Informe #1 E1.docx

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DIODOS: CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO 

1 INTRODUCCIÓN

Los diodos cumplen un papel muy importante en la tecnología moderna. Prácticamente cada sistema electrónico, desde un equipo de sonido hasta el computador de nuestras casas emplea diodos de una u otra forma. Un diodo puede ser descrito como un dispositivo de dos terminales, el cual es sensible a la polaridad, es decir, la corriente en el diodo puede fluir en una dirección solamente (descripción ideal). También pueden ser definidos como dispositivos no lineales, estos tienen aplicaciones muy interesantes sin las cuales no conoceríamos la electrónica moderna; tiene especial importancia en los circuitos de conmutación (circuitos que se basan en interruptores que permiten o no la circulación de una corriente eléctrica), ya que estos pueden conducir o no, según el voltaje aplicado. El primer diodo fue probado en el año 1905. Años más tarde, la tecnología de semiconductores de germanio y silicio se introdujo en la década de los años 30. En épocas pasadas se usaban los diodos para demodular las señales AM de los radios y actualmente son comúnmente usados en el área de electrónica de potencia, para el control apropiado de transformadores y motores [1].

Fig. 1 Polarización directa [2]. La corriente fluye con facilidad en un diodo polarizado de forma directa. Mientras que la tensión aplicada sea mayor que la barrera potencial, habrá una corriente continua en el circuito [3]. Polarización inversa del diodo: Si damos la vuelta a la fuente de corriente continua, obtenemos el circuito de la figura 2. En este caso, el terminal negativo de la batería se conecta al lado p y el terminal positivo de la batería se conecta al lado n. Esta conexión da lugar a una polarización inversa [3].

2 MARCO TEORICO Un diodo es una sustancia cuya conductividad es menor que la de un conductor y mayor que la de un aislante. El grado de conducción de cualquier sustancia depende, en gran parte, del número de electrones libres que contenga. En un conductor este número es grande y en un semiconductor pequeño es insignificante. El número de electrones libres de un semiconductor depende de los diversos factores, por ejemplo, calor, luz, campos eléctricos y magnéticos aplicados y cantidad de impurezas presentes en la sustancia [2].

Fig. 2 polarización inversa [2]. La corriente inversa total de un diodo consta de una corriente de portadores minoritarios y una corriente superficial de fugas (llamadas corrientes parasitas) [2].

3 METODOLOGÍA Polarización directa del diodo: La figura 1 muestra una fuente de corriente continua conectada a un diodo. El terminal negativo de la fuente se conecta al material de tipo n y el terminal positivo se conecta al material de tipo p. Esta conexión da lugar a una polarización directa [3].

Inicialmente, antes de montar los circuitos, se deben comprobar que los diodos estén en buen estado. Para esto, se necesita un multímetro digital para verificar la operación de los diodos. Esto se realiza con los diodos desconectados del circuito y utilizando el principio de continuidad del multímetro. El siguiente paso es conectar el terminal positivo al ánodo y el negativo al cátodo, este procedimiento se llama forward.

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Fig. 3 Verificación de operación, forward. (Fuente propia)

La lectura forward corresponde al voltaje forward de la unión cuando se le aplica una corriente de 0,5 mA. Seguidamente se conecta el terminal positivo al cátodo y el negativo al ánodo, este se llama reverse.

Fig. 5 Esquemático con el diodo polarizado de forma directa e inversa. Guía Lab

Después de tener el esquemático claro se procede a montar el circuito con el diodo en polarización directa y después en polarización inversa. Con esto, se midió y anotó los valores de tensión e intensidad, variando los valores de la fuente de voltaje.

Fig 6 Montaje del circuito. (Fuente propia)

Fig 4. Verificación de operación, reverse. (Fuente propia)

El diodo está funcionando correctamente si la lectura es OL (Open) en reverse. Estos procedimientos siempre se utilizarán para verificar el funcionamiento de los diodos. Tan pronto, que se confirme que los diodos están en buen estado, se monta el circuito de la fig para obtener la curva característica del diodo. Inicialmente, se quiere medir la diferencia de potencial entre los terminales del diodo y la intensidad que lo atraviesa, para esto, se coloca el multímetro en los bornes del diodo y, para medir la intensidad, se coloca el multímetro en los bornes de la resistencia.

Posteriormente, se hace uso de la plataforma de simulacion, PROTEUS, para alimentar el circuito con una señal sinusoidal con amplitud pico de 10V y frecuencia de 1KHz. Posteriormente se analizaran los resultados.

