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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL ESIME ZACATENCO COMUNICACIONES Y ELECTRONICA ACADEMIA DE CIRCUITOS UNIDAD DE APRENDIZAJE: DISPOSITIVOS PROFESORA: ÁREVALO GONZÁLEZ ELIZABETH GRUPO: 5CV4 ALUMNOS: TORRES ROJAS GUSTAVO IVAN ROJAS TORRES SAGRARIO PRACTICA N° 1: “CARACTERÍSTICAS ELECTRICAS DEL DIOSO CON SEÑAL DE CD” N° DE MESA: 1

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA

Y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL ESIME ZACATENCO

COMUNICACIONES Y ELECTRONICA

ACADEMIA DE CIRCUITOS

UNIDAD DE APRENDIZAJE: DISPOSITIVOS

PROFESORA: ÁREVALO GONZÁLEZ ELIZABETH

GRUPO: 5CV4

ALUMNOS: TORRES ROJAS GUSTAVO IVAN ROJAS TORRES SAGRARIO

PRACTICA N° 1: “CARACTERÍSTICAS ELECTRICAS DEL DIOSO CON SEÑAL DE CD”

N° DE MESA: LABORATORIO:

FECHA DE REALIZACION: 21 DE AGOSTO DEL 2012

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PPRÁCTICA 1: CARACTERÍSTICAS ELECTRICAS

DEL DIODO CON SEÑAL DE CD

OBJETIVO: El alumno armará los circuitos que permitan obtener las características eléctricas de diodos de Si (silicio), LED, como voltajes, corrientes, resistencia interna y potencia de consumo, e interpretará las mediciones realizadas con el multímetro y/u osciloscopio. También reportará los resultados medidos en tablas y/o gráficas según lo indique el desarrollo.

MATERIAL: Fuente variable de 5v de corriente directa (CD) Amperímetro (CD Voltímetro (CD) Protoboard

Resistencia de 100Ω Resistencia de 56Ω Diodo 1N4006 (con su respectiva hoja de especificaciones) Diodo LED rojo (con su respectiva hoja de especificaciones)

TAREA PREVIA.

CARACTERISTICAS DE FUNCIONAMIENTO DEL DIODO DE SILICIO

La forma de funcionamiento de un diodo común de silicio se puede apreciar observando la curva característica que se crea cuando se polariza, bien de forma directa, o bien de forma inversa. En ambos casos la curva gráfica muestra la relación existente entre la corriente y el voltaje que se aplicada a las terminales del diodo.

La grafica corresponde a la curva característica de un diodo de silicio, se puede observar un eje horizontal “x” y otro vertical “y” que se intersectan en el centro. En ese punto el valor del voltaje y de la intensidad de la corriente es igual a “0” volt.

El eje vertical “y” muestra hacia arriba su parte positiva (+y) correspondiente al valor que puede alcanzar la intensidad de la corriente (ID) que atraviesa al diodo cuando se polariza directamente, mientras que hacia abajo su parte negativa (-y) muestra cuál será su comportamiento cuando se polariza de forma inversa (II).

El eje horizontal “x” muestra hacia la derecha, en su parte positiva (+x), el incremento del valor del voltaje que se aplicada al diodo en polarización directa (VD). Hacia la izquierda del

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PPRÁCTICA 1: CARACTERÍSTICAS ELECTRICAS

DEL DIODO CON SEÑAL DE CDpropio eje se encuentra la parte negativa (–x), correspondiente al incremento también del valor del voltaje, pero en polarización inversa (VI).

Si a un diodo común de silicio le aplicamos un voltaje (Vd) para polarizarlo directamente, partiendo de “0” volt (punto de intersección de los ejes de las coordenadas), se puede observar en el gráfico que hasta tanto no se alcanzan los 0,7 volt sobre el eje “+x”, el valor de la corriente (Id) no indica ninguna variación debido a la resistencia que, por debajo de ese voltaje, ofrece la “barrera de potencial” al flujo de los electrones en el punto de unión "p-n". Sin embargo, a partir de los 0,7 volt un pequeño incremento en el valor de el voltaje, originará un enorme flujo de intensidad de corriente, tal como se puede apreciar en la gráfica, representado por la curva de color verde (paralela al eje “+y”), en la parte correspondiente a la “región de polarización directa” del diodo. (Como ya se mencionó anteriormente, a diferencia del diodo de silicio (Si), un diodo de germanio (Ge) sólo requiere 0,3 volt de polarización directa para que comience a conducir la corriente).

