Practica uno caracteristicas del diodo

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Practica uno caracteristicas del diodo

  1. 1. Practica 1 1 Estudio de las características del Diodo de unión PN II. PREGUNTAS INICIALES.Resumen: Atreves de esta práctica se plantea estudiar elcomportamiento de los diodos llevando de una estructura teórica a lapráctica, analizaremos el comportamientos de estos mismos con 1. Describa el comportamiento de un diodo endiferentes clases de circuitos para poder establecer las ventajas y polarización directa e inversa teniendo en cuenta losaplicaciones que puede beneficiar a la hora de trabajar modelando flujos de corriente y su resistencia equivalente encircuitos y principalmente los diodos, para esto se utilizaran técnicas cada caso.algebraicas para solucionar los problemas y así comparar losresultados teóricos y prácticos. Utilizando diferentes tipos de - El diodo es un dispositivo formado por materialesherramientas tales como (Dip switches, resistencias, diodos, semiconductores el cual permite el paso de unagenerador de señales, fuente DC, osciloscopio, Protoboards etc.) asíevaluaremos las respuestas de estos mismos. corriente eléctrica en una sola dirección, comportándose idealmente como una especie de switch accionado por la dirección del flujo de la corriente que pasa por este teniendo en cuenta laPalabras claves: Diodo, corriente directa, corriente alterna,polarización directa, polarización inversa. polarización en la que se encuentra. - Un diodo en polarización directa presenta un mayor I. MARCO TEORICO voltaje en el ánodo que en el cátodo, induciendo al diodo a tener un comportamiento de corto circuitolos mejores conductores por excelencia, plata , cobre y oro Tal y como se ilustra en la figura 1, sin embargo, latienen un electrón de valencia , mientas que los mejores unión pn exhibe una caída de voltaje debido a suaislantes tienen ocho electrones de valencia, un conductor es resistencia óhmicaun elemento con propiedades eléctricas entre un conductor yun aislante y como es lógico los mejores semiconductores - Un diodo en polarización inversa el voltaje del ánodotienen 4 electrones de valencia los más utilizados son el es menor que el del cátodo comportándose como unsilicio el germanio. Una de las desventajas que presenta el circuito abierto (la corriente a través de él esgermanio es su excesiva corriente inversa, entonces fue prácticamente nula)cuando se empezó a utilizar el cilicio y hasta hoy esta presenteen la mayoría de las aplicaciones electrónica. La zonacompuesta entre p (huecos) y n (electrones libres) se le conocecomo unión pn esta unión tiene tantas propiedades útilescomo por ejemplo el diodo, comprender esta unión pn lepermitirá entender todo sobre los dispositivossemiconductores.El diodo puede ser conectado con 2 polaridades diferentesdirecta o inversa, la polarización directa esta presente en undiodo cuando el ánodo es mayor que el cátodo, el circuito secomporta junto con el diodo como un corto circuito.Al momento de estar en polarización inversa la tensión será Figura.1 funcionamiento de un diodo: A) en polarización directa. B) en polarización inversa.aproximada a cero.La corriente inversa total de un diodo consta de una corrientede portadores minoritarios y una corriente superficial de fugas.El valor en el que el diodo empieza a conducir cuando estáconectado en directa es 0.7. Y en el caso de un diodopolarizado en inversa su corriente es igual a 0.
