Informe 1 Lab Electronicos.docx

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

CIRCUITOS ELECTRONICOS EXPERIENCIA: RESPUESTA DINAMICA DEL DIODO SECCION: 90-G INTEGRANTES: 

DIONICIO MELCHOR, JORGE GUSTAVO



CORDOVA NOLAZCO LUIS ENRIQUE



CRUZ UYCHO RENEE ELOY



GUERRERO MENDOZA RONALD JEFFERSON



FERNANDEZ GOMEZ GIANPIERRE CESAR

1623125881

PROFESOR: ING. EDGAR DEL AGUILA

CALLAO - PERÚ

2018

RESPUESTA DINAMICA DEL DIODO I.-Objetivo General: Al analizar el experimento, el estudiante estará en capacidad de describir en términos de sus características eléctricas, el funcionamiento de los diodos de silicio, germanio, diodos Zener y los diodos emisores de luz (LEDs). Estará también capacitado para establecer las diferencias entre todos ellos.

II.-Objetivo General: Utilizar el método experimental mediante un ORC para obtener la curva característica de los diodos en forma dinámica.

III.-Cuestionario Previo: 1. En varios laboratorios del presente curso deberán aislarse las tierras entre generadores/fuentes y el osciloscopio. Investigue por que este aislamiento es necesario. ¿Qué le ocurre al circuito de la figura 2, si no se aíslan las tierras? El propósito es que, si hay un peligroso contacto accidental de la línea con la masa, la corriente en lugar de regresar al transformador por el neutro, lo haga por la conducción entre ambas tierras, con lo que se disparan los protectores diferenciales, que interrumpen el servicio hasta que la falla de aislamiento ha sido solventada. Los osciloscopios están aislados galvánicamente de la red, por lo cual el punto cero de las alimentaciones internas debe conectarse a masa, y ésta a tierra. Se evita con ello que el osciloscopio pueda captar tensiones que interfieran con las que se quiere observar o medir. No obstante, si se va a trabajar con dispositivos no aislados de la red (primario de fuentes conmutadas, reguladores de fase, o cualquier aparato sin transformador), la masa del osciloscopio debe dejarse sin conectar a tierra, es decir flotante. De lo contrario el cuerpo o la entrada de blindaje de la entrada del osciloscopio puede establecer un contacto a tierra de un polo de la red, que haga saltar los interruptores diferenciales, y quizá fundir algún fusible interno o peor, destruir algún semiconductor delicado.

2. Investigue el comportamiento de un diodo ideal y real, el funcionamiento de un diodo de unión pn, y el origen de las curvas características de los últimos. ¿Qué significa que un diodo este polarizado en forma directa o en inversa con FA en AC? 3. Busque los datos del fabricante de diodos empleados en este experimento. 4. Investigue como funciona un multímetro digital en su escala de medición de diodos. 5. Simule utilizando el workbench el circuito de la figura 2. Para el diodo de silicio 1N4001, se obtiene la siguiente grafica:

Para el diodo de Germanio AA119, se obtiene la siguiente grafica:

Para el diodo Zener 1N4372A, se obtiene la siguiente gráfica:

A

D1

B C

1N4372A

D

R1 1k

Para el diodo LED Rojo, se obtiene la siguiente gráfica: A

D1

B C

LED-RED

D

R1 1k

6. ¿Qué funciones desempeña la resistencia Rd (Resistencia dinámica) en el circuito de la figura 1? 7. ¿Qué representa las mediciones de los canales X e Y del osciloscopio enrelacion con las curvas características de los diodos? ¿Por qué los dos canales del osciloacopio deben estar en CD, y el canal Y(canal 2 ) debe estar invertido en las mediciones del punto 4 del procedimiento?

Cuestionario Previo: 1) En varios laboratorios del presente curso deberán aislarse las tierras entre generadores/fuentes y el osciloscopio. Investigue porque este aislamiento es necesario.

El propósito es que si hay un peligroso contacto accidental de la línea con la masa, la corriente en lugar de regresar al transformador por el neutro, lo haga por la onducción entre ambas tierras, con lo que se disparan los protectores iferenciales, que interrumpen el servicio hasta que la falla de aislamiento ha sido solventada. En los aparatos electrónicos que lleven una fuente de alimentación provista de un transformador (bien sea un transformador convencional, o el de una fuente de alimentación conmutada) que establece un aislamiento galvánico entre primario y secundario, las tensiones de salida de las mismas, junto con el cuerpo metálico del aparato se conectan a tierra.

