UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRÓNICA LABORATORIO ELECTRÓNICA ANALOGA I PRACTICA No. 1 CARACTERÍSTICA I – V DEL DIODO DE UNION OBJETIVOS
Determinar por medio de la práctica la característica I-V del diodo de unión al tomar diferentes medidas para su aproximación tanto gráfica como teórica. Aprender a tener los cuidados necesarios cuando el diodo se polariza en inverso a una excitación determinada. Comprobar que los efectos de la temperatura afectan el circuito en donde se encuentra el diodo y no solo a este.
JUSTIFICACIÓN Dentro del estudio de semiconductores encontramos el diodo de unión, dispositivo muy usado en la electrónica por sus múltiples funciones en las aplicaciones en DC y AC y que ha permitido un gran avance en el campo de la electrónica. En el presente trabajo se pretenden mostrar las características generales de los diodos de unión como el voltaje, corriente y diferentes comportamientos de acuerdo a la conexión en un circuito en particular. Estas características serán demostradas en el comportamiento gráfico de la curva de I vs V para poder corroborar datos teóricos basándonos en ella. MATERIALES Y EQUIPO EQUIPO REQUERIDO Multímetro digital (DMM). Dos resistores de 1 K y dos de 1 M a 0.5 W y 5%; dos diodos de silicio 1N4004. Fuente DC. 1 cautín.
PROCEDIMIENTO 2. Características I-V de los diodos polarizados en directo:
I D=
VR R
Resultados en tabla numero 1 3. Polarización en inverso:
I s=
I s=
VR Rmed /¿ R m
(
1.7 mV 1.7 mV = =1.8837 nA 0.8925 M 0.992 M∗10 M 0.992 M +10 M
)
3.e) Resistencia del diodo (RD): R D=
V D V F −V R = ID IS
R D=
20000 mV – 1.7 mV =18.049 M 1.8837 nA
Resultados en la tabla numero 2 4. Resistencia estática del diodo (RD) R D=
VD ID
Resultados presentes en tabla numero 3 5.a) Resistencia Dinámica (rd) ID alrededor de 9mA rd =
∆V ∆I
rd =
b)
V f −V o ( 0.7−0.69 ) V = =4.9=5 I f −I o (10.1−8.08) mA
rd =
nVt ID
n=1 Vt= 25 mV ID= 9 mA rd =
nVt 1∗25 mV = =2.77 ID 9 mA
5.c) ID = 2mA tabla numero 3 Id alrededor 2mA rd =
∆V ∆I
rd =
V f −V o (0.645−0.596)V = =24.5 I f −I o (3.03−1.01)
rd formula: nVt rd = ID n=1 Vt= 25 mV ID= 2 mA rd =
nVt 1∗25 mV = =12.5 ID 2 mA
6. Voltaje umbral (V T ) El voltaje umbral del diodo se específica en la tabla número 4.
7. Demostración de los efectos de la Temperatura b) diodo a alta temperatura: I D= I D=
VR R
1.0 V 0.990 KΩ
I D =1.01mA
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Y RESULTADOS MEDIDOS En las siguientes tablas se encuentran datos de los literales 2 b), 3 b), 4 a), 5.c) y 6 utilizando los valores obtenidos en la práctica para hallar los teóricos. Tabla 1 VR(V)
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
VD(V)
0.492
0.521
0.534
0.549
0.558
0.568
0.575
0.582
0.587
ID(mA)
0.101
0.202
0.303
0.404
0.505
0.606
0.707
0.808
0.909
VR(V)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
VD(V)
0.596
0.626
0.645
0.659
0.669
0.677
0.684
0.690
0.695
0.700
ID(mA)
1.01
2.02
3.03
4.04
5.05
6.06
7.07
8.08
9.09
10.1
Tabla 2 Rm IR(calculada) RD(calculada)
10MΩ 1.8837nA 18.047MΩ
Tabla 3 Si
ID (mA)
VD (V)
0.2 1 5 10
0.5 0.596 0.669 0.700
Tabla 4 ID (mA) 9 2
rd (calc. Grafica) ( ¿ 5 24.5
RD ( K ¿ 2.5 0.596 0.133 0.070
rd (calc. ecuacion) () 2.77 12.5
Tabla 5 VT (V)
Si 0.492 ANÁLISIS DE RESULTADOS
3) Polarización en Inverso f) Son los valores de esa resistencia suficientemente altos para considerar al diodo como un circuito abierto si se usa en un circuito en serie con un resistor cuyo valor este en un rango bajo de kΩ? R/ si, ya que la resistencia del diodo es demasiado grande ( 18.049 M ¿ comparada con la que hay en serie y pues por éste (el diodo) pasaría una corriente muy mínima, y prácticamente caería todo el voltaje en él. 4) Resistencia estática (RD) b) ¿Cuál es la tendencia de R D para el diodo cuando la corriente aumenta y el punto de operación del diodo se mueve hacia la sección de crecimiento vertical de la característica? Explique este comportamiento. R/ cuando la corriente aumenta, RD tiende a volverse lo más pequeña posible (disminuye) debido a esto se dice que el diodo está en directo y se empieza comportar como un corto circuito.
