I.
TEMA: DIODOS EN CORRIENTE ALTERNA (Si, Ge, Zener, LED)
II.
OBJETIVOS: 1. Estudiar las características de operación de los diodos semiconductores de Silicio y Germanio, así como su respuesta en frecuencia. 2. Estudiar las características de operación del diodo Zener, así como su funcionamiento con carga. 3. Estudiar las características de operación del LED, así como sus respuestas a diferentes frecuencias.
III.
MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO: 1. Un Osciloscopio 2. Un generador de señales de AF 3. Una fuente de CC variable 4. Un multímetro digital. 5. Un miliamperímetro CC. 6. Un microamperímetro CC. 7. Diodos: semiconductores (Si y Ge), zener y LED. 8. Resistencias: 100Ω, 330Ω, 470Ω, 1KΩ, 3.3KΩ, 3.3KΩ, 3.9KΩ, 3.9KΩ, 3KΩ. 9. Cables conectores: 3 coaxiales, 2 cordones AC, 8 cocodrilo-banano.
IV.
PROCEDIMIENTO: 1. Usando el ohmímetro, medir las resistencias directa e inversa de los diodos (Silicio y Germanio), registrar los datos en la Tabla 1. TABLA 1 MATERIAL R directa R inversa Si 746Ω >40MΩ Ge 277Ω 210KΩ
2. Armar el circuito de la Figura1. D1 DIODE Vi -6/6V R1 100 100 500 Hz
a) Ajustando el voltaje del generador y utilizando los 2 canales del ORC en el modo X-Y (Lissajous) observar y anotar las curvas características de los diodos, tanto de Silicio como del Germanio. b) Cambiar la frecuencia del generador a 5KHz y 50KHz respectivamente; observar y anotar lo que sucede con las curvas.
3. Armar el circuito de la Figura 2. (f1=1.5KHz , f2=2.5KHz) D2 DIODE Vs -6/6V R 1.50kHz
a) Usando el ORC, observar y medir los tiempos de Conmutación del diodo, llenando la Tabla 2. TABLA 2 f Forma de Onda ts tr f1 Cuadrada 4µs 5µs R=1KΩ f2 Cuadrada 4µs 6µs f1 Cuadrada 2.5µs 6µs R=3.3KΩ f2 cuadrada 2.5µs 6µs
4. Usando el ohmímetro, medir las resistencias directa e inversa del diodo zener. Llenar la Tabla 3. a) Armar el circuito de la Figura 3. D1 ZENER
Vi R 470 500 Hz
b) Ajustando el generador a un voltaje pico ligeramente mayor al voltaje zener del diodo y una frecuencia de 500 Hz; conectar el ORC como se indica, usando los 2 canales en modo X-Y (Lissajous). Observar y anotar la gráfica obtenida. c) Cambiar la frecuencia del generador a 5KHz y 50KHz respectivamente. Observar y anotar lo que sucede con la curva. 5. Armar el circuito de la Figura 4. R 330 + + Vaa
RL 3k
D ZENER +
-
+
-
a) Aumentando lentamente el voltaje aplicado, observando y anotando los valores que registran los instrumentos. Llenar la Tabla 4. TABLA 4 Con Carga Sin Carga (RL=∞) Vz(V.) Iz(µA.) It(mA.) Vz(V.) Iz(µA.) It(mA.) 6.0 V 5.42 V 1 µA 1.8 mA 6.00 V 6 µA 0.01 mA 6.5 V 5.84 V 3.5 µA 2 mA 6.44 V 140 µA 0.2 mA 7.0 V 6.3 V 20 µA 2.2 mA 6.67 V 1000 µA 1 mA 7.5 V 6.75 V 340 µA 2.6 mA 6.92 V 1800 µA 1.8 mA
6. Verificar el LED con el ohmímetro. Llenar la Tabla 5. Armar el circuito de la Figura 5. R 100
+
-
+
+
D1 LED1
VCC
-
TABLA 5
R directa(Ω) 5703Ω
R inversa(Ω) >40MΩ
a) Aumentando lentamente el voltaje Vcc, observar y anotar los valores que registran los instrumentos en la Tabla 6.a. TABLA 6.a Vcc(V.)
