practica 2 disp

8/11/2019 Practica 2 Disp

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Instituto Politcnico Nacional

Escuela Superior De Ingeniera Mecnica Y Elctrica

Ing. En Comunicaciones Y Electrnica

Dispositivos

Profesor: M. En C. Jos Reyes Aquino

PRACTICA 2

Marn Ocampo Jorge Armando

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DIODOS RECTIFICADORES

Objetivos:

1.

Identificar el comportamiento rectificante en el diodo2. Identificar el nodo (regin P) y el ctodo (regin N) en un diodo rectificador.

3. Obtener y comparar las curvas caractersticas (V-I), de diodos rectificadores de silicio y germanio. En

cada caso determinar el valor del voltaje de umbral y calcular las resistencias esttica y dinmica en la

regin directa de conduccin, para un punto de operacin Q (VB,ID) arbitrario.

4. Observar y reportar las variaciones que se presentan en la curva caracterstica V-I en el voltaje de umbral y

en la corriente de fuga de los diodos rectificadores cuando vara la temperatura.

Desarrollo Experimental:

Conceptos bsicos:

El funcionamiento de este diodo, a grandes rasgos es la siguiente:

En la zona directa se puede considerar como un generador de tensin continua, tensin de codo (0.5-0.7 V para el

silicio y 0.2-0.4 V para el germanio). Cuando se polariza en inversa se puede considerar como un circuito abierto.

Cuando se alcanza la tensin inversa de disrupcin (zona inversa) se produce un aumento drstico de la corriente

que puede llegar a destruir al dispositivo.

Este diodo tiene un amplio margen de aplicaciones: circuitos rectificadores, limitadores, fijadores de nivel,proteccin contra cortocircuitos, demoduladores, mezcladores osciladores, bloqueo y bypass en instalaciones

fotovoltaicas, etc

Cuando usamos un diodo en un circuito se debe tener en cuenta las siguientes consideraciones (a partir de las

hojas de caractersticas suministradas por el fabricante)

1. La tensin inversa mxima aplicable al componente, repetitiva o no (VRRR

Mx. O VR mx. , respectivamente) ha de ser mayor (del orden de tres veces) que la mxima que este va

a soportar.


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2. La corriente mxima en sentido directo que puede atravesar al componente, repetitiva o no (IFRM mx. e

IF mx. respectivamente), he de ser mayor (del orden del doble) que la mxima que este va a soportar.

3. La potencia mxima que puede soportar el diodo (potencias nominal) ha de ser mayor (del orden del

doble) que la mxima que este va a soportar.

Material:

Osciloscopio de doble trazo

Generador de seales

Multmetro analgico y/o digital

Una pinza de punta

Una pinza de corte

6 cables caimncaimn de 50 cm

6 cables caimnbanana de 50 cm

6 cables bananabanana de 50 cm

4 cables coaxiales que tengan en un extremo terminacin bnc y en los otros caimanes

Tablilla de conexiones (protoboard)

2 diodos de cilicio 1N4004 o equivalente

1 diodo de germanio OA81 o equivalente

2 resistores de 1k a watt

1 encendedor

1 Lupa

Experimentos:

1. Es requisito que para antes de realizar la prctica el alumno presente por escrito y en forma concisa y en

breve los siguientes puntos sobre el diodo rectificador y del resistor:

a)

Smbolo del diodo

b) Esquema tpico de uniones del diodo

c) Modelo matemtico del diodo

d) Modelo grfico (curva caracterstica V-1) del diodo

e) Comportamiento rectificante del diodo

f) Comportamiento resistivo del diodo

g) Principales parmetros del diodo


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h) Su definicin

2. Identificar el comportamiento rectificante de un diodo

Armar el circuito mostrado en la fig. 1, colocar el diodo rectificador y observar el comportamiento de ste

elemento en el osciloscopio (en modo XY), en la fig. 2 a dibujar la grfica que se obtiene.

Fig. 1. A. Circuito propuesto para observar el comportamiento rectificante de un diodo. El voltaje pico de la seal

de excitacin puede elegirse entre 5 y 15 V y la frecuencia entre 60 y 1KHz.

Fig.1.b. Grfica (caractersticas elctricas) que muestra el comportamiento rectificante de un diodo.