2) nvestigue el comportamiento de un diodo real y uno real, el funcionamiento de un diodo de unión pn, y el origen de las curvas características de los últimos. ¿Qué significa que un diodo este polarizado en forma directas o en inversa? Si se toma una pastilla de material semiconductor tipo "N" y la unimos con una tipo "P" se forma lo que en electrónica se conoce como JUNTURA o UNION.

POLARIZACIÓN INVERSA: Cuando la capa tipo N se conecta al positivo de la batería y la capa P al negativo se dice que es una polarización inversa, y ocurre lo siguiente a través de la juntura: Los electrones que salen del negativo de la batería corren a llenar los vacíos o espacios de la capa P, completando todos los átomos de esta pastilla los 8 electrones (compartidos con el visitante); a partir de este momento no reciben más corriente, dado que presentan alta resistencia.

POLARIZACIÓN DIRECTA: El terminal negativo de la batería introduce más electrones libres a la capa N, lo que hace que muchos pasen a través de la JUNTURA de las 2 capas y llenen los espacios de la capa P. Este flujo será permanente debido a que el terminal positivo de la batería continuamente toma electrones de allí, dejando espacios para llenar por los electrones que pasen por la ión.

3) Investigue que función matemática describe el comportamiento de un diodo de unión pn y como esta afectado por la temperatura. El modelo matemático del diodo de unión P-N fue desarrollado por Shockley(Tyagi, 1991) y es el que se utiliza con mayor frecuencia. Para estudiar el modelo por simplificación inicialmente consideraremos que la resistencia serie en el diodo (rs) es igual a cero. Bajo esta consideración, el voltaje aplicado a las terminales del diodo será igual al voltaje en la unión P-N, por lo que la corriente del diodo de unión se describe como una función del voltaje aplicado Vd Cuya representación matemática es la siguiente

Efectos de la temperatura en el diodo La temperatura afecta a:  

la corriente de pérdidas inversa la caída de tensión directa

4) Investigue que diferencia hay entre el comportamiento del diodo de germanio y el de silicio. Diodos de silicio: La construcción de un diodo de silicio comienza con silicio purificado. Cada lado del diodo se implanta con impurezas (boro en el lado del ánodo y arsénico o fósforo en el lado del cátodo), y la articulación donde las impurezas se unen se llama la "unión pn". Los diodos de silicio tienen un voltaje de polarización directa de 0,7 voltios. Una vez que el diferencial de voltaje entre el ánodo y el cátodo alcanza los 0,7 voltios, el diodo empezará a conducir la corriente eléctrica a través de su unión pn. Cuando el diferencial de voltaje cae a menos de 0,7 voltios, la unión pn detendrá la conducción de la corriente eléctrica, y el diodo dejará de funcionar como una vía eléctrica. Debido a que el silicio es relativamente fácil y barato de obtener y procesar, los diodos de silicio son más frecuentes que los diodos de germanio. Diodos de germanio Los diodos de germanio se fabrican de una manera similar a los diodos de silicio. Los diodos de germanio también utilizan una unión pn y se implantan con las mismas impurezas que los diodos de silicio. Sin embargo los diodos de germanio, tienen una tensión de polarización directa de 0,3 voltios. El germanio es un material poco común que se encuentra generalmente junto con depósitos de cobre, de plomo o de plata. Debido a su rareza, el germanio es más caro, por lo que los diodos de germanio son más difíciles de encontrar (y a veces más caros) que los diodos de silicio.

5) Investigue el comportamiento y funcionamiento de los diodos emisores de luz

El funcionamiento es muy sencillo. Cuando conectamos con polarización directa el diodo led el semiconductor de la parte de arriba permite el paso de la corriente que circulará por las patillas (cátodo y ánodo) y al pasar por el semiconductor, este semiconductor emite luz.

En la figura de arriba puedes ver un led polarizado directamente e inversamente en serie con una bombilla. Lo mismo ocurre con el led, lo que pasa que no hace falta la bombilla por que el ya emite luz por si solo en polarización directa.

Dependiendo del material que este hecho el semiconductor, este emitirá una luz de un color diferente. Así podemos obtener diodos led que emitan luces de colores diferentes (aluminio, galio, indio, fosforo, etc).

