Universidade Federal do ParáInstituto de Tecnologia

Faculdade de Engenharia QuímicaLaboratório Básico III

Professor: Daniel Rodrigues

RELATÓRIO REFERENTE AO ESTUDO DO RETIFICADOR DE ½ ONDA - DIODO

Equipe:

Henrique Fernandes Figueira Brasil 09025000801

Raimunda Nonata Consolação e Branco 09025002901

BELÉM/PA11 de abril de 2011

1. INTRODUÇÃO

Diodo Retificador

A tensão elétrica fornecida às instalações industriais, comerciais e residenciais apresenta-

se sob a forma alternada senoidal e possui frequência fixa. Alguns motivos para que este tipo de

distribuição seja mundialmente adotado são: a racionalização no dimensionamento dos

condutores das redes de transmissão e distribuição, a adequação para a transformação de níveis

de tensão com o uso de transformadores, adequação ao acionamento de motores de corrente

alternada, entre outros.

Entretanto, muitas aplicações requerem o uso de tensão na forma contínua, como os

equipamentos eletrônicos que devem ser alimentados por corrente contínua. Logo, faz-se

necessário a utilização de um dispositivo que converta um sinal de corrente alternada em

contínua, impedindo a mudança de sentido de corrente. A retificação de meia onda é feita por

meio de um diodo.

Na Figura 1 é apresentada a curva característica da corrente em função da tensão aplicada

em um diodo retificador ideal. Com a aplicação da tensão no sentido direto da polarização do

diodo, a corrente elétrica é positiva com alta intensidade; com a aplicação da tensão no sentido

inverso da polarização do diodo, a corrente elétrica é nula.

Figura 1 - Diodo Ideal

A curva apresentada na Figura 1 mostra que um retificador ideal tem resistência nula

quando a tensão é aplicada com polaridade direta e resistência infinita quando a tensão é aplicada

com a polaridade reversa.

O retificador mais utilizado e que apresenta características muito próximas do retificador

ideal é o diodo de junção p-n, que é constituído por um pedaço de material semicondutor

(geralmente silício ou germânio) dopado tipo-P e outro pedaço dopado tipo N.

Figura 2 - Representação do diodo de junção

Semicondutores

A capacidade de um átomo se combinar com outros depende do número de elétrons de

valência. A combinação só é possível quando este é menor que 8. No estado puro, cada par de

elétrons de átomos distintos poderá formar uma ligação covalente, de modo que cada átomo fica

no estado mais estável, isto é, com 8 elétrons na camada externa. O resultado é uma estrutura

cristalina homogênea. Tomar-se-á como exemplo o silício, com 4 elétrons de valência por ser o

semicondutor mais usado:

Se um elemento como o fósforo, que possui 5 elétrons de valência, for adicionado e

alguns átomos deste substituírem o silício na estrutura cristalina, 4 dos seus 5 elétrons irão se

ligar aos do silício e o excedente será liberado para o nível de condução. O cristal irá conduzir e

este material é denominado semicondutor do tipo p devido à natureza negativa dos elétrons.

Ainda, se um elemento como o boro, que possui apenas 3 elétrons de valência, for

adicionado, alguns átomos de silício irão transferir um elétron de valência para completar a falta

no átomo da dopagem, criando um buraco positivamente carregado no nível de valência e o

cristal será um semicondutor tipo p, devido à carga positiva dos portadores (lacunas). A dopagem

é mostrada na Figura 3.

Figura 3 - Silício dopado com fósforo e boro

Circuitos Retificadores

É mostrado abaixo a simbologia do diodo em circuitos e seu aspecto físico,

respectivamente. O triângulo representa o anodo e a barra vertical representa o catodo. O sentido

da seta representada pelo triângulo indica o sentido seguido pela passagem da corrente elétrica

convencional.

Figura 4 - Simbologia do diodo

Figura 5 - Aspecto físico do diodo

Um circuito simples utilizando o diodo é apresentado na figura abaixo:

Figura 6 - Circuito representativo com a presença de um diodo

Se um semicondutor tipo P é posto junto de um semicondutor tipo N, na região de

contato, denominada junção, há formação de uma barreira de potencial.

Se um potencial externo maior que o da barreira de potencial for aplicado, o potencial de

barreira será quebrado e a corrente será elevada. Diz-se então que a junção está diretamente

polarizada.

No caso da junção inversamente polarizada, o potencial de barreira será aumentado,

impedindo ainda mais a passagem de elétrons e a corrente será pequena.

