Universidad Privada del Valle
Facultad de INFORMATICA Y ELECTRONICA
ingenieria EN
TELECOMUNICACIONES
ELECTRÓNICA
BÁSICA
Informe de Práctica de Laboratorio Nº 2
Curva Característica del Diodo
Grupo “A”
Estudiante: Vanessa
Valeria Gutiérrez Donaire
Docente: Ing.
Iván Céspedes M.
La Paz, 29 de Agosto
Gestión II – 2014
Curva
Característica del Diodo
1.
Marco referencial.-
1.1
Planteamiento del problema.-
¿EL diodo es un
componente electrónico de dos terminales que permite la circulación dela
corriente eléctrica a través de él en un solo sentido?
1.2
Justificación.-
El diodo está
por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito
abierto (Voltaje de Polarización Inversa), y por encima de ella se comporta
como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña (Voltaje de
Polarización Directa).
1.3
Objetivo general.-
Aplicar el
estudio general realizado sobre circuitos rectificadores a su diseño e
implementación, como también aplicar consideraciones teóricas y prácticas que
permita ajustar y mejorar el circuito rectificador.
1.4
Objetivos específicos.-
·
Identificar y medir características de diodos
rectificadores.
·
Obtener la curva característica del diodo,
empleando mediciones VD vs ID a fin de comprender su
funcionamiento.
·
Emplear el voltaje del diodo en el circuito,
tanto polarizado directamente como también polarizado indirectamente.
2.
Marco teórico.-
2.1
DIODOS
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.
2.1.1
Diodo
semiconductor
Formación de la
región de agotamiento, en la gráfica z.c.e.
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 (Je). 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 (VD) 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.
2.1.2
Polarización directa de un diodo
2.1.2.1
Polarización directa del diodo PN.
En este caso, la
batería disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial,
permitiendo el paso de la corriente de electrones a través de la unión; es
decir, el diodo polarizado directamente conduce la electricidad.
Para que un
diodo esté polarizado directamente, se debe conectar el polo positivo de la
batería al ánodo del diodo y el polo negativo al cátodo. En estas condiciones
podemos observar que:
El polo negativo
de la batería repele los electrones libres del cristal n, con lo que estos
electrones se dirigen hacia la unión p-n.
El polo positivo
de la batería atrae a los electrones de valencia del cristal p, esto es
equivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unión p-n.
Cuando la
diferencia de potencial entre los bornes de la batería es mayor que la
diferencia de potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del
cristal n, adquieren la energía suficiente para saltar a los huecos del cristal
p, los cuales previamente se han desplazado hacia la unión p-n.
Una vez que un
electrón libre de la zona n salta a la zona p atravesando la zona de carga
espacial, cae en uno de los múltiples huecos de la zona p convirtiéndose en
electrón de valencia. Una vez ocurrido esto el electrón es atraído por el polo
positivo de la batería y se desplaza de átomo en átomo hasta llegar al final
del cristal p, desde el cual se introduce en el hilo conductor y llega hasta la
batería.
De este modo,
con la batería cediendo electrones libres a la zona n y atrayendo electrones de
valencia de la zona p, aparece a través del diodo una corriente eléctrica
constante hasta el final.
2.1.2.2
Polarización inversa de un diodo
Polarización
inversa del diodo PN.
En este caso, el
polo negativo de la batería se conecta a la zona p y el polo positivo a la zona
n, lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y la tensión en dicha zona
hasta que se alcanza el valor de la tensión de la batería, tal y como se explica
a continuación:
El polo positivo
de la batería atrae a los electrones libres de la zona n, los cuales salen del
cristal n y se introducen en el conductor dentro del cual se desplazan hasta
llegar a la batería. A medida que los electrones libres abandonan la zona n,
los átomos pentavalentes que antes eran neutros, al verse desprendidos de su
electrón en el orbital de conducción, adquieren estabilidad (8 electrones en la
capa de valencia, ver semiconductor y átomo) y una carga eléctrica neta de +1,
con lo que se convierten en iones positivos.
El polo negativo
de la batería cede electrones libres a los átomos trivalentes de la zona p.