6) Busque los datos del fabricante de diodos empleados en este experimento. Epistar/Samsung Se trata sin duda de dos de las marcas más vanguardistas en la fabricación de iluminación LED. Global Product Trader ha apostado fuertemente por esta marca en sus módulos LED ya que ofrece una garantía de calidad indiscutible, y una inmejorable intensidad lumínica. Nuestros clientes pueden solicitar sus pedidos de Módulos LED en diferentes modelos: 2835, 5050 y 5730 optando por una u otra marca. El precio y la intensidad lumínica no varía independientemente

de

la

marca

escogida.

San’an Sanan Optoelectrónica Co., Ltd. es una compañía asiática que se centra principalmente en I + D, producción y comercialización de productos de color. Fue en el año 2014 cuando la compañía inició un fuerte desarrollo en la industria del LED lo que le permitió convertirse en una de las primeras empresas a nivel mundial en fabricación y comercialización de estos productos. Esta marca de diodo Sanan se está convirtiendo poco a poco en una clara

apuesta por parte de los profesionales del sector de la iluminación ya que su calidad lumínica es hoy por hoy indiscutible en lo que se refiere a la fabricación de Tiras LED. Este Diodo Sanan es el utilizado en las Tiras de LED ofertadas por Global Product Trader ya que además ofrece un precio altamente competitivo. Otros son principales son :

      

Bridgelux OSRAM PHILIPS NICHIA SEOUL SEMICONDUCTOR Toyoda Gosei Agilent

7) Investigue como funciona un multímetro digital en su escala de medición de diodos. Hoy en día existen multímetros (VOM) digitales que permiten probar con mucha facilidad un diodo, pues ya vienen con esta opción listos de fábrica. El método de prueba que se presenta aquí es el método típico de medición de un diodo con un multímetro analógico (el que tiene una aguja). Para empezar, se coloca el selector para medir resistencias (ohmios / ohms), sin importar de momento la escala. Se realizan las dos pruebas siguientes: 1 – Se coloca el cable de color rojo en el ánodo de diodo (el lado de diodo que no tiene la franja) y el cable de color negro en el cátodo (este lado tiene la franja). El propósito es que el multímetro inyecte una corriente continua en el diodo (este es el proceso que se hace cuando se miden resistores). 

– Si la resistencia que se lee es baja indica que el diodo, cuando está polarizado en directo, funciona bien y circula corriente a través de él (como debe de ser).



– Si esta resistencia es muy alta, puede ser una indicación de que el diodo esté “abierto” y deba que ser reemplazado.

8) Simule ultilizando el workbench o multisim el circuito de la figura 1. SIMULACION DEL CIRCUITO DE LA FIGURA 1

0.00

R1

R3

1k

1k

BAT1

D1

15V

DIODE

BAT3

Volts

12V

0.00

Volts

R4

1k

1k

BAT2

D3

-9.00

DIODE

Volts

BAT4 5V

9V

Volts

µA

R2 1k

BAT2

D4

0.00

0V

DIODE

Volts

-0.05

µA

-0.09 0.00

-12.0

DIODE

Volts

D4

-5.00

DIODE

Volts

Volts

µA

R2

D2

-0.12

-0.15

µA

0.00

-15.0

Volts

Volts

0.00

PARA EL DIODO DE SILICIO: Con voltajes de -15v , -12v, -9v, -5v ,0v

mA

0.00

0.00

Volts

PARA EL DIODO DE GERMANIO:

R2 1k

BAT2

D4

0.00

0V

AA119

Volts

mA

0.00

0.00

Volts

PARA EL DIODO ZENER 3V:

R2 1k

BAT2

D4

0.00

0V

1N4372A

Volts

mA

0.00

0.00

Volts

SIMULACION PARA EL DIODO LED ROJO:

R4 1k

BAT4

D3

0.00

0V

LED-RED

Volts

mA

0.00

9) ¿Qué funciones desempeña la resistencia R en el circuito de la figura 1? La resistencia en serie con el diodo en la práctica sirve para limitar la corriente, ya que la corriente crece de forma exponencial con la tensión y por tanto tomará rápidamente valores que destruirán el diodo. En esta práctica se caracteriza el comportamiento estático y dinámico de diferentes diodos de potencia. Comparando los resultados se podrán obtener conclusiones en cuanto a los rangos de funcionamiento para polarizaciones directa e inversa, así como del tiempo de respuesta de cada uno de los dispositivos.

