UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE ING.ELECTRICA Y ELECTRONICA ESCUELA PROFESIONAL DE ELECTRONICA

LABORATORIO DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOSExperimento1: curva caracterstica de diodosI. Objetivo general.

Al finalizar el experimento el estudiante estar en capacidad de describir en trminos de sus caractersticas elctricas el funcionamiento de los diodos de silicio, germanio, diodos zener y los diodos emisores de luz (LEDS), estar tambin capacitado para establecer diferencias entre todos ellos.

II. Objetivos especficos1. Comprobar el estado de diodos de silicio y germanio utilizando multimetros digitales.2. Utilizar diferentes mtodos para obtener la curva caractersticas de diodos.

III. Cuestionario previo1. En varios laboratorios del presente curso debern aislarse las tierras entre generados/fuentes y osciloscopio. Investigue por que este aislamiento es necesario. Qu ocurre al circuito de la figura 2 si no se aslan las tierras?

El propsito es que si hay un peligroso contacto accidental de la lnea con la masa, la corriente en lugar de regresar al transformador por el neutro, lo haga por la conduccin entre ambas tierras, con lo que se disparan los protectores diferenciales, que interrumpen el servicio hasta que la falla de aislamiento ha sido solventada. En los aparatos electrnicos que lleven una fuente de alimentacin provista de un transformador (bien sea un transformador convencional, o el de una fuente de alimentacin conmutada) que establece un aislamiento galvnico entre primario y secundario, las tensiones de salida de las mismas, junto con el cuerpo metlico del aparato se conetan a tierra. Los osciloscopios estn aislados galvnicamente de la red, por lo cual el punto cero de las alimentciones internas debe conectarse a masa, y sta 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 quizar fundir algn fusible interno o peor, destruir algn semiconductor delicado.En estas condiciones se debe evitar entrar en contacto personal con la masa del osciloscopio, que puede quedar a una tensin elevada y/o peligrosa. Adems los oscilogramas observados pueden resultar falsos por la falta de referencia a cero tensin (tierra).

2. Investigue el comportamiento de un diodo ideal, el funcionamiento de un diodo de unin pn y el origen de las curvas caractersticas de los ltimos, Qu significa que un diodo este polarizado en forma directa o en inversa?

Diodo ideal:En forma ideal el diodo conducira corriente en la direccion definida por la flecha en el simbolo y actuara como un circuito abierto para cualquier intento de establecer la corriente en cualquiera de las direcciones opuestas.Las caracteristica de este diodo ideal son las de un interruptor que puede conducir corriente en una sola direccion.

Diodo de unin pn:Los diodos pn, son uniones de dos materiales semiconductores extrnsecos tipos p y n, por lo que tambin reciben la denominacin de unin pn. Hay que destacar que ninguno de los dos cristales por separado tiene carga elctrica, ya que en cada cristal, el nmero de electrones y protones es el mismo, de lo que podemos decir que los dos cristales, tanto el p como el n, son neutros. (Su carga neta es 0).Al unir ambos cristales, se manifiesta una difusin de electrones del cristal n al p (Je).Al establecerse estas corrientes aparecen cargas fijas en una zona a ambos lados de la unin, zona que recibe diferentes denominaciones como zona de carga espacial, de agotamiento, de deplexin, de vaciado, etc.

Polarizacin directa:Cuando la corriente circula en sentido directo, es decir del nodo A al ctodo K, siguiendo la ruta de la flecha (la del diodo). En este caso la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad comportndose prcticamente como un corto circuito. El diodo conduce.

Polarizacin inversa:Cuando una tensin negativa en bornes del diodo tiende a hacer pasar la corriente en sentido inverso, opuesto a la flecha (la flecha del diodo), o sea del ctodo al nodo. En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta prcticamente como un circuito abierto. El diodo est bloqueado.

3. Investigue que funcin matemtica describe el comportamiento de un diodo de unin pn y como es afectado por la temperatura.

Modelo DC del diodo real

El comportamiento del diodo real se corresponde con el indicado por la siguiente expresin:

en donde:

n, es el factor de idealidad. El valor n se ubica dentro del rango entre 1 y 2. Depende de las dimensiones del diodo, del material semiconductor, de la magnitud de la corriente directa y del valor de IS.VT, es el potencial trmico del diodo y es funcin de la constante de Boltzmann (K), la carga del electrn (q) y la temperatura absoluta del diodo T(K). La siguiente expresin permite el clculo de VT:

Con y ..

