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Curvas características I–V

Currículos: GCSE (I–V characteristics), 2de, Sek I, A-level, IB B.5

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Objetivo

Medir as curvas características corrente–tensão de um resistor, de uma lâmpada de filamento e de um diodo e comparar as suas formas.

A montagem

Uma única fonte de 3 V alimenta três ramos pelos barramentos “+” (à esquerda) e “−” (à direita); em cada ramo há um amperímetro e um voltímetro nos terminais do componente. Em cima há um resistor de 100 Ω, no meio uma lâmpada de 6 V / 3 W, embaixo um diodo com um resistor de proteção de 100 Ω.

Procedimento

  1. Varie a tensão da fonte de 0 a 6 V em passos de 1 V.
  2. A cada passo, anote os pares “tensão — corrente” dos três componentes.
  3. Trace três gráficos \(I(U)\).
  4. Inverta o diodo: troque entre si os plugues dos dois cabos nos seus terminais — anodo e catodo — e repita as medições.
Resultado esperado

Com 3 V: o resistor — cerca de 2,78 V e 28 mA; a lâmpada — cerca de 2,74 V e 314 mA; o diodo — cerca de 0,61 V e 22 mA (um diodo de silício real tem um pouco mais com essa corrente, cerca de 0,7 V). O gráfico do resistor é uma reta. O gráfico da lâmpada se encurva: o filamento esquenta e a sua resistência aumenta — cerca de 12 Ω com 6 V. O diodo quase não conduz abaixo de 0,5 V; acima disso a corrente sobe bruscamente, enquanto a tensão nele fica em cerca de 0,6–0,7 V. Com o diodo invertido, a corrente no diodo é zero.

Questões

  1. Por que a resistência da lâmpada aumenta com a tensão?
  2. Por que um resistor é ligado em série com o diodo?
Respostas
  1. A corrente aquece o filamento, e a resistência do tungstênio cresce com a temperatura: quanto maior a tensão, mais quente o filamento. Com 3 V a lâmpada tem 2,74 V / 314 mA ≈ 8,7 Ω, com 6 V cerca de 12 Ω, e um filamento frio tem só cerca de um quinze avos da resistência que tem com brilho total.
  2. Acima de cerca de 0,6 V a corrente no diodo sobe de forma muito íngreme, e o próprio diodo quase não a limita. O resistor de 100 Ω fica com o resto da tensão e define a corrente, cerca de 22 mA com 3 V; sem ele, só a resistência interna de 0,5 Ω da fonte, o amperímetro e os cabos limitariam a corrente, que chegaria a ampères e destruiria um diodo real.