UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA ELECTRONICA I CICLO II - 2013
Laboratorio #1: “CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS DEL DIODO” Integrantes: Héctor Mauricio Fuentes Chicas FC11023
Néstor Gabriel Vásquez López
VL10008
Grupo de Laboratorio: 01
Catedrático: Ing. José Ramos López
Ciudad Universitaria, 25 de agosto de 2013
INDICE
Contenido
Pág.
Introducción……………………………………………………............
3
Objetivos……………………………………………………………….
4
Marco teórico…………………………………………………………..
5
Asignación………………………………………………………...........
7
Observaciones……………………………………………………….....
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Conclusiones……………………………………………………………
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Bibliografía……………………………………………………….........
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INTRODUCCION La sociedad actual ha experimentado cambios nunca antes vistos. Somos testigos de la influencia de la Electrónica en todos los aspectos de la tecnología. Es inconcebible la vida moderna sin los medios de comunicación (radio, televisión, telefonía), sin los sistemas de manejo de información (computación), sin la electrónica de consumo en el hogar. Todo ha sido posible gracias a los trabajos de investigación y desarrollo tecnológico, los cuales se han visto acelerados a partir de la invención de los diodos y transistores. Estos dispositivos basados en materiales semiconductores, a partir de los cuales se fabrican prácticamente todos los sistemas electrónicos actuales. La tecnología de los semiconductores es un factor básico en las economías de los países desarrollados. El presente trabajo tiene como finalidad demostrar los criterios aprendidos en clase acerca de las características de los diodos a través de la práctica en tiempo real y por medio de software de simulación como Spice Opus, además de reforzar esos criterios con la implementación de la teoría de circuitos. Como antesala podemos afirmar el comportamiento del diodo como el de un interruptor que deja o no pasar corriente, desde un punto a otro de su ubicación. Además, una de las características más importantes de ser un dispositivo no lineal cuando se ve sometido a fuentes de corriente alternas. Por lo cual en este trabajo hemos abarcado gran parte de las aplicaciones de los diodos en la electrónica.
OBJETIVOS Objetivo General: “Implementar lo aprendido en clases para el estudio del comportamiento de los circuitos al utilizar dispositivos semiconductores no lineales como los Diodos”
Objetivos Específicos:
Interpretar los datos obtenidos de las mediciones hechas en la práctica para compararlos con los dados en clases. Distinguir las gráficas generadas por Spice para un análisis más acertado de lo hecho en la práctica.
MARCO TEORICO Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest. Un diodo semiconductor moderno está hecho de cristal semiconductor como el silicio con impurezas en él para crear una región que contiene portadores de carga negativa (electrones), llamado semiconductor de tipo n, y una región en el otro lado que contiene portadores de carga positiva (huecos), llamado semiconductor tipo p. Las terminales del diodo se unen a cada región. El límite dentro del cristal de estas dos regiones, llamado una unión PN, es donde la importancia del diodo toma su lugar. El cristal conduce una corriente de electrones del lado n (llamado cátodo), pero no en la dirección opuesta; es decir, cuando una corriente convencional fluye del ánodo al cátodo (opuesto al flujo de los electrones). Al unir ambos cristales, se manifiesta una difusión de electrones del cristal n al p (J e). Al establecerse una corriente de difusión, aparecen cargas fijas en una zona a ambos lados de la unión, zona que recibe el nombre de región de agotamiento. A medida que progresa el proceso de difusión, la región de agotamiento va incrementando su anchura profundizando en los cristales a ambos lados de la unión. Sin embargo, la acumulación de iones positivos en la zona n y de iones negativos en la zona p, crea un campo eléctrico (E) que actuará sobre los electrones libres de la zona n con una determinada fuerza de desplazamiento, que se opondrá a la corriente de electrones y terminará deteniéndolos. Este campo eléctrico es equivalente a decir que aparece una diferencia de tensión entre las zonas p y n. Esta diferencia de potencial (V D) es de 0,7 V en el caso del silicio y 0,3 V para los cristales de germanio. La anchura de la región de agotamiento una vez alcanzado el equilibrio, suele ser del orden de 0,5 micras pero cuando uno de los cristales está mucho más dopado que el otro, la zona de carga espacial es mucho mayor. Cuando se somete al diodo a una diferencia de tensión externa, se dice que el diodo está polarizado, pudiendo ser la polarización directa o inversa.
