Laboratorio de Electrónica I – Instructor: Kevin Quintana Practica #1: Diodos de Juntura Sección 1000: Integrante - #cta correo institucional, Integrante - #cta correo institucional, Sección 1500: Integrante - #cta correo institucional, Integrante - #cta correo institucional, Sección 1700: Integrante - #cta correo institucional 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. 4) Determinar la resistencia dinámica del diodo. Palabras Clave— Ánodo, Corriente de polarización directa, corriente de polarización inversa, Diodo de juntura, Diodo de silicio, Diodo rectificador, Resistencia dinámica, Semiconductor. A. Diodo Rectificador 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 2) Medir la tensión y la corriente del diodo con polarización inversa. 3) Trazar la curva característica de un diodo. Ingeniería Eléctrica Industrial - UNAH 5) Determinar el modelo del diodo polarizado inversamente III. MARCO TEÓRICO 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 suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Laboratorio de Electrónica I – Instructor: Kevin Quintana B. Polarización directa de un Diodo 2 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 el conductor dentro del cual se desplazan hasta llegar a la batería. - 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. C. Polarización Inversa de un Diodo Fig 3: Unión p-n polarizada en inversa. Ingeniería Eléctrica Industrial - UNAH 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 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. Fig. 4. Polarización directa Laboratorio de Electrónica I – Instructor: Kevin Quintana 3. 4. Encienda los equipos y ejecute el procedimiento de inicialización que le indico su instructor. Ajuste la fuente PS-1 para que la tensión directa sobre el diodo sea de 0.1 voltios. 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. VD (V) ID (mA) 7. TABLA I: CORRIENTE ID Y TENSION ID DEL NODO 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0 0 0.007 0.078 0.361 0.36 0.686 0.69 1.259 1.261 1.907 1.91 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 3 10. Se ajusta la tensión a cero, girando el potenciómetro PS en la fuente del computador base. 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. TABLA II: CORRIENTE INVERSA VI (V) Iinv(μA) 0 0 -1 0 -5 0.3 -10 -0.1 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 9. Se arma el siguiente circuito Fig. 6. Circuito para polarización inversa Ingeniería Eléctrica Industrial - UNAH Fig.7. Polarización directa de un diodo con fuente interactiva Laboratorio de Electrónica I – Instructor: Kevin Quintana 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. 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 16. Tomamos la lectura del valor de la corriente en la malla TABLA IV: TENSIÓN (VD) Y CORRIENTE (ID) EN POLARIZACIÓN DIRECTA TABLA III: TENSION VD Y CORRIENTE ID EN POLARIZACION DIRECTA VD (V) V1 (V) ID (mA) 4 0.45 0.385 0.054 0.75 0.468 0.271 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 Explicar todos y cada uno de los datos obtenidos de la práctica. Que lleven un orden de acuerdo a la guía. El análisis de resultados consiste, en principio, en la observación de todos los resultados obtenidos en el procedimiento relatando los fenómenos que han sucedido. Todas las observaciones deben ser explicadas o demostradas basándose en la teoría, determinando así que los resultados han sido correctos o incorrectos. En caso de ser incorrectos, se debe especificar sus causas. 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: Fig.11: Polarización directa de un diodo con fuente interactiva 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 Una conclusión por persona. Colocar el nombre del responsable de cada conclusión. Deben ser conclusiones que abarquen un panorama general de la práctica por lo que no deben no deben ser cortas, pero tampoco extensas (se recomienda de 3 a 5 reglones). Ingeniería Eléctrica Industrial - UNAH Laboratorio de Electrónica I – Instructor: Kevin Quintana -Nombre 1 Conclusión 2. -Nombre 2 REFERENCIAS Todas las referencias deben ir con el estilo de IEEE. [1] "IEEE Author Center," 2017. [Online]. Available: http://ieeeauthorcenter.ieee.org/create-your-ieeearticle/use-authoring-tools-and-ieee-articletemplates/ieee-article-templates/templates-fortransactions/. [Accessed 26 5 2018]. [2] M. Suazo Guerrero, "Laboratorios de Física UNAH," 2015. [Online]. Available: https://fisicarjrr.files.wordpress.com/2015/01/pautas-parala-elaboracion-de-informes-de-laboratorio.pdf. [Accessed 26 5 2018]. Ingeniería Eléctrica Industrial - UNAH 5