LABORATORIO 1 semiconductores

Servicio Nacional de Aprendizaje SENA C ALI. Utilizar Variables Físicas y Mate!ticas en la Sol"ci#n de $robleas.

LABORATORIO DECIRCUITOS Practica #1

Dispositivos semiconductores RESUMEN: Con el desarrollo de ésta práctica se pretende conocer el funcionamiento y las principales aplicaciones de los semiconductores. Se espera que el aprendiz sea capaz de identificar las terminales de distintos tipos de diodos, así como las características técnicas de cada uno de estos. Así como la manera correcta de polarización para que estos dispositivos hagan el trabajo en el circuito.

Palabras Claves:

región de iones positivos y negativos descubiertos se le llama región de agotamiento o de empobrecimiento, o barrera de unión, debido a la disminución de portadores en ella. En esta actividad se realizará la adecuada presentación de una serie de circuitos donde se partirá de un circuito básico que permite conocer el tipo de polarización del diodo, tanto de germanio y silicio, y posteriormente se irán haciendo múltiples cambios para ver sus características en diferentes configuraciones y se verá el comportamiento en diferentes valores de voltaje y posteriormente se concluirá.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

Diodos Semiconductores

Experimento 1

ABSTRACT: With With the development of this practice is intended to know the operation and main applications of semiconductors. It is expected that the apprentice be able to identify the terminals of different types of diodes, as well as techniques characteristics of each of these. Just as the right way to polarization for these devices do work in the circuit.

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. Estos terminales son el ánodo (A) y el cátodo (K) los cuales son positivo y negativo respectivamente. A continuación se hace la ilustración de una serie de diodos con los cuales se hizo el desarrollo de la práctica y se mostrará sus símbolos y formas físicas así como la identificación de sus terminales.

KEY WORDS: Semiconductors

LE(

Diodes

INTRODUCCIÓN El desarrollo de la electrónica desde sus dispositivos más sencillos como los diodos y transistores, hasta los circuitos integrados que pueden contener millones de elementos en un área muy pequeña se ha producido gracias a la capacidad de manipular los denominados materiales semiconductores, los cuales poseen propiedades intermedias entre los conductores y los materiales aislantes. El tipo más simple dedispositivo constituido como un semiconductor es el diodo que desempeña un papelimportante en los sistemas electrónicos; Con sus características que son muy similares a lade un interruptor, aparece en una amplia variedad de aplicaciones que van desde las mássencillas a las más complejas. El diodo semiconductor se forma uniendo un material tipo P con uno tipo N, construidosde la misma base: germanio (Ge) o silicio (Si), mediante técnicas especiales. En elmomento en que son unidos los dos materiales, los electrones y los huecos en la región dela unión se combinan, dando por resultado una falta de portadores en la región cercana ala unión. A esta

)N*++* %Si' %&'

)N,-A %/ener' %0'

La aplicación de un voltaje a través de los terminales de un diodo permite tres posiblespolarizaciones: Sin polarización (VD= 0); Polarización directa (V D>0) y Polarización inversa (VD<0) Un diodo semiconductor tiene polarización inversa cuando se asocia el material tipo P aun potencial negativo y el material tipo N a un potencial positivo.

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Servicio Nacional de Aprendizaje SENA C ALI. Utilizar Variables Físicas y Mate!ticas en l a Sol"ci#n de $robleas. La polarización directa se da cuando se aplica un voltaje positivo al material tipo P y unpotencial negativo al material tipo N.

Estos datos fueron tomados del simulador Proteus y fueron registrados en la tabla 2.

Experimento 2

Primer montaje

Medición de voltaje y corriente a 0V

Datos Prácticos Los datos prácticos fueron tomados en el espacio del laboratorio y fueron registrados en la tabla 1. Con ésta práctica se pudo corroborar el comportamiento teórico del diodo de silicio.

Medición de voltaje y corriente a 0,4V

Medición de Voltaje

Medición de voltaje y corriente a 0,8V Tabla 2

Medición de corriente Tabla 1

VD

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,79

V

ID

0

0

0

0

0

0

0

97.6

mA

Segundo montaje







Servicio Nacional de Aprendizaje SENA C ALI. Utilizar Variables Físicas y Mate!ticas en l a Sol"ci#n de $robleas.


