2015-0
DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
U.N.M.S.M FACULTAD DE ING. ELECTRÓNICA, ELÉCTRICA Y D TELECOMUNICACIONES TELECOMUNICACIONES APELLIDOS Y NOMBRES
MATRICULA
HUACACHE SUAQUITA , LUIS ENRIQUE EGOAVIL BONIFACIO,RICHARD JONATHAN CABAÑAS SANTILLAN, KEVIN SLEYTER
CURSO
TEMA
ING. LUIS PARETTO QUISPE
141!!1" 141!!1! 141!!!#
LABORATORIO DE DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
INFORME
CARACTER$STICAS B%SICAS DEL DIOD SEMICONDUCTOR &SILICIO Y GERMANI
FECHAS
FINAL
NOTA
REALI(ACIÓN
ENTREGA
"! DE ENERO DEL )!1#
!* DE FEBRERO DEL )!1#
NUMERO
"
GRUPO
PROFESOR
"
ING. LUIS PARETTO QUISPE
V+-/ 0 11 2 3 ) 2
EXPERIMENTO DE LABORATORIO N°3 I.
TEMA: CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DEL DIODO SEMICONDUCTOR (SILICIO Y GERMANIO).
II.
OBJETIVOS: 1. Utilizar las características de operación de los diodos seicond!ctores.
III.
INTRODUCCION TEORÍCA:
DIODO Un diodo es !n dispositi"o #!e perite el paso de la co!"#$" "%&c$!c' en !na $nica dirección. %e &ora sipli&icada' la c!r"a característica de !n diodo (I)*+ consta de dos re,iones' por de-ao de cierta !""#c!' " *o$"#c!'%' se coporta coo !n circ!ito a-ierto (no cond!ce+' / por encia de ella coo !n circ!ito cerrado con !/ pe#!e0a "+!+$"#c!' "%&c$!c'. %e-ido a este coportaiento' se les s!ele denoinar "c$!!c'o"+' /a #!e son dispositi"os capaces de con"ertir !na co!"#$" '%$"#' en co!"#$" co#$!#,'.
DIODO PN - UNI-N PN: Los diodos pn son !niones de dos ateriales seicond!ctores etrínsecos tipos p / n' por lo #!e ta-i2n reci-en la denoinación de !nión pn. 3a/ #!e destacar #!e nin,!no de los dos cristales por separado tiene car,a el2ctrica' /a #!e en cada cristal' el n$ero de electrones / protones es el iso' de lo #!e podeos decir #!e los dos cristales' tanto el p coo el n' son ne!tros. (S! car,a neta es 4+. Al !nir a-os cristales' se ani&iesta !na di&!sión de electrones del cristal n al p (5 e+.
6oración de la zona de car,a espacial Al esta-lecerse estas corrientes aparecen car,as &ias en !na zona a a-os lados de la !nión' zona #!e reci-e di&erentes denoinaciones coo zona de car,a espacial' de a,otaiento' de "aciado' etc. A edida #!e pro,resa el proceso de di&!sión' la zona de car,a espacial "a increentando s! anc7!ra pro&!ndizando en los cristales a a-os lados de la !nión. Sin e-ar,o' la ac!!lación de iones positi"os en la zona n / de iones ne,ati"os en la zona p' crea !n capo el2ctrico (E+ #!e act!ar8 so-re los electrones li-res de la zona n con !na deterinada &!erza de desplazaiento' #!e se opondr8 a la corriente de electrones / terinar8 deteni2ndolos.
Este capo el2ctrico es e#!i"alente a decir #!e aparece !na di&erencia de tensión entre las zonas p / n. Esta di&erencia de potencial (* 4+ es de 4'9 * en el caso del silicio / 4': * si los cristales son de ,eranio. La anc7!ra de la zona de car,a espacial !na "ez alcanzado el e#!ili-rio' s!ele ser del orden de 4'; icras pero c!ando !no de los cristales est8 !c7o 8s dopado #!e el otro' la zona de car,a espacial es !c7o a/or. Al dispositi"o así o-tenido se le denoina diodo' #!e en !n caso coo el descrito' tal #!e no se enc!entra soetido a !na di&erencia de potencial eterna' se dice #!e no est8 polarizado. Al etreo p' se le denoina 8nodo' represent8ndose por la letra A' ientras #!e la zona n' el c8todo' se representa por la letra <.
A (p+
< (n+
Representación si-ólica del diodo pn
•
•
•
•
El polo ne,ati"o de la -atería repele los electrones li-res del cristal n' con lo #!e estos electrones se diri,en 7acia la !nión p)n. El polo positi"o de la -atería atrae a los electrones de "alencia del cristal p' esto es e#!i"alente a decir #!e ep!a a los 7!ecos 7acia la !nión p)n.