  2. 2. Practica 1 22. ¿Qué parámetros determinan la resistencia limitadora - Los DIP switch son interruptores eléctricos manuales que se conecta en serie con la fuente de alimentación empaquetados en grupos de 2, 4 ,8 y 16 y cuya para circuitos con diodos? ¿Siempre es necesario arquitectura se basa en la DIP (doble línea de pines), colocarla? Justifique su respuesta. su pequeño tamaño y disposición permite su uso en protoboards y entrenadores permitiendo alterar el- La resistencia limitadora se encarga de mantener en comportamiento del circuito según sea necesario. Su el margen de operación la corriente que circula a ventaja es permitir en un solo montaje switches través del diodo, esto permite no sobrepasar el valor diversos montados en la misma placa sin que estos de potencia máximo que soporta el dispositivo y tengan que estar unidos por cables que son dañarlo o deteriorarlo, para su selección es necesario engorrosos para manejar y afectan la estética del conocer el valor de corriente máxima que circulará circuito. por el Diodo, la tensión de alimentación del circuito, esto para poder realizar los cálculos de valor de resistencia (Vs/I) y de potencia del resistor (Pr=VrI). Por tal motivo es siempre recomendable colocar una resistencia limitadora antes del diodo. Figura. 3. Tipos de DIP switch III. PROCEDIMIENTO, DATOS y Figura.2 Esquema de un Diodo ANÁLISIS.3. ¿Qué se entiende por tiempo de recuperación inversa en los diodos? ¿En qué puede afectar el Parte A. comportamiento de un circuito con diodos dicho tiempo? - Procedimiento: Para el reconocimiento del diodo lo observamos, identificando el ánodo y el cátodo- El tiempo de recuperación inversa corresponde al basándonos en el símbolo del dispositivo y en la tiempo que le toma a los portadores de carga de una señalización que posee el encapsulado. Fue necesario unión p-n reacomodarse luego de una polarización ayudarnos de la hoja del fabricante, de la guía de directa, para obtener el comportamiento característico laboratorio y del multímetro. en la polarización inversa. Esto plantea que no se puede anular instantáneamente el valor de corriente - Análisis: Para identificar físicamente el cátodo, por un diodo hasta que ocurra este reordenamiento. vemos en el diodo una banda de color negro, y para identificarlo en los esquemas se hace como se ilustra: Esto puede afectar principalmente aquellos circuitos donde el diodo se utiliza para bloquear señales en un sentido (interruptores), ya que si el cambio en la señal es más rápido que el cambio de región en el diodo entonces existirá conducción siempre. Este parámetro oscila entre 30uS – 4 nS para el diodo 1N4007 y 1N4148 respectivamente.4. Investigue el funcionamiento de un DIP switch y diga que ventajas ofrece en la implementación de un circuito. Figura.4 tipos de diodos
  3. 3. Practica 1 3- Análisis con el voltímetro: lo primero que se hace es ubicar la perilla del multímetros donde se encuentra el símbolo del diodo, luego colocamos la punta positiva en un extremo del diodo y la negativa en el otro extremo. Si la pantalla registra un cambio entonces es porque la punta positiva indica en ánodo y por lo tanto la otra el cátodo. Figura 7. Montaje General. Comenzando con una tensión de 0.05 v en la fuente e incrementándola gradualmente en 0.05 v hasta llegar a 0.8 v en el diodo, se tomaron los datos para el diodo 1N4148, que se muestran en la siguiente tabla. voltaje voltaje voltaje Corriente fuente Resistencia Diodo (mA) 0,05 0 0,05 0 0,1 0 0,1 0 Figura.5. Método para medir en el diodo con multímetro. 0,15 0 0,15 0 0,2 0 0,2 0 Parte B. 0,25 0 0,25 0- Procedimiento: Se verificó en la hoja de datos la 0,3 0 0,3 0 máxima corriente que soporta el diodo en 0,35 0 0,35 0 polarización directa, 0,4 0 0,4 0,03 Imax (1N4148) = 200mA 0,46 0,012 0,45 0,07 Imax (1N4007) = 1A 0,53 0,093 0,5 0,16 0,64 0,093 0,55 0,4 0,831 0,234 0,6 1,01 1,3 0,64 0,65 2,47 2,22 1,15 0,7 5,71 3,64 2,9 0,75 10,8 6,51 5,71 0,8 21,17 Tabla 1. Polarización directa diodo 1N4148 Figura 6. Diagrama esquemático No.1. Posteriormente se realizó una gráfica de Después se realizo el montaje indicado en la Figura Voltaje vs Corriente en el diodo 1N4148, 6 empleando un valor de resistencia de 270 (1W de obteniendo la siguiente: disipación máxima de potencia)
