

Para esse teste, nós zeramos novamente a fonte e fizemos a inversão do diodo no circuito. Com a fonte zerada e o circuito montado, iniciamos a variação de tensão da fonte de alimentação, conforme os valores indicados nesta segunda tabela abaixo.

Prática de Laboratório: Curva do Diodo!

Tabela para Polarização reversa do diodo!

Nós anotamos novamente os dados de cada variação na segunda tabela. Veja o resultado com as tensões teóricas de 1V, 5V, 8V, 10V e 15V na imagem abaixo.

Prática de Laboratório: Curva do Diodo!

Resultado das variações de tensão com o diodo reversamente polarizado!

Gráfico do Diodo

Utilizando o Excel nós conseguimos usar os dados e plotar o gráfico para este diodo. O gráfico se baseia em tensão e corrente sobre o diodo. No gráfico, a reta do eixo X representa a tensão sobre o diodo VD dado em volts, e a reta do eixo Y representa a corrente sobre o diodo ID dado em mA.

Prática de Laboratório: Curva do Diodo!

Gráfico de Tensão e Corrente do Diodo!

Reta de Carga

A reta de carga tem o seu ponto de tensão VCC marcado sobre a tensão máxima entregue pela fonte, e o ponto de corrente (VCC/R) que é uma corrente considerando um diodo ideal.

Esta corrente é calculada dividindo o valor da tensão máxima entregue pela fonte pelo valor da resistência da carga. No caso do nosso exemplo, a tensão máxima foi 15V e a resistência foi de 1kΩ, o que nos deu uma corrente de 0,015A ou 15mA. Esta é uma corrente teórica que nunca será atingida, servindo como referência para traçar a reta de carga.

Para traçar a reta de carga, nós marcamos o ponto de 15VCC na reta de tensão sobre o diodo, e marcamos também o ponto de 15mA VCC/R, na reta de corrente sobre o diodo. Em seguida basta traçar a reta de carga.

Prática de Laboratório: Curva do Diodo!

Reta de Carga no Gráfico do Diodo!

Curva Característica

A curva característica é traçada no gráfico sobrepondo-se à reta de carga. Os dados para traçar a curva característica são os dados da corrente medida sobre o diodo e também os dados da tensão medida sobre o diodo.

O resultado do gráfico é a curva característica do diodo, que neste caso é uma curva exponencial. O ponto de interseção entre a reta de carga e a curva característica nos dá os dados da tensão quiescente VDQ e da corrente quiescente no diodo IDQ, ou seja, este ponto é chamado de ponto quiescente!

Prática de Laboratório: Curva do Diodo!

Curva Característica e Ponto Quiescente do Diodo!

Este é exatamente o ponto de operação do diodo, sendo o ponto no qual o diodo irá operar com o valor da corrente direta (ID) e o valor de tensão direta (VD).

Se plotarmos o gráfico, utilizando as informações das medições com o diodo inversamente polarizado, teremos um gráfico que mostra a corrente sobre o circuito sempre em zero para as tensões testadas. Isso confirma que um diodo inversamente polarizado não conduz corrente, funcionando como uma chave aberta!

Para um engenheiro ou até mesmo um técnico, é muito importante entender e saber ler gráficos, pois praticamente todo datasheet de componentes vai ter um gráfico para ser analisado. Esta prática que mostramos neste artigo colabora muito para a leitura e entendimento dos gráficos, além de mostrar a importância de se capacitar.

Quando temos equipamentos como fontes e multímetros, o aprendizado é muito mais interessante. Esse aprendizado é muito importante, porque em várias situações diárias no mercado de trabalho o profissional do Mundo da Elétrica vai se deparar com a eletrônica analógica e vários semicondutores.

Um equipamento que usamos nesta prática e que foi bem importante é a fonte de tensão. Porém, para realizar uma prática correta e segura, a leitura da fonte de tensão deve ser feita, evitando quaisquer falha. E visando te ajudar a aprender como medir e testar uma fonte de tensão, vamos deixar um vídeo do Mundo da Elétrica aqui embaixo.

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