ETEC
LAURO GOMES
CENTRO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA PAULA SOUZA
ESCOLA TÉCNICA ESTADUAL “LAURO GOMES”
APOSTILA DE ELETRÔNICA ANALÓGICA
AN1 – 1ª SÉRIE DE ELETRÔNICA – PERÍODO NOTURNO
PROFº GIUSEPPE GIOVANNI MASSIMO GOZZI
SÃO BERNARDO DO CAMPO
2012
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LAURO GOMES
SUMÁRIO
TEORIA DOS SEMICONDUTORES .........................................................................................................
Semicondutor puro .....................................................................................................................................
Dopagem ........................................................................................................................................ ...........
Semicondutor tipo P ......................................................................................................................
Semicondutor tipo N ......................................................................................................................
EXPERIÊNCIA Nº 01 .................................................................................................................................
02
02
03
04
05
06
DIODO RETIFICADOR DE SILÍCIO ..........................................................................................................
Circuitos de polarização do diodo ..............................................................................................................
Polarização direta ..........................................................................................................................
Polarização reversa .......................................................................................................................
Curva característica ...................................................................................................................................
Modelos de trabalho ..................................................................................................................................
Especificações do diodo semicondutor ......................................................................................................
EXPERIÊNCIA Nº 02 .................................................................................................................................
EXERCÍCIOS .............................................................................................................................................
09
10
10
12
14
14
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16
18
CIRCUITOS COM DIODOS .......................................................................................................................
Sinais elétricos alternados .........................................................................................................................
EXPERIÊNCIA Nº 03 .................................................................................................................................
Circuitos ceifadores ....................................................................................................................................
Circuitos retificadores .................................................................................................................................
Circuito retificador de meia onda ...................................................................................................
Circuito retificador de onda completa com center tap ...................................................................
Circuito retificador de onda completa tipo ponte ...........................................................................
EXERCÍCIOS....................................................................................................................................
27
27
29
31
32
32
34
37
39
LED ............................................................................................................................................................ 54
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA .............................................................................................................. 56
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TEORIA DOS SEMICONDUTORES
SEMICONDUTOR PURO (INTRÍNSECO)
O diodo é um dispositivo bastante utilizado na Eletrônica, com diversas aplicações. Ele é
constituído de um elemento chamado semicondutor.
Um elemento semicondutor puro é aquele que, à temperatura ambiente, possui um
comportamento elétrico classificado entre o condutor e o isolante.
Dentre os materiais semicondutores, os mais comuns são o Silício e o Germânio, sendo que
vamos destacar o primeiro.
O Silício é um elemento cujo átomo possui quatro elétrons em sua última órbita, a camada de
valência.
DEVEMOS NOS LEMBRAR DE QUE NUM
ÁTOMO, A QUANTIDADE DE CARGAS
POSITIVAS (PRÓTONS) É IGUAL À
QUANTIDADE DE CARGAS NEGATIVAS
(ELÉTRONS): SENDO ASSIM, TODO ÁTOMO É
ELETRICAMENTE NEUTRO!
FIGURA 01: ÁTOMO TETRAVALENTE
Os átomos de Silício podem se combinar de maneira a formar uma estrutura cristalina. Desta
forma, os átomos terão oito elétrons na última camada, graças às ligações covalentes:
Como pode se notar, os elétrons na estrutura cristalina estão
fortemente combinados; então, torna-se difícil a condução da
eletricidade. Porém, com uma energia adicional externa, alguns
elétrons podem se desprender das ligações químicas; quando isto
acontece, temos um par de portadores de cargas elétricas, o par
elétron-lacuna.
FIGURA 02: LIGAÇÃO COVALENTE
SEM A PRESENÇA DO ELÉTRON, TEMOS UM
PRÓTON CUJA CARGA NÃO FICA ANULADA,
COMO ACONTECE COM OS OUTROS TRÊS.
DEVIDO A ESTE FATO, É PRÁTICA COMUM
ASSOCIAR À LACUNA A CARGA POSITIVA DO
PRÓTON EXCEDENTE; PORTANTO, VAMOS
CONSIDERAR QUE A LACUNA POSSUI CARGA
POSITIVA.
FIGURA 03: GERAÇÃO DE UMA LACUNA
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Mas, devido a pouca quantidade de portadores de cargas, o material não é um bom
