Laboratorio de Electrónica I – Instructor: Fernando Fonseca Practica #1: Diodos de Juntura Sección 1100: German Salgado, 20171032313, [email protected], Isaac Ramos, 20171032946, [email protected]. Sección 1300: Francia García, 20181032337, [email protected], Ike Escober, 20261001038, [email protected]. Sección 1500: José Cedillo, 20153000112, 2) Medir la tensión y la corriente del diodo con polarización inversa. 3) Trazar la curva característica de un diodo. Resumen— Mediante la experimentación se puede aprender el funcionamiento de muchos componentes, en este caso aprendemos sobre el funcionamiento de los diodos de juntura, en este caso el diodo de silicio, como este funciona al aplicarles corriente ya sea por su lado positivo (Ánodo), o por su lado negativo (cátodo) y como el sentido en el que se le aplique la corriente afecta en el funcionamiento de este. Palabras Clave— Ánodo, Corriente de polarización directa, corriente de polarización inversa, Diodo de juntura, Diodo de silicio, Diodo rectificador, Resistencia dinámica, Semiconductor. I. INTRODUCIÓN l diodo de juntura es un componente muy comúnmente usado hoy en día más específicamente en la rama de la electrónica, ya que este componente tiene un amplio rango de aplicaciones como ser rectificadores de señales de onda, limitadores, estabilizadores, duplicadores de tensión entre otros gracias a todas estas aplicaciones hoy en día la mayoría o no decir todos los dispositivos electrónicos cuentan con este componente, ya que estos al aplicarle tensión por uno de sus lados (ánodo) permite que fluya la corriente eléctrica, mientras que si se le aplica por otro (cátodo) este no permite que fluya la corriente dando así una gran utilidad. Aunque el diodo semiconductor de estado sólido se popularizó antes del diodo termoiónico, ambos se desarrollaron al mismo tiempo, mediante la experimentación Frederick Guthrie descubrió como trabajan los diodos térmicos, gracias a que los electroscopios cargados positivamente se descargaban cerca de una pieza de metal, en cambio los cargados negativamente no lo hacían, paralelamente Thomas Edison en su experimentación con la bombilla se dio cuenta que los filamentos de carbón se quemaba al final del terminal positivo, pero esto solo ocurría cuando esta estaba conectada positivamente, estos dos descubrimientos son los que dieron paso a la investigación y el desarrollo de los ya conocidos diodos. II. OBJETIVOS 1) Medir la tensión y la corriente del diodo con polarización directa Ingeniería Eléctrica Industrial - UNAH 4) Determinar la resistencia dinámica del diodo. 5) Determinar el modelo del diodo polarizado inversamente III. MARCO TEÓRICO A. Diodo Rectificador Un diodo es un dispositivo electrónico compuesto por dos regiones de material semiconductor que forman una unión PN. En una unión PN diremos que está en polarización directa cuando el potencial en el lado P es más positivo que en el lado N; y diremos que está en polarización inversa, si es, al contrario. Permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido, bloqueando el paso si la corriente circula en sentido contrario, no solo sirve para la circulación de corriente eléctrica, sino que este la controla y resiste. Fig 1: Curva característica del Diodo para diferentes materiales La curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de Laboratorio de Electrónica I – Instructor: Kevin Quintana 2 suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. el conductor dentro del cual se desplazan hasta llegar a la batería. B. Polarización directa de un Diodo El polo negativo de la batería cede electrones libres a los átomos trivalentes de la zona p. Recordemos que estos átomos sólo tienen 