5) Resistencia Dinámica
a) Con la ecuación respectiva determine “rd” para el diodo de silicio alrededor de ID =9mA usando la curva de la figura 2. Escriba el procedimiento para realizar esta labor. R/ Mediante la ecuación de la pendiente escogemos dos pares de puntos que estén alrededor de 9mA; para este caso tenemos X1=0.69 Y1=8.08 y X2=0.7 Y2=10.1. El resultado es la resistencia dinámica. b) Compare los resultados de las resistencias dinámicas obtenidos por las diferentes formas de calcularlas. R/ Como se puede apreciar en la tabla los datos obtenidos por medio de la nVt rd = ecuación I D son practicamente la mitad de los datos obtenidos por el método gráfico. Esto se puede presentar debido a que la resistencia nVt rd = dinámica obtenida con la ecuación es netamente teorica y la ID obtenida por el método gráfico es más realista ya que se adapta a las condiciones en las que trabajamos el circuito como la temperatura, errores de medición, fallas en el equipo de laboratorio, etc.
c) Comparación de resultados ID= 9mA e ID= 2mA explicar diferencia. R/ Aplicando la ley de OHM a mayor corriente menor resistencia. En el caso del diodo cuando conduce a plenitud tiene a comportarse como un corto circuito por lo que la resistencia tiende a ser mínima. Por lo tanto, cuando ID=9mA la resistencia es más pequeña que ID=2mA. 7. Demostración de los efectos de la temperatura a) Efecto en VD cuando el diodo se calienta con un cautín. R/ Podemos apreciar que cuando se calienta el diodo con el cautín su voltaje disminuye. Para este caso VD=0.591V y disminuyó a VD=0.448V. b) Efecto en ID y VR cuando se calienta el diodo con el cautín. VR I = D R/ entonces cuando se calienta el diodo el voltaje en la R resistencia también aumenta por lo que la corriente del diodo aumenta. Para el caso VR=1V en frío y al calentar aumenta a VR=1.125 y el efecto en ID fue de ID=1.01mA y aumentó a ID=1.13mA c) Efecto en RD cuando se calienta el diodo con el cautín.
R D=
R/
VD ID
entonces cuando se calienta el diodo el voltaje en él
disminuye, por lo que la resistencia del diodo disminuye. Para el caso RD=585KΩ y disminuyó a RD=396KΩ d) ¿El diodo semiconductor tiene un coeficiente de temperatura positivo o negativo? Explique su respuesta. R/ El diodo tiene un coeficiente de temperatura negativo ya que el voltaje en el diodo disminuye cuando su temperatura aumenta. NOTA: Todos estos coeficientes satisfacen la ley de Ohm.
CONCLUSIONES
Los valores de la resistencia dinámica varían de los datos teóricos a los prácticos, al usar las ecuaciones por medio de la pendiente y la ecuación de la resistencia dinámica, vemos que los resultados hallados con la pendiente son prácticamente el doble de los obtenidos con la otra. Además varía al tomar puntos diferentes en la gráfica alrededor de determinada corriente. Cuando polarizamos el diodo en inverso idealmente el voltaje en el diodo es el mismo que el de la fuente, pero realmente no lo es ya que en la R y la resistencia interna del aparato también hay una pequeña caída y el voltaje del diodo no es completamente el voltaje suministrado por la fuente. Si en la polarización en inverso se hubiese dejado R= 1KΩ, Is hubiese dañado el diodo ya que empezaría a ser muy grande por lo tanto dejamos R= 1MΩ, para contrarrestar Is y hacerla muy pequeña, para éste caso del orden de nano amperios.
Tanto ideal como realmente la ley de OHM se cumple ya que el voltaje es directamente proporcional a la corriente e inversamente a la resistencia, y esto lo comprobamos tanto en la práctica como en los resultados teóricos. Se pudo comprobar de forma teórica y práctica, que el voltaje umbral de un diodo de este tipo (1N4004), está entre 0.5 y 0.6 volt. Mirando el datasheet de este diodo, se pudo determinar que estos semiconductores de la serie 1N400X, la X determina el voltaje pico que soportan (PIV), además de suministrar otros datos técnicos del diodo, importantes para su uso e implementación en circuitos electrónicos.
