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Electrónica Digital Manual de prácticas

Instituto Tecnológico de Cd. Juárez.

Materia: Electrónica Digital Práctica No. 1 “Análisis y mediciones del circuito de la curva V-I del diodo de Si”. Titular de la materia: Ing. Armando Peinado Rentería. Integrantes del equipo: Nombres:

No. Control Clave

Carrera

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Salón: ______________

Horario: ________________

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Fecha de Entrega: ____________

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ÍNDICE: Objetivo de la práctica………………………………………………….………Pág. 3 Introducción teórica…………..…………….…………….………………….…Pág. 3/8 Material y equipo utilizado.……………….…………….………………….…..Pág. 9 Metodología……………………………………….………….…………...……Pág. 10 Reporte de los alumnos, resultados……………………….....…………...…Pág. 11 Bibliografía preliminar.…..………………………………..…………………...Pág. 12 Conclusiones………………………….…………………..…………………….Pág. 12 Anexos…………………………………………………………..………………Pág.13/14

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1. PRACTICA No. 1.

“Análisis y mediciones del circuito de la curva V-I del diodo de Si.”

1.1 OBJETIVO: Mediante un circuito que alimentará a dos diodos de silicio, se demostrara en la práctica, la variación entre corriente y voltaje en el diodo, debido al incremento de voltaje, también se graficaron estos datos para así demostrar la curva V-I del diodo.

2.0 Introducción Teórica. 2.1 Diodo.

¿Qué es el diodo? Un diodo es un dispositivo diseñado para que la corriente fluya en un solo sentido, es decir, solamente permite que la corriente vaya en una sola dirección. 2.1.1 Semiconductores. Los semiconductores son elementos que tienen una conductividad eléctrica inferior a la de un conductor metálico pero superior a la de un buen aislante. El semiconductor más utilizado es el silicio, que es el elemento más abundante en la naturaleza, después del oxígeno. Otros semiconductores son el germanio y el selenio. Los átomos de silicio tienen su orbital externo incompleto con sólo cuatro electrones, denominados electrones de valencia. Estos átomos forman una red cristalina, en la que cada átomo comparte sus cuatro electrones de valencia con los cuatro átomos vecinos, formando enlaces covalentes. A temperatura ambiente, algunos electrones de valencia absorben suficiente energía calorífica para librarse del enlace covalente

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y moverse a través de la red cristalina, convirtiéndose en electrones libres. Si a estos electrones, que han roto el enlace covalente, se les somete al potencial eléctrico de una pila, se dirigen al polo positivo.

Figura 1. Representación de electrón moviéndose y creando un hueco

Cuando un electrón libre abandona el átomo de un cristal de silicio, deja en la red cristalina un hueco, que con respecto a los electrones próximos tiene efectos similares a los que provocaría una carga positiva. Los huecos tienen la misma carga que el electrón pero con signo positivo. El comportamiento eléctrico de un semiconductor se caracteriza por los siguientes fenómenos: - Los electrones libres son portadores de carga negativa y se dirigen hacia el polo positivo de la pila. - Los huecos son portadores de carga positiva y se dirigen hacia el polo negativo de la pila. - Al conectar una pila, circula una corriente eléctrica en el circuito cerrado, siendo constante en todo momento el número de electrones dentro del cristal de silicio. - Los huecos sólo existen en el seno del cristal semiconductor. Por el conductor exterior sólo circulan los electrones que dan lugar a la corriente eléctrica.

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2.1.2 Semiconductores P y N. En la práctica, para mejorar la conductividad eléctrica de los semiconductores, se utilizan impurezas añadidas voluntariamente. Esta operación se denomina dopado, utilizándose dos tipos: • Impurezas pentavalentes. Son elementos cuyos átomos tienen cinco electrones de valencia en su orbital exterior. Entre ellos se encuentran el fósforo, el antimonio y el arsénico. • Impurezas trivalentes. Son elementos cuyos átomos tienen tres electrones de valencia en su orbital exterior. Entre ellos se encuentran el boro, el galio y el indio. Cuando un elemento con cinco electrones de valencia entra en la red cristalina del silicio, se completan los cuatro electrones de valencia que se precisan para llegar al equilibrio y queda libre un quinto electrón que le hace mucho mejor conductor. De un semiconductor dopado con impurezas pentavalentes se dice que es de tipo N. Figura 2. Muestra tipo N

En cambio, si se introduce una impureza trivalente en la red cristalina del silicio, se forman tres enlaces covalentes con tres átomos de silicio vecinos, quedando un cuarto átomo de silicio con un electrón sin enlazar, provocando un hueco en la red cristalina. De un semiconductor dopado con impurezas trivalentes se dice que es de tipo P.

