FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRICA CIRCUITOS ELECTRÓNICOS ASESOR: ING. ÉDGAR DEL ÁGUILA VELA INTEGRANTES: TUMIALAN MEDINA RAUL GALOIS VALVERDE ORTEGA RAUL OMAR VILCHEZ JUAREZ ELVIS TINCO PACHAS CALEB SEMESTRE ACADÉMICO: 2018-B SECCIÓN: 90G RESPUESTA DINÁMICA DEL DIODO I. OBJETIVO GENERAL Al analizar el experimento el estudiante estará en la capacidad de describir en términos de sus características eléctricas el funcionamiento de los diodos de silicio, germanio, diodos Zener y los diodos emisores de luz (LEDs). Estará también capacitado para establecer las diferencias entre ellos II. OBJETIVO ESPECÍFICO 2.1.- Utilizar el método experimental mediante un ORC para obtener la curva característica de los diodos en forma dinámica. III. CUESTIONARIO PREVIO 1. ¿En varios laboratorios del presente curso deberán aislarse las tierras entre generadores/fuentes y el osciloscopio. Investigue porqué este aislamiento es necesario. En los aparatos electrónicos que lleven una fuente de alimentación provista de un transformador (bien sea un transformador convencional, o el de una fuente de alimentación conmutada) que establece un aislamiento galvánico entre primario y secundario, las tensiones de salida de las mismas, junto con el cuerpo metálico del aparato se conectan a tierra. Los osciloscopios están aislados galvánicamente de la red, por lo cual el punto cero de las alimentaciones internas debe conectarse a masa, y ésta a tierra. Se evita con ello que el osciloscopio pueda captar tensiones que interfieran con las que se quiere observar o medir. No obstante, si se va a trabajar con dispositivos no aislados de la red (primario de fuentes conmutadas, reguladores de fase, o cualquier aparato sin transformador), la masa del osciloscopio debe dejarse sin conectar a tierra, es decir flotante. De lo contrario el cuerpo o la entrada de blindaje de la entrada del osciloscopio puede establecer un contacto a tierra de un polo de la red, que haga saltar los interruptores diferenciales, y quizá fundir algún fusible interno o peor, destruir algún semiconductor delicado. En estas condiciones se debe evitar entrar en contacto personal con la masa del osciloscopio, que puede quedar a una tensión elevada y/o peligrosa. Además, los oscilogramas observados pueden resultar falsos por la falta de referencia a cero tensión (tierra). 2. Investigue el comportamiento de un diodo ideal y real, y el funcionamiento de un diodo de unión pn, y el origen de las curvas de los últimos. ¿Qué significa que un diodo este polarizado en forma directa o en inversa con FA en CA? El diodo ideal es un componente electrónico discreto que permite la circulación de corriente entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la bloquea en el sentido contrario. En la Figura 1 se muestran el símbolo y la curva característica tensión-intensidad del funcionamiento del diodo ideal. El sentido permitido para la corriente es de ánodo (a) a cátodo (k). Presenta resistencia nula al paso de la corriente en un determinado sentido, y resistencia infinita en el sentido opuesto. La punta de la flecha del símbolo de la figura 1 indica el sentido permitido de la corriente. Mientras que en los circuitos de la figura 2 se ejemplifica el funcionamiento de un diodo ideal. DIODO DE UNIÓN PN L a unión PN de un diodo está conformada por dos zonas, la zona P, caracterizada por un exceso de huecos, que se obtiene introduciendo átomos del grupo III en la red cristalina (por ejemplo, boro) y la zona N, caracterizada por un exceso de electrones, procedentes de átomos del grupo V (fósforo) En ambos casos se tienen también portadores de signo contrario (portadores minoritarios), aunque en una concentración varios órdenes de magnitud inferior que la de los portadores mayoritarios. Dado que en cada zona la carga total es neutra, por cada electrón hay un Ion positivo, y por cada hueco un Ion negativo, no existen distribuciones de carga neta ni campos eléctricos internos. Al crear dos zonas de diferente concentración de portadores, entra en juego el mecanismo de la difusión que tiende a llevar partículas de donde hay más a donde hay menos. El efecto es que los electrones y los huecos cercanos a la unión de las dos zonas la cruzan y se instalan en la zona contraria, es decir que