Fig. 7 Circuito con señal sinusoidal. (Fuente propia)

Finalmente, se realiza el mismo circuito simulado en PROTEUS pero con la tarjeta de prototipado, haciendo uso de un generador de onda que suministra una señal senoidal.

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Polarización en directa. V. V. V. I. Fuente. Resistencia. Diodo. 0.1 V. 0 V. 0.1 V. 0.09 A. 0.2 V. 0 V. 0.2 V. 0.19 A. 0.3 V. 0 V. 0.3 V. 0.29 A. 0.4 V. 0 V. 0.4 V. 0.39 A. 0.5 V. 0 V. 0.5 V. 0.49 A. 0.6 V. 0 V. 0.6 V. 0.59 A. 0.7 V. 0 V. 0.7 V. 0 A. 0.8 V. 0 V. 0.8 V. 0.79 A. 0.9 V. 0 V. 0.9 V. 0.89 A. 1 V. 0 V. 1 V. 0.99 A. 2 V. 1.29 V. 0.71 V. 2.32 mA. 3 V. 2.29 V. 0.71 V. 4.10 mA. 4 V. 3.29 V. 0.71 V. 5.89 mA. 5 V. 4.29 V. 0.71 V. 7.67 mA. 6 V. 5.29 V. 0.71 V. 9.46 mA. 7 V. 6.30 V. 0.7 V. 11.25 mA. 10 V. 9.29 V. 0.71 V. 16.6 mA. 13 V. 12.29 V. 0.71 V. 21.96 mA. 16 V. 15.29 V. 0.71 V. 27.32 mA. 2O V. 19.29 V. 0.71 V. 34.46 mA. 24 V. 23.29 V. 0.71 V. 41.6 mA. 27 V. 26.29 V. 0.71 V. 46.96 mA. 30 V. 29.29 V. 0.71 V. 52.32 mA. Tabla. 1 Resultados valores teóricos polarización en directa. (Fuente propia)

Fig. 8 Generador de onda. (Fuente propia)

Para este laboratorio fue muy importante la función del osciloscopio, ya que permite observar la onda resultante en el circuito.

Fig. 9 Osciloscopio analógico. (Fuente propia)

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Polarización en inversa. V. V. V. I. Fuente. Resistencia. Diodo. 0.5 V. 0 V. 0.5 V. 0 A. 1 V. 0 V. 1 V. 0 A. 10 V. 0 V. 10 V. 0 A. 16 V. 0 V. 16 V. 0 A. 20 V. 0 V. 20 V. 0 A. Tabla. 2 Resultados valores teóricos polarización en inversa. (Fuente propia)

4 RESULTADOS 

Valores teóricos.

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Valores prácticos.

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Polarización en directa. Tabla. 3 Resultados valores prácticos polarización en directa.

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(Fuente propia)

V. V. V. I. Fuente. Resistencia. Diodo. 0.1 V. 0.01 V. 0.09 V. 0.1 mA. 0.2 V. 0.01 V. 0.19 V. 0.1 mA. 0.3 V. 0.02 V. 0.27 V. 0.1 mA. 0.4 V. 0.05 V. 0.38 V. 6 uA. 0.5 V. 0.02 V. 0.45 V. 48 uA. 0.6 V. 0.08 V. 0.49 V. 134 uA. 0.7 V. 0.16 V. 0.52 V. 242 uA. 0.8 V. 0.24 V. 0.54 V. 362 uA. 0.9 V. 0.31 V. 0.55 V. 486 uA. 1 V. 0.41 V. 0.56 V. 610 uA. 2 V. 1.29 V. 0.62 V. 2.3 mA. 3 V. 2.28 V. 0.64 V. 3.9 mA. 4 V. 3.26 V. 0.66 V. 5.6 mA. 5 V. 4.19 V. 0.67 V. 7.3 mA. 6 V. 5.17 V. 0.68 V. 9.83 mA. 7 V. 6.17 V. 0.70 V. 10.89 mA. 10 V. 9.13 V. 0.71 V. 15.81 mA. 13 V. 12.02 V. 0.72 V. 21.11 mA. 16 V. 14.90 V. 0.73 V. 26.3 mA. 2O V. 19.0 V. 0.74 V. 33.2 mA. 24 V. 23.0 V. 0.75 V. 40.4 mA. 27 V. 26.00 V. 0.75 V. 46.4 mA. 30 V. 29.00 V. 0.75 V. 51.7 mA.  Polarización en inversa. V. V. V. Diodo. I. Fuente. Resistencia. 0.5 V. 0 V. 0.48 V. 0 A. 1 V. 0 V. 0.99 V. 0 A. 10 V. 0 V. 10.06 V. 0 A. 16 V. 0 V. 15.91 V. 0 A. 20 V. 0 V. 20.0 V. 0 A. Tabla. 4 Resultados valores prácticos polarización en inversa. (Fuente propia)