elemento condutor de eletricidade:
Ocasionalmente, um elétron pode preencher uma lacuna; a isto chamamos
de recombinação. Apesar desta estar constantemente acontecendo, os
pares de portadores de carga não deixam de existir, pois a temperatura
ambiente é suficiente para produzir novas lacunas.
FIGURA 04: CRISTAL PURO
Porém, ao se adicionar energia (na forma de calor, por exemplo) as moléculas do cristal irão
vibrar. Esta vibração quebra algumas ligações covalentes, formando mais portadores de carga elétrica.
A CONDUÇÃO ELÉTRICA DE UM
CRISTAL SEMICONDUTOR PURO
DEPENDE DA TEMPERATURA!
FIGURA 05: CONDUÇÃO ATRAVÉS DA TEMPERATURA
DOPAGEM (SEMICONDUTORES EXTRÍNSECOS)
Quando se confecciona um diodo, a primeira coisa a ser feita é submeter o cristal de Silício a
um aquecimento bem elevado, de forma a obter um cristal completamente puro. Depois, os cristais são
cortados em tiras em forma de disco:
Fonte: Enciclopédia de Ciência e Técnica COMO
FUNCIONA – São Paulo, Abril, 1976. V.6 pág. 1365
Na figura ao lado podemos observar, no interior de um tubo
de quartzo, discos de Silício completamente puros. Porém,o cristal
puro não possui boa condutividade, pois a quantidade de cargas
elétricas livres, na temperatura ambiente, é pequena.
Para aumentarmos a quantidade de cargas elétricas livres,
é necessário adicionar ao cristal puro elementos que causem o
desequilíbrio entre cargas elétricas (ou o cristal possui um excesso
de cargas Positivas ou um excesso de cargas Negativas). Estes
elementos são chamados de impurezas, e elas podem ser
trivalentes (três elétrons na última camada), como por exemplo o
Alumínio, o Boro, o Gálio ou o Índio, ou pentavalentes (cinco
elétrons na última camada), como por exemplo, o Antimônio, o
Arsênio ou o Fósforo. O processo de adição de impurezas é
chamado de dopagem. Dopando-se o cristal semicondutor puro
FIGURA 06: DISCOS DE SILÍCIO
FIGURA 06: PROCESSO DE DOPAGEM chamado de dopagem. Dopando-se o cristal semicondutor puro
com impurezas trivalentes, obtém-se o semicondutor tipo P; com
impurezas pentavalentes, teremos o semicondutor tipo N.
Num cristal dopado, as cargas elétricas em maior número são chamadas de majoritárias; as
que estão em menor número são as minoritárias.
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Semicondutor Tipo P
Como exemplo, vamos utilizar o Alumínio:
FIGURA 07: ÁTOMO DE ALUMÍNIO
Se substituirmos um dos átomos de Silício por um de Alumínio, os seus três elétrons farão
parte da ligação covalente. Mas, como se pode notar na figura, estará sobrando uma lacuna. Esta lacuna
poderá ser preenchida por um elétron de um átomo vizinho, como mostrado abaixo:
DESTA FORMA, O ÁTOMO DE ALUMÍNIO FICARÁ
ELETRICAMENTE NEGATIVO, JÁ QUE POSSUIRÁ UM
ELÉTRON A MAIS. PORÉM, ESTA CARGA NEGATIVA
ESTÁ COMBINADA COM O NÚCLEO, NÃO SENDO
ADEQUADA PARA A CONDUÇÃO. POR OUTRO LADO,
SEMPRE EXISTIRÁ UMA LACUNA A MAIS, QUE SERÁ A
NOSSA CARGA ELÉTRICA LIVRE (ADEQUADA PARA
CONDUÇÃO)!
FIGURA 08: LIGAÇÃO COVALENTE EM UM ÁTOMO TRIVALENTE
Então, teremos o semicondutor tipo P, onde os portadores de carga que determinam a
condução elétrica (os majoritários) são as lacunas.
PARA DIFERENCIARMOS MELHOR OS TIPOS DE
SEMICONDUTORES, O TIPO P SERÁ
REPRESENTADO POR UM MATERIAL AZUL (QUE
REPRESENTA OS ÁTOMOS DE ALUMÍNIO
NEGATIVOS) COM ESFERAS VERMELHAS
(LACUNAS, QUE ASSOCIADAS AOS PRÓTONS SÃO
POSITIVAS)!
FIGURA 09: SEMICONDUTOR TIPO P
Apesar de não estar representado na figura acima, no semicondutor tipo P temos também
elétrons livres, porém estes estão em menor número (minoritárias).
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Semicondutor Tipo N
Como exemplo, vamos utilizar o Antimônio:
FIGURA 10: ÁTOMO DE ANTIMÔNIO
Se substituirmos um dos átomos de Silício por um de Antimônio, quatro de seus elétrons farão
parte da ligação covalente. Mas, como se pode notar na figura, fica sobrando um elétron, que não se
combina com nenhum outro. Sendo assim, fica fácil para este escapar de sua órbita, tornando-se um elétron
livre.
DESTA FORMA, O ÁTOMO DE ANTIMÔNIO FICA
ELETRICAMENTE POSITIVO, JÁ QUE POSSUI UM
ELÉTRON A MENOS. PORÉM, ESTA CARGA
POSITIVA ESTÁ COMBINADA COM O NÚCLEO, NÃO
SENDO ADEQUADA PARA A CONDUÇÃO. POR
OUTRO LADO, SEMPRE TEREMOS UM ELÉTRON A
MAIS, QUE SERÁ A NOSSA CARGA ELÉTRICA
LIVRE (ADEQUADA PARA CONDUÇÃO)!
FIGURA 11: LIGAÇÃO COVALENTE COM UM ÁTOMO PENTAVALENTE
Então, teremos o semicondutor tipo N, onde os portadores de carga que determinam a
condução elétrica (os majoritários) são os elétrons.
PARA DIFERENCIARMOS MELHOR OS TIPOS DE
SEMICONDUTORES, O TIPO N SERÁ
REPRESENTADO POR UM MATERIAL CUJA
SUPERFÍCIE É VERMELHA (QUE REPRESENTA
OS ÁTOMOS DE ANTIMÔNIO POSITIVOS) COM
ESFERAS AZUIS (ELÉTRONS LIVRES, QUE SÃO
CARGAS NEGATIVAS)!
FIGURA 12: SEMICONDUTOR TIPO N
Apesar de não estar representado na figura acima, no semicondutor tipo N temos também
lacunas, porém estas estão em menor número (minoritárias).
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EXPERIÊNCIA Nº 1: UTILIZAÇÃO DO OSCILOSCÓPIO
OBJETIVO:
Identificar e praticar com o osciloscópio, conhecendo seus controles e compreendendo suas funções.
MATERIAL A SER UTILIZADO:
01 Osciloscópio com duas pontas de prova
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:
1ª PARTE: Conhecendo o osciloscópio
1. Localize a parte frontal do osciloscópio;
2. Antes de ligar o instrumento, certifique-se que os controles e chaves abaixo relacionados estejam
conforme tabela a seguir:
TABELA 01: POSICIONAMENTO DE CHAVES E CONTROLES
ITEM
POWER
INTEN
FOCUS
VERT MODE
POSITION
VOLTS/DIV
VARIABLE
AC-DC-GND
SOURCE
COUPLING
SLOPE
TRIG ALT
LEVEL LOCK
HOLDOFF
TRIGGER MODE
TIME/DIV
POSITION
SWP.UNCAL
CHOP
CH2 INV
X-Y
X10 MAG
AJUSTE
POSIÇÃO OFF
GIRAR NO SENTIDO HORÁRIO (POSIÇÃO 3 hs)
METADE DO CURSO
CH1
POSIÇÃO CENTRAL
0.5 V / DIV
CAL (GIRANDO NO SENTIDO HORÁRIO)
GND
SELECIONADO PARA CH1
AC
+
LIBERADO
PRESSIONADO
MIN (GIRANDO NO SENTIDO ANTI-HORÁRIO)
AUTO
0,5 ms / DIV
METADE DO CURSO