Fig 1

Fig. 2.a. Grfica del elemento rectificante (diodo)


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Fig. 2. Grfica que se obtiene en el osciloscopio para el circuito de la figura 1.a. donde V es el voltaje en el

elemento bajo prueba medido en el canal 1 del osciloscopio (canal X). e I es la corriente que circula en el

elemento (corresponde al voltaje en la resistencia muestreadora dividido entre el valor de sta resistencia), medida

en el canal 2 (canal Y) del osciloscopio.

Distinguir el comportamiento hmico para diferentes elementos electrnicos, mediante el uso de un multmetro en

su funcin de hmetro.

Cuando un multmetro en su funcin de hmetro, se usa para identificar las terminales de un dispositivo, requiere

que se conozca previamente cul de sus terminales es positiva (voltaje de la batera interna del mismo) y cul de

ellas es negativa, ya que en base a esto, podremos saber cundo un par de terminales de algn dispositivo, se

polariza directa o inversamente y de sta manera conocer en forma indirecta el tipo de regiones semiconductoras

(P o N), que dicho dispositivo contiene entre sas terminales. Para saber cul terminal es la positiva y cul es la

negativa en el hmetro, use un multmetro en su funcin de voltmetro, tal como se ilustra en la Fig. 3

Fig.3. Circuito equivalente de un hmetro analgico y la forma de medir cul terminal es positiva y cul es

negativa.

Despus de realizar las mediciones que se indican en la fig 3, lleve a cabo las mostradas en la fig 4 y reporte las

lecturas que se indican en la tabla 1. Para ste punto se recomienda al alumno el uso de un multmetro analgico y

que elija la misma escala para la realizacin de todas las mediciones que haga. Con el fin de que pueda hacer una

adecuada comparacin entre las lecturas tomadas.


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Fig. 4. A. Diodo bajo prueba.

Figura 4. Mediciones que permiten identificar con ayuda del hmetro el comportamiento rectificante (diodo)

Elemento bajo prueba Resistencia medida entre las

terminales T1(+) y T2(-)

Resistencia medida entre las

terminales T1(-) y T2(+)

Diodo (Comportamiento

rectificante)45.4 k Fuera de rango

Tabla 1. Mediciones de resistencia realizadas con el hmetro para el caso de un resistor y un diodo rectificador.

3. Identificar el nodo (regin P) y el ctodo (regin N), en un diodo rectificador.

Para la identificacin de las terminales de un diodo rectificador, se pueden emplear diferentes mtodos, se

sugiere que se haga usando un hmetro analgico y se llene la tabla 2. Debido a que un diodo rectificador

presenta comportamiento rectificante, si el nodo se polariza con voltaje positivo (mayor al voltaje de

umbral) con respecto al ctodo, el diodo conduce corriente apreciable, comportndose como una pequea

resistencia (a esto se le conoce como polarizacin directa) y cuando se invierte sa polaridad en el diodo,

la corriente que circula es despreciable, comportndose como una resistencia muy grande (polarizacin

inversa).

Tomando en cuenta stos conceptos, la polarizacin del hmetro y las mediciones de la tabla 1 es posible

saber en cual terminal est la regin semiconductora P (nodo) y en cul terminal est la regin N

(ctodo) de un diodo semiconductor.

Diodo Resistencia medida entre lasterminales A(+) y K(-)

Resistencia medida entre lasterminales A(-) y K(+)

De silicio 1N4004 45.4 K Fuera de rangoDe germanio OA81 248 K 7.34 KTabla 2. Mediciones de resistencia en un diodo de Si y en un diodo de Ge, polarizados directa e

inversamente usando la pila interna del hmetro.

Mediante las mediciones reportadas en la tabla 2, diga: Cul de las terminales (T1 y T2) corresponden al

ctodo y cul al nodo?


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Ctodo

nodo

Ctodo

nodo

El nodo se polariza con voltaje positivo (mayor al voltaje de umbral) con respecto al ctodo, el

diodo conduce corriente apreciable, comportndose como una pequea resistencia.

En la figura 5 dibuje con detalle la forma fsica y las indicaciones (letras, nmeros, rayas, etc.) de cada uno de los

diodos, indicando cul de las terminales es el nodo y cul el ctodo.

Fig. 5.a. diodo de Silicio.

Fig.5.b. Diodo de germanio.

Fig. 5. Dibujos de la presentacin fsica e indicaciones de los diodos 1N4004 y AO81.