Una "ez #!e !n electrón li-re de la zona n salta a la zona p atra"esando la zona de car,a espacial' cae en !no de los $ltiples 7!ecos de la zona p con"irti2ndose en electrón de "alencia. Una "ez oc!rrido esto el electrón es atraído por el polo positi"o de la -atería / se desplaza de 8too en 8too 7asta lle,ar al &inal del cristal p' desde el c!al se introd!ce en el 7ilo cond!ctor / lle,a 7asta la -atería.
%e este odo' con la -atería cediendo electrones li-res a la zona n / atra/endo electrones de "alencia de la zona p' aparece a tra"2s del diodo !na corriente el2ctrica constante 7asta el &inal.
POLARIACI-N INVERSA: En este caso' el polo ne,ati"o de la -atería se conecta a la zona p / el polo positi"o a la zona n' lo #!e 7ace a!entar la zona de car,a espacial' / la tensión en dic7a zona 7asta #!e se alcanza el "alor de la tensión de la -atería' tal / coo se eplica a contin!ación>
•
El polo positi"o de la -atería atrae a los electrones li-res de la zona n' los c!ales salen del cristal n / se introd!cen en el cond!ctor dentro del c!al se desplazan 7asta lle,ar a la -atería. A edida #!e los electrones li-res a-andonan la zona n' los 8toos penta"alentes #!e antes eran ne!tros' al "erse desprendidos de s! electrón en el or-ital de cond!cción' ad#!ieren esta-ilidad (? electrones en la capa de "alencia' "er seicond!ctor / 8too+ / !na car,a el2ctrica neta de @1' con lo #!e se con"ierten en iones positi"os. El polo ne,ati"o de la -atería cede electrones li-res a los 8toos tri"alentes de la zona p. Recordeos #!e estos 8toos sólo tienen : electrones de "alencia' con lo #!e !na "ez #!e 7an &orado los enlaces co"alentes con los 8toos de silicio' tienen solaente 9 electrones de "alencia' siendo el electrón #!e &alta el denoinado 7!eco. El caso es #!e c!ando los electrones li-res cedidos por la -atería entran en la zona p' caen dentro de estos 7!ecos con lo #!e los 8toos tri"alentes ad#!ieren esta-ilidad (? electrones en s! or-ital de "alencia+ / !na car,a el2ctrica neta de )1' con"irti2ndose así en iones ne,ati"os. Este proceso se repite !na / otra "ez 7asta #!e la zona de car,a espacial ad#!iere el iso potencial el2ctrico #!e la -atería. •
•
En esta sit!ación' el diodo no de-ería cond!cir la corriente= sin e-ar,o' de-ido al e&ecto de la teperat!ra se &orar8n pares electrón)7!eco ("er seicond!ctor + a a-os lados de la !nión prod!ciendo !na pe#!e0a corriente (del orden de 1 A+ denoinada corriente in"ersa de sat!ración. Ade8s' eiste ta-i2n !na denoinada corriente s!per&icial de &!,as la c!al' coo s! propio no-re indica' cond!ce !na pe#!e0a corriente por la s!per&icie del diodo= /a #!e en la s!per&icie' los 8toos de silicio no est8n rodeados de s!&icientes 8toos para realizar los c!atro enlaces co"alentes necesarios para o-tener esta-ilidad. Esto 7ace #!e los 8toos de la s!per&icie del diodo' tanto de la zona n coo de la p' ten,an 7!ecos en s! or-ital de "alencia con lo #!e los electrones circ!lan sin di&ic!ltad a tra"2s de ellos. No o-stante' al i,!al #!e la corriente in"ersa de sat!ración' la corriente s!per&icial de &!,as es desprecia-le.
CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO:
•
•
•
•
Tensión !-ral' de codo o de partida (* B+. La tensión !-ral (ta-i2n llaada -arrera de potencial+ de polarización directa coincide en "alor con la tensión de la zona de car,a espacial del diodo no polarizado. Al polarizar directaente el diodo' la -arrera de potencial inicial se "a red!ciendo' increentando la corriente li,eraente' alrededor del 1C de la noinal.
