DIODO SEMICONDUCTOR (SILICIO Y GERMANIO) UNMSM

DIODO SEMICONDUCTOR (SILICIO Y GERMANIO) UNMSM

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICAE.A.P DE INGENIERIA ELECTRONICA

DOCENTE: ING. PARETO PRESENTADO POR : YAGUA HUAMAYALLI, JUAN JOSE 11190027 ASIGNATURA : TEMA : NUMERO DE INFORME: 01LIMA PERU2014

CARACTERISTICAS BASICAS DEL DIODO SEMICONDUCTOR (SILICIO Y GERMANIO)I.- OBJETIVOS.-Utilizar las caractersticas de operacin de los diodos semiconductoresII.- MATERIALES-Una fuente de corriente continua variable-Un diodo semiconductor de Si y Ge-Un voltmetro-Resistencia de 150-Cables y conectoresIII.-FUNDAMENTO TEORICOEL DIODOEn 1904, Fleming invent el diodo al cual denomin vlvula y que consista en un filamento caliente emisor de electrones situado dentro de un bulbo en vaco a una corta distancia de una placa. En funcin de la tensin positiva o negativa de la placa, se produca el paso de corriente en una direccin.DIODO IDEALSe iniciar el estudio de los dispositivos electrnicos presentando el ms sencillo de ellos: el diodo. El diodo ideal[3]es un dispositivo de dos terminales nodo (+) y ctodo (-), en la figura 2.1 se presentan tanto su smbolo como sus caractersticas.Las caractersticas de un diodo ideal son las siguientes.-Permite la conduccin de corriente en una sola direccin.-Representa un circuito cerrado en la regin de conduccin-Representa un circuito abierto en la regin de no conduccin

EL DIODO SEMICONDUCTOR. CARACTERSTICAS Y POLARIZACINUn diodo semiconductor se forma al unir dos semiconductores extrnsecos p y n del mismo material (Si o Ge). El punto de unin se denomina regin de agotamiento, se conoce as debido a la carencia de portadores en esa regin como resultado de la combinacin de electrones y huecos en ese punto.PolarizacinCuando las terminales de un material semiconductor extrnseco se encuentran sometidas a un diferencia de potencial (se dice que se encuentra en estado polarizado), entonces se establece un campo elctrico en el interior del material lo que ocasiona que las partculas formadoras del material tipo p sea atrado hacia el potencial ms negativo, mientras que las partculas del material tipo n son atradas hacia la terminal con potencial ms positivo, este hecho es un principio fundamental de la electricidad: cargas distintas se atraen, cargas opuestas se repelen.Un fenmeno anlogo sucede cuando un material no conductor se encuentra sometido a un campo elctrico intenso, las molculas se polarizan (+/-) y se alinean con respecto al campo potencial obedeciendo el principio antes enunciado.Tres posibilidades de polarizacin se tienen para un diodo: sin polarizacin, polarizacin inversa, polarizacin directa.SIN POLARIZACIN (Vd = 0)En este caso no existe ninguna presin (potencial) que obligue a los portadores a fluir, por lo que no existe conduccin elctrica en ninguna direccin.POLARIZACIN DIRECTA (Vd > 0)Una fuente de voltaje en las terminales del diodo con polaridad positiva aplicada en la parte P del diodo y polaridad negativa en la parte N del diodo (ver figura 2.2) ocasiona que el diodo se active y pase al estado de conduccin, al reducir la regin de agotamiento.Figura 2.2 unin p-n bajo polarizacin directa

POLARIZACIN INVERSA (Vd < 0)Figura 2.3 Unin p-n bajo polarizacin inversa

Cuando el diodo se conecta como se muestra en la figura 2.3 se halla bajo polarizacin inversa (p ( (-) y n ( (+)). En este caso una pequea corriente despreciable del orden de 10-9 A para el Silicio y de 10-6 A para el Germanio circula en direccin de n hacia p, esta corriente se conoce como corriente de saturacin inversa.MODELO MATEMTICO DEL DIODOEl modelo matemtico que representa el estado de conductividad del diodo es el siguiente:

La ecuacin 2.1 se encuentra graficada y comparada con la curva de un diodo real en la figura 2.4. Obsrvese el desplazamiento de la grafica real a la derecha respecto a la de la ecuacin 2.1, esto se debe a la adicin del voltaje debido a las resistencias de contacto y la resistencia interna del cuerpo del diodo.