Recordemos que estos átomos sólo tienen 3 electrones de valencia, con lo que
una vez que han formado los enlaces covalentes con los átomos de silicio,
tienen solamente 7 electrones de valencia, siendo el electrón que falta el
denominado hueco. El caso es que cuando los electrones libres cedidos por la
batería entran en la zona p, caen dentro de estos huecos con lo que los átomos
trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en su orbital de valencia) y
una carga eléctrica neta de -1, convirtiéndose así en iones negativos.
Este proceso se
repite una y otra vez hasta que la zona de carga espacial adquiere el mismo
potencial eléctrico que la batería.
En esta
situación, el diodo no debería conducir la corriente; sin embargo, debido al
efecto de la temperatura se formarán pares electrón-hueco (ver semiconductor) a
ambos lados de la unión produciendo una pequeña corriente (del orden de 1 μA)
denominada corriente inversa de saturación. Además, existe también una
denominada corriente superficial de fugas la cual, como su propio nombre
indica, conduce una pequeña corriente por la superficie del diodo; ya que en la
superficie, los átomos de silicio no están rodeados de suficientes átomos para
realizar los cuatro enlaces covalentes necesarios para obtener estabilidad.
Esto hace que los átomos de la superficie del diodo, tanto de la zona n como de
la p, tengan huecos en su orbital de valencia con lo que los electrones
circulan sin dificultad a través de ellos. No obstante, al igual que la
corriente inversa de saturación, la corriente superficial de fuga es
despreciable.
2.1.3
Curva característica del diodo
2.1.3.1
Tensión umbral, de codo o de partida (Vγ).
La tensión
umbral (también llamada barrera de potencial) de polarización directa coincide
en valor con la tensión de la zona de carga espacial del diodo no polarizado.
Al polarizar directamente el diodo, la barrera de potencial inicial se va
reduciendo, incrementando la corriente ligeramente, alrededor del 1% de la
nominal. Sin embargo, cuando la tensión externa supera la tensión umbral, la
barrera de potencial desaparece, de forma que para pequeños incrementos de
tensión se producen grandes variaciones de la intensidad de corriente.
2.1.3.2
Corriente máxima (Imax).
Es la intensidad
de corriente máxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el efecto
Joule. Dado que es función de la cantidad de calor que puede disipar el diodo,
depende sobre todo del diseño del mismo.
2.1.3.3
Corriente inversa de saturación (Is).
Es la pequeña
corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formación
de pares electrón-hueco debido a la temperatura, admitiéndose que se duplica
por cada incremento de 10 °C en la temperatura.
Corriente
superficial de fugas.
Es la pequeña
corriente que circula por la superficie del diodo (ver polarización inversa),
esta corriente es función de la tensión aplicada al diodo, con lo que al
aumentar la tensión, aumenta la corriente superficial de fugas.
2.1.3.4
Tensión de ruptura (Vr).
Es la tensión
inversa máxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha.
Teóricamente, al
polarizar inversamente el diodo, este conducirá la corriente inversa de
saturación; en la realidad, a partir de un determinado valor de la tensión, en
el diodo normal o de unión abrupta la ruptura se debe al efecto avalancha; no
obstante hay otro tipo de diodos, como los Zener, en los que la ruptura puede
deberse a dos efectos:
Efecto avalancha
(diodos poco dopados). En polarización inversa se generan pares electrón-hueco
que provocan la corriente inversa de saturación; si la tensión inversa es
elevada los electrones se aceleran incrementando su energía cinética de forma
que al chocar con electrones de valencia pueden provocar su salto a la banda de
conducción. Estos electrones liberados, a su vez, se aceleran por efecto de la
tensión, chocando con más electrones de valencia y liberándolos a su vez. El
resultado es una avalancha de electrones que provoca una corriente grande. Este
fenómeno se produce para valores de la tensión superiores a 6 V.
Efecto Zener
(diodos muy dopados). Cuanto más dopado está el material, menor es la anchura
de la zona de carga. Puesto que el campo eléctrico E puede expresarse como cociente
de la tensión V entre la distancia d; cuando el diodo esté muy dopado, y por
tanto d sea pequeño, el campo eléctrico será grande, del orden de 3·105 V/cm.
En estas condiciones, el propio campo puede ser capaz de arrancar electrones de
valencia incrementándose la corriente. Este efecto se produce para tensiones de
4 V o menores.
Para tensiones
inversas entre 4 y 6 V la ruptura de estos diodos especiales, como los Zener,
se puede producir por ambos efectos.