Teóricaente' al polarizar in"ersaente el diodo' este cond!cir8 la corriente in"ersa de sat!ración= en la realidad' a partir de !n deterinado "alor de la tensión' en el diodo noral o de !nión a-r!pta la r!pt!ra se de-e al e&ecto a"alanc7a= no o-stante 7a/ otro tipo de diodos' coo los ener' en los #!e la r!pt!ra p!ede de-erse a dos e&ectos> •
•
E&ecto a"alanc7a (diodos poco dopados+. En polarización in"ersa se ,eneran pares electrón)7!eco #!e pro"ocan la corriente in"ersa de sat!ración= si la tensión in"ersa es ele"ada los electrones se aceleran increentando s! ener,ía cin2tica de &ora #!e al c7ocar con electrones de "alencia p!eden pro"ocar s! salto a la -anda de cond!cción E&ecto ener (diodos !/ dopados+.
OTROS TIPOS DE DIODOS SEMICONDUCTORES: %iodo a"alanc7a %iodo p)i)n 6otodiodo %iodo Sc7ottJ/ %iodo G!nn %iodo S7ocJle/ (diodo de c!atro %iodo l8ser capas+ %iodo LE% •
•
•
•
•
•
•
•
•
• •
%iodo t$nel %iodo *aractor %iodo ener
IV.
MATERIAL Y E/UIPO A UTILIAR
1. Una 6!ente de
K.
Un !ltíetro di,ital.
M'c': 0%,1" N2 " +"!": 456475
:.
Un iliaperíetro / !n icro aperíetro. Marca: Yokogawa Modelo: 510B Sensibilidad: 0.1 Ω /V
Marca: Yokogawa Modelo: 500B Sensibilidad: (1/15) Ω /V
H. Un %iodo Seicond!ctor de Si / !no de Ge.
D!oo " +!%!c!o
D!oo " 8"9'#!o
;. Un *oltíetro de c.c. Marca: Yokogawa Modelo: 2011 N de serie: !"##21$" Sensibilidad: 1000 Ω /V
. Resistencia de 144 M.
9.
V.
PROCEDIMIENTO:
1. Usando el O7etro' edir las resistencias directa e in"ersa del diodo. Re,istrar los datos en la ta-la 1.
K. Arar el circ!ito de la &i,!ra 1. a.
b.
A!stando el "oltae con el potencióetro' o-ser"ar / edir la corriente / el "oltae directo del diodo' re,istrar s!s datos en la ta-la K. (!sar iliaperíetro+ In"ertir el diodo "eri&icando al iso tiepo la polaridad de los instr!entos' proceder coo en a+' re,istrando los datos en al ta-la :. (!sar icro aperíetro+
:. Usando el o7íetro' edir las resistencias directa e in"ersa del diodo de Geranio. Re,istrar los datos en la ta-la H.
H. Repetir el circ!ito de la &i,!ra 1 para el diodo de Geranio' de anera siilar al paso K' proceder a llenar las ta-las ; / .
VI.
DATOS OBTENIDOS: TABLA (S!) R directa(M+
R in"ersa(M+
;:1 M
:4 M TABLA 7:
*cc(*.+
4.;
4.;K
4.
4.?
4.9?
4.?K
1.K
1.;
1.9
1.
K.1?
K.9
Id(A.+
6.
6.7
6.4
6.5
.
7.;
;.6
5.6
6.6
7.6
;.6
76.6
*d(".+
4.H9 4.;44 4.;K 4.;: 4.44 4.K: 4.;9 4.9 4.? 4. 4.949 4.9K1
TABLA 3: *cc(*.+
6.6
7.6
4.6
.6
5.6
6.6
7.6
;.6
76.6
*d(*.+
4.449
K.41;
H
;.;
9.H
.?
1K.41
1H.H
1.
Id( µ A.+
4
4.1
4.:
4.
4.?
1.1
1.:
1.;
K
TABLA 4 (G") R directa (M+ 4.K:K M
R in"ersa(M+ K?.: M
TABLA ;: *cc(*.+
4.1:
4.1?
4.KK
4.K
4.H;
4.:
1.4;
1.H?
1.9
K.4K
K.H
:
Id(A.+
6.
6.7
6.4
6.5
.
7.;
;.6
5.6
6.6
7.6
;.6
76.6
*d(".+
4.1H
4.19
4.K1
4.K
4.::
4.:
4.;:
4.H
4.91
4.9?
4.?
4.
TABLA : *cc(*.+ *d(*.+
6.6
.6
7.6
4.44? 1.49; 1.1
4.6
.6
5.6
6.6
7.6
:.9
;.;
9.?
.9
11.?
;.6
5.6
76.6
1H. 19.;;
1.HH
Id( µ A.+
4
:.K
H
;.9
9.