Figura 2.4 Caractersticas del diodo semiconductor de silicioEFECTOS DE LA TEMPERATURALa magnitud de la corriente de saturacin inversa Is se duplica por cada incremento en 10 C de temperatura, obsrvese la figura 2.6. Advirtase de la misma grfica que en polarizacin directa el potencial de estado encendido (potencial de conduccin) del diodo se reduce (como resultado del incremento de la temperatura).Figura 2.6 Variacin en las caractersticas del diodo debido a los cambios de temperatura

COMPARACIN ENTRE DIODO DE SILICIO Y GERMANIOEl diodo de Si tiene un PIV, un ndice de corrientes mayores as como un rango ms amplio de temperaturas que el de Germanio.Comparacin entre diodos de Si y Ge

CaractersticaSiGe

PIV tpica1000 V400 V

Tmaxhasta 200 Cmenor a 100 C

Vt0.7 V0.3 V

Siendo Vt el potencial mnimo necesario el las terminales del diodo para iniciar la conduccin, cuando este se encuentra polarizado en directa y se denomina potencial de conduccin, de umbral o de disparo.Figura 2.7 Comparacin entre diodos semiconductores de Si y de Ge

NIVELES DE RESISTENCIA Y PUNTO DE OPERACIN DEL DIODOComo es sabido la relacin entre voltaje y corriente R=V/I dada por la ley de Ohm se denomina resistencia, particularmente en un diodo el valor de esta depende del punto de operacin (siempre y cuando este se site en la regin de rpido crecimiento de la curva, es decir en las cercanas de Vt=0.7 volts para Si y 0.3 V para Ge) y el tipo de seal aplicada.Los valores o niveles de resistencia que se definen en los siguientes apartados corresponden a la resistencia en el punto de unin p-n del diodo.RESISTENCIA ESTTICA. SEAL CDSi una seal (Vd) en cd se aplica al diodo, entonces se obtiene un seal de respuesta Id en cd (siempre que una carga "impedancia" se halle conectada al circuito del diodo), tales magnitudes definen la resistencia en cd o resistencia esttica de acuerdo a la ecuacin 2.2, vase la figura 2.8.

Esta relacin es vlida para puntos situados en la regin de crecimiento vertical de la curva, en el punto de inflexin y debajo de el la Rd ser mayor.RESISTENCIA DINMICA. SEAL ACCuando se aplica una seal senoidal, el clculo de la Rd se lleva a cabo al considerar una lnea tangente al punto Q tal como se observa en las figuras 2.9 y 2.10, en tal situacin la resistencia dinmica se define por:

La ecuacin 2.3 es de raro empleo ya que formalmente se define a la pendiente de una curva en el punto Q, como la derivada en dicho punto, de esta forma es posible demostrar que la resistencia dinmica esta dada por:

RESISTENCIA PROMEDIO. SEAL ACSi la seal senoidal es de gran amplitud, entonces es necesario emplear los puntos extremos por los que oscila la respuesta de ID en ca para la determinacin de la resistencia promedio en ca (vase la figura 2.11 y su respectivo clculo)

RESISTENCIA TOTAL DE UN DIODOEl valor de la resistencia total del diodo queda determinado al agregar a la resistencia de la unin p-n (antes estudiada) la resistencia del cuerpo del diodo y la resistencia presentada por la conexin entre el material semiconductor y el conductor metlico externo denominada resistencia de contacto, la suma de estas ltimas se denota por rB.El valor de rB varia entre 0.1 ohms para dispositivos de alta potencia, hasta 2 ohms para diodos de baja potencia de propsito general.CIRCUITOS EQUIVALENTES PARA DIODOSUn circuito equivalente es una combinacin de elementos elegidos de forma apropiada para representar de la mejor manera las caractersticas terminales reales de un dispositivo, sistema o similar, para una regin de operacin en particular.En lo sucesivo se emplear el calificativo modelo del diodo para referirse al circuito equivalente del diodo. En la siguiente tabla se resumen los modelos del diodo.

Tabla T1 Modelos de diodoObsrvese que la resistencia empleada en el modelo 1 es la resistencia promedio que se puede determinar generalmente a partir de un punto de operacin que se describe en la hoja de especificaciones del dispositivo.Por ejemplo para un diodo semiconductor de Si, si If = 10 mA (una corriente de conduccin directa para el diodo), cuando Vd = 0.8 V. se tiene que:

HOJAS DE ESPECIFICACIONES DE DIODOSEstas son hojas de datos tcnicos detallados de las caractersticas del diodo, los lmites de potencia, voltaje, frecuencia, temperatura etcPuesto que:

TIEMPO DE RECUPERACIN INVERSOSe denota por Trr y es el tiempo requerido para que un diodo pase del estado de polarizacin directa al estado de polarizacin inversa cuando se efecta tal cambio de polaridad en sus terminales.