LIBERADO
LIBERADO
LIBERADO
LIBERADO
LIBERADO
3. Através do botão de força principal do instrumento (POWER), ligue o osciloscópio. Descreva o que
acontece.
4. Verifique e anote o que acontece ao acionarmos os seguintes controles do osciloscópio:
4.1. INTEN;
4.3. TRACE ROTATION;
4.5. VERT MODE;
4.5.a. CH1;
4.5.b. CH2;
4.5.c.DUAL
4.2. FOCUS;
4.4. AC-DC-GND;
4.6. POSITION
4.7. TIME/DIV
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2ª PARTE: Calibrando o osciloscópio
1. Depois de posicionar os controles e chaves de acordo com a tabela 01, deverá aparecer
um traço na tela reticulada cerca de 20 segundos depois de pressionado o botão POWER;
se nenhum traço aparecer, mesmo após cerca de 1 minuto, repita todo o procedimento de
ajustes da tabela 01;
2. Regula o traço para um brilho apropriado e para uma imagem bem nítida.
Que controles devem ser utilizados para esse fim?
3. Verifique se o traço esteja alinhado com a linha horizontal central do reticulado
Que controles devem ser utilizados para esse fim?
4. Conecte o terminal BNC da ponta de prova ao terminal de entrada INPUT de CH1 e
aplique na outra extremidade (a ponta de prova propriamente dita, visível ao se retrair a
capa protetora, conhecida como “ chapéu de bruxa ” ) da ponta, ajustada em 1:1, o sinal de
2,0 Vpp proveniente do CALIBRATOR.
RESPONDA: O que é um sinal Vpp?
5. Coloque o botão AC - GND – DC na posição AC (Responda o porquê disso). Anote a
forma de onda na figura abaixo:
6. Ajuste o controle FOCUS até obter um traço bem nítido.
7. Ajuste os controles  POSITION e  POSITION em posições adequadas, tais que, a
forma de onda mostrada na tela fique alinhada com o reticulado, para que a tensão e o
período possam ser lidos como desejado.
(RESPONDA: O que é período? E freqüência?)
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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8. Para visualização de sinais, ajuste os controles VOLTS/DIV e TIME/DIV nas posições
conforme tabela a seguir, tais que, a forma de onda do sinal seja apresentada na tela com
uma amplitude apropriada e um número conveniente de picos:
VOLTS/DIV
Nº DE
DIVISÕES
VERTICAIS
AMPLITUDE
TENSÃO
Vpp
TIME/DIV
1ª
5V/DIV
2ms/DIV
2ª
2V/DIV
1ms/DIV
3ª
1V/DIV
0,5ms/DIV
4ª
0,5V/DIV
0,2ms/DIV
RESPONDA:
Nº DE
DIVISÕES
HORIZONTAIS
VALOR
DO
PERÍODO
VALOR DA
FREQÜÊNCIA
Como se calculam a AMPLITUDE, a tensão VPP, o PERÍODO e a FREQÜÊNCIA?
Qual ou quais são as melhores escalas para a medida a ser efetuada?
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
9. Para cada uma das medidas efetuadas, desenhe a forma de onda:
1ª
2ª
3ª
4ª
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DIODO RETIFICADOR DE SILÍCIO
Fonte: Enciclopédia de Ciência e
Técnica COMO FUNCIONA – São
Paulo, Abril, 1976. V.6 pág. 1365
O diodo retificador de Silício é um dispositivo formado pela união física dos
semicondutores tipo P e N. Esta união é mais conhecida como Junção PN.
NA FIGURA AO LADO, TEMOS UMA VISTA
EM CORTE DE UMA JUNÇAO PN FORMADA
POR UM FIO DE OURO DOPADO COM GÁLIO
(ELEMENTO TRIVALENTE) E A SUPERFÍCIE
DE UMA PASTILHA SEMICONDUTORA.
FIGURA 13 : JUNÇÃO PN REAL
Basicamente temos então um disco de Silício puro, onde de um lado ele está
dopado com impurezas trivalentes, e do outro, com impurezas pentavalentes :
TIPO P
TIPO N
TEMOS ENTÃO UM CRISTAL DE SILÍCIO PURO
(AMARELO) DOPADO COM IMPUREZAS
TRIVALENTES (LADO ESQUERDO) E COM
IMPUREZAS PENTAVALENTES (LADO DIREITO),
FORMANDO O DIODO.
FIGURA 14: REPRESENTAÇÃO ILUSTRATIVA DA JUNÇÃO PN
As cargas elétricas, tanto no lado P como no N, estão em movimento, fora o fato
da repulsão existente entre cargas elétricas de mesmo sinal. Sendo assim, algumas cargas do lado
P migram para o meio, acontecendo a mesma coisa para as cargas do lado N.
Os elétrons que migraram para o meio deixaram no lado N íons positivos, assim
como as lacunas que “migraram” também para o meio deixaram íons negativos no lado P. Formase então uma região ionizada, que impede outras cargas de migrarem. Esta região ionizada é
chamada de barreira de potencial, possuindo um valor que, no Silício, é de aproximadamente 0,7
V. Esta região ionizada também é conhecida como camada de depleção.
A FIGURA AO LADO REPRESENTA COMO É
INTERNAMENTE UM DIODO DE SILÍCIO.
FIGURA 15: DIODO SEMICONDUTOR – CAMADA DE DEPLEÇÃO
No lado P, coloca-se um terminal denominado ANODO (A) e no lado N, coloca-se
um terminal denominado CATODO (K).
A seguir, pode-se observar o desenho esquemático de um diodo:
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NA FIGURA ACIMA, TEMOS O DESENHO
ESQUEMÁTICO DO DIODO.
NA FIGURA AO LADO, TEMOS VÁRIOS
TIPOS DE DIODOS SEMICONDUTORES.
Fonte: Enciclopédia de Ciência e
Técnica COMO FUNCIONA – São
Paulo, Abril, 1976. V.2 pág. 436
FIGURA 16: DIODO SEMICONDUTOR
CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO DO DIODO
Polarização direta:
Para que o diodo possa conduzir, é necessário polarizá-lo diretamente, ou seja,
conectá-lo a um circuito da seguinte maneira:
OBSERVE QUE O POTENCIAL MAIOR DA
TENSÃO ELÉTRICA SOBRE O DIODO
ESTÁ NO ANODO (A), ENQUANTO QUE O
POTENCIAL MENOR DA MESMA ESTÁ DO
CATODO (K); NESTAS CONDIÇÕES, O
DIODO CONDUZ!
Ve  0,7 V
FIGURA 17: CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO DIRETA DE UM DIODO
Como o potencial maior (+) estará no lado P, as cargas positivas serão repelidas,
tendendo a migrar para o outro lado; da mesma maneira, as cargas negativas do lado N serão
repelidas pelo potencial menor (-), também tendendo a migrar para o outro lado. O que acaba
acontecendo é que todo o dispositivo ficará com excesso de cargas livres (que é a característica
elétrica de um condutor). Então, o diodo “torna-se” um elemento condutor de eletricidade.
Se cessarmos o fornecimento de energia elétrica para o diodo, ele voltará ao seu
normal:
FIGURA 18: COMPORTAMENTO DO DIODO NA POLARIZAÇÃO DIRETA
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O valor da corrente que atravessa o diodo é calculado da seguinte maneira:
ID 
VRs Ve  VD