Datos Teóricos Tabla 3

Cuando se cambia la polaridad al diodo éste queda en polarización inversa y por lo tanto no existe un flujo de corriente, y la tensión que hay en sus terminales es la tensión entregada por la fuente.

VD

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

V

ID

0

0

0

0

0

0

0

0

mA

 = 

Tercer montaje

Datos simulados Con la simulación del circuito queda demostrado lo mencionado anteriormente, un diodo polarizado en inversa no permite el paso de corriente, entonces es por ello que se dice que se comporta como un circuito abierto. Los datos obtenidos se registraron en la tabla X.

Datos Teóricos − +  +  = 0 − − +  +  ∗  = 0 −0,1 −0,1 + 0,1 +  ∗ 1000 1000 = 0 0 = 1000


De 0,1v hasta 0,7v la corriente va ser 0, ya que el diodo no ha alcanzado su voltaje de conducción. −0,8 −0,8 + 0,7 +  ∗ 1000 1000 = 0 −0,1 +  ∗ 1000 1000 = 0  ∗ 1000 = 0,1 0,1 = 1000  = 0,1 

Una vez la tensión es mayor de 0,7v el diodo se encuentra excitado, y logra darle paso a la corriente. Puesto que el diodo es de silicio idealmente se mantendrá una tensión de 0,7v en el mismo. Tabla 4


VD

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,7

V

ID

0

0

0

0

0

0

0

0,1

mA








Cuarto montaje

se pudo corroborar el comportamiento teórico del diodo de silicio junto a una carga (RL). Tabla 5

VD

0,1

0,2

0,3

0,410

0,461

0,493

0,513

0,523

V

ID

0

0

0

0.02

0,03

0,10

0,18 0,18

0,27

mA

Estos datos distan de los teóricos ya que las condiciones físicas del elemento que se trabajó (1N4004) no mantiene el voltaje ideal de los diodos.

Datos Teóricos − +  +  = 0 − +  +  ∗  = 0 −1,8 −1,8 + 1,8 +  ∗ 1000 1000 = 0 0 = 1000

Datos simulados

Desde 0,1v hasta 1,8v la corriente va ser 0, por lo tanto el diodo no conduce y en consecuencia no da iluminación. −1,9 −1,9 + 1,8 +  ∗ 1000 1000 = 0 −0,1 +  ∗ 1000 1000 = 0  ∗ 1000 = 0 ,1 0,1 = 1000  = 0,1 


En este caso cuando la tensión es mayor de 1,8v el diodo se encuentra excitado, y permite dar paso de corriente y producirá iluminación.

Datos Prácticos


Medición de voltaje a 0,1V Medición de voltaje y corriente a 0,8V Tabla 6

VD

0,1

0,2

0,3

0,4

0,48

0,52

0,54

0,56

V

ID

0

0

0

0

0,02

0,08

0,16

0,24

mA

Estos valores con respecto a los datos prácticos no son tan distantes gracias a que el simulador aproxima mucho a las









Medición de voltaje a 1,8V


Medición de voltaje a 2,3V Medición de voltaje y corriente a 2,4V

Tabla 7

Tabla 8

VD

0

0,7

0,8

1,2

1,61

1,85

2,15

2,39

V

ID

0

0

0,01

0,01

0,04 0,04

0,07

0,23

1

mA

VD

0

0,4

0,8

1,2

1,59

1,98

2,18

V

ID

0

0

0,01

0,01

0,03 0,03

0,11 0,11

1

mA

Datos simulados Quinto montaje


Datos Teóricos








Datos simulados

Datos Teóricos Tabla 10

R KΩ

10

8

6

4

2

1

0,5

Id mA

0,66

0,8

1

1,46

2,43

3,65

4,86

−1 +  +  +  = 0 −1 −1 +  +  ∗  +  ∗   = 0 1 −  = ( + )


Resistencia a 10KΩ −8 + 0,7 0,7 +  ∗ 1Ω +  ∗ 10Ω 10Ω = 0 8 − 0,7 = (1 + 10) 10)  = 0,66  Resistencia a 8KΩ −8 + 0,7 0,7 +  ∗ 1Ω +  ∗ 10Ω 10Ω = 0 8 − 0,7 = (1 + 8) 8)  = 0,8   Resistencia a 6KΩ −8 + 0,7 0,7 +  ∗ 1Ω +  ∗ 10Ω 10Ω = 0 8 − 0,7 = (1 + 6) 6)  = 1,0  


