Diodos

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Publicado por

ENERGV

CCNCEPTS,

SKOKIE, ILlINOIS 60077, U.S.A.

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Objetivos

. DIODOS

SEMICONDUCTORES

Probar diodo s para detenninar el efecto de polarización directa e inversa y graficar sus características.

. DIODOSZENER Medir la tensión de polarización directa e inversa de los diodos zener y graficar sus características.

Introducción

El diodo es uno de los dispositivos más importantes en la electrónica moderna. El diodo permite el paso de corriente sólo en una dirección. También puede dirigir la corriente en una dirección dada. Puede ser usado como interruptor y como un medio para cambiar corriente alterna en corriente directa o contínua. Estos son sólo algunos usos del diodo. El diodo que más se usa en la actualidad es el diodo semiconductor, esto es debido a su bajo peso y volumen. La Figura 1 muestra algunos diodos semiconductores típicos.

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A

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[W B Figura 1 Diodos semiconductores

e

típicos

Otro diodo, el zener, pennite la regulación de tensión. Esto significa que puede usarse para mantener la tensión constante. En este capítulo, usted identificará algunas de las características de los diodos semiconductores y diodo s zener. Es importante conectar los diodos correctamente dado que al conectarlos incorrectamente pueden dañarse y también causar daño en otras partes del circuito. Diodo Dispositivo de dos terminales, cátodo y ánodo. Al aplicar la tensión apropiada. los electrodos se mueven libremente del cátodo al ánodo. Semiconductor Un material que no es ni buen ni mal conductor. A los semiconductores se les agrega pequeñas impurezas para darles características conductivas específicas. Normalmente se les agrega germanio o silicio. D-}

EXPERIMENTO

1

Diodos semiconductores

Objetivos del experimento Al completar este experimento, usted podrá: A . Verificar un diodo usando un óhmetro. B. Medir y anotar las tensiones de polarización semiconductor.

directa e inversa de un diodo

c. Graficar las curvas características de un diodo usando voltajes y corrientes de polarización directa e inversa. --..

Material requerido

. Tablero de Experimentos ECI . Multímetro . Fuente de Poder de CC . Diodo de Germanio lN277 ó Equivalente . Diodo de Silicio lN4006 ó Equivalente . Potenciómetro de 10 kOhms . Resistencia de 4,7 kOhms

Discusion

Las características de los diodo s estan determinadas por el material usado, normalmente germanio o silicio. Al agregar ciertas impurezas y un voltaje de polaridad correcta estos se hacen más conductivos. Al aplicar una tensión de polaridad correcta a un diodo semiconductor se produce la denominada polarización directa y permite la circulacion de corriente. La Polarización inversa es el fenómeno contrario y la corriente es cero o insignificante.

Polarización directa Tensión aplicada a una juntura PN que la hace conductiva. El positivo es aplicado alIado P y el negativo alIado N. Polarizacion inversa Una tensión aplicada a unajuntura PN que lo hace no conducti va. La polaridad positiva es aplicada alIado N y el negativo alIado P. D.3

Q

Experimento

1

La resistencia del diodo es muy baja en condición de polarización directa y muy alta en polarización inversa. La Figura 2 muestra un símbolo esquemático del diodo semiconductor. Note que el símbolo está compuesto de dos partes separadas. La línea vertical representa el cá todo y el triángulo el ánodo

+

CATODO

~~

ANODO

....

FLUJO DE CORRIENTE

----

Figura 2 Diodo en condición de polarización directa La corriente circula del cátodo al ánodo. Imagínese que la corriente circula en forma contraria a la dirección dada por el triángulo. La condición inversa se muestra en Figura 3.

~

+ NO CIRCULACION

~

Figura 3 Polarización inversa

Cátodo El electrodo de un dispositivo, tiene polaridad negativa cuando éste conduce. Anodo El electrodo de un dispositivo, tiene polaridad positiva cuando el dispositivo conduce. D-4

Práctica

A. O 1. Usando un óhmetro, ajuste el cero en las escalas X 10 ó X 100. PRECAUCIÓN: NO EXCEDA ESTOS RANGOS, YA QUE PUEDE DAÑAR EL DIODO. o 2. Aplicando las terminales delóhmetro al diodo. Anote el valor encontrado. ¿Es éste alto o bajo? Ahora, inviertiendo las terminales del óhmetro, conéctelas al diodo. ¿Es la lectura alta o baja? o

3. Repita el mismo procedimiento con el segundo diodo. Lectura No. 1 es . Lectura No. 2 es Lectura alta en una dirección y baja en la dirección opuesta indica que el diodo está en buenas condiciones. Lo contrario indica diodo defectuoso.

B. O 1. Conecte el circuito de la Figura 4 usando el diodo de germanio lN277. Mediante este circuito, usted verificará las características de un diodo semiconductor.

R,

10K

+

+ M1 1 N277 or

CR1

1N4006

Figura 4 Circuito con diodo en condición de polarización directa o 2. Ajuste el potenciómetto a la resistencia máxima. Ajuste la fuente de poder hasta obtener 4,0 mA. Mida la tensión a través del diodo. Anote el valor en la Tabla 1. Ajuste los valores de corriente mostrados en la tabla y anote los correspondientes valores de tensión.