Existen varios tipos de diodos, que pueden diferir en su aspecto físico, impurezas, uso de electrodos, que tienen características eléctricas particulares usados para una aplicación especial en un circuito. El funcionamiento de estos diodos es fundamentado por principios de la mecánica cuántica y teoría de bandas. Los diodos normales, los cuales operan como se describía más arriba, se hacen generalmente de silicio dopado o germanio. Antes del desarrollo de estos diodos rectificadores de silicio, se usaba el óxido cuproso y el selenio: su baja eficiencia le dio una caída de tensión muy alta (desde 1,4 a 1,7V) y requerían de una gran disipación de calor mucho más grande que un diodo de silicio. La gran mayoría de los diodos pn se encuentran en circuitos integrados CMOS, que incluyen dos diodos por pin y muchos otros diodos internos.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Como todos los componentes electrónicos, los diodos poseen propiedades que les diferencia de los demás semiconductores. Es necesario conocer estas, pues los libros de características y las necesidades de diseño así lo requieren. En estos apuntes aparecerán las más importantes desde el punto de vista práctico.
Valores nominales de tensión: VF = Tensión directa en los extremos del diodo en conducción. VR = Tensión inversa en los extremos del diodo en polarización inversa. VRSM = Tensión inversa de pico no repetitiva. VRRM = Tensión inversa de pico repetitiva. VRWM = Tensión inversa de cresta de funcionamiento.
.
Valores nominales de corriente: IF = Corriente directa. IR = Corriente inversa. IFAV = Valor medio de la forma de onda de la corriente durante un periodo. IFRMS = Corriente eficaz en estado de conducción. Es la máxima corriente eficaz que el diodo es capaz de soportar. IFSM = Corriente directa de pico (inicial) no repetitiva.
.
AV= Average(promedio) RMS= Root Mean Square (raíz de la media cuadrática)
Valores nominales de temperatura Tstg = Indica los valores máximos y mínimos de la temperatura de almacenamiento. T j = Valor máximo de la temperatura que soporta la unión de los semiconductores.
ASIGNACION Tarea 1- Características del Diodo: La Curva I-V.
Dada la obtención de datos siguientes trace la gráfica I-V: VS [V] VR [V] VD [V]
-1.082 0 -1.082
-0.912 0 -0.912
-0.540 0 -0.540
-0.056 0 -0.056
0 0 0
0.056 0 0.050
0.500 0.072 0.460
0.900 0.379 0.550
1.008 0.470 0.561
Para obtener los valores de la corriente I D haremos uso de la ley de Ohm:
VD [V]
-1.082
-0.912
-0.54
-0.056
0
ID [A]
-2.16E-03
-1.82E-03
-1.08E-03
-0.11E-03
0
0.05 0.10E-03
0.46 0.920E-03
0.55
0.561
1.10E-03
1.12E-03
Graficando en Excel:
Grafica I-V 0.002500 0.002000 0.001500 0.001000
] A m 0.000500 [ e t 0.000000 n e i r r -0.000500 o C
-1.082
-0.912
-0.54
-0.056
0
0.056
0.5
0.9
1.008
-0.001000 -0.001500 -0.002000 -0.002500
Voltaje [V]
Calculando IS por medio de la ecuación de Shockley:
Calculando los valores de IS y R S por la ecuación que describe el modelo de Shockley:
[ ] [ ] μ
Calcular R S e IS, dados V d1=-0.056, V d2=0.9; V T=0.025 e Id1=-100 A, Id2=10mA
Calculando Is:
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]
Tarea 2- Características del Diodo: Grandes Señales.
Graficas obtenidas por el Osciloscopio:
La grafica de color amarillo es la La grafica de color
comprendida en la
verde es la
salida del circuito.
comprendida en la salida del circuito. El trazo está invertido debido a error de puesta en los terminales.
Tiempo de inactividad
Como podemos observar el circuito es un rectificador de media onda que esta dejando pasar la parte positiva de la señal de entrada, ademas podemos ver que los conceptos estudiados en clases se hacen evidente, ya que si observamos el grafico podemos ver que el tiempo de operación del diodo no siempre pasa encendido hay momentos en los cuales pasa inactivo y corta la señal y ese periodo es evidentemente amplio (un periodo completo).
Graficas obtenidas por el Osciloscopio:
Voltaje Máximo = 3.04
Voltaje Minino = 0
Como podemos observar el puente rectificador es un circuito electrónico usado en la conversión de corriente alterna en corriente continua. Consiste en cuatro diodos comunes, que convierten una señal con partes positivas y negativas en una señal únicamente positiva. Un simple diodo permitiría quedarse con la parte positiva, pero el puente permite aprovechar también la parte negativa. Y lo que hacen es que la electricidad vaya en un solo sentido y como observamos el tiempo de operación o es de medio periodo al contrario que el rectificador de media onda visto anteriormente.
Tarea 3- Características del Diodo: Pequeñas Señales.
Graficas obtenidas del osciloscopio para un offset de 0.5V:
Graficas obtenidas del osciloscopio para un offset de 0.4V:
Graficas obtenidas del osciloscopio para un offset de 0.6V
:
Tarea 4 - Rectificador de media onda mejorado.
Graficas obtenidas del osciloscopio:
