Práctica de Laboratorio: Diodos de Juntura en Electrónica

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
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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.
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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
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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
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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
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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]