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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESIME UNIDAD ZACATENCO GRUPO: 5CV1 ALUMNO: CERVANTES PÉREZ JUAN CARLOS. MATERIA: LABORATORIO DE DISPOSITIVOS. PROFESOR: JOSÉ REYES AQUINO. TIPO DE TRABAJO: TRABAJO: REPORTE REPORTE DE PRÁCTICA PRÁCTICA Nº. NOMBRE DE LA L A PRÁCTICA: PRÁCTICA: DIODOS RECTIFICADORES. FEC!A DE ENTREGA: "#$1"$1%.
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Práctica No. 2 “Diodos Rectifcadores” Objetivos:
1.- Identificar el comportamiento rectificante en el diodo. 2.- Identificar el ánodo (región P) y el cátodo (región N) en un diodo rectificador. 3.- Obtener y comparar comparar la cur!a caracter"tica caracter"tica (# $ I)% de diodo rectificadore rectificadore de ilicio y germanio. &n cada cao determinar el !alor del !olta'e umbral y calcular la reitencia etática y dinámica en la región directa de conducción% para un punto de operación (#% I*) arbitrario. +.- Ober!ar y reportar la !ariacione ,ue e preentan en la cur!a caracter"tica #-I en el !olta'e de umbral y en la corriente de fuga de lo diodo rectificadore cuando !ar"a la temperatura. Desarrollo Experimental: Conceptos Básicos:
&l funciona onamiento nto de ete diodo% a gran rande rago go e la iguiente nte &n la ona directa e puede coniderar como un generador de tenión continua% tenión de codo (/.0-/. # para el ilicio y /.2-/.+ # para el germanio). uando e polaria en in!era e puede coniderar como un circuito abierto. uando e alcana la tenión in!era de dirupción (ona in!era) e produce un aumento drático de la corriente ,ue puede llegar a detruir al dipoiti!o. &te &te diodo diodo tiene tiene un amplio amplio margen margen de aplica aplicacio cione ne circuit circuito o amplif amplifica icadore dore% % limitadore% fi'adore de ni!el% protección contra cortocircuito% demoduladore% mecladore% ociladore% blo,ueo y bypa en intalacione foto!oltaica% etc
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uando uamo un diodo en un circuito e deben tener en cuenta la iguiente conideracione (a partir de la 4o'a de caracter"tica uminitrada por el fabricante) 1.-
5a
tenión
in!e n!era ra
má6ima
aplicable al componente% repetiti!a o no
(#777
má6.
o
#7
má%
repecti!amente) 4a de er mayor (del orden de tre !ece) ,ue la má6ima ,ue
ete
!a
a
oportar
corrien ente te má6i má6ima ma en ent entid ido o 2.- 5a corri directo
,ue
puede
atra!ear
al
componente% repetiti!a o no (I879 má6. o I8 má6. repecti!amente)% 4a de er mayor (del orden del doble) ,ue la má6ima ,ue ete !a a oportar 3.- 5a potencia má6ima ,ue puede oportar el diodo (potencia nominal) 4a de er
mayor (del orden del doble) ,ue la má6ima ,ue ete !a a oportar. Material: • • • • • • • • •
• • • •
Ocilocopio de doble trao :enerador de e;ale 9ult"metro analógico y cable caimán-caimán > cable caimán-banana > cable banana-banana + cable coa6iale ,ue tengan en un e6tremo terminación N y en el otro caimane ?ablilla ablilla de cone6ione (Protoboard) 2 diodo de ilicio 1N+//+ o e,ui!alente 1 diodo de germanio O@A1 o e,ui!alente 2 reitencia de 1BC a 1<2 Datt
Experimentos: #
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1.- 7e,uiito ,ue para ante de realiar la práctica el alumno preente por ecrito y en forma concia y bre!e lo iguiente punto obre el diodo rectificador y del reitor 1.- Símbolo del Diodo:
2.- &,uema t"pico de unione del diodo Diodos Diodos de !ni"n #emicond$cto #emicond$ctor-#emic r-#emicond$ct ond$ctor or Eon lo má conocido
(comFnmente llamado Gdiodo rectificadoreH)% contituido por la unión de un emiconductor dopado tipo-n con un emiconductor del mimo material pero tipo-p (diodo de Gunión n-pH).