4. Obtener y comparar la curva caracterstica (V-1), de un diodo rectificador de silicio y uno de germanio.

En cada caso, determinar el valor de voltaje de umbral y calcular la resistencia esttica y dinmica en la

regin directa de conduccin, para un punto de operacin Q(VD, ID) arbitrario.

Armar el circuito de la figura 6, colocar las terminales del osciloscopio como se muestra (Usndolo en su

modo XY) y obtener la curva caracterstica de V-1, primero para el diodo de silicio, y posteriormente para

el diodo de germanio, reportar ambas grficas en la Fig. 7 y llenar con los resultados la tabla 3.


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Fig. 6. A. Circuito propuesto para obtener la curva caracterstica de los diodos. El voltaje pico de la seal

de excitacin puede estar entre 5 y 15 V y la frecuencia entre 60 y 1KHz.

Fig. 6. B. Curva caracterstica de un diodo de Si.

Fig. 6. C. Curva caracterstica de un diodo de Ge.


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Fig. 7. A. Curva caracterstica del diodo de silicio.

Fig. 7. B. Curva caracterstica del diodo de germanio.

Figura 7. Grficas de V-1 para el diodo de Si y el de Ge, que se obtienen en el osciloscopio usando el

circuito de la figura 6-A

Diodo bajo prueba Voltaje de umbralmedido (V)

Voltaje mximomedido en la

curva en (V)

Corriente mximamedida en la curva en

(mA)

De Silicio 1N4004 0.44V 0.56V 9.4 mA

De Germanio OA81 0.21V 0.36V 8.3 mA

Tabla 3. Mediciones de voltaje de umbral y de voltaje-corriente para el punto de operacin mximo que

permite el circuito 6, para el diodo de Si y para el diodo de Ge a temperatura ambiente.

5. Observar y reportar las variaciones que se presentan en la curva caracterstica en el voltaje de umbral y en

la corriente de fuga de los diodos rectificadores, cuando aumenta la temperatura ambiente.

5.1 Utilizando el mismo circuito de la fig. 6-A, acercar un cerillo encendido (por un tiempo no mayor a 5

segundos al diodo bajo prueba y reportar en la Fig.8 lo que observa. Para el diodo de Silicio aumente

la temperatura ambiente acercando el cerillo encendido el tiempo que sea necesario para que observe

cmo la curva caracterstica del dispositivo se modifica al grado de que el diodo se comporta como


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una resistencia de algunos cuantos ohms (al aumentar la temperatura, el voltaje de umbral disminuye

y la corriente de saturacin inversa crece, si ste aumento de temperatura es considerable, puede hacer

que el diodo se comporte casi como un corto circuito). Despus de observar esto, retirar el cerillo

encendido y esperar que el diodo recupere su caracterstica normal. Puede suceder que el diodo ya

no se recupere, esto significa que ha quedado daado definitivamente, en el caso de que si se

recupere, es preferible ya no utilizarlo en otras aplicaciones debido a que en la mayora de los casosen que se presentan stos calentamientos excesivos el dispositivo queda con algunas alteraciones que

pueden dar problemas en el momento de su aplicacin en otro circuito.

Fig. 8. A. Curva caracterstica del diodo de silicio.

Fig. 8 . B. Curva caracterstica del diodo de germanio.

Diodo de Germanio Diodo de Silicio


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Fig. 8. Grafica de V-I para el diodo de Si y el de Ge, que se obtienen en el osciloscopio usando el circuito de la

fig. 6.A con un incremento de temperatura.

5.2 Con el diodo que ha quedado daado o afectado por el aumento de temperatura, usando pinzas con

todo cuidado, rompa su encapsulado y observe usando una lupa como est construido internamente y

con todo detalle dibuje en la Fig. 9.

Fig. 9. Diodo (construccin interna)

Cuestionario:

1.

Para la figura 1 Cul elemento presenta comportamiento rectificante? Por qu?

El elemento rectificante es el diodo, se debe a que el diodo est fabricado de tal forma que cuando se le

polariza de manera directa, se comporta como un conductor con un pequeo voltaje de umbral para sta

conduccin y cuando lo polarizamos de manera inversa y no rebasamos el voltaje inverso pico, ste se

comportar como un aislante.

2.

Para el circuito de la Figura 1, determine: Cul sera la corriente mxima que podra tenerse en elcircuito si usa un voltaje pico de 10 V y una resistencia muestreadora de 100?