3.
Marco
operacional.-
3.1
Metodología
El presente trabajo tiene la
característica de un trabajo descriptivo porque se trabajó con material
bibliográfico y científico porque se verifico las leyes en el laboratorio.
3.2
Interpretación de la información.-
Los diodos más
comunes son los diodos semiconductores que están formados por la unión de un
semiconductor tipo n y un semiconductor tipo p. Los materiales más utilizados
para construir estos diodos son silicio y germanio. El extremo que tiene una
raya es el cátodo. Un diodo que esté funcionando correctamente debe permitir el
paso de corriente de ánodo a cátodo (forward) e impedir el paso de corriente de
cátodo a ánodo (reverse).
3.3
Materiales
·
1 Fuente de alimentación
·
1 Multímetro
·
1 Breadboard
·
1 Diodo de silicio 1N4001
·
1 Resistencia de 1K
·
1 Potenciómetro de 1K
3.4
Procedimiento.-
ü
Parte con la polaridad del diodo
directa
Tabla 1
|
Nro
|
Vi(V)
|
VD(V)
|
ID(mA)
|
|
1
|
0,1
|
0.17
|
0
|
|
2
|
0,2
|
0.20
|
0
|
|
3
|
0,3
|
0.30
|
0.002
|
|
4
|
0,4
|
0.39
|
0.003
|
|
5
|
0,5
|
0.45
|
0.056
|
|
6
|
0,6
|
0.472
|
0.111
|
|
7
|
0,7
|
0.488
|
0.152
|
|
8
|
0,8
|
0.512
|
0.254
|
|
9
|
0,9
|
0.526
|
0.329
|
|
10
|
1
|
0.533
|
0.371
|
|
11
|
1,2
|
0.552
|
0.539
|
|
12
|
1,4
|
0.563
|
0.661
|
|
13
|
1,6
|
0.577
|
0692
|
|
14
|
1,8
|
0.586
|
1.070
|
|
15
|
2
|
0.594
|
1.237
|
|
16
|
2,2
|
0.600
|
1.410
|
|
17
|
2,4
|
0.606
|
1.570
|
|
18
|
2,6
|
0.611
|
1.742
|
|
19
|
2,8
|
0.616
|
1.914
|
|
20
|
3
|
0.624
|
2.25
|
|
21
|
3,5
|
0.633
|
2.71
|
|
22
|
4
|
0.641
|
3.16
|
|
23
|
4,5
|
0.648
|
3.64
|
|
24
|
5
|
0.654
|
4.13
|
|
25
|
5,5
|
0.659
|
4.60
|
|
26
|
6
|
0.664
|
5.08
|
|
27
|
6,5
|
0.668
|
5.54
|
|
28
|
7
|
0.672
|
6.05
|
|
29
|
7,5
|
0.676
|
6.53
|
|
30
|
8
|
0.679
|
7.00
|
|
31
|
8,5
|
0.682
|
7.46
|
|
32
|
9
|
0.685
|
7.96
|
|
33
|
9,5
|
0.688
|
8.43
|
|
34
|
10
|
0.691
|
8.96
|
|
35
|
10,5
|
0.694
|
9.44
|
|
36
|
11
|
0.696
|
9.92
|
|
37
|
11,5
|
0.698
|
10.42
|
|
38
|
12
|
0.701
|
10.97
|
ü
Parte
con la polaridad del diodo invertida.