D-S

Experimento 1

Tabla 1 Valores de polarización directa

o 3. Repita el paso 2 para todos los valores dados en la Tabla 1. o 4. Reemplaze el diodo de germanio IN277 por el diodo de silicio lN4006. Repita los pasos 2 y 3. Anote sus medidas en la Tabla 1. Usando los datos obtenidos, grafique en el espacio de la Figura 5. Su gráfica debe ser similar a la de la Figura 6.

------..

Figura 5 Gráfica con lecturas de polarización directa

D-6

--

t w ~ z w a: a:

GERMANIO

o o

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

VOLTAJEDE POLARIZACION DIRECTA

+

Figura 6 Curvas características para diodos semiconductores con polarización directa o

5. Como observará, la corriente de polarización directa es proporcional a la tensión de polarización. El aumento es más significátivo a partir de un valor crítico de tensión denominada tensión crítica mínima o [threshold voltage]. El símbolo V (A.)indica tensión crítica mínima. Basado en sus curvas, indique el valor de tensión crítica para cada diodo. Diodo de germanio Diodo de silicio Normalmente, la tensión es de 0,2 V en diodos de germanio y 0,6 V en diodos de silicio. En termino s prácticos, esto significa que un diodo de silicio no conducirá corriente al menos que la tensión de polarización alcance un valor de 0,6 V. Los diodos bloquean el paso de la corriente cuando están con polarización inversa. En aplicaciones prácticas, un voltaje elevado rompe esta característica en junturas PN, haciendo posible una circulación de corriente. Normalmente, una tensión de 100 voltios provoca dicha ruptura.

Tensión crítica mínima Voltaje de polarizaci6n al cual la corriente a través de un diodo muestra un aumento más significativo. D-7

Experimento 1

La Figura 7 muestra una curva característica completa de un diodo. ct .... o u,¡ a:

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u,¡ct

1- E

zu,¡ a: a: o VOLTAJE DE POLARIZACIONINVERSA 10 I

I I

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I

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I

I

I

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Z

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l

--

DE POLARIZACION DIRECTA

ct

a:

~

VOLTAJE DE RUPTURA o

Figura 7 Curva característica

completa de un diodo semiconductor

El punto de ruptura con polarización inversa se denomina voltaje de pico inverso [peak-inverse voltage]. Mantener un diodo a ese nivel de polarización inversa por un tiempo prolongado dañara el mismo en forma permanente.

-----..

Voltaje de pico inverso Tensión que hace conducir un diodo en dirección inversa. También se denomina tensión de ruptura.

D-8

~-

-----

Preguntas

1. ¿Una resistencia baja en ambas direcciones indica que un diodo está bueno o malo? 2. La resistencia de un diodo con polarización inversa es alta o es baja? 3. Dibuje el símbolo esquemático de un diodo con polarización directa, muestre su polaridad y dirección de corriente.

4. ¿Qué significa voltaje de pico inverso? 5. ¿Qué pasa si un diodo se mantiene con un nivel de tensión de ruptura inversa por un tiempo prolongado?

D.9

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EXPERIMENTO

2

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Diodos zener

Objetivos del experimento Al completar este experimento, usted podrá: A. Medir la tensión de polarización directa de un diodo zener y dibujar su curva característica. B. Medir la tensión de polarización inversa y dibujar su curva característica, Material requerido

. Tablero de Experimentos ECI . Fuente de Poder de CC . Multímetro . Diodo Zener lN4735 ó Equivalente

. Resistenciade 1~hm

~

. Resistencia de 100 Ohms

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Discusión

Los diodos zener funcionan con la polarización inversa. Otros diodo s no diseñados específicamente para este tipo de operación se dañarán con una tensión de polarización inversa. Los diodos zener usan la polarización inversa como parte normal de su operación. En condición de polarización inversa, un diodo zener bloquea la corriente cuando no se excede cierto nivel de voltaje. Por el contrario, permite la circulación de corriente de un valor elevado cuando se alcanza el voltaje específico de operación inversa.

-----

La característica muy especial del diodo zener viene dada por el hecho que aún cuando el voltaje permanece constante, la corriente aumenta. El diodo zener es un dispositivo de tensión constante que se usa en varios circuitos reguladores.

La Figura 8 muestra el símbolo esquemático de un diodo zener. Observe que la línea de representacion del cátodo está un poco doblada en cada extremo. Esto es como usted puede descriminar este símbolo del diodo estándar.

Diodos zener Diodo de estado sólido usado como regulador de tensión. Al operario dentro de un rango de trabajo con una polarización inversa específica, su tensión permanece constante. D-ll

--

-

----

-

---

CATODO

ANODO

'-~/ Figura8 Símbolo esquemático de un diodo zener

Práctica

A. O 1. Conecte el circuito de la Figura 9.

FUENTE VARIABLE

CR,

Figura 9 Circuito de polarización directa O 2. Ajuste la fuente de poder al primer valor de tensión de la Tabla 2. Anote el valor de corriente directa correspondiente. Continue el procedimiento con el resto de los valores de tensión. Tabla 2 Tensiónes y corrientes de polarización directa de un diodo zener NO EXCEDA 100 mA

D.12

----..