3 electrones de valencia, con lo que una vez que han formado los enlaces covalentes con los átomos de silicio, tienen solamente 7 electrones de valencia, siendo el electrón que falta el denominado hueco. - Fig 2: Unión p-n polarizada en directa. Para que un diodo esté polarizado directamente, se debe conectar el polo positivo de la batería al ánodo del diodo y el polo negativo al cátodo. En estas condiciones podemos observar que: - El polo negativo de la batería repele los electrones libres del cristal n, con lo que estos electrones se dirigen hacia la unión p-n. - El polo positivo de la batería atrae a los electrones de valencia del cristal p, esto es equivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unión p-n. - Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batería es mayor que la diferencia de potencial en lazona de carga espacial, los electrones libres del cristal n, adquieren la energía suficiente para saltar a los huecos del cristal p, los cuales previamente se han desplazado hacia la unión p-n. IV. MATERIALES Y EQUIPO - Placa de desarrollo NI-ELVIS 1 osciloscopio de dos canales. 1 diodo 1n4007 1 resistencia 47 Ohms. Software Multisim. V. PROCEDIMIENTO A. Polarización directa C. Polarización Inversa de un Diodo Fig 3: Unión p-n polarizada en inversa. En este caso, el polo negativo de la batería se conecta a la zona p y el polo positivo a la zona n, lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y la tensión en dicha zona hasta que se alcanza el valor de la tensión de la batería, tal y como se explica a continuación: - El polo positivo de la batería atrae a los electrones libres de la zona n, los cuales salen del cristal n y se introducen en Ingeniería Eléctrica Industrial - UNAH 1. Construya el circuito que contenga el diodo D1. Conecte el miliamperímetro como se indica en la fig. 4. 2. Conecte al circuito el canal 1 del osciloscopio como se indica en la fig.4 para medir la tensión directa del diodo. Ponga la sensibilidad en 0.1 voltios/división para empezar. Coloque el trazo horizontal en la línea de más debajo de la pantalla. Laboratorio de Electrónica I – Instructor: Kevin Quintana 3 9. Se arma el siguiente circuito Fig. 4. Polarización directa Fig. 6. Circuito para polarización inversa 3. Encienda los equipos y ejecute el procedimiento de inicialización que le indico su instructor. 4. Ajuste la fuente PS-1 para que la tensión directa sobre el diodo sea de 0.1 voltios. 10. Se ajusta la tensión a cero, girando el potenciómetro PS en la fuente del computador base. 5. Incremente el índice de experimentos a 2, tecleando una sola vez “*”. Mida la corriente. 6. Repita los pasos 5 y 6 para los valores en la Tabla I. 11. Medimos la corriente del circuito a las tensiones indicadas en la TABLA II y anotamos los valores. Los valores de tensión se obtienen ajustando el potenciómetro PS-2. VD (V) ID (mA) 7. 0 0 TABLA I: CORRIENTE ID Y TENSION ID DEL NODO 0.1 0.2 0.3 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0 0.007 0.078 0.361 0.36 0.686 0.69 1.259 1.261 1.907 1.91 TABLA II: CORRIENTE INVERSA VI (V) Iinv(μA) 0 0 -1 0 -5 0.3 -10 -0.1 Dibuje el grafico de la corriente directa ID (en el eje vertical) en función de la tensión directa ID (en el eje horizontal) en el espacio que se muestra en la fig.5 VI. SIMULACIONES 12. Construimos el siguiente circuito en el simulador MULTISIM y con la siguiente configuración Fig. 5. Características V-I del diodo 8. Calcule la resistencia dinámica en los puntos VD = 0.5V y VD = 0.65V, usando el grafico y la ecuación de resistencia dinámica 𝑅𝐷 = Δ𝑉/Δ𝐼 𝑅𝐷 = (0.65 − 0.5)𝑉 = 0.261 𝑘Ω = 261 Ω (1.261 − 0.686)𝑚𝐴 B. Polarización Inversa Ingeniería Eléctrica Industrial - UNAH