3.

Establezca un mtodo general para identificar un diodo (comportamiento rectificante), usando un

hmetro.

Conectamos las terminales del diodo con las puntas del hmetro y observamos la lectura, si muestra la

medida de resistencia, ser porque lo polarizamos directamente y as sabremos que el nodo corresponde

a la terminal que est conectada en nuestro instrumento de medicin en la entrada positiva, y el ctodo es

el que est conectado al negativo del hmetro. Cuando se conecta el diodo al hmetro con las puntas

invertidas, el hmetro mostrar una resistencia infinita y el nodo ser el conectado a negativo y el ctodo

el conectado a positivo.

4.

Investigue de que otra forma se puede identificar el nodo y el ctodo de un diodo usando los

multmetros digitales y explique:

El hmetro digital muestra OL (fuera de rango) en pantalla cuando se conecta el nodo a negativo y el

ctodo a positivo.

Adems dentro de sus funciones una que nos permite conocer la cantidad de voltaje que consume una

unin P-N, a sta funcin se le conoce como probador de diodos. Cuando conectamos entre las terminales

de nuestro multmetro un diodo, si la punta roja la ponemos con el nodo y la punta negra la unimos al


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ctodo, la pantalla nos estar indicando la cada de voltaje en la unin P-N en su forma de polarizacin

directa, esto es un voltaje aproximado a .7v para los diodos fabricados con Si y .3V para los de Ge.

5. Cuando se polariza directamente un diodo con un voltaje menor al voltaje de umbral, De qu

orden espera medir el valor de la resistencia equivalente que presenta el diodo?

Las condiciones que plantea la pregunta no permiten conocer el valor hmico de la unin P-N, debido a

que un hmetro generalmente es alimentado con una batera de por lo menos 3V, voltaje suficiente deruptura para hacer entrar en conduccin en polarizacin directa a cualquier diodo. Pero si analizamos la

condicin planteada podemos deducir que si el voltaje de umbral no es rebasado por el voltaje de

polarizacin de nuestro diodo, aunque la polarizacin de ste se haga de manera directa el diodo no

entrar en conduccin y por lo tanto presentar una resistencia infinita.

6. Determine el valor de la resistencia esttica en la regin directa de conduccin (para el punto de

operacin con corriente de 2 mA) tanto para el diodo de silicio como para el de germanio, indique:

cul de los dos presenta mayor resistencia esttica? (usar los resultados de la Fig. 7)

El Silicio tiene una mayor resistencia esttica que el Germanio, ya que se observ qu el diodos de

Germanio entra en conduccin con menos voltaje que el de Silicio.

7. Determine el valor de la resistencia dinmica en la regin directa de conduccin (para el punto de

operacin con corriente de 2 mA) tanto para el diodo de silicio como para el de germanio, indique:

cul de los dos presenta mayor resistencia dinmica? (usar los resultados de la Fig. 7)

8.

Qu parmetro se debera de modificar en el circuito de la figura 6, para poder observar el voltaje

de ruptura de los diodos rectificadores?

El voltaje de la fuente, variando la amplitud observamos en el osciloscopio las grficas y crece la curva

conforme se aumenta la amplitud de el voltaje de entrada.9.

Cmo es el coeficiente de temperatura del voltaje de umbral de un diodo rectificador?

Mientras ms grande es el coeficiente de temperatura, el voltaje de umbral se va acercando a cero.

10.

Cmo es el coeficiente de temperatura de la corriente de fuga de un diodo rectificador?

En el diodo de germanio la corriente de fuga es mayor que en el diodo de Silicio, ya que soporta un poco

ms el incremento de temperatura y la corriente de fuga crece de manera lenta y en poca cantidad en

comparacin con el diodo de germanio.

11.

Explique a que se debe la variacin, en la corriente de fuga de un diodo rectificador cuando se eleva

la temperatura.

Al aumentar la temperatura en el diodo, los electrones de los materiales N y P comienzan a liberarse

desmesuradamente de su estructura molecular debido a que absorben del calor un exceso de energa,

provocando una conduccin en la polarizacin directa e inversa. Por sta razn es que se dice que el

diodo rectificador se comporta como una resistencia cuando su temperatura aumenta.

12.

Anote sus conclusiones:

13.

Anote la biografa consultada:

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