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Comparaciones osciloscopio.

de

las

ondas

en

el

En las simulaciones podemos observar dos funciones, o dos ondas, la primera que es la onda original que es la que sale del generador de señales, que es una onda de corriente alterna, sabemos que es alterna porque parte de la onda atraviesa el eje positivo como el eje negativo. La segunda onda es el rectificador de media onda porque solo está compuesto por un diodo. El rectificador de media onda muestra solo

una parte en los lados positivos pero no en toda la onda pulsante. Por ejemplo por cada dos flancos de subida hay un espacio entre estos.

En las simulaciones se puede comparar lo que obtuvimos en la experiencia de que el rectificador de media onda está probado.

5 CONCLUSIONES En la experiencia de laboratorio #1 se identificaron los pines de conexión del diodo rectificador (ánodo y cátodo), se verificó su estado con ayuda del multímetro y se comprobó el comportamiento en polarización directa e inversa. Primero se identificaron los pines del diodo de Silicio, este tiene una franja de color gris que indica el lado negativo (cátodo) del diodo, de este modo se puede conocer cuando un diodo está conectado en directa o en inversa.  Polarizado directamente: la franja gris (cátodo) del diodo y se conecta al negativo.  Polarizado inversamente: la franja gris se conecta al positivo. Luego se verificó que el diodo de prueba estuviese en óptimas condiciones de funcionamiento, es decir, que al medirlo con ayuda del multímetro éste diera un valor de entre 500 y 700 polarizado directamente y de O.L. (o un uno a la izquierda) en polarización inversa. Luego se procedió a armar el circuito establecido en la guía de laboratorio y con este circuito se comprobó que:  El diodo deja conducir electricidad en un solo sentido, siempre y cuando esté en polarización directa y el voltaje aplicado sea superior a 0.7V (En la experiencia se usaron diodos de Silicio).  El diodo se comporta como un circuito abierto cuando está conectado en inversa y sin importar el voltaje aplicado no habrá flujo de electrones. Observaciones con respecto al circuito ensayado: 

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Cuando el voltaje de la fuente era inferior a 0.6V el valor de la corriente era prácticamente despreciable pues se mostraba en la escala de microamperios, al llegar a 0.6V en el diodo caían 0.49V y la corriente del circuito era de 0.1mA. Al aumentarse el voltaje de la fuente la corriente aumentaba (51.7mA máximos en 30VDC) y el voltaje del diodo también aumentaba hasta llegar a 0.75V (Cuando el voltaje de la fuente era de VDC) que es su voltaje umbral. El hecho de que la corriente aumente en función del voltaje aplicado

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comprueba mediante la Ley de Ohm, que para una resistencia constante (en este caso de 560Ω) la corriente es directamente proporcional al voltaje. Hasta este momento se comprobaba el diodo en directa, ahora conectado en inversa el equipo notó un comportamiento diferente en el circuito: No se observaba valor alguno de corriente (por lo menos en mA, porque el diodo tiene corrientes de fuga que están en el orden de µA, pero que para este experimento era prácticamente despreciable, por lo tanto no se tomó en cuenta), y debido a que la corriente era cero, el voltaje del resistor de 560Ω también es cero, esto debido nuevamente a la Ley de Ohm (si la corriente es cero al calcular el voltaje también daría cero V=I*R), o dicho de otra forma, al comportarse el diodo como un interruptor abierto no existía conexión entre la fuente y el resistor, por tanto no cae ningún voltaje sobre este resistor. Sin embargo, el voltaje que caía sobre el diodo era el voltaje de la fuente.

6 REFERENCIAS [1]. “Importancia de los diodos” [online]. Avaliable: https://es.pdfcoke.com/doc/29489341/Diodosintroduccion. [Accessed: Feb-20-2018]. [2] U. DE LA COSTA Ing Katherine Cabana, “2017 ELECTRÓNICA I.” [3] A. Malvino and D. J. Bates, Principios de Electrónica Revisión de un clásico.