  4. 4. Practica 1 4 Figura 8. Grafica del diodo 1N4148 en polarización directa. Figura 9. Gráfica del diodo 1N4007 en polarización directa. Más adelante manteniendo el mismo circuito se cambió el diodo 1N4148 por el diodo Se observa que tanto para el diodo (1N4148) y el diodo (1N4007) el comportamiento es bastante 1N4007 y se comenzó a tomar datos desde similar. Hasta cierto valor de tensión, la corriente que una tensión de 0.05V en la fuente hasta llegar pasa por el diodo es muy baja, y solo a partir del a una de 0.8V con incremento de 0.05V, los voltaje de arranque la corriente empieza a ser cuales se encuentran en la siguiente tabla: significativa. A partir de lo aprendido en clase podríamos decir que este es el voltaje de arranque, desde del cual el diodo empieza a conducir corriente.Voltaje Voltaje Voltaje Corriente En las gráficas realizadas con base en las tablasfuente Resistencia Diodo (mA) podemos notar este voltaje de conducción entre 0.39V 0,05 0 0,05 0 a 0.489V para el diodo 1N4148 y entre 0.399 a 0.478para el 1N4007. Además vemos, a partir de las 0,1 0 0,1 0 gráficas en Excel, que el comportamiento de la 0,15 0 0,15 0 tensión vs corriente en el diodo es exponencial. 0,2 0 0,2 0 0,25 0 0,25 0 Parte C. 0,3 0,001 0,3 0,01 - Procedimiento: Inicialmente se consultó en la hoja de datos del fabricante el voltaje de ruptura de los 0,34 0,001 0,34 0,02 diodos manejados en esta práctica y la potencia 0,407 0,005 0,4 0,04 máxima disipada por cada uno de los diodos. 0,463 0,016 0,45 0,08 - VR (1N4148) = 75 V 0,546 0,05 0,5 0,2 VR (1N4007) = 1 kV 0,68 0,13 0,55 0,52 Pmax (1N4148) = 500 mW 0,97 0,38 0,6 1,41 Pmax (1N4007) = 3 W 1,78 1,13 0,65 4,2 3,77 3,07 0,7 11,42 10,5 9,77 0,75 36,35 33,43 32,52 0,8 121,34 Tabla 2. Polarización directa diodo 1N4007. Seguidamente se realizó una gráfica de Voltaje vs Figura 10. Diagrama esquemático No.2 Corriente en el diodo 1N4007, dando como resultado: Posteriormente se realizó el montaje del circuito indicado en la Figura 8, el cual corresponde a polarización inversa para ambos diodos (1N4148, 1N4007), empleando la misma resistencia de 270Ω (1W).
  5. 5. Practica 1 5Se encendió la fuente y se tomaron valores de voltajeen el diodo y corriente del circuito para valores de la Voltaje Voltaje Voltaje Corrientefuente desde 0V hasta 60V con incremento de 5V. fuente Resistencia Diodo (mA)Con la toma de datos se obtuvo la siguiente tabla: 0 0 0 0 5 0 5 0,01 Voltaje Voltaje voltaje Corriente 10 0 10 0,01 fuente Resistencia Diodo (mA) 15 0 15 0,01 0 0 0 0 20 0 20 0,01 5 0 5 0,01 25 0 25 0,01 10 0 10 0,01 30 0 30 0,01 15 0 15 0,01 35 0 35 0,01 20 0 20 0,01 40 0 40 0,01 25 0 25 0,01 45 0 45 0,01 30 0 30 0,01 50 0 50 0,01 35 0 35 0,01 55 0 55 0,01 40 0 40 0,01 60 0 60 0,01 45 0 45 0,01 Tabla 4. Polarización inversa diodo 1N4007. 50 0 50 0,01 55 0 55 0,01 60 0 60 0,01 Tabla 3. Polarización inversa diodo 1N4148. Figura 12. Gráfica del diodo 1N4007 en polarización inversa. La figura 12 relaciona la tensión con la corriente del diodo 1N4007 en polarización inversa según la tabla 4, los resultados son similares al del diodo 1N4148Figura 11. Gráfica del diodo 1N4148 en polarización debido a que este no se encuentra en polarizacióninversa. directa y no alcanzan la tensión de ruptura.La figura 11 relaciona la tensión con la corriente del Podemos notar en las tablas 3 y 4 que los dos diodosdiodo 1N4148 en polarización inversa según la tabla tienen comportamientos similares ya que en ambos3, no se observa un cambio en la corriente, y no se las corrientes son despreciables, es decir casi nulasalcanza la tensión de ruptura de este diodo. debido a que no se alcanzó el voltaje de ruptura o avalancha, ya que un diodo polarizado inversamente puede llegar a conducir corriente cuando el voltaje empleado alcanza el de ruptura. Según la hoja del fabricante, el voltaje de ruptura del diodo 1N4148 es de 75V y del diodo 1N4007 es de 1000V.