Diod Diodos os de Bar Barre rera ra Schottky Metal-#emic Metal-#emicond$ct ond$ctor or o Diodos Diodos Schottky : :
Eon lo primero primero ,ue e6itieron (llamado (llamado diodo de e;al)% e;al)% contituido contituido por un metal y un emiconductor dopado tipo-p. &to 2 materiale uelen etar ligado mediante mediante un contacto contacto puntual o por una unión unión f"ica% f"ica% como por e'emplo e'emplo mediante mediante difuión. 3.- Modelo matemático del Diodo:
&l modelo matemático má empleado e el de #%oc&le' (en 4onor a Jilliam radford E4ocKley) E4ocKley) ,ue permite apro6imar el comportamiento del diodo en la &
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mayor"a de la aplicacione. 5a ecuación ,ue liga la intenidad de corriente y corriente y la diferencia de potencial e potencial e
*ónde I & la intenidad de la corriente ,ue atra!iea el diodo. #* & la diferencia de tenión entre u e6tremo. IE & la corriente de aturación (apro6imadamente
12
−
10
@). @).
n & el coeficiente de emiión% dependiente del proceo de fabricación del diodo y ,ue uele adoptar !alore entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para el ilicio).
(.- Modelo )rá*ico +c$rva caracter,stica -/ del diodo:
0.-
Comportamiento
recti*icador del Diodo:
Eon dipoiti!o capace de uprimir la parte negati!a de cual,uier e;al% como pao inicial para con!ertir una corriente alterna en corriente continua .
5
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a) :ráfica del elemento rectificante rectificante (diodo). (diodo).
.- Comportamiento resistivo del Diodo
b) :ráfica del elemento ó4mico .- rincipales parámetro del diodo:
5a reitencia en el punto o región de operación% de blo,ueo (polariación in!era)% de conducción% tiempo de recuperación in!ero% tiempo de recuperación directo% etc. 4.- #$ de*inici"n:
=n comp compon onen ente te dicr dicret eto o ,ue ,ue perm permitite e la circu circula laci ción ón de corri corrient ente e entr entre e u u terminale en un determinado entido% mientra ,ue la blo,uea en el entido contrario. 2.- Identificar el comportamiento rectificador rectificador de un diodo:
%
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@rmar el circuito motrado m otrado en la figura 1% colocar el diodo rectificador y ober!ar el comportamiento de Lte elemento en el ocilocopio (en modo M) en la figura 2.a dibu'ar la gráfica ,ue e obtiene.
8igura 1.a ircuito propueto para ober!ar el comportamiento rectificador de un diodo. &l !olta'e pico de la e;al de e6citación puede elegire entre 0 y 10 # y la frecuencia entre >/ y 1K
8igura 1.b :ráfica (caracter"tica elLctrica) ,ue muetra el comportamiento rectificador rectificador de un diodo
8igura 1
'
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8igura 2.a :ráfica del elemento rectificador (diodo)
8igura 2 gráfica ,ue e obtiene en el ocilocopio para el circuito de la figura 1.a% donde G#H e el !olta'e en el elemento elemento ba'o prueba medido medido en el canal 1 del ocilocopio ocilocopio (canal M)% e GIH e la corriente corriente ,ue circula en el elemento (correponde al !olta'e en la reitencia motrada di!idido entre el !alor de Lta reitencia)% medida en el canal 2 (canal ) del ocilocopio.
*itin *itingui guirr el comport comportami amient ento o ó4mico ó4mico para para difere diferente nte element elemento o electr electróni ónico% co% mediante el uo de un mult"metro en u función de ó4metro. uando un mult"metro en u función de ó4metro% e ua para identificar la terminale de un dipoiti!o% re,uiere ,ue e conoca pre!iamente cuál de u terminale e poiti!a (!olta'e de la bater"a interna del mimo) y cuál de ella e negati!a% ya ,ue en bae a eto% podremo aber cuándo un par de terminale de algFn dipoiti!o% e polaria directa o in!eramente y de eta manera conocer en forma indirecta el tipo de regione emiconductora (P o N)% ,ue dic4o dipoiti!o contiene entre ea terminale. Para aber cuál terminal e la poiti!a y cual e la negati!a en el ó4metro% ue un mult"metro en u función de !olt"metro% tal como e ilutra en la figura 3.