Figura 7 – Gráfico I x V da polarização direta e inversa do diodo

Nota-se que, acima de um pequeno valor de polarização direta, a corrente aumenta

significativamente. A expressão matemática é:

I=I 0(e

eVkT −1)

onde,

I0: corrente de saturação.

e: carga do elétron.

k: constante de Boltzmann.

T: temperatura absoluta.

Uma representação dos sinais gerados por uma fonte de corrente alternada e os de um

circuito com diodo retificador é apresentada a seguir:

Figura 8 - Sinais gerados por uma fonte de AC (acima) e de um circuito com diodo (abaixo)

2. MATERIAL E MÉTODOS

No experimento, o qual está sendo mostrado na figura abaixo, utiliza-se um gerador de

funções, um osciloscópio, um cabo BNC, um cabo coaxial para eletrodos tipo jacaré com 2 vias,

um resistor, uma matriz de contato (protoboard) e um diodo. O objetivo desta prática

experimental é converter o sinal de corrente alternada em sinal de corrente contínua pulsativa,

com o uso do diodo. E assim observar, no osciloscópio, as formas de onda na saída (Vo) dos

circuitos retificadores de meia onda. Cabe observar que neste experimento foi dado o valor da

tensão de pico (Vp) e da frequência de onda (f). E o resistor possui resistência de 220 Ω.

Figura 9 – Procedimento experimental

Monta-se, então, o circuito retificador de ½ onda de acordo com o esquema abaixo:

Figura 10 – Diagrama do circuito retificador de 1/2 onda usado no experimento

Primeiramente, ajustou-se o valor da frequência para 200 Hz no gerador utilizando o

botão FADJ. Após ajuste no osciloscópio para melhor visualização da onda, utilizou-se o botão

AADJ do gerador para ajustar a amplitude da onda, a qual foi ajustada em Vp = 2 Vac. Quando

necessário, ajustou-se a escala vertical no osciloscópio, através do botão VOLT/DIV, para uma

melhor segurança quanto ao valor ajustado.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Com o osciloscópio calibrado, iniciou-se a montagem do circuito. Num primeiro

momento, com ajuda de um protoboard interconectou-se o resistor com o gerador, nesta primeira

etapa o experimento foi montado de tal forma que o diodo não participava do circuito. Assim,

pode ser observado que o gráfico gerado no osciloscópio se comportava de acordo com o gráfico

abaixo:

-3

-2

-1

0

1

2

3

Figura 11 - Gráfico do circuito sem a presença do diodo

Na segunda etapa, utilizando-se o protoboard, interconectou-se o resistor, o gerador e o

diodo. O diodo então retificou a corrente em meia onda, onde só os semiciclos positivos foram

aproveitados e transformados em uma corrente contínua pulsativa, como pode ser observado no

gráfico a seguir:

0

1

2

Figura 12 - Gráfico do circuito com a presença do diodo

A partir do gráfico da figura 4 pode ser observado que o valor de pico decresceu para

aproximadamente 1 Vdc. Isto ocorreu porque parte da voltagem foi usada para ultrapassar a

barreira de potencial do diodo.

Por definição temos que o valor médio V de uma tensão alternada v(t) é:

V= 1T∫0

T

v ( t ) dt

Para um sinal senoidal, temos:

v (t )=V p sen (2 π ft )=V p sen (ωt )

Integrando separadamente os semiciclos positivo e negativo e mudando a variável de

integração para 𝜔t de modo que o período seja T = 2𝜋, temos:

V= 1T

¿

V= 12 π

¿

V= 12 π

[V p(−cosπ+cos 0)]= 12 π

[V p .2]

V=V p

π

Logo, sabendo que o valor de pico da nova onda retificada equivale a 1 Vdc, temos que o valor médio é:

V= 1π

V ≈ 0,318 V

Em outras palavras, 0,318 V é o valor de tensão contínuo resultante dos valores pulsantes no meio ciclo obtido.

4. BIBLIOGRAFIA

ALBUQUERQUE, Rômulo. Análise de Circuitos em Corrente Alternada; Ed. Erica, São

Paulo, 1989.

BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos; Ed.

Prentice-Hall do Brasil- PHB, Rio de Janeiro, 1994.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Circuito_retificador, acessado em 10 de abril de 2011.

http://www.ee.pucrs.br/~terroso/AULA2.PDF, acessado em 10 de abril de 2011.

http://www.eletronica24h.com.br/cursoeletronica/cursoEN1/aulas/Aula003.htm, acessado

em 10 de abril de 2011.

O'MALLEY, John. Análise de Circuitos; Ed. Mc Graw Hill, São Paulo, 1993.