14.9
1.;
KH
HK.K
H
?H
VII. CUESTIONARIO 0INAL . Co#+$,! "% 8'!co I < (V) co# %o+ '$o+ " %'+ $'=%'+ 7 > 3. (S!.) C'%c,%' %' "+!+$"#c!' !#?9!c' "% !oo.(U+' *'*"% 9!%!9"$'o)
r dn
=
V dn
−
V d ( n 1)
I dn
−
I d ( n 1)
−
−
TABLA 7: *cc(*.+
4.;
4.;K
4.
4.?
4.9?
4.?K
1.K
1.;
1.9
1.
K.1?
K.9
Id(A.+
6.
6.7
6.4
6.5
.
7.;
;.6
5.6
6.6
7.6
;.6
76.6
*d(".+
4.H9 4.;44 4.;K 4.;: 4.44 4.K: 4.;9 4.9 4.? 4. 4.949 4.9K1
P!9" c'+o: r dn r dn
0.721 =
=
0.707
−
20.0 m 2.8
/,!#$o c'+o:
−
15.0 m
r dn r dn
=
=
0.679
−
0.657
8.0m
−
5.0m
7 .3
No"#o c'+o: r dn r dn
S"8,#o c'+o: r dn r dn
0.707 =
=
15.0m 2 .6
−
−
0.699 12.0m
r dn
=
=
0.657
−
0.623
r dn
0.699 =
5.0m
−
2.5m
13.6
=
12.0m 5
S&*$!9o c'+o: −
−
0.689 10.0m
r dn r dn
0.689 =
=
−
10.0m 5
r dn r dn
C,'$o c'+o:
=
=
0.623
−
0.600
2.5m
−
1.6 m
25.5
r dn
−
8 .0 m
0.529
0.8m
−
0.4m
85
r dn r dn
=
r dn
=
0.600
−
0.563
1.6m
−
0.8m
46.25
=
=
0.529
−
0.500
0.4m
−
0.2m
0.500
−
0.467
0.2m
−
0.1m
145
U#&c!9o c'+o: r dn
Oc$'o c'+o: 0.679
−
D&c!9o c'+o:
r dn
r dn
=
0.563
S"@$o c'+o:
r dn
T"c" c'+o:
=
=
=
330
TABLA 3:
*cc(*.+
6.6
7.6
4.6
.6
5.6
6.6
7.6
;.6
76.6
*d(*.+
4.449
K.41;
H
;.;
9.H
.?
1K.41
1H.H
1.
Id( µ A.+
4
4.1
4.:
4.
4.?
1.1
1.:
1.;
K
P!9" c'+o: r dn
r dn
19.99 =
2u
=
/,!#$o c'+o:
−
1.5u
−
10.1M
14.94
r dn
S"8,#o c'+o: r dn
14.94 =
r dn
1.5u
=
−
1.3u
14.65 M
T"c" c'+o: r dn
r dn
1.3u
=
−
−
9.89
1.1u
10.6 M
C,'$o c'+o: r dn
r dn
9.89 =
=
1.1u
=
7.94
−
5.95
0.8u
−
0.6u
9.95 M
r dn
r dn
5.95 =
0.6u
=
−
6.5 M
4
−
0.3u
S&*$!9o c'+o:
12.01 =
=
S"@$o c'+o:
12.01
−
r dn
−
−
6.5 M
7.94 0.8u
r dn
r dn
4 =
=
−
0.3u
2.015 −
0.1u
9.925 M
Oc$'o c'+o: r dn
r dn
2.015 =
=
−
0.1u
0.007
−
20.08 M
0u
7. Co#+$,! "% 8'!co I < (V) co# %o+ '$o+ " %'+ $'=%'+ ; > . (G".)
C'%c,%' %' "+!+$"#c!' !#?9!c' "% !oo. (U+' *'*"% 9!%!9"$'o)
r dn
=
V dn
−
V d ( n 1)
I dn
−
I d ( n 1)
−
−
TABLA ;: *cc(*.+
4.1:
4.1?
4.KK
4.K
4.H;
4.:
1.4;
1.H?
1.9
K.4K
K.H
:
Id(A.+
6.
6.7
6.4
6.5
.
7.;
;.6
5.6
6.6
7.6
;.6
76.6
*d(".+
4.1H
4.19
4.K1
4.K
4.::
4.:
4.;:
4.H
4.91
4.9?
4.?
4.