(
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8igura 3 ircuito e,ui!alente de un ó4metro analógico y la forma de medir cuál terminal e poiti!a y cual e negati!a
*epuL de realiar la medicione ,ue e indican en la figura 3% lle!e a cabo la motrada en la figura + y reporte la lectura ,ue e indican en la tabla 1. Para ete punto e recomienda al alumno el uo de un mult"metro analógico y ,ue eli'a la mima ecala para la realiación de toda la medicione ,ue 4aga% con el fin de ,ue pueda 4acer una adecuada comparación entre la lectura tomada. 8igura +. 9edicione ,ue permiten identificar con ayuda del ó4metro% el comportamiento rectificante (diodo) Elemento bajo pr$eba
Diodo +Comportamiento +Comportamiento recti*icante/
5esistencia medida entre
5esistencia medida entre
las terminales 61+7/ '
las terminales 61+-/ '
62+-/
62+7/
1.A 9C
Q
?abla ?abla 1. 9edicione de reitencia realiada con el ó4metro para el cao de un reitor y diodo rectificador.
3.- Identificar el ánodo (región P) y el cátodo (región N)% en un diodo rectificador. Para la identificación de la terminale de un diodo rectificador% e pueden emplear diferente mLtodo% e ugiere ,ue e 4aga uando un ó4metro analógico y e llene la tabla 2. *ebido a ,ue un diodo rectificador preenta comportamiento rectificante% i el ánodo e polaria con !olta'e poiti!o (mayor al !olta'e de umbral) con repecto al cátodo% el diodo conduce corriente apreciable% comportándoe como una pe,ue;a reitencia (a eto e le conoce como polariación directa) y )
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cuan cuando do e in!i in!ier erte te ea ea pola polari rida dad d en el diod diodo% o% la corr corrie ient nte e ,ue ,ue circ circul ula a e deprec depreciab iable% le% compor comportán tándo doe e como una reite reitenci ncia a muy grande grande (polar (polariac iación ión in!era). ?omando en cuenta eto concepto% la polariación del ó4metro y la medi medici cion one e de la tabl tabla a 1 e poi poibl ble e abe aberr en cuál cuál term termin inal al etá etá la regi región ón emiconductora P (ánodo) y en cuál terminal etá la región N (cátodo) de un diodo emiconductor. Diodo
5esistencia medida entre
5esistencia medida entre
las terminales 8+7/ ' 9+-/
las terminales 8+-/ ' 9+7/
1.A 9C .2A BC
Q 23.> BC
De #ilicio 1(;;( De
?abla 2. 9edicione de reitencia en un diodo de Ei y en uno de :e. Polariado directa e in!eramente uando la pila interna del ó4metro
9ediante la medicione repotada en la tabla 2. *iga Ruál de la terminale (?1 y ?2) correponde al cátodo y cuál al ánodoS 5= &n lo diodo el cátodo correponde a la l"nea ,ue etá dibu'ada en el diodo% y
tomando en cuenta la terminale correponder"a a la terminal 1% ?1 poiti!a. &n la figura 0 dibu'e con detalle la forma f"ica y la indicacione (letra% nFmero% raya% etc.) de cada uno de lo diodo% indicando cuál de la terminale e en ánodo y cuál e el cátodo.