IV.-PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL1.-Usando el ohmmetro medir las resistencias directa e inversa del diodo. Registrar los datos en la Tabla 12.-Armar el circuito de la figura(1)a. Ajustando el voltaje con el potencimetro, observar y medir la corriente y el voltaje directo del diodo, registrar sus datos en la Tabla 2b. Invertir el diodo verificando al mismo tiempo la polaridad de los instrumentos, proceder como en a) registrando los datos en la Tabla 3.R directa()R inversa(M)

850 40 M

Vcc0.470.500.590.690.840.991.421.92.182.492.953.7

Id(mA)0.10.20.40.81.62.55.08.010.012.015.020.0

Vd(v)0.4620.4950.5280.5630.5970.6190.6500.6710.6800.6880.6980.710

Vcc(v)0.02.04.06.08.010.012.015.020.0

Vd(v)0.0272.0584.0246.037.9910.1512.0716.0419.95

Id(uA)000000000

3.- Usando el ohmmetro medir las resistencias directa e inversa del diodo. Registrar los datos en la Tabla 4R directa()R inversa(M)

31140 M

4.- Repetir el circuito de la figura 1 para el diodo de germanio, de manera similar al paso 2, proceder a llenar las tablas 5 y 6

Vcc0.120.190.240.320.490.681.041.591.882.192.683.4

Id(mA)0.10.20.40.81.62.55.08.010.012.015.020.0

Vd(v)0.1350.1660.2010.2320.2650.290.3320.3650.3810.3960.4190.437

Vcc(v)0.01.02.04.06.08.010.012.015.018.020.0

Vd(v)01.0623.475.017.569.5811.5015.6817.5119.63

Id(uA)02.57190390430500600400590380

RESISTENCIA DINAMICA

Para el silicio:

Para el germanio:

Fuente Regulada BK Precision Power supply 1630

Fuente BK 1630

FICHA DEL PRODUCTO

Entrada110-120 AC volts

Salida0 v - 30 v

DescripcinFuente Regulada BK Precision Power Supply 1630; alimentacion 110-120 AC volts; salida regulada de 0 v a 30 v con regulacin de corriente de un rango de 0 a 3 amperes

1.-Determina la corriente mxima seguridad para el dispositivo para ser encendido. Si ese valor es mayor que 0.5.A para el modelo 1610 o superior para el modelo 1630 1.5.A, coloque el interruptor HI-LO a HI. Si es inferior a estos valores, fije el interruptor HI-LO a LO2.- Temporalidad toque la (+) y (-) de la fuente de alimentacin, junto con un cable de prueba3.- Giro el control de Voltaje grueso lejos de el cero suficientemente para el indicador de CC4.- Ajustar el control de corriente para el lmite de corriente deseado. Lea el valor de la corriente en el ampermetro5.- El limitador de corriente (sobrecarga proteccin) ha sido establecido. No cambie la configuracin actual de control despus de este paso6.- Eliminar el cortocircuito entre el (+) y (-) terminales y se conecta la operacin de constante voltaje

V.-CONCLUSIONESHemos observado que los diodos son elementos importantes en la electrnica, que para su comprensin hay que estar al tanto de ciertos conocimientos relativos a su funcionamiento y comportamiento.Los diodos son de gran versatilidad, se pueden implicar en muchos aspectos con el propsito de resolver algn problema.Para nosotros uno de los aspectos ms importantes de los mismos es que no se quedan en un solo tipo de diodoVI.- BIBLIOGRAFIA-MANUAL DE LABORATORIO DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS-Electrnica Bsica, Diodos Semiconductores, Pag. 19-34Van Valkenburgh, Nooger & Neville, IncEd. Bell S.A.-Electrnica General, Tomo I, Tecnologa Electrnica, Semiconductores, Pag. 251-260.Luis Gmez de Tejada y Sanz-CIRCUITOS ELECTRICOS Dorf-Svoboda, edicin, Alfa omega grupo editor, Mxico, 2003.-TEORIA DE CIRCUITOS Y DISPOSITIVOS ELECTRONICOS Boylestad-Nashelsky, 8edicion, Pearson educacin, Mxico, 2003.

Ed. PARANINFO S.A.*Internet-http://www.ieec.uned.es/ieec/documentos/ffi-ieec/apl_html/capit_11/c1.htm-http://www.ieec.uned.es/ieec/documentos/ffi-ieec/apl_html/capit_11/c111.htm

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