electrones de la zona N pasan a la zona P y huecos de la zona P pasan a la zona N. Este movimiento de portadores de carga tiene como efecto que a ambos lados de la unión se va creando una zona de carga, que es positiva en la zona N y negativa en la zona P tal como se muestra en la figura. La distribución de cargas formada en la región de la unión provoca un campo eléctrico desde la zona N a la zona P. El campo eléctrico se opone al movimiento de portadores según la difusión, y va creciendo conforme pasan más cargas a la zona opuesta, hasta que la fuerza de la difusión y la del campo eléctrico se equilibran y cesa el traslado de portadores. Anteriormente, se trató el comportamiento de un diodo en Corriente Directa (CD), la cual comúnmente es obtenida de baterías, fluye en un solo sentido del polo positivo (+), al negativo (-). Por tanto, el diodo siempre estaba en una de las 2 polarizaciones, directa o inversa. En el caso de la Corriente Alterna (CA), “la que se obtiene de los tomacorrientes caseros”, la corriente fluye en ambos sentidos, “va y viene”, un semiciclo polariza al diodo en directa y al siguiente en inversa. La corriente alterna en sí no tiene polaridad como en una batería, pero para hacerlo más fácil de comprender, llamaremos positivo (+) al semiciclo que polariza en directa al diodo, y negativo (-) al que lo polariza en inversa. 3. Busque los datos del fabricante de los diodos empleados en este experimento. 4. Investigue como funciona un multímetro digital en su escala de medición de diodos. A los diodos se les chequea la resistencia inversa y la directa. En los multímetros que no tienen función específica de medición de diodos, se usan las escalas de resistencias para medir la resistencia directa, la cual debe ser baja, y la inversa la cual debe ser muy alta. En algunos casos en más conveniente medir la resistencia inversa con la escala de conductancia. Para hacer la medición de resistencia directa, se colocan la punta de prueba (+) sobre el terminal positivo (ánodo) del diodo, y la negativa sobre el terminal negativo (cátodo). Para la medición de resistencia inversa, se invierte el diodo. Si el diodo está abierto, no presentará resistencia baja en ningún sentido de conexión. Si el diodo está en corto, en ambos sentidos presentará una resistencia baja, generalmente más baja que la de un diodo en buenas condiciones. Si tiene función de DIODO, en la escala específica de diodo, el multímetro inyecta al diodo una corriente de algunos MiliAmpers, de modo que si polarizamos al diodo en forma directa con las puntas de prueba, la pantalla indicara la tensión directa de la juntura, que para diodos de silicio está en el orden de 0,5 a 0,8 Volts DC. Si se lo polariza en forma inversa, con esta configuración, la pantalla indicara sobre rango, o sea que la tensión es más alta de lo que puede medir en esa escala. Si el diodo esta defectuoso, al indicar igual valor de tensión en ambos sentidos indica que el diodo está en corto, y si indica en ambos sentidos sobre rango, implica que el diodo está abierto. 5. Simule utilizando el workbench el circuito de la figura. 6. ¿Qué funciones desempeña la Rd (Resistencia dinámica) en el circuito de la figura? 7. ¿Qué representan los canales X y Y del osciloscopio en relación con las curvas características del diodo? ¿Por qué los dos canales del osciloscopio deben estar en CD, y el canal Y (canal 2) debe estar invertido en las mediciones del punto 4 del procedimiento? IV. MATERIALES Y EQUIPO 1 generador de funciones o una FA de CA. 1 osciloscopio de rayos catódicos ORC. 1 multímetro digital y/o analógico. 1 juego cable telefónico. 1 protoboard. 1 resistencia de 1kΩ. 1 diodo de silicio (1N4001, ECG116) u otro. 1 diodo de germanio (ECG109) u otro. 1 LED rojo, verde o amarillo (verifique que no tenga resistencia en serie) 1 diodo Zener de 3V o de 2,7V o de 6V. V. PROCEDIMIENTO 1. Mida el valor real de la resistencia R utilizada en el circuito de la figura I. 2. Compruebe el estado de los diodos empleando el multímetro digital. Conecte el terminal positivo del ohmímetro al ánodo del diodo y el terminal negativo al cátodo. A esto se le denomina polarización directa. Tabla 1. Invierta ahora las conexiones antes descritas. A esto se le denomina polarización inversa. Mida y complete la