nodo 8igura 0.a *iodo de Eilicio
Tnodo
1"
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átodo
8igura 0.b *iodo de :ermanio
8igura 0 *ibu'o de la preentacione f"ica e indicacione de lo diodo 1N+//+ y O@A1
+.- Obtener y comparar la cur!a caracter"tica (#-I)% de un diodo rectificador de
ilicio y una de germanio. &n cada cao% determinar el !alor del !olta'e de umbral y calcular la reitencia etática y dinámica en la región directa de conducción% para un punto de operación (# *% I *) arbitrario. @rmar el circuito de la figura >% colocar la terminale del ocilocopio como e muetra (uándolo en u modo M) y obte obtene nerr la cur! cur!a a cara caract cter er""tic tica a #-I% prim rimero ero para para el diodo iodo de il ilicio icio%% y poteriormente para el diodo de germanio% reportar amba gráfica en la figura y llenar con lo dato olicitado la tabla 3
8igura >.a ircuito propueto para obtener la cur!a caracter"tica de lo diodo. &l !olta'e pico de la e;al de e6citación puede etar entre 0 y 10 # y la frecuencia entre >/ y 1K
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8igura >.b ur!a caracter"tica de un diodo de Eilicio
8igura >.c ur!a caracter"tica de un diodo de :ermanio
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8igura .a ur!a caracter"tica del diodo de Eilicio
8igura .b ur!a caracter"tica del diodo de :ermanio
8igura . :ráfica de #-I para el diodo de Ei y :e% ,ue e obtienen en el ocilocopio uando el circuito de la figura >.a
Diod Diodo o bajo bajo pr$e pr$eba ba
De #ilicio 1(;;( De
oltaj ltaje e de $mbr $mbral al
oltaje
medido en +/
medido en la c$rva
medida en la c$rva
en +/
en +m8/
1/ 1/
1/ 1/
máx
Corriente
máx
?abla ?abla 3. 9edicione de !olta'e de umbral y de !olta'e $ corriente para el punto de o peración má6imo ,ue permite el circuito >% para el diodo de Ei y para el diodo de :e a temperatura ambiente
0.- Ober!e y reporte la !ariacione !ariacione ,ue e preentan preentan en la cur!a caracter"tica% caracter"tica% en el !olta'e de umbral y en la corriente de fuga de lo diodo rectificadore cuando aumenta la temperatura ambiente 0.1 =tiliando =tiliando el mimo circuito circuito de la figura >.a% acercar un cerillo encendido (por un tiempo no mayor a cinco egundo) al diodo ba'o prueba y reportar en la figura A lo ,ue ober!a. Para el diodo de Eilicio aumentar la temperatura ambiente acercando el cerillo encendido el tiempo ,ue ea neceario para ,ue ober!e como la cur!a caracter"tica del dipoiti!o e modifica al grado de ,ue el diodo e comp comport orta a como como una rei reit tenc encia ia de algu alguno no cuant cuanto o o4m o4m (al aume aument ntar ar la temperatura el !olta'e de umbral diminuye y la corriente de aturación in!era 1#
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crece% i ete aumento aumento de temperatura temperatura e coniderable coniderable puede 4acer ,ue el diodo e comporte cai como un corto circuito). *epuL de ober!ar eto% retirar el cerillo cerillo encend encendido ido y eperar eperar ,ue el diodo diodo recuper recupere e u caracte caracter" r"tic tica a Gnormal GnormalH. H. Puede uceder ,ue el diodo ya no e recupere% eto ignifica ,ue 4a ,uedado da;ado definiti!amente% en el cao de ,ue i e recupere% e preferible ya no utiliarlo en otra aplicacione% debido a ,ue en la mayor"a de lo cao en ,ue e preent preentan an eto eto
calent calentami amient ento o e6cei! e6cei!o o el dipoi dipoiti! ti!o o ,ueda ,ueda con alguna alguna
alteracione ,ue pueden dar problema en el momento de u aplicación en otro circuito.
8igura A.a ur!a caracter"tica del diodo de Eilicio
1&
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8igura A.b ur!a caracter"tica del diodo de :ermanio
8igura A. :ráfica de #-I para el diodo de Ei y el de :e% ,ue e obtienen en el ocilocopio uando el circuito de la figura >.a% con un incremento de temperatura 8igura 0.2 on el diodo ,ue 4a ,uedado da;ado o afectado por el aumento de temperatura% uando pina con todo cuidado% cuidado% rompa u encapulado encapulado y ober!e ober!e uando una lupa como etá contruido contruido internament internamente ey con todo detalle dibu'e en la figura . 8igura *iodo (ontrucción Interna)
C$estionario: 1.- Para la figura 1. Ruál elemento preenta comportamiento rectificanteS RPor ,uLS elemento ,ue e comporta comporta como rectificant rectificante e e el *iodo% ya ,ue cuando e 5: &l elemento polaria el diodo de manera directa olo permite el pao de la corriente en un olo entido y i e polaria de manera in!era no permite el pao de la corriente. 2.- Para el circuito circuito de la figura 1% determine determine Ruál er"a la corriente corriente má6ima ,ue podr"a tener el circuito i ua un !olta'e pico de 1/# y una reitencia muetreada de 1//CS 5: @plicando ley de O4m tendr"amo