,
Rs
Rs
sendo
 VD  0,7V
Podemos representar o diodo polarizado de forma direta graficamente:
O DIODO NÃO É UM
COMPONENETE LINEAR; SUA
RESISTÊNCIA POSSUI VALORES
DIFERENTES EM CADA PONTO DO
GRÁFICO. ISTO ACONTECE
DEVIDO À SUA PRÓPRIA
CONSTITUIÇÃO.
FIGURA 19: REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DA CONDUÇÃO DE UM DIODO
Existe a possibilidade de determinar os valores de VD e ID, em um circuito de
polarização direta, através do gráfico. Este método consiste em encontrar o ponto de trabalho do
diodo no circuito em questão:
(1o) PASSO: Analisar o circuito sem o diodo em dois casos extremos – circuito aberto e curto
circuito, para obtermos a reta de carga:
Primeiro ponto da reta de carga:
Tensão máxima = Tensão da fonte
Ve
FIGURA 20 : CIRCUITO ABERTO : 1º PONTO DO GRÁFICO - TENSÃO DA FONTE
Segundo ponto da reta de carga:
Corrente máxima (corrente de
curto circuito)
Im áx 
Ve
Rs
FIGURA 21: CIRCUITO “FECHADO”: 2º PONTO DO GRÁFICO - CORRENTE MÁXIMA
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(2o) PASSO: Com os dois pontos principais já encontrados, traça-se a reta de carga no gráfico da
curva característica do diodo; onde a reta de carga encontrar a curva característica (ponto de
interseção) temos o ponto de trabalho do diodo no circuito:
O PONTO DE TRABALHO TAMBÉM
É CONHECIDO POR PONTO
QUIESCENTE (PONTO Q).
FIGURA 22: PONTO QUIESCENTE
(3o) PASSO: Através do ponto Q, traçam-se retas paralelas aos eixos x e y, obtendo-se os valores
de tensão (VD) e corrente (ID) do diodo no circuito:
FIGURA 23: VALORES QUIESCENTES DE TENSÃO E CORRENTE
Polarização reversa:
Se ligarmos o diodo a um circuito da maneira mostrada abaixo, o diodo passará a
ter um comportamento elétrico semelhante a um isolante:
OBSERVE QUE O POTENCIAL MAIOR
DA TENSÃO ELÉTRICA SOBRE O
DIODO ESTÁ NO CATODO (K),
ENQUANTO QUE O POTENCIAL MENOR
DA MESMA ESTÁ DO ANODO (A);
NESTAS CONDIÇÕES, O DIODO NÃO
CONDUZ!
FIGURA 24: CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO REVERSA DE UM DIODO
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Internamente no diodo, ocorre o seguinte:
Como o potencial maior (+) estará no lado N, as cargas
negativas serão atraídas, tendendo a migrar para a
extremidade; da mesma maneira, as cargas positivas do lado P
serão atraídas pelo potencial menor (-), também tendendo a
migrar para a outra extremidade. O que acontece é que a
barreira de potencial acaba aumentando, dificultando a
passagem da corrente elétrica (que é a característica elétrica de
um isolante). Então, o diodo “torna-se” um elemento isolante.
FIGURA 25: DIODO POLARIZADO REVERSAMENTE
Podemos representar o diodo polarizado de forma reversa graficamente:
COMO PODEMOS NOTAR, A
CORRENTE NA REGIÃO
REVERSA, EMBORA MUITO
PEQUENA, NA REALIDADE
EXISTE. ESTA CORRENTE É
CHAMADA DE CORRENTE
REVERSA (IR).
FIGURA 26: REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DA POLARIZAÇÃO REVERSA
Uma parcela desta corrente é chamada de corrente de saturação (IS), que existe
por causa dos portadores minoritários existentes no dois lados da junção (produzidos
continuamente devido à energia térmica aplicada ao diodo). Esta parcela depende única e
exclusivamente da temperatura, ou seja, mesmo se aumentarmos a tensão aplicada reversamente
ao diodo, não haverá aumento de corrente de fuga. É regra comum adotarmos que a corrente de
fuga de um diodo de Silício dobra de valor a cada aumento de temperatura correspondente a
10oC.
Outra parcela da corrente reversa é a corrente de fuga superficial (IFS), uma
corrente formada por impurezas da superfície do diodo, que criam caminhos para a corrente
percorrer. Esta parcela depende da tensão aplicada ao diodo.
Algo a ser notado no gráfico é um ponto máximo de tensão.
Este ponto é chamado de tensão de ruptura (VR), e como o
próprio nome diz, se a tensão aplicada ao diodo ultrapassar
este valor, ele se danificará. Isto acontece porque se
aplicando a polarização reversa ao diodo, elétrons livres são
deslocados a ponto de se chocarem com outros elétrons,
tornando-os livres também; estes, agora livres, podem se
chocar com outros e assim sucessivamente, criando um efeito
cascata chamado de efeito avalanche. Por causa da grande
quantidade de elétrons livres, o diodo se rompe devido à
potência dissipada, muito maior do que ele pode suportar.
FIGURA 27: TENSÃO DE RUPTURA
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CURVA CARACTERÍSTICA
Com os gráficos da polarização direta e da reversa, temos a curva característica
do diodo:
FIGURA 28: CURVA CARACTERÍSTICA DE UM DIODO SEMICONDUTOR
Como neste caso estamos utilizando diodos retificadores, só nos interessa a parte
da região direta.
Como se pode notar pela curva característica, os valores de VD e IR são muito
pequenos, porém, há casos em que estes valores não podem ser desprezados. Surge então a
necessidade de utilizar circuitos equivalentes ao diodo.
São três os circuitos mais utilizados:
MODELOS DE TRABALHO:
o
1 MODELO: O DIODO COMO CHAVE
Neste caso, o diodo se comporta como uma chave que abre na polarização
reversa e fecha na direta:
ESTE MODELO É
CONHECIDO
COMO DIODO
IDEAL.
FIGURA 29: 1º MODELO DE TRABALHO DO DIODO
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o
2 MODELO: O DIODO COM TENSÃO VD
Neste caso, temos o diodo sendo representado com uma chave que liga e desliga,
de acordo com a polarização, em série com uma fonte de tensão que representa a barreira de
potencial:
ESTE É O MODELO
MAIS UTILIZADO NA
RESOLUÇÃO DE
PROBLEMAS.
FIGURA 30: 2º MODELO DE TRABALHO DO DIODO
o
3 MODELO: O DIODO COM TENSÃO VD E RESISTÊNCIA RD
Neste caso, o diodo é representado com uma chave liga e desliga em série com a
fonte VD e em série com uma resistência RD, que representa sua resistência na polarização
direta:
ESTE É O MODELO
MAIS PRÓXIMO DO
DIODO REAL. É
CONHECIDO COMO
MODELO LINEAR.
FIGURA 31: 3º MODELO DE TRABALHO DO DIODO
ESPECIFICAÇÕES DO DIODO SEMICONDUTOR:
1. O DIODO SÓ CONDUZ NUMA POLARIZAÇÃO DIRETA SE A TENSÃO
APLICADA SOBRE O MESMO NÃO FOR INFERIOR Ã TENSÃO DE BARREIRA;
2. NUMA POLARIZAÇÃO DIRETA, O DIODO SUPORTA UMA CORRENTE MÁXIMA
DIRETA (Idmáx); POR CONSEGUINTE, SUPORTA UMA POTÊNCIA MÁXIMA
(Pdmáx).
Pdmáx = VD x IDmáx
3. NA POLARIZAÇÃO REVERSA, A TENSÃO APLICADA AO DIODO NÃO PODE
SER SUPERIOR À TENSÃO REVERSA MÁXIMA (VRmáx OU VBr).
4. NA POLARIZAÇÃO REVERSA, EMBORA MUITO PEQUENA, HÁ A CORRENTE
REVERSA (IR).
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EXPERIÊNCIA Nº 02 : A CURVA DO DIODO
OBJETIVO:
Medir as tensões e correntes num diodo polarizado direta e reversamente, dando condições de
se desenhar a curva característica.
MATERIAL A SER UTILIZADO:
01 Protoboard com fonte de tensão;
02 Multímetros;
01 Diodo retificador – 1N4001;
01 Resistor de 220  ½ W
01 Resistor de 1 k ½ W
01 Resistor de 100 k ½ W
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:
1. Monte o circuito abaixo :
2. Para cada valor de tensão da fonte listado na tabela abaixo, meça e anote a tensão e a
corrente no diodo:
Ve (V)
Vd (V)
Id (mA)
Ve (V)
0
2,5
0,2
3
0,4
3,5
0,6
4
0,8
5
1
6
1,2
7
1,4
9
1,6
10
1,8
12
2
15
Vd (V)
Id (mA)
3. Responda: A resistência direta do diodo possui uma resposta linear ? Por quê ?
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
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4. Inverta a polaridade da fonte de tensão, montando o circuito abaixo e para cada valor de
tensão da fonte listado na tabela a seguir, meça e anote a tensão e a corrente no diodo :
OBS . : NESTE CASO, DEVE-SE MEDIR A TENSÃO SEPARADAMENTE DA CORRENTE,
COMO MOSTRA A FIGURA :
Ve (V)
VR (V)
IR (μA)
0
-0,5
-1
-1,5
-2
-3
-4
-5
-7
-10
-12
-15
5. Plote os valores obtidos nas tabelas, desenhando o gráfico da curva característica do diodo.
6. Responda:
6.1. Quando um diodo age como uma resistência alta ?
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
6.2. Como um diodo difere de um resistor comum ?
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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EXERCÍCIOS
1) Um material semicondutor é aquele que:
a)
b)
c)
d)
Somente se comporta como condutor;
Possui oito elétrons na última camada;
Só se comporta como isolante;
Possui características elétricas ora condutoras, ora isolantes.
2) O que é a camada de valência?
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
3) As lacunas:
a)
b)
c)
d)
São “buracos” sem carga elétrica;
Não se movem;
Elas se movem e possuem carga negativa;
Elas se movem e possuem carga positiva.
4) Em um cristal de semicondutor puro:
a)
b)
c)
d)
Não há maneira de haver uma boa condução de eletricidade;
Sempre se comportará como condutor;
A condução elétrica depende da temperatura;
Pode existir boa condutibilidade sem necessariamente aquecê-lo.
5) Explique o que são átomos trivalentes, tetravalentes e pentavalentes.
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
6) Por que a adição de impurezas num cristal semicondutor é necessária?
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
18
ETEC
LAURO GOMES
7) O semicondutor tipo P chama-se assim por que:
a)
b)
c)
d)
As impurezas adicionadas possuem carga positiva;
Possui um excesso de lacunas;
As impurezas adicionadas possuem carga negativa;
Possui um excesso de elétrons.
8) O semicondutor tipo N chama-se assim por que:
a)
b)
c)
d)
As impurezas adicionadas possuem carga positiva;
Possui um excesso de lacunas;
As impurezas adicionadas possuem carga negativa;
Possui um excesso de elétrons.
9) O que é um diodo?
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
10) Ao se unir os cristais P e N, as cargas livres próximas à junção tendem a migrar para o
outro lado. Por que o restante das cargas não faz o mesmo?
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
11) O terminal no lado P é chamado de ANODO, assim como o terminal no lado N é
chamado de CATODO. Por que esses terminais possuem esses nomes?
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
19
ETEC
LAURO GOMES
PARA OS EXERCÍCIOS 12 A 19,
CONSIDERE O CIRCUITO AO LADO:
12) Sabendo-se que Ve = 10 V, VD = 0,7 V e RS = 1 k,
determine o valor da corrente do diodo (ID).
DADOS:
FÓRMULAS:
CALCULAR :
Ve  0,7 V
ID 
VD = 0,7 V
VRs Ve  VD

