Informe 3 Curva Del Diodo o1n3j

Práctica N°3 - Curva caracteristica del diodo. Adrián Gómez [email protected]

Luis Tipan. Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Politécnica Salesiana Quito-Ecuador

Universidad Politécnica Salesiana Quito-Ecuador Abstract— En la presente práctica estudiaremos el comportamiento de los diodos llevándolos de una estructura teórica a la práctica, procederemos a analizar el comportamientos de estos con diferentes clases de circuitos para poder construir las ventajas y aplicaciones que puede beneficiar a la hora de trabajar en diferentes modelos de circuitos y principalmente los diodos, para esto se utilizaran técnicas algebraicas para solucionar los problemas y así comparar los resultados teóricos y prácticos. Utilizando diferentes tipos de herramientas tales como (resistencias, diodos, generador de señales, fuente DC, osciloscopio, Protoboards etc.) así evaluaremos las respuestas de estos mismos. Keywords— protoboard, señal, onda, amplitud, frecuencia, generador de funciones, osciloscopio. I.

INTRODUCCIÓN

E

L diodo está formado básicamente por una juntura de semiconductores extrínsecos N (electrones como portadores mayoritarios) y P (huecos como portadores mayoritarios). La característica de esta juntura es dejar pasar corriente en un solo sentido (al sobrepasar su tensión umbral) y oponerse al paso en sentido inverso. Debemos recordar que existen dos formas de polarizar del diodo, las cuales son en Directa y en Inversa. La polarización directa se da cuando el positivo de la fuente se conecta con la zona P (ánodo) del diodo, y la parte negativa de la fuente a la zona N (cátodo). Si la tensión aplicada desde la fuente al diodo superara la tensión de umbral (aproximadamente 0,7 V para el Si y 0,3 V para el Ge) el diodo procederá a conducir la corriente eléctrica. Mientras que la polarización inversa se da cuando el positivo de la fuente se conecta con la zona N (cátodo) del diodo, y la parte negativa de la fuente a la zona P ánodo. En esta polarización el diodo no conducirá corriente eléctrica y funcionara como circuito abierto.

Realizar el estudio de la juntura N-P y obtener la curva característica del diodo

Objetivos específicos. - Armar y probar filtros pasa bajos y pasa altos tipo RC. - Determinar que es la frecuencia de corte y como se la puede controlar.

III. MARCO TEÓRICO. 3.1 Diodo El diodo es un dispositivo semiconductor compuesto por una unión P-N, es un material extrínseco que adquiere propiedades especificas dependiendo del dopado o las impurezas que han sido cargadas a un configuración molecular, en la parte práctica es utilizado en el área de la electricidad con el objetivo de modificar diferentes señales de voltaje, regular el voltaje, emitir luz y muchas otras aplicaciones que no se abarcan en este informe. El diodo que se utilizará es el “rectificador” este tiene una curva característica como la que muestra en la siguiente imagen:

Ilustración 1 Representación de la curva característica de un diodo.

Los parámetros característicos visualizados en el gráfico son:

II. OBJETIVOS. Objetivo general.



La tensión de ruptura a la cual se verifica el efecto avalancha; en correspondencia de dicha tensión se tiene un rápido incremento de la corriente que, si no

se limita correctamente, provoca la destrucción del diodo; 

La tensión de umbral Vu, en la cual el diodo comienza a conducir considerablemente; para los valores de tensión de polarización directa superiores a éste, la corriente crece rápidamente.

En la polarización directa, la corriente puede expresarse mediante la ecuación:

𝐼 = 𝐼𝑠 ∗

𝑉𝑜 𝜂∗𝑉 (𝑒 𝑇

− 1)

Donde

Representa

Is

Corriente saturación 𝜼

inversa

o

Factor de idealidad igual a1

VT

Potencial equivalente de Temperatura en grados Kelvin

Vo

Voltaje

𝑽𝑻 =

Ilustración 2 Simbolo y representación de un diodo

3.2. RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA Se ha visto que un diodo conduce sólo si se polariza directamente; por lo tanto, alimentando un diodo con tensión alterna, es fácil verificar que sólo la media onda positiva provocará en el circuito una circulación de corriente, dado que la componente negativa se cortará. El circuito más sencillo que utiliza el diodo como rectificador se muestra en la siguiente imagen:

𝑲∗𝑻 𝒒

Donde

Representa

K

Constante Boltzman= 1.38*10-23 J/K

T

Temperatura absoluta en ᵒk

Q

Magnitud de la carga del electrón 1,6*10-19C

de

Ilustración 3 Muestra de símbolo del diodo

En nuestra primera ecuación se observa que la corriente que circula a través de un diodo es función no sólo de la tensión de alimentación, sino también dela temperatura. Al diodo se lo representa de las siguientes maneras:

Ilustración 4 a) Diodo en polarización directa b) Ondas de la forma de polarización directa

La corriente circula por el circuito durante medio período (duración de una media onda) y produce en los extremos de la resistencia de carga una media onda positiva de tensión.