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Figura 3. Muestra tipo P

2.1.3 Unión PN. Cuando a un material semiconductor se le introducen impurezas de tipo P por un lado e impurezas tipo N por otro, se forma una unión PN. Los electrones libres de la región N más próximos a la región P se difunden en ésta, produciéndose la recombinación con los huecos más próximos de dicha región. En la región N se crean iones positivos y en la región P se crean iones negativos. Por el hecho de formar parte de una red cristalina, los iones mencionados están interaccionados entre sí y, por tanto, no son libres para recombinarse. Por todo lo anterior, resulta una carga espacial positiva en la región N y otra negativa en la región P, ambas junto a la unión. Esta distribución de cargas en la unión establece una «barrera de potencial» que repele los huecos de la región P y los electrones de la región N alejándose de la mencionada unión. Una unión PN no conectada a un circuito exterior queda bloqueada y en equilibrio electrónico a temperatura constante. -Unión PN polarizada en directo. Si se polariza la unión PN en sentido directo, es decir, el polo positivo de la pila a la región P y el polo negativo a la región N, la tensión U de la pila contrarresta la «barrera de potencial» creada por la distribución espacial de cargas en la unión, desbloqueándola, y apareciendo una circulación de electrones de la región N a la región P y una circulación de huecos en sentido contrario. Tenemos así una corriente eléctrica de valor elevado, puesto que la unión PN se hace conductora, presentando una resistencia eléctrica muy pequeña.

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El flujo de electrones se mantiene gracias a la pila que los traslada por el circuito exterior circulando con el sentido eléctrico real, que es contrario al convencional establecido para la corriente eléctrica. -Unión PN polarizada en inverso. Si se polariza la unión PN en sentido inverso, es decir, el polo positivo de la pila a la región N y el polo negativo a la región P, la tensión U de la pila ensancha la «barrera de potencial» creada por la distribución espacial de cargas en la unión, produciendo un aumento de iones negativos en la región P y de iones positivos en la región N, impidiendo la circulación de electrones y huecos a través de la unión. La unión PN se comporta de una forma asimétrica respecto de la conducción eléctrica; dependiendo del sentido de la conexión, se comporta corno un buen conductor (polarizada en directo) o como un aislante (polarizada en inverso).

2.1.4 Curva V-I en el Diodo. La curva V-I representa el comportamiento en el flujo de electrones (corriente) que ocurre al ser sometido el diodo a una tensión que polariza al mismo directa o inversamente.

En la siguiente figura queda representado lo que sucede si aumentamos la tensión en un diodo polarizado directa o inversamente:

Figura 4. Curva V-I-

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-Cuando el diodo está polarizado en directa, no hay una corriente significativa hasta que la tensión en el diodo sea superior a la barrera de potencial. -Cuando el diodo está polarizado en inversa, casi no hay corriente inversa hasta que la tensión del diodo alcanza la tensión de ruptura. Se produce entonces una avalancha de electrones inversa que destruye al diodo.

Avance programático de la materia de Electrónica Digital.

UNIDAD I. Fundamentos de Sistemas Digitales.

1.1 Fundamentos de sistemas digitales. 1.2 Señales análogas y digitales.

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2.2 Material y Equipo Utilizado: -1 fuente de alimentación C.D -1 resistencia 1 k Ω -1 multímetros digital -1 diodo -1 LED -1 Protoboard -Alambres de conexión

-Cables de conexión banana para protoboard

Multímetro digital

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Tablilla y componentes

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3.0 Metodología.

1. Se pidió material con el que se iba a trabajar y a continuación se procedió a checar los componentes con el multímetro para saber si estaban en buenas condiciones.

2. Se procedió a armar el circuito que nos fue facilitado por nuestro docente.

Figura 5. Circuito guía facilitado por nuestro docente

3. Al término del armado del circuito se procedió a informar a nuestro docente para la aprobación de energizar el circuito. 4. A continuación se comenzó a realizar las mediciones de corriente y de voltaje en el diodo, dichas mediciones fueron documentadas en una lista.

Figura 6. Realización de mediciones

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4.0 Reporte de los alumnos, resultados.

A continuación se mostrará la lista de mediciones de corriente y voltaje en el diodo. Voltaje de fuente (volts)

Corriente en diodo (amperes)

Voltaje en diodo (volts)

0.528 V 1.5 V 3V 5V 6V 7V 8V 9V 10 V

0.1 µA 0.3 µA 0.78 mA 2.50 mA 3.57 mA 4.43 mA 5.55 mA 6.61 mA 7.50 mA

23.8 mV 170.3 mV 566 mV 624 mV 640 mV 649 mV 660 mV 672 mV 680 mV

Gráfica V-I

Voltaje mV

Práctica 1 720 700 680 660 640 620 600 580 560 540 520 500 480 460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0

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Corriente

Bibliografía preliminar. Ing. Armando Peinado Rentería. Titular de la materia. 11

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Fuentes de Información: 1. Romero Troncoso, Rene de J. Sistemas Digitales con VHDL, Ed. Universidad de Guanajuato, 2008. 2. Morris Mano, M. Diseño Digital, Ed. Person Educación,1987 3. De la Cruz Laso César René. Fundamentos De Diseño Digital. Ed. Trillas, 1988 4. Apuntes del Ing. Armando Peinado Rentería.

Conclusiones. Esta práctica nos ayudó a observar como un diodo es capaz de permitir el paso de la corriente y como varía esta misma al aumentar el voltaje con que se alimenta el diodo, la curva V-I también nos mostró la relación entre la corriente que circula por el diodo y su voltaje.

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Anexos Incluir hojas de datos de los componentes Hoja de datos del diodo

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Hoja de datos del led.

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