Rs
Rs
Pdmáx = VD x IDmáx
RS = 1 k,
VD  0,7V
Im áx 
Ve = 10 V
ID = ????
Ve
Rs
RESOLUÇÃO:
13) Sabendo-se que Ve = 8 V, VD = 0,7 V e RS = 15 k, determine o valor da corrente do
diodo (ID).
DADOS :
FÓRMULAS :
CALCULAR :
Ve  0,7 V
ID 
VD = 0,7 V
VRs Ve  VD

Rs
Rs
Pdmáx = VD x IDmáx
RS = 15 k,
VD  0,7V
Im áx 
Ve = 8 V
ID = ????
Ve
Rs
RESOLUÇÃO:
20
ETEC
LAURO GOMES
14) Sabendo-se que Ve = 20 V, VD = 0,7 V e RS = 470 , determine o valor da corrente do
diodo (ID).
DADOS :
FÓRMULAS :
CALCULAR :
Ve  0,7 V
ID 
VD =
VRs Ve  VD

Rs
Rs
Pdmáx = VD x IDmáx
RS =
VD  0,7V
Im áx 
Ve =
ID = ????
Ve
Rs
RESOLUÇÃO:
15) Sabendo-se que Ve = 15 V, VD = 0,7 V e RS = 100 , determine o valor da corrente do
diodo (ID).
DADOS :
Ve =
FÓRMULAS :
CALCULAR :
ID = ????
VD =
RS =
RESOLUÇÃO:
21
ETEC
LAURO GOMES
16) Sabendo-se que Ve = 5 V, VD = 0,7 V e PD = 7 mW, determine o valor do resistor RS.
DADOS :
FÓRMULAS :
CALCULAR :
RS = ????
RESOLUÇÃO:
17) Sabendo-se que Ve = 7 V, VD = 0,7 V e PD = 10 mW, determine o valor do resistor RS.
DADOS:
FÓRMULAS :
CALCULAR :
RESOLUÇÃO:
22
ETEC
LAURO GOMES
18) Sabendo-se que Ve = 3 V, VD = 0,7 V e PD = 3 mW, determine o valor do resistor RS.
DADOS :
FÓRMULAS :
CALCULAR :
RESOLUÇÃO:
19) Sabendo-se que Ve = 12 V, VD = 0,7 V e PD = 14 mW, determine o valor do resistor
RS.
DADOS :
FÓRMULAS :
CALCULAR :
RESOLUÇÃO:
23
ETEC
LAURO GOMES
DADO O CIRCUITO E GRÁFICO ABAIXO, RESOLVA OS EXERCÍCIOS 20 E 21:
20) Sabendo-se que Ve = 2 V e RS = 400 , os valores de VD e ID, são, respectivamente:
a)
b)
c)
d)
VD = 0,9 V e ID = 0,75 mA ;
VD = 1,0 V e ID = 2,50 mA ;
VD = 0,7 V e ID = 3,25 mA ;
VD = 1,0 V e ID = 1,50 mA .
DADOS :
FÓRMULAS :
CALCULAR :
RESOLUÇÃO:
24
ETEC
LAURO GOMES
21) Sabendo-se que Ve = 2 V e RS = 200 , os valores de VD e ID, são, respectivamente:
a)
b)
c)
d)
VD = 0,7 V e ID = 6,50 mA;
VD = 1,0 V e ID = 2,25 mA;
VD = 1,2 V e ID = 4,50 mA;
VD = 1,0 V e ID = 2,50 mA.
DADOS :
FÓRMULAS :
CALCULAR :
RESOLUÇÃO:
22) O diodo não conduz na polarização reversa por que:
a)
b)
c)
d)
Os portadores minoritários não permitem;
A camada de depleção aumenta;
A barreira de potencial diminui;
O aumento de energia térmica conseqüente não permite.
23) A corrente de saturação:
a)
b)
c)
d)
Depende da tensão;
Depende da temperatura;
Depende do tipo de impureza;
Depende da resistência.
24) A corrente de fuga superficial:
a)
b)
c)
d)
Depende da tensão;
Depende da temperatura;
Depende do tipo de impureza;
Depende da resistência.
25
ETEC
LAURO GOMES
25) Considerando o circuito abaixo:
e sabendo-se que RS = 1k5 , RD = 15  e
Ve = 30 V, determine o valor da corrente ID,
o
utilizando o 3 modelo de diodo.
DADOS :
FÓRMULAS :
CALCULAR :
RESOLUÇÃO:
26
ETEC
LAURO GOMES
CIRCUITOS COM DIODOS
SINAIS ELÉTRICOS ALTERNADOS
Tanto a tensão como a corrente elétrica pode ser de dois tipos: CONTÍNUA ou
ALTERNADA.
Uma fonte de tensão contínua é aquela cuja tensão NÃO MUDA DE SENTIDO
conforme o tempo. Abaixo, na figura 32, temos um exemplo de fonte de tensão contínua e
constante:
PODEMOS NOTAR PELO
GRÁFICO Vxt QUE A TENSÃO
ELÉTRICA U NÃO VARIA
CONFORME O TEMPO t.
FIGURA 32: FONTE DE TENSÃO CC
Exemplos de fontes de tensão contínua são as pilhas e as baterias, pois mantém
sempre a mesma polaridade da tensão.
As fontes de tensão ALTERNADA são chamadas assim porque a tensão alternada
MUDA DE SENTIDO conforme o tempo:
PODEMOS NOTAR PELO
GRÁFICO Vxt QUE A TENSÃO
ELÉTRICA U VARIA
CONFORME O TEMPO t.
TEMOS ENTÃO U(t), UMA
TENSÃO EM FUNÇÃO DO
TEMPO.
FIGURA 33: FONTE DE TENSÃO CA
Neste caso, a tensão elétrica é gerada por um fenômeno eletromagnético chamado
indução eletromagnética.
No exemplo acima, temos uma tensão alternada correspondente a uma função seno. Não
que todas as tensões alternadas sejam assim, porém é desse tipo que vamos utilizar em nossos
circuitos eletrônicos com diodos.
27
ETEC
LAURO GOMES
Sendo assim, vamos definir alguns valores importantes para esta função periódica:
EM TENSÃO ALTERNADA, É
COMUM NOS REFERIRMOS A
VALOR EFICAZ, POIS É BASTANTE
UTILIZADO NA PRÁTICA,
ABRANGENDO NÃO SÓ CIRCUITOS
ELETRÔNICOS COMO OS
ELÉTRICOS E TAMBÉM AS
ESPECIFICAÇÕES DE MÁQUINAS
ELÉTRICAS E DE APARELHOS
ELETRODOMÉSTICOS.
FIGURA 34: VALORES CARACTERÍSTICOS DE UM SINAL ELÉTRICO

PERÍODO : É o intervalo de tempo, em segundos, que o sinal elétrico
periódico necessita para completar o seu ciclo. No nosso caso, o
período (T) vai, por exemplo, do começo do semiciclo positivo (t1) até o
final do semiciclo negativo (t2) :
T  t 2  t1

FREQÜÊNCIA: É o número de ciclos que o sinal elétrico possui em um
intervalo de tempo de um segundo. A unidade desta grandeza (f) é o
hertz (Hz).
f 
1
T

VALOR MÁXIMO : É o máximo valor absoluto que o sinal elétrico pode
atingir. Também chamado de VALOR DE PICO. No nosso caso, o valor de
pico da tensão é Up.