Materiales y Equipo: 1 Multimetro digital y/o analogico. 1 Voltimetro de corriente continua. 1 Amperimetro de corriente continua. 1 Fuente de alimentación de corriente continua variable. 1 Juego de cable conectores 1 Protoboard 1 Resistencia de 1k 1 Diodo de silicio 1 Diodo de germanio(1N4001,ECG116) u otro 1 Diodo de germanio (ECG109) u otro. 1 LED rojo, verde o amarillo ( verifique que no tenga resistencia en serie) 1 Diodo Zener de 3V o de 2,7V o de 6V.

Procedimiento: 1. Mida el valor real de la resistencia R utilizada en el circuito de la figura 1. 2. Compruebe el estado de los diodos empleando un multímetro digital o analogico . Conecte el terminal positivo del instrumento al anodo del diodo y el terminal negativo al catodo. A esto se le denomina polarización en directa. Mida y tome nota de los resultados en la Tabla 1. Invierta ahopra las conexiones antes descritas. A esto se le denomina polarización inversa. Tabla: 1 Prueba de diodos: L ectura del instrumemto en posición semiconductor, Conduce / No conduce Prueba

Si

Ge

LED

Zener

Polarización directa

conduce

conduce

Conduce

conduce

Polarización inversa

No conduce

No conduce

No conduce

conduce

3. Implementar el circuito de la figura 1 con el diodo de silicio y/o germanio. Ajuste el valor de tensión E y tome lectura a los parámetros del DIODO con los instrumentos ( Voltimetro para la tensión, y Amperimetro para la Corriente) 4. Repita el paso anterior con el diodo de germanio, el diodo Zener y el LED. R=1k

FFF

𝑉𝑅

Figura 1: Circuito de Medición 1.

𝑉𝐷

Valores experimentales para el diodo de Silicio. VR [V] E [V] VD [V] ID [mA]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 -15 -14.87 -0.13

0 -12 -11.88 -0.12

0 -9 -8.90 -0.10

0 -5 -4.93 -0.07

0 0 0 0

4.17 5 0.66 4.34

7.92 9 0.70 8.30

10.96 12 0.70 11.30

14.02 15 0.71 14.29

Grafica:

Valores experimentales para el diodo de Germanio VR [V] E [V] VD [V] ID [mA]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 -15 -14.91 -0.09

0 -12 -11.94 -0.06

0 -9 -8.95 -0.05

0 -5 -4.98 -0.02

0 0 0 0

4.18 5 0.66 4.41

7.76 9 0.78 8.22

10.78 12 0.91 11.09

13.5 15 1.02 13.98

Valores experimentales para el diodo Zener VR [V] E [V] VD [V] ID [mA]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-8.04 -15 -6.01 -9.00

-5.53 -12 -5.99 -6.01

-2.62 -9 -5.98 -3.02

0 -5 5.00 0

0 0 0 0

3.90 5 0.75 4.25

7.70 9 0.77 8.23

10.73 12 0.78 11.22

13.48 15 0.78 14.22

Evaluación: 1.Analice los datos de la tabla 1, ¿Cómo determina si los diodos funcionan correctamente? El método de prueba que se presenta aquí es el método típico de medición de un diodo con un multímetro analógico (el que tiene una aguja). Para empezar, se coloca el selector para medir resistencias (ohmios / ohms), sin importar de momento la escala. Se realizan las dos pruebas siguientes: 1 – Se coloca el cable de color rojo en el ánodo de diodo (el lado de diodo que no tiene la franja) y el cable de color negro en el cátodo (este lado tiene la franja). El propósito es que el multímetro inyecte una corriente continua en el diodo (este es el proceso que se hace cuando se miden resistores).  Si la resistencia que se lee es baja indica que el diodo, cuando está polarizado en directo, funciona bien y circula corriente a través de él (como debe de ser).  Si esta resistencia es muy alta, puede ser una indicación de que el diodo esté “abierto” y deba que ser reemplazado.

2 – Se coloca el cable de color rojo en el cátodo y el cable negro en el ánodo del diodo. En este caso como en anterior el propósito es hacer circular corriente a través del diodo, pero ahora en sentido opuesto a la flecha de éste.  Si la resistencia leída es muy alta, esto nos indica que el diodo se comporta como se esperaba, pues un diodo polarizado en inverso casi no conduce corriente.  Si esta resistencia es muy baja puede se una indicación de que el diodo está en “corto” y deba ser reemplazado. Nota: – El cable rojo debe ir conectado al terminal del mismo color en el multímetro – El cable negro debe ir conectado al terminal del mismo color en el multímetro (el común / common)