Resistencia a 4KΩ −8 + 0,7 0,7 +  ∗ 1Ω +  ∗ 10Ω 10Ω = 0 8 − 0,7 = (1 + 4) 4)  = 1,46  Resistencia a 2KΩ −8 + 0,7 0,7 +  ∗ 1Ω +  ∗ 10Ω 10Ω = 0 8 − 0,7 = (1 + 2) 2)  = 2,43 

Medición de voltaje y corriente a 2,4V Tabla 9

VD

0

0,4

0,8

1,2

1,6

1,99

2,39

V

ID

0

0

0

0,01

0,02

0,03

0,04

mA

Según esta simulación se puede apreciar que después de un valor “alto” de voltaje comienza a fluctuar una corriente sin embargo ésta corriente es despreciable.

Sexto montaje

Resistencia a 1KΩ −8 + 0,7 0,7 +  ∗ 1Ω +  ∗ 10Ω 10Ω = 0 8 − 0,7 = (1 + 1) 1)  = 3,6  Resistencia a 0,5KΩ −8 + 0,7 0,7 +  ∗ 1Ω +  ∗ 10Ω 10Ω = 0 8 − 0,7 = (1 + 0,)  = 4,86 











Datos Teóricos −1 −1 + ! +   = 0 −1 −1 + ! +  ∗  = 0 1 − ! ! = 

Rz=

"#

%$Para valores desde 1v hasta 9v la corriente siempre va ser 0 y por ende la Rz no puede ser calculada


−1 −1 + 1 1 +  ∗ 1Ω 1Ω = 0 1 − 1 1 = 1Ω  = 0 

Para valores mayores a 9v el Zener entra en conducción y este toma el valor del voltaje Zener que es de 9v. Y ahora sí la Rz puede ser calculada. −1 + 9 +  ∗ 1Ω 1Ω = 0 1− 9 = 1Ω  = 6 

Rz=


&' *

Rz= 2Ω Tabla 11

V

1

2

4

6

8

10

15

Id mA

0

0

0

0

0

0

6









Medición de voltaje y corriente a 15V Tabla 12

V

1

2

7

9

10

15

Id mA

0

0

0

0,05

0,98

5,91


Experimento 4


Datos Prácticos

Datos simulados









Servicio Nacional de Aprendizaje SENA C ALI. Utilizar Variables Físicas y Mate!ticas en l a Sol"ci#n de $robleas. Experimento 5


Datos Prácticos Los datos prácticos fueron tomados haciendo incrementos desde un valor bajo de frecuencia y se fue aumentando paulatinamente y se tomó el siguiente registro fotográfico:


Datos Teóricos V 0,1 Id mA

0

0,2

0,4

0,6

0,7

0,8

0

0

0

0

0,1

−1 −1 + ! +   = 0 −1 −1 + ! +  ∗  = 0 1 − ! ! = 

Valores desde 0,1 hasta 0,7 la corriente Siempre va ser 0 ya que el diodo zener polarizado en directa se va a comportar como un diodo normal. −1 −1 + 1 1 +  ∗ 1Ω 1Ω = 0 0,7 − 0,7 0,7 = 1Ω  = 0 

Valores mayores a 0,7v ya el zener conduce la corriente y este















Datos simulados

enlace roto crea un par de portadores, electrón y hueco. El semiconductor se transforma en un débil conductor. Los electrones liberados suben a la BC y se mueven por toda la red cristalina. Los enlaces incompletos, con un solo electrón, denominados huecos, h+, se mueven en la BV en el sentido de que el enlace roto se va intercambiando entre enlaces de átomos adyacentes.

b. Material semiconductor extrínseco Los semiconductores extrínsecos se forman añadiendo pequeñas cantidades de impurezas a los semiconductores puros. El objetivo es modificar su comportamiento eléctrico al alterar la densidad de portadores de carga libres. Estas impurezas se llaman dopantes. Así, podemos hablar de semiconductores dopados. En función del tipo de dopante, obtendremos semiconductores dopados tipo p o tipo n.