VALOR MÍNIMO : É o mínimo valor absoluto que o sinal elétrico pode
atingir. No nosso caso, o valor mínimo da tensão é o valor de pico
negativo (-Up), uma vez que o sinal elétrico é simétrico.

VALOR DE PICO-A-PICO : É a diferença entre o valor máximo e o valor
mínimo. No nosso caso, esta diferença resultará no dobro do valor de
pico (Vpp = 2Up).

VALOR MÉDIO : É a média aritmética de todos os valores do sinal
elétrico envolvidos em um ciclo completo. No nosso caso, como o sinal
é simétrico e periódico, o valor médio (Vm) da tensão vale zero.

VALOR EFICAZ : Corresponde a um valor de tensão ou corrente (abaixo
do valor máximo) alternada capaz de fornecer a mesma energia (ou
dissipar a mesma potência) equivalente a um valor de tensão ou
corrente contínua. No nosso caso, o valor eficaz da tensão vale :
Uef 
Up
2
28
ETEC
LAURO GOMES
EXPERIÊNCIA Nº 3 : UTILIZAÇÃO DO GERADOR DE ÁUDIO
OBJETIVO:
Identificar e praticar com o gerador de áudio, conhecendo seus controles e compreendendo suas
funções.
MATERIAL A SER UTILIZADO :
01 Osciloscópio com duas pontas de prova;
01 Gerador de áudio.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:
1. Localize o gerador de áudio. Descreva seus principais botões e controles:
2. Ligue o gerador de áudio e verifique com o professor a melhor posição das chaves e
botões do mesmo.
3. Conecte o terminal BNC da outra ponta de prova na saída de áudio do osciloscópio.
4. Interligue os dois cabos de osciloscópio (ponta de prova com ponta de prova; garra “jacaré”
com garra “jacaré”).
5. Selecione o sinal do tipo “ ~ “ do gerador de áudio. RESPONDA: Que tipo de sinal é este?
6. Coloque o botão AC – GND – DC do osciloscópio na posição AC.
7. Coloque os controles do osciloscópio VOLTS/DIV em 2V/DIV e TIME/DIV em 0,5 ms/DIV.
8. Com o ajuste de AMPLITUDE do gerador de áudio, injete no CH1 um sinal de 4V de pico
a pico. Após isso, ajuste a freqüência do sinal do gerador de áudio para obter 1 kHz.
Ajuste os controles  POSITION e  POSITION do osciloscópio em posições adequadas
para que a forma de onda mostrada na tela fique alinhada com o reticulado. Desenhe a
forma de onda:
29
ETEC
LAURO GOMES
9. Mude o tipo de sinal para: a) triangular e b) quadrada. Desenhe as formas de onda:
a)
b)
10. Agora, para a tabela a seguir, você deve ajustar a melhor escala no osciloscópio para que
a forma de onda do sinal seja apresentada na tela com uma amplitude apropriada e um
número conveniente de picos:
QUADRADA
TRIANGULAR
SENOIDAL
TIPO DE
ONDA
PERÍODO
TEÓRICO
FREQUÊNCIA
(GERADOR DE
ÁUDIO)
16,67 ms
60 Hz
2V
10 ms
100 Hz
4V
2 ms
500 Hz
3V
0,5 ms
2 kHz
5V
50 µs
20 kHz
6V
100 ms
10 Hz
10 V
20 ms
50 Hz
8V
5 ms
200 Hz
7V
0,2 ms
5 kHz
4,6 V
5 µs
200 kHz
5,5 V
0,5 ms
2 kHz
5,2 V
0,1 ms
10 kHz
3,4 V
20 µs
50 kHz
6,3 V
10 µs
100 kHz
4V
2 µs
500 kHz
6V
Nº DIVI
HORIZ
TIME/
DIV
PERÍODO
MEDIDO
AMPLITUDE
(GERADOR DE
ÁUDIO)
Nº DE
DIVISÕES
VERTICAIS
VOLTS/DIV
30
ETEC
LAURO GOMES
CIRCUITOS CEIFADORES
Observe o circuito abaixo:
NOTE QUE A TENSÃO
APLICADA AO CIRCUITO
CEIFADOR É V2, UMA TENSÃO
MENOR DO QUE A TENSÃO
DE ALIMENTAÇÃO V1. ISTO
FOI CONSEGUIDO GRAÇAS
AO TRANSFORMADOR (TR)
FIGURA 35: CEIFADOR SÉRIE NEGATIVO
Como V2 é uma tensão alternada, ora o diodo vai conduzir (quando polarizado
diretamente, no semiciclo positivo da tensão), e ora o diodo não vai conduzir (quando polarizado
reversamente, no semiciclo negativo da tensão).Isto fará com que, quando o diodo conduzir,
haverá tensão na saída; quando ele não conduzir, não haverá tensão na saída.:
FIGURA 36: SEMICICLO POSITIVO DA TENSÃO ALTERNADA V2
FIGURA 37: SEMICICLO NEGATIVO DA TENSÃO ALTERNADA V2
31
ETEC
LAURO GOMES
Vale lembrar que quando o diodo está conduzido, há uma tensão em seus
terminais de 0,7 V; portanto, a tensão de pico da saída Vs vale:
U S p  U 2 p  0,7
Porém utilizaremos o 1º modelo de trabalho do diodo (diodo ideal) para analisar o
funcionamento desses circuitos. Sendo assim, a tensão de saída VS acaba possuindo o mesmo
valor de V2.
Voltando ao gráfico, podemos notar que uma parte da tensão não chegou à saída
do circuito; diz-se então que esta parte foi retirada, ceifada. Daí o nome de circuito ceifador. Como
a parte negativa da tensão de entrada (V2) foi tirada da saída, dizemos que este circuito é um
ceifador negativo.
Para obtermos um ceifador positivo, basta inverter o diodo:
FIGURA 38: CEIFADOR SÉRIE POSITIVO
CIRCUITOS RETIFICADORES
Circuito retificador de meia onda:
A configuração mais simples de um retificador permite a passagem de apenas um
dos semiciclos da tensão de entrada para a saída. É semelhante ao ceifador série.
Na figura 39, temos um exemplo de circuito retificador meia onda:
FIGURA 39: RETIFICADOR DE MEIA ONDA
↔
CEIFADOR SÉRIE NEGATIVO
32
ETEC
LAURO GOMES
Pode-se observar que, na saída VS, temos apenas a parte positiva da tensão.
Apesar de esta ir de zero a um valor máximo e novamente a zero (sinal pulsante), ela é contínua,
pois não inverte de sentido.
Para o sinal de tensão de saída VS, os valores característicos são:
FIGURA 40: VALORES CARACTERÍSTICOS DE MEIA ONDA

Valor eficaz:
U S efic 

Us p
2
Valor médio:
USm 
US p

As especificações dos diodos devem obedecer aos limites impostos pelo circuito:

Corrente direta máxima:
IDmáx 

US p
RL
Potência direta máxima:
PDmáx  VD  IDmáx

Tensão reversa máxima:
VRmáx  U 2 p
Como se pode notar, a saída é um sinal pulsante. As aplicações para este tipo de
sinal não são muito abrangentes e para o tipo de circuito abordado aqui, este tipo de sinal pode
danificar componentes eletrônicos. Sendo assim, é necessário tentar tornar o sinal o mais
constante possível.
Isto pode ser conseguido com a utilização de um filtro capacitivo:
33
ETEC
LAURO GOMES
FIGURA 41: FILTRAGEM DE MEIA ONDA
Como no semiciclo positivo o diodo está conduzindo, o capacitor irá se carregar,
até atingir o valor máximo. Para ficar mais fácil o entendimento, vamos considerar o circuito ideal,
onde o capacitor ficará carregado com U2p.
Então, no pico positivo, a tensão em C é U2p. Logo após o pico positivo, a tensão
em V2 é ligeiramente menor que a tensão em C. Sendo assim, a tensão no capacitor polarizará
reversamente o diodo, “abrindo-o”. O capacitor se descarrega através da resistência RL. A
tendência é o capacitor perder toda a sua carga, o que não acontece porque a constante de
tempo ζ de descarga é tal que a sua duração é bem maior do que o período T do sinal alternado.
Sendo assim, ele perde uma pequena parte de sua carga, até o ponto onde a tensão em V 2 seja
maior do que a tensão em C, repetindo o processo acima descrito.
A tensão US é quase uma tensão constante. Só não o é por causa das constantes
cargas e descargas do capacitor, chamadas de ondulação. Esta tensão – ONDULAÇÃO OU
RIPPLE – vale:
VOND 
Usp
RL  f  C
onde f é a freqüência de entrada (da rede; 60 Hz). A ondulação não deve ultrapassar 10% de Usp.
Circuito retificador onda completa com transformador de derivação central (center-tap):
Neste tipo de circuito, onde o transformador possui uma derivação no meio do
secundário, dois diodos são colocados de maneira que, tanto no semiciclo positivo como no
negativo, a tensão na saída sempre estará no mesmo sentido:
FIGURA 42: CIRCUITO RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA COM CENTER TAP
34
ETEC
LAURO GOMES
No semiciclo positivo, o diodo D1 conduz, enquanto que D2 não. Assim, temos
V 22
V 21
na saída. No semiciclo negativo, é a vez de D2 conduzir e D1 não; temos
na saída,
2
2
porém, graças à forma de como estão dispostos os diodos em relação ao transformador, a tensão
na saída possui o mesmo sentido que antes, como podemos observar nas figuras 43 e 44:
FIGURA 43: SEMICICLO POSITIVO NO CIRCUITO DE ONDA COMPLETA
FIGURA 44: SEMICICLO NEGATIVO NO CIRCUITO DE ONDA COMPLETA
Deve-se notar que nunca os diodos funcionam ao mesmo tempo. Se isto ocorrer, o
transformador estará em curto-circuito. Para o sinal de tensão de saída VS, os valores
característicos são:
35
ETEC
LAURO GOMES
FIGURA 45: VALORES CARACTERÍSTICOS DA RETIFICAÇÃO ONDA COMPLETA


Valor eficaz:
U S efic 
US p
U S máx 
2U S p
2
Valor médio:

As especificações dos diodos são:

Corrente direta máxima:
IDmáx 

Potência direta máxima:

Tensão reversa máxima:
US p
RL
PDmáx  VD  IDmáx
VRmáx  2U 2 p
Para que a tensão de saída seja apenas negativa, é necessário inverter os dois diodos. Na
filtragem, a tensão na saída tem o seguinte aspecto:
FIGURA 46: FILTRAGEM NA RETIFICAÇÃO ONDA COMPLETA COM CENTER TAP
36
ETEC
LAURO GOMES
Circuito retificador onda completa tipo ponte:
Este tipo de circuito utiliza quatro diodos montados numa configuração chamado ponte:
FIGURA 47: CIRCUITO RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA TIPO PONTE
No semiciclo positivo, os diodos D4 e D2 estarão polarizados diretamente,
enquanto que os diodos D1 e D3 estarão polarizados reversamente. No semiciclo negativo
acontece o contrário.
FIGURA 48: SEMICICLO POSITIVO NO RETIFICADOR TIPO PONTE
FIGURA 49 : SEMICICLO NEGATIVO NO RETIFICADOR TIPO PONTE
37
ETEC
LAURO GOMES
Para o sinal de tensão de saída VS, os valores característicos são:
FIGURA 50: VALORES CARACTERÍSTICOS NA RETIFICAÇÃO TIPO PONTE



Valor eficaz:
U S efic 
US p
U S máx 
2U S p

Corrente direta máxima:
IDmáx 

2
Valor médio:
US p
RL
Potência direta máxima:
PDmáx  VD  IDmáx

Tensão reversa máxima:
VRmáx  U 2 p
O aspecto da tensão de saída com o filtro fica:
FIGURA 51: CIRCUITO RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA TIPO PONTE COM FILTRO
A ondulação vale (f = 120 Hz, se a freqüência da rede for 60 Hz), não devendo ser acima de
10 % de Usp.
VOND 
Usp
RL  f  C
38
ETEC
LAURO GOMES
EXERCÍCIOS
26) Para a forma de onda abaixo, calcule os valores do período (T), da freqüência (f), dos valores médio
(Um) e eficaz (Uefic) ::
DADOS:
FÓRMULAS:
CALCULAR:
Up = 4 V
T  t 2  t1
T = ?????
1
T
f = ?????
Upp = 8 V
f 
Um = ?????
Uef 
Up
Uef = ?????
2
RESOLUÇÃO:
39
ETEC
LAURO GOMES
27) Para a forma de onda abaixo, determine os valores do período (T), da freqüência (f), dos valores
médio (Um) e eficaz (Uefic).
DADOS :
Up = 10 V
Upp = 20 V
FÓRMULAS :
CALCULAR :
T = ?????
f = ?????
Um = ?????
Uef = ?????
RESOLUÇÃO:
40
ETEC
LAURO GOMES
28) Para a forma de onda abaixo, calcule os valores do período (T), da freqüência (f), dos valores médio
(Um) e eficaz (Uefic) são, respectivamente :
DADOS :
FÓRMULAS :
CALCULAR :
T = ?????
f = ?????
Um = ?????
Uef = ?????
RESOLUÇÃO:
41
ETEC
LAURO GOMES
29) Para a forma de onda abaixo, calcule os valores do período (T), da freqüência (f), dos valores médio
(Um) e eficaz (Uefic):
DADOS :
FÓRMULAS :
CALCULAR :
RESOLUÇÃO
42
ETEC
LAURO GOMES
30) Desenhe a forma de onda de tensão de saída de um ceifador positivo:
31) Desenhe a forma de onda de tensão de saída do circuito abaixo:
43
ETEC
LAURO GOMES
32) Para um retificador de meia onda, considere a tensão U2 EFIC  8,485 V e a freqüência
da rede igual a 60 Hz. Calcule os valores médio e eficaz da tensão de saída US
DADOS:
FÓRMULAS:
Us p
2
US p
Retificador meia onda
U S efic 
U2EFIC  8,485V
USm 