Tabla 2
|
Nro
|
Vi(V)
|
VD(V)
|
ID(µA)
|
|
1
|
0,1
|
0.92
|
0.1
|
|
2
|
0,2
|
0.143
|
0.2
|
|
3
|
0,3
|
0.285
|
0.3
|
|
4
|
0,4
|
0.392
|
0.4
|
|
5
|
0,5
|
0.479
|
0.5
|
|
6
|
0,6
|
0.582
|
0.6
|
|
7
|
0,7
|
0.695
|
0.7
|
|
8
|
0,8
|
0.789
|
0.8
|
|
9
|
0,9
|
0.893
|
0.9
|
|
10
|
1
|
0.971
|
1
|
|
11
|
1,2
|
1.186
|
1.2
|
|
12
|
1,4
|
1.390
|
1.4
|
|
13
|
1,6
|
1.575
|
1.6
|
|
14
|
1,8
|
1.784
|
1.8
|
|
15
|
2
|
1.974
|
2
|
|
16
|
2,2
|
2.17
|
2.2
|
|
17
|
2,4
|
2.36
|
2.4
|
|
18
|
2,6
|
2.56
|
2.6
|
|
19
|
2,8
|
2.78
|
2.8
|
|
20
|
3
|
2.96
|
3
|
|
21
|
3,5
|
3.46
|
3.5
|
|
22
|
4
|
3.96
|
3.9
|
|
23
|
4,5
|
4.44
|
4.4
|
|
24
|
5
|
4.95
|
4.9
|
|
25
|
5,5
|
5.44
|
5.4
|
|
26
|
6
|
5.94
|
5.9
|
|
27
|
6,5
|
6.42
|
6.4
|
|
28
|
7
|
6.92
|
6.9
|
|
29
|
7,5
|
7.42
|
7.4
|
|
30
|
8
|
7.9
|
7.9
|
|
31
|
8,5
|
8.39
|
8.4
|
|
32
|
9
|
8.91
|
8.9
|
|
33
|
9,5
|
9.38
|
9.4
|
|
34
|
10
|
9.88
|
9.8
|
|
35
|
10,5
|
10.37
|
10.3
|
|
36
|
11
|
10.86
|
10.8
|
|
37
|
11,5
|
11.36
|
11.3
|
|
38
|
12
|
11.86
|
11.8
|
3.5
Conclusiones.-
·
En esta experiencia se ha corroborado de manera
práctica las aplicaciones teóricas que se explicaron del diodo. Como por
ejemplo la polarización directa e inversa.
·
Concluyo que los diodos son elementos
importantes en la electrónica que nos rodea hoy en día, que para su comprensión
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 propósito de resolver algún problema.
·
Para mí la uno de los aspectos más importantes
del diodo es que no se quedan en un solo tipo de diodo y más bien se ha
desarrollado el diodo en formas que extienden su área de aplicación.
3.6
Recomendaciones.-
Antes
de encender la fuente de voltaje consulte con el profesor encargado.
Se
requiere tener bien hechas las conexiones antes de encender los equipos.
Tener
cuidado con el trato de los equipos y materiales.
3.7
Cuestionario
3.7.1
¿Cuál es la relación tensión corriente en el
diodo de unión?
Se denomina
diodo de unión p-n al dispositivo constituido mediante una unión p-n con dos
terminales y cuyo objetivo, en general, será conducir corriente eléctrica en un
solo sentido.
Para P-N se
entiende como polarización de una unión p-n a la aplicación externa de una diferencia
de potencial continua o con un determinado sentido a la unión. La polarización
del diodo puede ser en directa o en inversa, como veremos a continuación.
3.7.2
¿Cuál es la diferencia entre un diodo de Silicio
y uno de Germanio en cuanto a la corriente de fugas?
Este campo eléctrico
es equivalente a decir que aparece una diferencia de tensión entre las zonas p
y n. Esta diferencia de potencial (VD) es de 0,7 V en el caso del silicio y 0,3
V para los cristales de germanio la corriente superficial de fugas la cual,
como su propio nombre indica, conduce una pequeña corriente por la superficie
del diodo; ya que en la superficie, los átomos de silicio no están rodeados de
suficientes átomos para realizar los cuatro enlaces covalentes necesarios para
obtener estabilidad. Esto hace que los átomos de la superficie del diodo, tanto
de la zona n como de la p, tengan huecos en su orbital de valencia con lo que
los electrones circulan sin dificultad a través de ellos. No obstante, al igual
que la corriente inversa de saturación, la corriente superficial de fuga es
despreciable.
3.7.3
¿La caída de corriente en un diodo en conducción
aumenta o disminuye cuando aumenta la temperatura?
Cuando corriente
es muy pequeña, pero aumenta con la temperatura, por lo tanto la resistencia
inversa del diodo disminuye con la temperatura.
3.8
Bibliografía.-
3.9
Anexos
Universidad Privada del Valle
ingenieria EN
TELECOMUNICACIONES 