Si el diodo se polariza de forma inversa aplicándole un voltaje inverso a partir de “0” volt y siguiendo el eje –x, vemos que aunque incrementemos el valor de esa tensión, la corriente (Ii) no muestra variación alguna, excepto en un punto donde se produce una pequeñísima “corriente de fuga” de unos pocos microampers. A partir de ese momento si continuamos incrementando el valor del voltaje se llega al punto de “ruptura inversa”, (codo de la curva de color verde), donde el aislamiento de la unión "p-n" se rompe originándose un flujo de corriente, de valor tan alto, que destruye el diodo y lo hace inservible.

LIMITACIONES DEL DIODO DE SILICIO

Las limitaciones que se pueden presentar en un diodo de silicio, son las que nos proporciona el fabricante, ubicadas en las hojas de especificaciones

La serie de diodos del 1N4001 al 1N4007 son diodos que tienen las mismas características con polarización directa, pero en polarización inversa sus características son distintas

Primeramente analizaremos las "Limitaciones máximas":

Estos tres valores especifican la ruptura en ciertas condiciones de funcionamiento. Lo importante es saber que el voltaje de ruptura para el diodo es de 50 V, independientemente de cómo se use el diodo. Esta ruptura se produce por la avalancha y en el 1N4001 esta ruptura es normalmente destructiva.

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PPRÁCTICA 1: CARACTERÍSTICAS ELECTRICAS

DEL DIODO CON SEÑAL DE CDUn dato interesante es la corriente media con polarización directa, que aparece así en la hoja de características:

Indica que el diodo puede soportar hasta 1 A con polarización directa cuando se le emplea como rectificador. Esto es, 1 A es el nivel de corriente con polarización directa para el cual el diodo se quema debido a una disipación excesiva de potencia. Un diseño fiable, con factor de seguridad 1, debe garantizar que la corriente con polarización directa sea menor de 0,5 A.

Los estudios de las averías de los dispositivos muestran que la vida de éstos es tanto más corta, cuanto más cerca trabajen de las limitaciones máximas. Por esta razón, algunos diseñadores emplean factores de seguridad hasta de 10:1, para la serie 1N4001-1N4007 será de 0,1 A o menos.

Otro dato importante es la caída de voltaje con polarización directa:

Estos valores están medidos en alterna, y por ello aparece la palabra instantáneo en la especificación. El 1N4001 tiene una caída de tensión típica con polarización directa de 0,93 V cuando la corriente es de 1 A y la temperatura de la unión es de 25 ºC.

Corriente inversa máxima

En esta tabla esta la corriente con polarización inversa a la tensión continua indicada (50 V para un 1N4001).

Esta corriente inversa incluye la corriente producida térmicamente y la corriente de fugas superficial. De esto deducimos que la temperatura puede

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PPRÁCTICA 1: CARACTERÍSTICAS ELECTRICAS

DEL DIODO CON SEÑAL DE CDser importante a la hora del diseño, ya que un diseño basado en una corriente inversa de 0,05 mA trabajará muy bien a 25 ºC con un 1N4001 típico, pero puede fallar si tiene que funcionar en medios donde la temperatura de la unión alcance los 100 ºC.

FUNCIONAMIENTO FISICO DEL DIODO LED

El funcionamiento físico consiste en que, en los materiales semiconductores, un electrón al pasar de la banda de conducción a la de valencia, pierde energía; esta energía perdida se puede manifestar en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección y una fase aleatoria. El que esa energía se manifieste en (calor por ejemplo) va a depender principalmente del tipo de material semiconductor. Cuando Al polarizar directamente un

diodo LED conseguimos que por la unión PN sean inyectados huecos en el material tipo N y electrones en el material tipo P; O sea los huecos de la zona p se mueven hacia la zona n y los electrones de la zona n hacia la zona p, produciéndose por consiguiente, una inyección de portadores minoritarios.

Ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diodo. Si los electrones

y huecos están en la misma región, pueden recombinarse, es decir, los electrones pueden pasar a "ocupar" los huecos, "cayendo" desde un nivel energético superior a otro inferior más estable

Cuando estos portadores se recombinan, se produce la liberación de una cantidad de energía proporcional al salto de banda de energía del material semiconductor. Una parte de esta energía se libera en forma de luz, mientras

que la parte restante lo hace en forma de calor, estando determinadas las proporciones por la mezcla de los procesos de recombinación que se producen.

La energía contenida en un fotón de luz es proporcional a su frecuencia, es decir, su color. Cuanto mayor sea el salto de banda de energía del material semiconductor que forma el LED, más elevada será la frecuencia de la luz emitida.