IV. MARCO PROCIDIMENTAL. 4.1 Circuito con polaridad directa Se procede a armar el circuito en polarización directa a nuestro diodo de tipo 1N4007 y una resistencia de 1kΩ

Ilustración 8 Circuito de polarización indirecta

4.3 Precederemos a armar el circuito de la ilustración 9 y comprobaremos en la cual estará conectada a una fuente de corriente

Ilustración 5 Circuito a implementar en laboratorio con polarización directa

Ilustración 9 Circuito en polarizacion directa con una fuente alterna

Mediante este circuito podemos observar en nuestro osciloscopio la caída de potencial existente en la resistencia como eje vertical y la caída de potencial en todo el circuito.

Ilustración 6 Polarización Directa de nuestro circuito

El lagarto rojo de la izquierda proviene del nuestra fuente que está limitada a 1A, que ingresara a nuestro diodo por el ánodo mientras que la salida de su ánodo será hacia nuestra resistencia y su otra terminal será conectada directamente a la fuente en su polaridad negativa. Procedemos a tomar los valores que nos solicita en nuestra tabla tanto los voltajes en nuestra resistencia, en nuestro diodo y la corriente que circula por el circuito.[Anexo 1]

Ilustración 10 Gráfica obtenida en el osciloscopio de la curva característica del diodo

4.2 Circuito con polaridad indirecta Se procede a realizar el circuito de polarización indirecta y se toma los valores que se solicita en nuestra tabla. [Anexo2]

V. ANÁLISIS Y RESULTADOS 

Ilustración 7 Circuito en polarización indirecta



Mediante la primera gráfica podemos observar que es semejante nuestra curva obtenida con la indicada en el data-sheet de nuestro diodo, mientras que en el segundo grafico obtenemos una recta debido a que en nuestro circuito está actuando el diodo como una compuerta abierta lo cual no permite obtener un voltaje en nuestra resistencia y por último en nuestra tercera grafica observamos que se cumple la curva característica del diodo. Con los dos primeros circuitos realizados se proceden a tomar los valores obtenidos en cada uno

de nuestros requerimientos en las diferentes tablas correspondientes, posteriormente se procede a realizar un cálculo de error los cuales se adjuntan en el anexo 3

VI. REGISTRO DE RESULTADOS

-

ANEXOS, ANEXO ERRORES Y HOJA DE DATOS

VII. CONCLUSIONES. Fabricio Ortiz - Al realizar la medición de la corriente que circulaba a través del diodo y la tensión que caía en él, observando que luego de pasar la tensión de umbral (aproximadamente 0,7 en el Si) el diodo comenzó a conducir mucha corriente, formando una curva exponencial en la gráfica. Esta representación corresponde con la curva característica del diodo estudiada en las clases teóricas. - Se realizó la medición de la corriente que circulaba a través del diodo, pero al estar conectado en inversa, se observó linealidad entre la tensión de la fuente de corriente continua y la corriente que circulaba por el circuito; deduciendo luego que esta linealidad se debe a que la corriente medida por el multímetro se debe a que, el multímetro que mide la tensión del diodo oficia de puente entre los extremos del diodo por lo que la corriente medida es la corriente que circula por la resistencia interna del multímetro. Hernán Toapanta. -

-

A partir del análisis de gráficas y datos suministrados por el osciloscopio y el multímetro, se puede ver claramente que la función del diodo es la de permitir el paso de la corriente en una dirección determinado, de ahí por qué se ve una limitación en uno de los topes de la señal de respuesta, y podemos ver una diferencia característica entre los diodos De esta experiencia podemos concluir que los diodos tienen tres estados de funcionamiento: en polarización directa (en donde el diodo conduce una corriente manejada porque circuito pero a la vez limitada por la fabricación del mismo), polarización inversa (es todo lo contrario a la directa, no conduce corriente, por lo tanto se comporta como circuito abierto) y momento de ruptura (aquí el diodo se comporta por regulador, es decir, tiene un voltaje de ruptura el cual permanece casi constante al variar la corriente), y en cada uno de ellos tiene aplicaciones a al ámbito de la electrónica y esto depende en cómo podemos moldear las condiciones para que la utilidad sea la deseada.

Adrián Gómez -

En el instante que se verificaba el voltaje aplicado desde la fuente hacia el circuito, se sabe que las sumas algebraicas de las tensiones en cada

elemento son igual a la tensión de la fuente. En este caso se cumplió la ley de Kirchhoff (LTK), donde el voltaje del diodo más el voltaje en la resistencia son iguales al de la fuente, con un error ligeramente bajo si se toma en cuenta que se trabajó en voltajes y corrientes pequeñas. En la segunda tabla tenemos en I(A) un dato en la corriente igual a 0.2µA. Nos encontramos en una posición donde el cátodo es más positivo que el ánodo, por lo tanto, el circuito es abierto y se supone que no existe circulación de corriente. El fenómeno que produce que exista corriente en este caso es llamado “remanencia magnética” y es un magnetismo residual, debido a la presencia constante de electricidad en el lab y los elementos del circuito, es posible afirmar que este valor se debe a este fenómeno.

VII REFERENCIAS [1] [2] [3] [4]

L. Tipan, “Filtros Pasivos,” 2017, Quito, pp. 1–53, 18-Oct-2017. F. Gonzales, “Respuesta en Frecuencia,” 2007, p. 76, 2017. U. P. Salesiana, “Filtros Pasivos,” Quito, 2017. W. Caiza, “Folleto de Métodos Numericos,” Fac. Ing. Electrónica, pp. 5–6, 2015.

ANEXOS.