Laboratorio de Electrónica I – Instructor: Kevin Quintana 4 Fig.7. Polarización directa de un diodo con fuente interactiva 13. Tomamos lectura del valor de la corriente en la malla y del voltaje del diodo, sea con el multímetro o puntas de prueba y anotamos los datos en la TABLA III. TABLA III: TENSION VD Y CORRIENTE ID EN POLARIZACION DIRECTA VD (V) V1 (V) ID (mA) 0 0 0 0.1 0.099 1.88E-04 VD (V) V1 (V) ID (mA) 0.5 0.41 0.089 0.55 0.429 0.13 0.2 0.198 0.0015 0.6 0.44 0.159 0.3 0.291 0.0087 0.65 0.449 0.19 0.4 0.363 0.036 0.7 0.461 0.238 0.45 0.385 0.054 0.75 0.468 0.271 Fig.11: Polarización directa de un diodo con fuente interactiva 16. Tomamos la lectura del valor de la corriente en la malla TABLA IV: TENSIÓN (VD) Y CORRIENTE (ID) EN POLARIZACIÓN DIRECTA 17. Graficamos los datos obtenidos 14. Graficamos los datos obtenidos Fig.12: Curva característica del diodo en polarización inversa. VII. ANÁLISIS DE RESULTADOS Fig.8: Curva característica del diodo en polarización directa 15. Construimos el siguiente circuito en MULTISIM Ingeniería Eléctrica Industrial - UNAH Según las mediciones obtenidas en polarización directa, tanto manual como en la simulación, se aprecia que la corriente crece considerablemente a partir de valores cercanos a 0.7 V. Por lo Laboratorio de Electrónica I – Instructor: Kevin Quintana 5 tanto, esto nos dice que el diodo en el que se hicieron las pruebas y las simulaciones era un diodo de silicio. unidireccional es esencial para muchas aplicaciones en electrónica. El modelo teórico que mejor se aproxima seria el modelo del diodo simplificado. - Isaac Ramos En la prueba de polarización inversa se aprecia que los valores de corrientes son muy bajos, esto en concordancia con el modelo teórico del diodo sobre el material p y n. REFERENCIAS VIII. CUESTIONARIO Esta sección es opcional y dependerá de lo que el instructor desee evaluar en la práctica del laboratorio. Todas las preguntas del cuestionario deben ir tener el siguiente formato: 1) ¿Pregunta número uno? La respuesta debe de tener el estilo de letra normal. Los párrafos siempre deben tener sangría de primera línea. IX. CONCLUSIONES 1. Los diodos de juntura son dispositivos fundamentales en la electrónica y tienen características únicas que deben tenerse en cuenta en el diseño de los circuitos. La comprensión de estas características es fundamental para el correcto funcionamiento de los dispositivos y para la selección adecuada del diodo para la aplicación específica. - 2. German Salgado Los diodos de juntura tienen muchas aplicaciones en electrónica y son componentes esenciales en la construcción de circuitos. Algunas de las aplicaciones más comunes incluyen la rectificación de corriente, la protección contra sobretensiones y la detección de señales. - 3. Francis Garcia Los diodos de juntura tienen un tiempo de respuesta, que es el tiempo que tardan en cambiar de estado cuando se aplica un cambio en la polaridad de la tensión. Este tiempo de respuesta debe ser considerado en el diseño del circuito para evitar problemas de rendimiento. - 4. Los diodos de juntura tienen una capacidad de corriente máxima, que no debe ser superada para evitar daños en el dispositivo. Esta capacidad de corriente depende del tamaño y diseño del diodo. - 5. José Cedillo Ike Escobar Los diodos de juntura son dispositivos electrónicos fundamentales que se utilizan para controlar el flujo de corriente eléctrica en circuitos. Su comportamiento Ingeniería Eléctrica Industrial - UNAH [1] BOYLESTAD, R. L. (2013). ELECTRONICA: TEORIA DE CIRCUITOS Y DISPOSITIVOS ELECTRONICOS. PEARSON EDUCACIÓN SCHILLING, D., & BELOVE, C. (2010). ELECTRÓNICA: CIRCUITOS, DISPOSITIVOS Y APLICACIONES. MCGRAW HILL. [2]