𝑉𝐷 k k k [

2.Con los datos obtenidos en la tabla 2 construya la grafica V vs . Compare con la gráfica para el mismo diodo obtenida en el paso 4 del 𝐼𝐷 procedimiento. k k k [

3.Explique la diferencias y similitudes en las curvas características de los diodos de silicio y germanio. Se observa que las curvas del diodo de germanio y de silicio son similares, aunque el diodo el diodo de germanio esta un poco mas “pegado” al eje de ordenadas mientras que la curva del diodo Zener esta notablemente alejado del diodo de silicio. Este voltaje se encuentra alrededor de 0.7V para diodos de silicio comercialmente disponibles y de 0.3 V para los diodos de germanio, con los valores redondeados al décimo de VOLT más cercano. La diferencia mayor para el caso del silicio se debe principalmente al factor “n” de la ecuación dada. Este factor juega un papel importante en la determinación de la forma de la curva pero solo para niveles muy bajos de corriente ya que una vez que la curva inicia su crecimiento, el factor “n” baja a 1 (el valor continuo del germanio). Esto se demuestra por las similitudes en las curvas una vez que el potencial de conducción se alcanza. El potencial en el que inicia este crecimiento de la curva se denomina comúnmente como POTENCIAL DE CONDUCCION, DE UMBRAL O DE DISPARO. Con frecuencia, se utiliza la primera letra del término que describe a una cantidad particular para la notación de dicha cantidad. Sin embargo, para asegurar un grado mínimo de confusión con otros términos, como el de voltaje de salida (𝑉𝑜 ) y el de voltaje directo ( 𝑉𝑓 ), se adoptará la notación 𝑉𝑡 para este término. En conclusión el diodo se acercará más a la condición “ideal” mientras más cercano se encuentre el desplazamiento ascendente, excursión, al eje vertical. Sin embargo, son las otras características del silicio las que lo hacen ser el elegido entre la mayoría de las unidades comercialmente disponibles.

4.¿Cómo se puede explicar la ausencia de corriente inversa en ambos diodos?

5.Investigue que es la resistencia estática Re de un diodo. ¿Cómo se puede calcular? RESISTENCIA ESTÁTICA Si el diodo esta trabajando en DC, en un punto determinado y constante (V,I) de la característica, el diodo presentara una resistencia también constante llamada resistencia estática.El valor de esta resistencia será : R = (V-VD)/I El valor de esta resistencia varia considerablemente con respecto al punto de trabajo (V,I) del diodo. Así, si el punto de trabajo es V1, I1, la resistencia estática será: R1=(V1-VD)/I1 En otras palabras la resistencia estática de un diodo se define como la relación entre la tensión y la corriente (V/I). En un punto cualquiera de la característica tensión-corriente del diodo, la resistencia es igual a la inversa de la pendiente de la linea que une el punto de funcionamiento con el origen.Es decir, que la resistencia estática mide la oposición que presenta el diodo al paso de la corriente continua. EJEMPLO . Determine los niveles de resistencia de cd del diodo de la figura 1.24 con a. ID = 2mA (bajo nivel) b. ID = 20mA (alto nivel) c. VD = -10 V (polarizado en inversa) Solución: a. Con ID = 2 mA, VD = 0.5 V (en la curva) y RD = VD/ID = 0.5 V / 2 mA = 250 Ω b. Con ID 20 mA, VD 0,8 V (en la curva) y

RD = VD/ID = 0.8 V / 20 mA = 40 Ω c. Con VD=-10V, ID = - Is = -1μA (en la curva) y RD = VD/ID = 10 V / 1 mA = 10 Ω ,lo que confirma con claridad algunos de los comentarios anteriores con respecto a los niveles de resistencia de cd de un diodo. 6.Utilizando los resultados de los puntos 4 y 5 calcule la resistencia estática Re en polarización directa para los diodos de silicio y germanio, y en polarización inversa para los diodos Zener en los puntos de operación indicados en la Tablas 3.

TABLA 3: Valores de resistencia estática. VFuente

Re (Si)  = VD/ID

Re (Ge)  = VD/ID

Re (Zener) = VD/ID

-15 -12 -9 -5 0 5 9 12 15

114.34*103 99.00*103 89.00*103 70.42*103 148.98 84.33 61.94 49.65

165.66*103 199.00*103 179.00*103 249.00*103 150.0 94.89 82.05 73.43

0.66*103 0.99*103 1.98*103 176.47 93.56 69.51 54.85