1.783
1.886
1.878
1.952
2.087
2.449
2.780
2.971
3.173
3.472
4.029
Id(mA.)
0.1
0.3
0.5
1.0
2.0
5.0
8.0
10.0
12.0
15.0
20.0
Vd(V.)
0.013
1.828
1.824
1.851
1.883
1.927
1.949
1.960
1.967
1.979
1.996
Lumin.
Débil
Débil
Débil
Mediano
Mediano
Fuerte
Fuerte
Fuerte
Muy Fuerte
Muy Fuerte
Muy Fuerte
b) Invertir el diodo para verificar la polarización inversa; llenar la Tabla 6.b. TABLA 6.b Vcc(V.) 0.0 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 Id(µA.) 0 0 0 0 0 0 0
7. Armar el circuito de la Figura 6. D DIODE
D1 LED
Vi R 3.9K 10 Hz
R1 100
Observar el grado de luminosidad que registra el LED entre otros detalles. Llenar la Tabla 7. TABLA 7 Frecuencia Vi(V.p.) Grado de Luz Observaciones 1 Apagado No enciende 3 Débil Enciende y se observa un parpadeo 10 Hz 5 Mediano Enciende y se observa un parpadeo 7 Fuerte Enciende y se observa un parpadeo 1 Apagado No enciende 3 Débil Enciende pero no se observa el parpadeo 100 Hz 5 Mediano Enciende pero no se observa el parpadeo 7 Fuerte Enciende pero no se observa el parpadeo
V.
CUESTIONARIO FINAL: 1. Construir los gráficos Id=f(Vd) con los gráficos obtenidos por el osciloscopio en el paso 2 del procedimiento y examinarlos de forma comparativa.
Para una frecuencia de 500 Hz :
Para una frecuencia de 5 KHz :
Para una frecuencia de 50 KHz :
2. Mostrar los gráficos del tiempo de recuperación inversa del diodo y explicar las razones de su ocurrencia.
3. Usando los resultados del paso 4 con el osciloscopio, construir las curvas Características del diodo zener, identificar el codo zener y también la corriente nominal.
Para una frecuencia de 500 Hz :
CODO ZENER
CORRIENTE NOMINAL (Id)
Para una frecuencia de 5 KHz :
CORRIENTE NOMINAL (Id) CODO ZENER
Para una frecuencia de 50 KHz :
CODO ZENER
CORRIENTE NOMINAL (Id)
4. Determinar el porcentaje de regulación usando los resultados de la Tabla 4, haga sus comentarios al respecto.
5. Graficar la curva del diodo LED con las Tablas 6.a y 6.b, asimismo indicar la razón para no aplicar demasiado voltaje al LED.
En polarización directa:
25
) A20 m ( d I D E15 L L E D E10 T N E I R R O 5 C
Id LED
0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
VOLTAJE DEL LED Vd(V)
Los LED se iluminan con voltajes bajos (de 1.2V a 3.7V, dependiendo del color del LED), normalmente muy inferiores a la tensión que suministra la fuente. Por ello, para evitar que se fundan al aplicarles una corriente superior, normalmente el LED va conectado a una resistencia, la cual limita la corriente que le llega al LED.
En polarización inversa: 1
) A µ (
0.9 0.8
d I D E L L E D E T N E I R R O C
0.7 0.6 0.5 0.4
Id LED
0.3 0.2 0.1 0
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
VOLTAJE DE LA FUENTE Vcc(V)
6. Explicar lo que sucede con la luminosidad que registra el diodo LED. Según los resultados de la Tabla 7.
Se observa que a una frecuencia baja de 10 Hz en este caso al dar una determinada tensión alterna del generador mayor a 1V de amplitud, el LED se enciende y se logra observar los parpadeos del LED, debido a que solo se enciende en el ciclo positivo cuando esta polarizado directamente y se apaga en el ciclo negativo cuando esta polarizado inversamente, en este caso a esta frecuencia si logramos observar ese cambio debido a que la frecuencia del voltaje es lento. En cambio a una frecuencia alta como de 100 Hz se logra observar que el LED está encendido constantemente aparentemente, debido a que nuestra vista ES LENTA COMPARADA a la frecuencia con que la luz emitida por el LED cambia de ciclo prendido-apagado, es decir parpadea, es por eso que aparenta ser continua.