El potencial trmico a temperatura ambiente, T=25C, es VT=25.71mV.

R es la resistencia combinada de las zonas P y N, de manera que V-IR es la tensin que se est aplicando en la unin PN, siendo I la intensidad que circula por el componente y V la tensin entre terminales externos.IS, es la corriente inversa de saturacin del diodo. Depende de la estructura, del material, del dopado y fuertemente de la temperatura.

4. Investigue que diferencia hay entre el comportamiento de diodos de germanio y de silicio.

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

Comportamiento:Los LED se usan como indicadores en dispositivos variados. Los diodos pueden variar de tamao y color, lo cual depende de la cantidad de luminosidad que posea, ya que respecto a este es la cantidad de corriente que logre consumir.Funcionamiento:Cuando el LED se conecta de manera de polarizacin directa a la fuente existe una liberacin de energa(es el paso de la corriente por los puntos P y N del diodo LED) el cual genera calor y este as mismo es el que hace q se muerte el color que se ve en el LED.

6. Investigue el comportamiento del diodo zener y el origen de su curva caracterstica.

Comportamiento:El diodo zener es la parte esencial de los reguladores de tensin casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensin de red, de la resistencia de carga y temperatura.

En un circuito toma las caractersticas de un diodo rectificador, sea el caso de una polarizacin directa y en el caso de una polarizacin inversa, funcionar como un puente el cual dejar pasar corriente constante.

Funcionamiento:Como se mencion el zener puede funcionar en 2 distintos casos, siendo el ms importante y ms usado el segundo, en polarizacin inversa. Porque funciona como componente de proteccin del circuito, mejorando la seal de entrada y mantenindolo estable frente a pequeas variaciones de tensin.

7. Busque datos del fabricante de los diodos empleados en este experimento

8. Investigue como funciona un multmetro digital en su escala de medicin de diodos.

Ahora se observan cada vez multmetros con ms opciones de manejo, teniendo entre ellos la medicin del diodo (cualquier tipo) teniendo en cuenta el sentido del diodo, ctodo y nodo, se puede verificar si el diodo est en perfectas condiciones o es inservible. Para ello se le mide de 2 maneras, la primera es cuando se le conecta positivo-nodo y negativo ctodo, el cual en la marcacin debe observarse el voltaje umbral necesario para que funcione correctamente, y sea el caso que se conecte al revs la marcacin debe ser 0v.

9. Simule el circuito de la figura 2.

10. Qu funciones desempean la resistencia R en el circuito de la figura 2?

11. Qu representan las mediciones de los canales X y Y del osciloscopio en relacin con las curvas caractersticas de diodos? por que los dos canales del osciloscopio deben estar en CD, y el canal Y (canal2) debe estar invertido en las mediciones del punto 4 del procedimiento?

IV. Materiales y equipo 1 generador de funciones Osciloscopio de rayos catdicos(ORC) 1 aislador de tierras (tampn aislador) 1 multimetros digital 1 regleta de cables 1 placa universal 1 juego de puentes 1 resistencia de 1k 1 diodo de silicio (1N4001, EGG116) Diodo de germanio((EGG109) 1 led rojo, verde o amarillo 1 diodo zener de 3V o de 2.7V

V. Procedimiento1. 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 multimetros digital. Conecte el terminal positivo al ohmiometro del nodo del diodo y el terminal negativo al ctodo. A esto se le denomina polarizacin directa. Mida y anote los resultados en la tabla 1.Invierta ahora las conexiones antes descritas. A esto se le llama polarizacin inversa. Mida y complete la tabla 1.PruebaSilicioGermanioLEDZener

Pol. Direct.0.680.892.220.4

Pol. Inversa98.9543

3. Monte el circuito de la figura1 con el diodo de silicio. Ajuste el valor de tensin E de tal forma que la cada de tensin en la resistencia VR sea 0.1V, mida entonces VD calcule el valor de ID y antelo en la tabla 2. Repita el procedimiento para los valores de VR indicados en la tabla 2.

Ajuste la tensin de entrada E a -5V y mida los valores indicados en la segunda columna de la tabla 2.