Experimento 2

o

3. Usando los valores de la Tabla 2, dibuje la curva característica de polarización directa. Observe su similitud con la curva de la Figura 11.

Figura 10 Gráfica de polarización directa

f tIC(

gl a: es IIJ ... Z IIJ a: a: O

-

o

O

POLARIZACIONDIRECTA

Figura 11 Curva normal de polarización

D-13

------

--

Experimento 2

B. O 1. Conecte el circuito de la Figura 12.

+

:l

-o

Si

Figura 12 Polarización inversa de un diodo zener o

2. Ajuste los valores de tensión de polarización según la Tabla 3. Anote los valores de tensión inversa. Tabla 3 Tensión y corriente de polarización inversa de un diodo zener

j

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V

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D-14

o 3. En el espacio

de la Figura 13, dibuje la curva característica.

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1

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II

E:t$ I I I I

Figura 13 Gráfico de polarización inversa Compare las similitudes entre la curva que usted construyó y de la Figura 14. Observe que la tensión de ruptura se produce mucho antes que la misma en un diodo semiconductor o estándar.

TENSION ZENER 4--TENSION

' I

TENSIONDE RUPTURA DIODO ESTANDAR

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INVERSA

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I 1

Figura 14 Polarización inversa de un diodo zener D-15

-

--

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Experimento 2

La Figura 15 muestra la curva característica completa de operación de un diodo zener. <

.... o w a:

POLARIZACION INVERSA

<

UJ

a: w

~ W

/' TENSION ZENER

z

-

< I

E

W

a: a: O o

Figura 15 Curva característica de operación de un diodo zener

D-16

-

Preguntas

1. Dibuje el símbolo esquemático de un diodo zener.

2. Con relación a la polarización específica, la diferencia entre un diodo zener y otros tipos de diodo es:

3. ¿Con relación a la corriente y voltaje, indique las diferencias que existen entre un diodo zener y otros tipos de diodos.

4. ¿Qué tipo de aplicaciones determinan el uso de un diodo zener sobre uno tipo silicio?

5. Indique las diferencias entre la curva de polarización de un diodo zener con la de un diodo tipo silicio

D-17

Aprendizaje

Aprendizaje

Usando el listado siguiente, verifique sus aptitudes obtenidas en este capítulo. Usted deberá ser capaz de:

o 1. Medir la tensión de polarización directa e inversa de un diodo. o 2. Dibujar la curva característica de un diodo. o 3. Identificar los símbolos de los diodos y zeners. o 4. Identificar la tensión de pico inversa de un diodo. o 5. Determinar la diferencia entre un diodo bueno y uno malo. o 6. Encontrar la tensión de ruptura de un diodo. o 7. Medir la tensión de polarización directa e inversa en un diodo zener. o 8. Dibujar las curvas características de un diodo zener. o 9. Identificar las diferencias entre un diodo zener y otros de tipo estándar.

D-18

-~

Cuestionario

1. Los materiales semiconductores más comunes son

A. B. C. D.

zener y conductores. silicio y germanio silicio y osmio. germanio.

2. Los diodo s permiten la circulación de corriente cuando A. B. C. D.

no existe polarización. existe polarización inversa. existe polarización directa. ninguna.

3. Dibuje el símbolo de un diodo

4. La corriente de un semiconductor A. B. C. D.

aumenta al decrecer la tensión de polarización. decrece al decrecer la tensión de polarización. decrece al aumentar la tensión de polarización. ninguno de lo anterior.

5. La tensión de ruptura es A. el voltaje de polarización que produce un aumento brusco de la corriente. B. el voltaje de polarización inversa que produce una disminución brusca de la corriente. C. el voltaje de polarización que produce una disminución brusca de la corriente. D. el voltaje de polarización inversa que produce un aumento brusco de la corriente. 6. El mantener una tensión inversa de pico por un tiempo prolongado, causa que A. B. C. D.

la polarización inversa cambie a directa. se dañe el diodo. la polarización directa se hace inversa. ninguna. D-19

--

--

Cuestionario

7. Un diodo zener opera con

A. B. C. D.

polarización directa e inversa. polarización directa. polarización inversa. ninguna.

8. El voltaje a través de un diodo zener permanece constante. A. B. C. D.

nunca una vez que el voltaje inverso de ruptura se establezca antes que el voltaje inverso de rupturas se establece siempre

9. Comparado con un diodo de silicio, en un diodo zener el voltaje de ruptura se produce

A. B. C. D.

un poco antes. un poco después. mucho después. mucho antes.

10. Un diodo zener se usa a menudo para A. B. C. D.

regular el voltaje. determinar el voltaje de polarización. determinar la polarización directa. encontrar las curvas de polarización.

D-20

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