Elementos Ohmicos y No Ohmicos

VII. ELEMENTOS OHMICOS Y NO OHMICOS

Objetivos

Con ayuda de circuitos eléctricos que contienen resistencias, diodos y transistores, estudiar experimentalmente la relación que existe entre el voltaje y la corriente que circula por cada uno de ellos.

Resumen Teórico

Un conductor eléctrico, por ejemplo un alambre de cobre de sección A, se conecta a una fuente de voltaje V. Por el alambre circula corriente de intensidad I que define una densidad de corriente J = I /A. Debido a la diferencia de potencial aplicada a los extremos del alambre, se establece dentro del mismo un campo eléctrico E. Densidad de corriente y campo eléctrico son directamente proporcionales en un gran número de materiales y dispositivos eléctricos. es decir, (1) donde

es la constante de proporcionalidad denominada conductividad eléctrica. La ecuación (1) es un enunciado de la ley de Ohm y los materiales que siguen un comportamiento ajustado a esta ecuación se denominan materiales óhmicos.

Figura 1. En un alambre de sección A se establece una diferencia de potencial V1 V2  bajo la cual aparece un campo eléctrico eléct rico E que produce la corriente corrient e I. Puesto que J = I / A y E se puede expresar en términos del voltaje aplicado, la ley de Ohm se escribe para aplicaciones prácticas de la siguiente manera: (2)

R = V/I

donde V está dado en voltios, I en amperios y R en ohmios.

Descripción del experimento Montaje

Para este experimento se utilizan los siguientes elementos - Resistencia - Diodo de silicio - Transistor npn - Voltímetro y Amperímetro - Fuentes de voltaje DC. En las figuras 2,3,4 y 5 se muestran las conexiones eléctricas para hacer las medidas con cada dispositivo.

Procedimiento Resistencia

1. Con la resistencia dada, construya el circuito de la figura 1; antes de prender la fuente, hágalo revisar del profesor.

Figura 2. Circuito resistivo. La resistencia R está en serie con el amperímetro y la fuente de voltaje. Varíe el voltaje de la fuente entre 0 V y 30 V con incrementos de 5 V y mida cada vez la corriente I en el amperímetro que se muestra en la figura 1. Con un voltímetro mida el voltaje VR  en la resistencia correspondiente a cada valor de voltaje de la fuente. Haga un gráfico de I vs R en papel milimetrado.

Diodo

2. Arme el circuito de la figura 3 que muestra el diodo conectado en polarización directa. Antes de prender la fuente, haga revisar las conexiones por el profesor.

Figura 3. El diodo D está conectado en serie con la resistencia, la fuente y el amperímetro en la modalidad de polarización directa. 3. Prenda la fuente y establezca inicialmente un voltaje pequeño. Para este voltaje, mida la corriente I que pasa por el amperímetro y el voltaje VD en el diodo. Repita este procedimiento para diferentes voltajes de la fuente. Haga un gráfico de I vs VD en papel milimetrado. Monte el circuito de la figura 4 que muestra el diodo conectado en polarización inversa. Antes de prender la fuente haga revisar el circuito por el profesor.

Figura 4. El diodo D está conectado en serie con la resistencia, la fuente y el amperímetro en la modalidad de polarización inversa. 4. Repita todo el procedimiento indicado en el numeral anterior. Haga un gráfico de I vs VD en papel milimetrado

Transistor

5. Con el transistor npn dado, haga el circuito mostrado en la figura 4 donde R B y R C son resistencias externas. Antes de prender las fuentes, haga revisar las conexiones por  el profesor.

Figura 5. Voltajes de polarización aplicados a un transistor npn para estudiar sus características de corriente - voltaje. 6. Fije la fuente de voltaje VBB en 15 voltios. 7. Con VBB = 15V , varíe ahora el voltaje de la fuente VCC entre 0V y 30V con incrementos apropiados; entre los puntos CE mida VCE y lea también la corriente I del amperímetro A ( es la corriente que pasa por R C) por cada uno de los voltajes VCC. 8. Ahora fije la fuente de voltaje VBB en 20V. 9. Repita paso por paso el procedimiento indicado en el numeral 7, pero con VBB = 20V . Haga gráficos de I vs VCC en el mismo papel milimetrado. Discusión y preguntas

1. Resistencia a. Haga un gráfico de I vs VR   b. Verifique si la ecuación (2) del resumen teórico se ajusta a la curva experimental que usted dibujó para el circuito de la resistencia. Según el resultado de este ajuste, deduzca si la resistencia medida es un elemento óhmico o no.

2. Diodo Con base en los gráficos obtenidos de I vs VD , analice si el diodo es un elemento óhmico o no. 3. Transistor Con base en curvas de I vs VCC haga un análisis para verificar si el transistor es un elemento óhmico o no. Conclusiones