U 2 efic 
CALCULAR:
Usefic = ?????
Usm = ?????
U2 p
2
RESOLUÇÃO:
44
ETEC
LAURO GOMES
33) Quais são as especificações do diodo do exercício 32 ?
DADOS:
Retificador meia onda
U2EFIC  8,485 V
f = 60 Hz
RL = 150 
FÓRMULAS:
US p
RL
PDmáx  VD  IDmáx
IDmáx 
VRmáx  U 2 p
CALCULAR:
IDmáx=???
PDmáx=???
VRmáx=???
RESOLUÇÃO:
34) Para um retificador de meia onda, considere a tensão U2 EFIC  10,6066 V e a
freqüência da rede igual a 60 Hz. Calcule os valores médio e eficaz da tensão de
saída US.
DADOS:
FÓRMULAS:
CALCULAR:
RESOLUÇÃO:
45
ETEC
LAURO GOMES
35) Para o circuito do exercício 34, se considerarmos RL = 330  , qual o valor mais próximo
do capacitor para que a ondulação na filtragem não ultrapasse 10 % de Usp?
DADOS:
FÓRMULAS:
CALCULAR:
RESOLUÇÃO:
36) Quais as especificações para o diodo do exercício 36?
DADOS:
FÓRMULAS:
CALCULAR:
RESOLUÇÃO:
46
ETEC
LAURO GOMES
37) Para um retificador de onda completa com center tap, considere a tensão U2 EFIC 
14,1421 V e a freqüência da rede igual a 60 Hz. Determine os valores médio e
eficaz da tensão de saída US.
DADOS:
Onda completa center tap
FÓRMULAS:
U S efic 
Us p
2
CALCULAR:
UM =?????
U2EFIC  14,1421 V
USm 
f = 60 Hz
2U S p

U 2 efic 
UEFIC =?????
U2 p
2
RESOLUÇÃO:
38) Para o circuito do exercício 37, se considerarmos RL = 220  , qual o valor mais próximo
do capacitor para que a ondulação na filtragem não ultrapasse 10 % de U sp?
DADOS:
FÓRMULAS:
CALCULAR:
RESOLUÇÃO:
47
ETEC
LAURO GOMES
39) Quais as especificações para o diodo do exercício 38 ?
DADOS:
FÓRMULAS:
CALCULAR:
RESOLUÇÃO:
40) Para um retificador de onda completa com center tap, considere a tensão U2 EFIC 
21,2132 V e a freqüência da rede igual a 60 Hz. Quais os valores médio e eficaz da
tensão de saída US?
DADOS:
FÓRMULAS:
CALCULAR:
RESOLUÇÃO:
48
ETEC
LAURO GOMES
41) Para o circuito do exercício 40, se considerarmos RL = 150  , qual o valor mais próximo
do capacitor para que a ondulação na filtragem não ultrapasse 10 % de U sp?
DADOS:
FÓRMULAS:
CALCULAR:
RESOLUÇÃO:
42) Quais as especificações para o diodo do exercício 41?
DADOS:
FÓRMULAS:
CALCULAR:
RESOLUÇÃO:
49
ETEC
LAURO GOMES
43) Para um retificador tipo ponte, considere a tensão U2 EFIC  21,2132 V e a freqüência
da rede igual a 60 Hz. Quais são os valores médio e eficaz da tensão de saída US?
DADOS:
FÓRMULAS:
CALCULAR:
RESOLUÇÃO:
44) Para o circuito do exercício 43, se considerarmos RL = 150  , qual o valor mais próximo
do capacitor para que a ondulação na filtragem não ultrapasse 10 % de U sp?
DADOS:
FÓRMULAS:
CALCULAR:
RESOLUÇÃO:
50
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45) Quais as especificações para o diodo do exercício 44?
DADOS:
FÓRMULAS:
CALCULAR:
RESOLUÇÃO:
46) Para um retificador do tipo ponte, considere
a
tensão U 2 EFIC  14,1421 V e a
freqüência da rede igual a 60 Hz. Os valores médio e eficaz da tensão de saída US
são :
DADOS:
FÓRMULAS:
CALCULAR:
RESOLUÇÃO:
51
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47) Para o circuito do exercício 46, se considerarmos RL = 470  , qual o valor mais próximo
do capacitor para que a ondulação na filtragem não ultrapasse 10 % de U sp?
DADOS:
FÓRMULAS:
CALCULAR:
RESOLUÇÃO:
48) As especificações para o diodo do exercício 47 são :
DADOS:
FÓRMULAS:
CALCULAR:
RESOLUÇÃO:
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LED (Light Emitting Diode) – DIODO EMISSOR DE LUZ
Geralmente, devido à baixa potência dissipada, esquece-se que um diodo de silício
libera calor ao conduzir.
Os LED’s são diodos compostos de arseneto de gálio, fazendo que a energia descrita no
parágrafo anterior seja liberada na forma de luz, visível ou não.
FIGURA 52: DIODO EMISSOR DE LUZ – LED
Na figura 52, pode-se observar como o LED é fisicamente; percebe-se que internamente
(1) o catodo – K, é maior que o anodo – A, e que o lado do catodo é reto (2), além de como o diodo é
representado simbolicamente (3).
Sendo utilizados como sinalizadores em aparelhos e instrumentos eletrônicos, o LED
funciona como se fosse um diodo comum: só funcionam se polarizados diretamente. A diferença é
que eles conduzem com uma tensão maior, geralmente entre 1,5 e 2,5 V, além da corrente elétrica ser
de intensidade menor (geralmente até 50 mA). Por causa disso, ao se utilizar um LED, é necessário
associar um resistor em série na polarização direta:
FIGURA 53: CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO DIRETA DE UM LED
Geralmente neste tipo de circuito, deseja-se calcular o valor do resistor Rs; para que isto
seja possível, é necessário :

CONHECER O VALOR DA TENSÃO DE ENTRADA Ue;

CONHECER OS DADOS QUIESCENTES DO LED (VD E ID).
Na figura 53, se aplicarmos a lei de Kirchhoff das malhas (tensões), teremos:
53
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Ue = VRs + VD  VRs = Ue – VD
A tensão no resistor Rs, pela 1ª Lei de Ohm, vale
VRs = Rs x ID
Sendo assim, a corrente no LED vale :
ID 
VRs
Ue  VD
 ID 
Rs
Rs
Portanto, o resistor Rs vale :
Rs 
Ue  VD
ID
Os LED’s também podem ser utilizados na confecção de um indicador chamado
DISPLAY:
FIGURA 54: DISPLAY DE 7 SEGMENTOS
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No caso, o LED corresponde ao que se chama de segmento:
FIGURA 55: SEGMENTOS DE UM DISPLAY
Existem dois tipos de display de sete segmentos :
FIGURA 56: PRINCÍPIO DO DISPLAY TIPO CATODO COMUM
Na figura 56, todos os CATODOS dos segmentos estão interligados no terra (GND) ; por
isso ele é denominado catodo comum. Sendo assim, para ligá-los, é necessário enviar um nível de
tensão elétrica nas entradas dos segmentos (a, b, c, d, e, f, g), para que os mesmos fiquem polarizados
diretamente e acendam.
FIGURA 57: PRINCÍPIO DO DISPLAY TIPO ANODO COMUM
Na figura 57, todos os ANODOS dos segmentos estão interligados em uma tensão
elétrica (+ Vcc) ; por isso ele é denominado anodo comum. Sendo assim, para ligá-los, é necessário
enviar o terra (GND) nas entradas dos segmentos (a, b, c, d, e, f, g), para que os mesmos fiquem
polarizados diretamente e acendam.
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BIBLIOGRAFIA
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Mestre Jou, 1980.
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CAPUANO, Francisco G. & MARINO, Maria A. M. Laboratório de eletricidade e eletrônica. São
Paulo, Érica, 1989.
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1997. Coleção Estude e Use
MILLMAN, Jacob. Microeletrônica. Lisboa, McGraw-Hill, 1986. Vol. 1
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