P!9" c'+o: r dn r dn
0.99 =
=
20.0 m 26
/,!#$o c'+o:
−
−
0.86
r dn
15.0m
r dn
S"8,#o c'+o: r dn r dn
0.86 =
=
15.0m 26.6
−
−
0.78
r dn
12.0 m
r dn
0.78 =
=
12.0m 35
r dn
−
−
0.71
r dn
=
=
10.0 m
r dn
−
10.0m 35
=
r dn
0.71 =
−
0.53
8.0m
−
5.0m
36.6
No"#o c'+o:
r dn r dn
0.53
−
0.39
5 .0 m
−
2 .5 m
56
=
r dn r dn
=
0.39
−
0.33
2.5m
−
1.6m
66.6
−
r dn
8.0 m
r dn
0.33 =
r dn r dn
=
1.6m 87.5
−
0.26
−
0.8m
=
0.8m 125
−
0.21
−
0.4m
=
=
0.21
−
0.17
0.4m
−
0.2 m
200
U#&c!9o c'+o:
Oc$'o c'+o: 0.64
0.26 =
D&c!9o c'+o:
S&*$!9o c'+o:
C,'$o c'+o: r dn
=
0.64
S"@$o c'+o:
T"c" c'+o: r dn
=
=
=
0.17
−
0.14
0.2m
−
0.1m
300
TABLA : *cc(*.+
6.6
.6
7.6
4.6
.6
5.6
6.6
7.6
;.6
5.6
76.6
*d(*.+
4.44?
1.49;
1.1
:.9
;.;
9.?
.9
11.?
1H.
19.;;
1.HH
Id( µ A.+
4
:.K
H
;.9
9.
14.9
1.;
KH
HK.K
H
?H
P!9" c'+o: S"@$o c'+o: r dn
r dn
19.44 =
=
84u
−
17.55
−
64u
r dn
17.55
=
5.95
−
10.7u
−
7.6u
S"8,#o c'+o: =
=
94.5K
r dn
r dn
7.86
r dn
64u
616.129 K
S&*$!9o c'+o:
14.99
−
−
=
42.2u
117.4 K
r dn
=
5.95
−
3.97
7.6u
−
5 .7 u
r dn
=
1042..105 K
T"c" c'+o: Oc$'o c'+o: r dn
r dn
14.99 =
=
−
42.2u
11.89
−
170 .3 K
24u
r dn
C,'$o c'+o:
r dn
11.89 =
=
24u
−
−
256 K
−
5 .7 u
1.991 4u
−
r dn
r dn
3.97 =
=
1164 .117 K
No"#o c'+o: 9.97
16.5u
r dn
1.991 =
4u
−
−
r dn 1145 K =
1.075
3.2u
/,!#$o c'+o: D&c!9o c'+o: r dn
r dn
=
=
9.97
−
16.5u
−
7.86 10.7u
363 .7931 K
r dn
1.075 =
−
3.2u
0.008
−
0u
r dn
=
333.437 K
3. I#$"*"$' %o+ '$o+ o=$"#!o+ "# %'+ $'=%'+. Para a-os casos (diodo de silicio / diodo de ,eranio+ se dan dos sit!aciones c!ando se enc!entran polarizados directaente e in"ersaente.
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4. E@*%!c' %o+ co#$o%"+ " o*"'c!# " %' ,"#$" DC ,$!%!''. En !na &!ente de poder de cc de salida "aria-le. La pantalla di,ital indica el "oltae o la corriente de salida. P!ede tra-aar en odo de << (corriente contante+ o <* ("oltae constante+' !n LE% indica el odo en el #!e &!nciona. 3a/ perillas dedicada parael a!ste de "oltae &ino o ,r!eso del "oltae o la corriente. Se tienen tres -ornes de coneión. Uno para el "oltae positi"o (roo+ otro para el ne,ati"o (ne,ro+ / la coneión a tierra &ísica ("erde+. VIII. CONCLUSIONES: Para realizar estos circ!itos siepre de-e de #!edar !/ claro #!e siepre se "a a tra-aar con diodos reales así #!e no siepre se de-e esperar los res!ltados teóricos. Tal coo se espera-a' el los diodos act!aron tal coo lo aprendido teóricaente>
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IX. •
BIBLIOGRA0ÍA: G!ía
para
ediciones
electrónicas
/
pr8cticas
de
la-oratorio.
Stanle/ ol& / Ric7ard Sit7. •
7ttp>.!nicro.co
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illan 5.' 3alJias <7.<. %ispositi"os /
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7ttp>es.iJipedi a.or,
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Lo- U. 6!ncionaiento del diodo seicond!ctor ep 1H. arco-o oiare! Editores' 1?9.
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o/lestad R.' Nas7elJ/ L. Electrónica teoría de