I =
10
V R
=
100
0.1 A
=
3.- &tabl &tablec eca a un mLtodo mLtodo general general para identi identific ficar ar un diodo diodo (compor (comportam tamien iento to rectificante)% uando un ó4metro 5: Eolo midiendo u reitencia% de eta manera podemo identificar cual e el
ánodo y cual el cátodo ya ,ue i preenta preenta una reitencia reitencia infinita infinita abemo ,ue el poiti!o del ó4metro etá conectado al cátodo. +.- In!etigue In!etigue de ,uL forma e puede identificar identificar el ánodo y el cátodo de un diodo uando lo mult"metro digitale y e6pli,ue 5: &n lo mult"metro digitale de a4ora% !iene una opción en la cual cuando
conectamo nuetro diodo de manera directa no aparece un !alor% en cambio 15
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cuando lo conectamo de manera in!era no no aparece ningFn !alor% tomando en cuenta eto podemo aber cuál e nuetro ánodo y cuál nuetro cátodo. 0.- uando e polaria directamente un diodo con un !olta'e menor al !olta'e umbral. R*e ,uL orden epera medir el !alor de la reitencia e,ui!alente ,ue preenta el diodoS 5: &l *iodo no entrará en u etapa conductora% por lo tanto u reitencia erá
infinita. >.- *eterminar el !alor de la reitencia etática en la región directa de conducción (para el punto de operación con corriente de 2m@) tanto para el diodo de ilicio como para el de germanio% indi,ue Ruál de lo do preenta mayor reitencia etáticaS (=ando lo reultado de la figura ) 9edian ante te 5ey 5ey de O4m% O4m% obte obtene nemo mo ,ue ,ue la rei reit ten enci cia a para para ambo ambo ea ea 5: 9edi R=
E I
10 V =
2 mA
5000 Ω
=
.
..- *ete *eterm rmin ine e el !alo !alorr de la rei reit ten enci cia a diná dinámi mica ca en la regi región ón dire direct cta a de conducción (para el punto de operación con corriente de 2m@) tanto para el diodo de ilicio como para el de germanio% indi,ue Ruál de ella e mayorS (=ando lo reultado de la figura ) 5: 3 BC% la mayor e la obtenida con ley de o4m de 0BC.
A.- RuL parámetro e deber"a de modificar en el circuito de la figura >% para poder ober!ar el !olta'e de ruptura de lo diodo rectificadoreS 5: 5a amplitud de el !olta'e de entrada.
..- Róm Rómo o e el coef coefic icie ient nte e de tempe tempera ratu tura ra del del !olt !olta'e a'e umbr umbral al de un diodo diodo rectificadorS acercando a cero el !olta'e umbral% el coeficiente coeficiente de temperatura temperatura afecta 5: Ee !a acercando de manera ignificati!a al !olta'e umbral. 1%
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1/.- Rómo e el coeficiente de temperatura de la corriente de fuga de un diodo rectificadorS 5: Eerá má etable.
11.- &6pli,ue a ,ue e debe la !ariación% en la corriente de fuga de un diodo rectificador cuando e ele!a la temperatura 5: uando e ele!a la temperatura% lo electrone de lo materiale N y P
comi comien ena an n a libe libera rare re por por el e6ce e6ceo o de energ energ"a "a por por lo tant tanto o prod produci ucirá rá una conducción en la polariación directa e in!era.
Concl$siones:
*urante el dearrollo de la práctica e analió el comportamiento de lo diodo tanto en u forma imbólica imbólica como u funcionamiento funcionamiento y caracter"t caracter"tica ica del mimo% con ayuda de diferente elemento de medición y !iualiación como mult"metro% ocilocopio% generador de e;ale% etc% e midió la continuidad en diodo a" como el !olta'e y la reitencia% e ober!ó con ayuda del ocilocopio la forma de onda ,ue entrega un diodo rectificador de e;ale. ?omando en cuenta ,ue una rectificación de e;al e cortar o ,uitar una polaridad manteniendo un olo ciclo de polaridad% con ayuda de una lupa y de un encendedor e analió y ober!ó la compoición interna de un diodo y al acercar la flama al diodo la e;al original e acerc acercaba aba a la e;a e;all de form forma a del del diodo diodo%% dic4 dic4o o fenó fenóme meno no era era e!id e!iden ente te.. Ee analiaron lo tipo de polariación de lo diodo directa o tambiLn llamada de circuito circuito abierto% en dónde no paa corriente corriente e in!era o tambiLn llamada de corto circuito. &n general e analió el comportamiento de un diodo el cual u función primordial e el de rectificar la e;al y con!irtiendo una e;al de @ en *.
1'