2. Tipos de polarización de un diodo Los diodos son dispositivos semiconductores el cual se pueden polarizar de dos maneras diferentes las cuales son la inversa o la directa.

a. Polarización directa Es cuando el terminal ánodo tiene polaridad positiva con respecto al terminal cátodo; en este caso, se dice que el diodo se comporta como un conductor, y se produce una circulación de corriente por el circuito en el sentido (convencional) que ya sugiere el símbolo del diodo.

b. Polarización inversa El diodo está en polarización inversa cuando el terminal cátodo tiene polaridad positiva con respecto al terminal ánodo; en este caso, el diodo no permite el paso de la corriente y se comporta como un aislante. Pero si se supera un cierto valor de tensión, entonces se produce un efecto de conducción brusca que puede deteriorar el diodo.










3. Cuál es la importancia de los semiconductores La importancia de los semiconductores es que tiene diversas aplicaciones en el desarrollo técnico de diferentes dispositivos electrónicos; ya que este representa un cambio al avance científico y tecnológico, impactando nuestra sociedad, este lo podemos observar en el desarrollo de los transistores; ya que es un semiconductor y hoy en día es el elemento más importante de la electrónica, estos son utilizados por la mayoría de dispositivos eléctricos o electrónicos que puedan existir; por ejemplo las computadoras los radios y la televisión etc.

4. Mencione tres semiconductores. a. b. c. d.

ventajas

de

los

dispositivos

Caídas de tensión directas muy pequeñas, Trabaja con frecuencias elevadas, necesita menores tiempos de recuperación, pueden bloquear bloquear varios kV y conducir varios kA.

multiplicadores, amplificadores, generadores de FM y otros circuitos de alta frecuencia. Una variante de los mismos son los diodos SNAP, empleados en aplicaciones de UHF y microondas.

DIODO EMISOR DE LUZ (LED’s) Es un diodo que entrega luz al aplicársele un determinado voltaje. Cuando esto sucede, ocurre una recombinación de huecos y electrones cerca de la unión NP; si este se ha polarizado directamente la luz que emiten puede ser roja, ámbar, amarilla, verde o azul dependiendo de su composición.

5. Explique qué pasa si se aumenta el voltaje de polarización inversa a un diodo semiconductor y se tiene una sobrecarga. El diodo al ser polarizado en inversa tiene un valor de tensión establecido por el fabricante, este tiene una zona de ruptura; si se incrementa la tensión esta puede destruir el diodo dejándolo inservible.

DIODO LÁSER Los diodos láser, también conocidos como láseres de inyección o ILD’s. Son LED’s que emiten una luz monocromática, generalmente roja o infrarroja, fuertemente concentrada, enfocada, coherente y potente. Son muy utilizados en computadoras y sistemas de audio y video para leer discos compactos (CD’s) que contienen datos, música, películas, etc., así como en sistemas de comunicaciones para enviar información a través de cables de fibra óptica. También se emplean en marcadores luminosos, lectores de códigos de barras y otras muchas aplicaciones.








8. Explique cómo afecta la temperatura a un material semiconductor. a. La corriente de perdida inversa b. La Caída de tensión directa 9. Explique que es la región ZENER La región zener se encuentra polarizado en inversa y se encuentra en la zona de ruptura esto hace que funciona como un regulador

10. ¿Qué es resistencia estática y resistencia dinámica? Resistencia en DC o estática La aplicación de una tensión de corriente continua a un circuito que contiene un diodo tendrá como resultado un punto de operación sobre la curva característica que no cambia con el tiempo. La resistencia del diodo puede encontrarse localizando los niveles de VD e ID como se muestra en la figura y aplicando la fórmula Rd=Vd/Id

Resistencia en AC o dinámica Si se aplica una tensión senoidal en lugar de una continua, la situación cambia por completo. La tensión variable desplaza de manera instantánea el punto de operación hacia arriba y hacia abajo en una región de las características y, por tanto, define un cambio específico en intensidad y tensión.

13. Explique la respuesta de conducción de corriente de un semiconductor sujeto a frecuencias altas. El semiconductor al tomar altas frecuencias deja de actuar como un rectificador tomando de nuevo la forma de la honda dependiendo el tipo de semiconductor así mismo aguanta diferente frecuencias.

Webgrafía

•

• •

http://www.etitudela.com/Electrotecnia/downloads/intr oduccion.pdf http://www.uv.es/candid/docencia/ed_tema-02.pdf http://www.marcombo.com/Descargas/978842671532







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