Tabla 1. TABLA 1: Prueba de diodos, CONDUCE/ NO CONDUCE Prueba Polarización directa Si Ge LED Zener Polarización indirecta 3. Implementar el circuito de la Figura I con el diodo de Silicio. Ajuste el valor de la tensión E. 4. Monte el circuito de la Figura 1 utilizando el diodo de silicio. X y Y representan los canales del osciloscopio. Precaución: Aisle las tierras del osciloscopio y del generador de funciones utilizando para ello el enchufe aislador. Mediante una medicion de resistencia (con ohmímetro digital) con rme que la referencia (GND) del osciloscopio se encuentra aislada eléctricamente con la referencia del generador. Utilice el modo de trazo X – Y del osciloscopio. Los dos canales del osciloscopio deben estar en CD, y el canal Y (canal2) debe estar invertido. Grafique la curva característica del diodo en las hojas para oscilogramas(o use los datos en Excel). Verifique que los datos medidos en el punto 3 del procedimiento corresponden con la curva característica. 5. Repita el paso anterior con el diodo de germanio, el diodo Zener y el LED. VI. EVALUACIÓN 1.- Explique las diferencias y similitudes en las curvas características de los diodos de silicio y de germanio 2.- Como se puede explicar la operación del diodo en el I y III cuadrante? 3.- Investigue que es la resistencia dinámica Rd de un diodo. ¿Cómo se puede calcular? Cuando en un diodo se le superpone a la continua una pequeña señal (o sea una señal alterna), aparece para dicha señal una resistencia que depende del punto Q de funcionamiento. El valor de dicha resistencia se la denomina resistencia dinámica del diodo. Y como en el caso de la resistencia estática, se la puede calcular de dos formas, una gráfica y otra analítica. La resistencia dinámica posee dos componentes, una el valor de resistencia que presenta la juntura PN (llamado ru), y otro es el valor de la resistencia óhmica del cuerpo del diodo (llamada rb). O sea la resistencia dinámica es: rd=ru+rb Para valores chicos de corriente de polarización (o sea la corriente continua), predomina ru (ru>>rb), y para valores grandes de corriente predomina rb (rb>>ru). Gráficamente la resistencia dinámica representa la pendiente de la recta que pasa por el punto Q. La resistencia dinámica se calcula como: rd x y O sea la variación de la tensión dividido la variación de la corriente. Se observa que para valores grandes de corriente Ay>>Ax con lo cual el valor de resistencia es chico, y para valores chicos de corriente pasa lo contrario Ax>>Ay con lo cual el valor de resistencia es grande. 4.- Utilizando los resultados de los puntos 4 y 5 calcule la resistencia Rd. TABLA 2: Valores de Resistencia Dinámica Diodo SILICIO ZENER GERMANIO LED Re ( Ω ) 4.74 10.626 4.998 5.47 5.- Investigue que es la resistencia dinamica Rd de un diodo y como se calcula. 6.- Calcule el valor de la resistencia dinámica Rd para el valor de corriente eficaz existente 7.- ¿Cómo afecta la temperatura externa en el funcionamiento de los diodos? ¿Cómo se desplaza la curva característica de un diodo ante un cambio de temperatura? Como cualquier otro dispositivo semiconductor, las células solares son sensibles a la temperatura. Los aumentos de temperatura reducen la banda prohibida de un semiconductor, afectando de este modo la mayor parte de los parámetros del material semiconductor. La disminución en la banda prohibida de un semiconductor con el aumento de temperatura puede ser visto como el aumento de la energía de los electrones en el material. Por lo tanto, es necesaria una energía más baja para romper el enlace. En el modelo de enlaces de la banda prohibida en un semiconductor, la reducción en la energía de enlace también reduce la banda prohibida. Por lo tanto, el aumento de la temperatura reduce la banda prohibida. En una célula solar, el parámetro más afectado por un aumento de la temperatura es el voltaje de circuito abierto. El impacto del aumento de la temperatura se muestra en la siguiente figura. VII. BIBLIOGRAFÍA https://www.ucursos.cl/usuario/eef4f7f3bea7fe2db968f53d14e57e26/mi_blog/r/2_Clase_6_Diodos.pdf http://www.famaf.proed.unc.edu.ar/pluginfile.php/13174/mod_resource/content/1/tester3.p df http://roble.pntic.mec.es/jlop0164/archivos/diodo.pdf https://www.pveducation.org/es/fotovoltaica/efecto-de-la-temperatura