ALGUNAS LIMITACIONES

Si la corriente aplicada es suficiente para que entre en conducción el diodo emitirá una cierta cantidad de luz que dependerá de la cantidad de corriente y la temperatura del Led.

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PPRÁCTICA 1: CARACTERÍSTICAS ELECTRICAS

DEL DIODO CON SEÑAL DE CDLa luminosidad aumentará según aumentemos la intensidad pero habrá que tener en cuenta la máxima intensidad que soporta el Led.

Antes de insertar un diodo en un montaje tendremos que tener el color del diodo para saber la caída de tensión parámetro necesario para los cálculos posteriores:

Color Caída de tensión ( VLED ) V

Intensidad máxima ( ILED ) mA

Intensidad media ( ILED )mA

Rojo 1.6 20 5 – 10Verde 2.4 20 5 – 10Amarillo

2.4 20 5 – 10

Naranja

1.7 20 5 – 10

SIMULACIÓN CON DIODO 1N4006.

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SIMULACIÓN CON LED

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DEL DIODO CON SEÑAL DE CD2.

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PPRÁCTICA 1: CARACTERÍSTICAS ELECTRICAS

DEL DIODO CON SEÑAL DE CD

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TABLA REALIZADA CON VALORES OBTENIDOS DE LA SIMULACION.

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PPRÁCTICA 1: CARACTERÍSTICAS ELECTRICAS

DEL DIODO CON SEÑAL DE CDD (Si) LED

VS VD ID VLED ILED

0v

0A

0A

0A

0A

0.2v

198.45mV

15.46µA

200.00mV

0A

0.4v

373.42mV

265.68µA

400.00mV

0A

0.6v

471.59mV

1.28mA

599.82mV

1.18µA

0.8v

520.22mV

280mA

763.07mV

246.20µA

1v

549.95mV

4.50mA

864.08mV

906.09µA

2v

620.24mV

13.79mA

1.29V

4.70mA

3v

653.77mV

23.46mA

1.71V

8.61mA

4v

675.92mV

33.23mA

2.12V

12.54mA

5v

692.49mV

42.05mA

2.53v

16.48mA

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PPRÁCTICA 1: CARACTERÍSTICAS ELECTRICAS

DEL DIODO CON SEÑAL DE CD

DESARROLLO:

1. Proponer el dispositivo (diodos de Si comercial y valores de resistencias comerciales) que se deseen emplear en la práctica, y consultar las hojas de especificaciones del diodo (de Si y LED) que se utilizará para el desarrollo de la práctica. Preferentemente que los diodos y resistencias sean de I/2W ó más Watts.

CIRCUITO DEL DIODO LED CIRCUITO DEL DIODO 1N4006

2. Reportar el valor comercial de la resistencia a emplear, así como la serie del diodo y las características del LED rojo.

- Diodo 1N4006- Resistencia de 150Ω- Resistencia de 100Ω- Diodo LED

Características del LED (Fabricante)Vledmin Vlednominal Vledmax Iledmin Ilednominal

(IF)Iledmax

1.8v 2.1v 2.4v 10mA 20mA 50mA

Características del LED (Simulación)Vledmin Vlednominal Vledmax Iledmin Ilednominal

(IF)Iledmax

1.29v 2.12v 2.53v 4.70mA 12.54mA 16.48mA

Características del LED (VALORES PRACTICOS)Vledmin Vlednominal Vledmax Iledmin Ilednominal

(IF)Iledmax

v v

v

mA

mA

mA

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DEL DIODO CON SEÑAL DE CD

3. Armar el circuito como se muestra en la fig. 1; realizar y registrar las mediciones, como se indica en la tabla. Realizarlo con el Diodo de Si y LED rojo.

Fig. 1 Circuito de prueba

Tabla 1 medicionesD (Si) LED

VS VD ID VLED ILED

0v

0.2v

0.4v

0.6v

0.8v

1v

2v

3v

4v

5v

3.1 Graficar en papel milimétrico, los datos de la tabla 1, considerando el eje vertical para I (corriente) y el eje horizontal para V (voltaje), tanto para el diodo de silicio, como para el LED rojo. A Partir de la gráfica realizada en papel milimétrico, efectuar los cálculos correspondientes para obtener la resistencia estática (RD), resistencia dinámica (rD) y potencia de consumo del diodo PD. Anexar los cálculos realizados. Trazar la recta y punto de operación en la gráfica que se obtuvo con los datos de la tabla.

3.2 Anotar comentarios, observaciones y conclusiones.

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