  6. 6. Practica 1 6Parte D (Comportamiento en AC) En la figura 13 podemos observar la gráfica de la entrada, y la salida medida en el diodo 1N4148 enEn la parte D de este informe se analizó el donde el comportamiento del diodo es como uncomportamiento de los diodos en AC. En esta limitador de la señal. La grafica azul presenta losocasión, el valor del voltaje se fijó, y se fue variando siguientes valores:la frecuencia de onda, para analizar los cambios que Vpp: 3.3V, F: 500.010Hz.se producían en el diodo (en 1N4148 y 1N4007), yasí sacar conclusiones y diferencias entre los diodos,además de las diferencias de la señal de entrada y larespuesta del diodo.La frecuencia inicial en cada caso fue de 500 Hz, sefue aumentando gradualmente hasta notar cambiossignificativos en las gráficas de la señal de respuestadel diodo y se fueron guardando las gráficasobtenidas en el osciloscopio. Figura 15. Señal de salida del diodo 1N4148 a frecuencia alta. Al ir incrementando la frecuencia notamos que la señal de salida se distorsionaba. En la figura 14 muestra el cambio que tuvo la señal de entrada y las notaciones de las gráficas fueron: Vpp: 2.78V, F: 1.50824KHz. Figura 13. Señal de entrada.En la gráfica anterior se muestra la señal de entradauna onda sinodal dada por el generador con lassiguientes anotaciones:Vpp: 5V, F: 506.977Hz. Figura 16. Señal de salida del diodo 1N4007. En la figura 15 mostramos la señal de entrada, y la salida tomada desde el diodo 1N4007 en el que igualmente se comporta como un limitador de señal. La gráfica azul presenta los siguientes valores: Vpp: 3.3V, F: 497.757Hz. Figura 14. Señal de salida en diodo 1N4148.