Tabla 2: valores de tensin y corriente para el diodo de silicio.

E-5-4-3-2-10123

VR0000000.421.372.35

VD5432100.580.630.65

ID0000000.421.372.35

4. Monte el circuito de la figura2 utilizando el diodo de silicio. X y Y representan los canales del osciloscopio.Precaucion: aisle las tierras del osciloscopio y del generador de funciones utilizando para ello enchufe el aislador. Mediante una medicin de resistencia( con ohmiometro digital) confirme que la referencia (GND) del osciloscopio se encuentra aislada elctricamente con la referencia del generador.

Utilice el modo de trazo X-Y del osciloscopio. Los dos canales del osciloscopio deben estar en CD, y el canal Y (canal2) debe estar invertido.Grafique la curva caracterstica del diodo en las hojas para oscilogramas. Verifique que los datos medidos en el punto 3 del procedimiento corresponden con la curva caracterstica.5. Repita el paso anterior con el diodo de germanio, el diodo zener y el led.6. Observe cualitativamente el efecto de elevar la temperatura de la unin del diodo

VI. Evaluacin1. Analice los datos en la tabla 1. como se determina si los diodos funcionan correctamente?

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

3. Explique las diferencias y similitudes en las curvas caractersticas de los diodos de silicio y de germanio.

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

En polarizacin inversa es ms difcil la conduccin, porque el electrn libre tiene que subir una barrera de potencial muy grande de n a p al ser mayor el valor de W. Entonces no hay conduccin de electrones libres o huecos, no hay corriente.En otras palabras Si la tensin aplicada externamente al diodo es del mismo signo que la barrera de potencial interna se dice que el diodo est polarizado inversamente. El terminal positivo de la pila atrae a los electrones del material N apartndolos de la unin, mientras que el negativo a trae a las cargas positivas del material P, apartndolos tambin de la unin. Se crea, por tanto, en la unin, una ausencia de carga, formndose una corriente que recibe el nombre de "corriente inversa de saturacin" o "corriente de fuga". Su valor es prcticamente despreciable, pues es del orden de nA (nanoampaerios).

5. Investigue que es la resistencia esttica RD de un diodo Cmo se puede calcular?

La resistencia esttica es distinta para cada punto de la recta ya que esta es la inversa de la pendiente;

6. Utilizando los resultados de los puntos 4 y 5 calcule la resistencia esttica RD en polarizacin directa para los diodos de silicio y germanio, y en polarizacin inversa para los diodos zener en los puntos de operacin indicados en la tabal 3.

Tabla 3: valores de resistencia estatica

0.3

1.0

4.0

9.0

7. Investigue que es la resistencia dinmica rD de un diodo y como se calcula.La inversa de la conductancia dinmica se le llama resistencia dinmica del diodo.

La constantes =Vt depende de la temperatura. A temperatura ambiente (sobre 18C) es de unos 25mV. Para 0C el Vt= 23.52mV, lo que permite calcular Vt a cualquier temperatura mediante la expresin:Vt (mv)=0.0865.t(C)+23.52 Por otra parte, para polarizaciones directas I>>Is. En estas condiciones resulta muy prctica la siguiente expresin aproximada:

Acerca de la resistencia dinmica del diodo hay que recordar siempre que las expresiones dadas slo son vlidas si la amplitud de la seal alterna es muy pequea y de baja frecuencia.8. Calcule el valor de la resistencia dinmica rD para los valores de corriente 2mA y 9mA en polarizacin directa para los diodos de silicio y germanio, y en polarizacin inversa para el diodo zener.AmperajeSilicioGermanioZener

2mA

9mA

9. Cmo afecta la temperatura externa el funcionamiento de los diodos? como se desplaza la curva caracterstica de un diodo ante el aumento de temperatura?Aumenta la conductividad al producirse espontneamente pares electrn-hueco. Los electrones de la banda de valencia al aumentar la temperatura pueden adquirir la energa suficiente para saltar a la banda de conduccin. Al existir mayor nmero de electrones/huecos, aumenta la capacidad para transmitir una corriente elctrica.

Afecta a la curva hacindola desplazar hacia la izquierda, sea el caso que la temperatura vaya en aumento.10. A partir del modelo matematico de la curva del diodo de silicio y lka curva obtenida en el punto 4 determine la temperatura de la unin del diodo que usted utilizo.