  7. 7. Practica 1 7 Figura 18. Diagrama esquemático No.4 Después se midió el voltaje en los diodos (1N4148), sobre el LED, y la corriente de salida para cada una Figura 17. Señal de salida del diodo 1N4007 a alta de las combinaciones del DIP switch y se obtuvieron frecuencia. los resultados de la Tabla 5.Al aumentar la frecuencia notamos que la señal Posición Voltaje Voltaje Voltaje Corriente de los D1(V) D2(V) LED(V) de salidacambiaba notoriamente. Los datos de la tabla son: SWITCHES (A)Vpp: 4.8V, F: 11.2050MHz. V1 V2A partir del análisis de gráficas y datos suministrados O ON 0,64 0,65 0,601 0,03 mApor el osciloscopio, se puede ver claramente que la Nfunción del diodo es la de permitir el paso de la O OFF 0,678 -4,32 0,68 0,03 mAcorriente en una dirección determinado, de ahí el Nporqué se ve una limitación en uno de los topes de la OF ON -4,30 0,685 0,677 0,07 mAseñal de respuesta, y una diferencia característica Fentre los diodos: A frecuencias altas, el de señal OF OFF -3,106 -3,116 1,915 3,12 mA(1N4148) trabaja mejor que el rectificador (1N4007). F Tabla 5. Mediciones en el esquemático No.4.Parte E (aplicación: compuertas lógicas) Se puede observar que para una fuente de 5V al accionar los interruptores, en la posición deEn esta parte del laboratorio, se analizó el encendido, la corriente circula a través de los diodosfuncionamiento de un DIP switch y como este puede D1 y D2 proveniente de la resistencia de 1k debido aafectar los parámetros de un circuito. que poseen voltajes de umbral más pequeños que elSe realizó el circuito de la Figura 6, en donde la R1 LED y sigue su camino hacia tierra, entonces notiene un valor de 220Ω (1/4W), la R2 tiene un valor circula corriente por el LED ni por las resistencias dede 1K Ω, los diodos son referencia 1N4148 y la 220. Al cambiar de posición, sólo uno de losfuente Vcc es 5VDC. interruptores, la corriente circula solo por un camino (el interruptor cerrado) para el interruptor abiertoSe verificó el voltaje de encendido del LED en la vamos a observar que su diferencia de tensión es elhoja de datos cuyo valor es de 1.7V. valor de tensión del resistor de 1k. Aun así, no circula corriente por el LED, porque toda desvía por el diodo. Cuando ambos interruptores están abiertos no circula corriente a través de los resistores de 220 ohm ni a través de los diodos (diferencia de potencial prácticamente 0), la corriente circula a través de la malla resistor de 1k y LED, y el voltaje de los diodos D1 y D2 es el de la resistencia de 1k, el voltaje en el LED es de 1.915 ligeramente por encima de su-
  8. 8. Practica 1 8 voltaje umbral. Este circuito, permite la activación No es posible observar el voltaje de ruptura de los de una señal cuando las dos están en off, asemeja el diodos, ya que notamos en las Tablas que los valores funcionamiento de una compuerta lógica NAND. de corriente obtenidos para los Diodos 1N4148 y 1N4007 fueron constantes con relación a la variación del voltaje de la fuente, el cual presenta una variación de 5V hasta 65V, y debería llegar a 75V para el 1N4148 y alrededor de 1000V para el 1N4007 para alcanzar la tensión de ruptura equivalente en cada uno, lo cual no se logró con la fuente de tensión suministrada en el laboratorio. 4. ¿Qué diferencias observó entre el diodo de Señal y el Figura 19. Montaje diagrama esquemático No4. diodo de Rectificación? IV. PREGUNTAS FINALES. Una diferencia entre el diodo rectificador y el diodo de señal es que la tensión a partir de la cual el diodo rectificador comienza a conducir corriente en1. ¿Puede usted determinar a partir de los datos polarización directa suele ser inferior a la del diodo registrados en la Tabla 1 el voltaje de encendido del de señal. diodo? Otra diferencia que podemos notar entre el diodo rectificador y el de señal es que el diodo rectificador Si, podemos darnos cuenta que el voltaje de permite paso de corriente a valores pequeños de encendido del diodo se da a partir de un valor voltaje en cambio el de señal no trabaja con cercano a 0.65 y 0.7, En este momento podemos corrientes muy altas, el diodo rectificador muestra observar que hay un aumento considerable en los distorsión en la señal al someterla a grande valores de corriente (2.47 Y 5.71 respectivamente). frecuencias, y en el diodo de señal no sucede esto, Esto debido a la proporcionalidad establecida por la porque el tiempo de restauración inversa es mayor en ley de ohm entre estas dos variables (v=i*r). el diodo rectificador que el de señal, este diodo de señal se utiliza para frecuencias más altas que el2. ¿Qué diferencias encuentra entre los valores de las de potencia. Tablas 1 y 2 de la sección Resumen de Resultados? Explique por qué ocurren. 5. En la figura 3 se muestra el diagrama esquemático del circuito que debe ser montado para el análisis DC Una diferencia es que el voltaje de arranque para en polarización directa, según la teoría desarrollada cada uno de los diodos es diferente, en este caso el en clases. Dicho esquema cuenta con una resistencia diodo 1N4007 arranca primero cómo lo podemos en limitadora cuya función ya debe conocerse. El valor la Tabla 2, encontrándose a un voltaje de 0.6V ya que se recomienda usar es una resistencia de 270Ω conduce una corriente de 1.41mA mientras que el con una disipación de potencia de 1W. Explique diodo 1N4148 a un voltaje igual conduce un corriente cuantitativa y cualitativamente los motivos por los de 1.01mA. Otra diferencia encontrada es que el cuales fue seleccionado dicho valor, basado en los diodo 1N4007 maneja mayores valores de corriente valores comerciales de las resistencias, y los para el mismo voltaje en comparación con el diodo resultados obtenidos para ese análisis, teniendo en 1N4148, esto se da debido a las características de este cuenta que se fijó una corriente máxima de 35mA 1N4147 -potencia y IN4148-señal. para un voltaje de entrada máximo de 10v.3. ¿Es posible observar cuál es el voltaje de ruptura de Por medio del análisis del circuito podemos conocer los diodos 1N4148 y 1N4007 a partir de los datos el valor de la potencia que soporta la resistencia y de registrados en las Tablas 4 y 5? Justifique su esta manera estar seguros de cualquier error o respuesta. elevación de tensión o de corrientes, se escogió de 1W teniendo presente la corriente máxima del diodo-
  9. 9. Practica 1 9 y al tensión que se suministrada al circuito, al podemos moldear las condiciones para que la utilidad realizar la multiplicación de corriente con tensión, sea la deseada. obtenemos un dato aproximado de la potencia del resistor. - Para los circuitos en AC los diodos funcionan como Para saber el valor de la resistencia aplicamos los rectificadores de señal, ya sea de media onda o de conceptos previamente aprendidos en clase y onda completa, hacia arriba o hacia abajo, depende aplicamos lo siguiente: de la configuración del circuito. VI. REFERENCIAS [2].DATASHEET Catalog. Buscador de hojas de datos de dispositivos electrónicos, www.datasheetcatalog.net. Manual de guías de Laboratorio. Electrónica I. Julio A. Maldonado, Nadime I. Rodríguez. Colaboración de Ing. Mauricio Pardo. Universidad del Norte. Por lo tanto la resistencia es igual a: SEDRA, Adel; SMITH, Kenneth. Circuitos Microelectrónicos. 5ª Ed. McGraw HIll. Mexico 2006. Por esto se utiliza la resistencia de 270Ω, para efectos de eficiencia en el circuito. V. CONCLUSIONES- Al realizar cada uno de los montajes nos fue posible evidenciar cada uno de los conceptos y nociones adquiridas en la clase, pudimos establecer comparaciones entre los diodos 1N4148 y 1N4007.- A partir del análisis de gráficas y datos suministrados por el osciloscopio y el multímetro, se puede ver claramente que la función del diodo es la de permitir el paso de la corriente en una dirección determinado, de ahí el porqué se ve una limitación en uno de los topes de la señal de respuesta, y podemos ver una diferencia característica entre los diodos y es que a frecuencias altas, el de señal (1N4148) trabaja mejor que el rectificador (1N4007).- De esta experiencia podemos concluir que los diodos tienen tres estados de funcionamiento: en polarización directa (en donde el diodo conduce una corriente manejada porque circuito pero a la vez limitada por la fabricación del mismo), polarización inversa (es todo lo contrario a la directa, no conduce corriente, por lo tanto se comporta como circuito abierto) y momento de ruptura (aquí el diodo se comporta por regulador, es decir, tiene un voltaje de ruptura el cual permanece casi constante al variar la corriente), y en cada uno de ellos tiene aplicaciones a al ámbito de la electrónica y esto depende en cómo-

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