CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUCDEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

FACULTAD DE INGENIERÍA

Identificación de conductores no lineales: el diodoJosé olea, Martín Orozco, Pablo Suarez

Profesor armando yance 11/04/2012Laboratorio de Física de Campos, Corporación Universitaria de la Costa, Barranquilla.

Resumen

Para determinar si un conductor Obedece la ley de ohm (conductor lineal o no lineal) se analizan los comportamientos y las medidas físicas de un resistor y un diodo. Para todo esto utilizamos una fuente de poder, un voltímetro y un amperímetro. Luego de armar los circuitos y hacer las mediciones se pueden relacionar los datos de voltaje e intensidad y graficarlos. Se analizan las gráficas, se determina que tipo de conductores son y que relación tiene la resistencia con las gráficas.

Palabras claves Ley de ohm, conductor lineal, conductor no lineal, fuente de poder, intensidad de corriente, resistencia.

Abstract

To determine if a driver obeys Ohm's law (linear or nonlinear driver) analyzes the behavior and physical measurements of a resistor and a diode. For this we use a power source, a voltmeter and an ammeter. After assembling the circuits and make measurements can relate the voltage and current data and graphing.We analyze the graphs; determine what kind of drivers are and what relationship does the resistance to the graphs.

Key words

Ohm's Law, conductor linear, nonlinear driver, power supply, current, resistance

1. Introducción

Ya centrándose en la experiencia llevada a cabo en el laboratorio, se pretende obtener las curvas características de elementos eléctricos lineales y no lineales y por medio de estas, utilizar métodos gráficos para determinar el valor de la resistencia el objetivo principal de esta experiencia es conocer los conductores lineales no lineales, principalmente el Diodo

2. Fundamentos teóricos.

Ley de ohm: La ley de Ohm relaciona el valor de la resistencia de un conductor con la intensidad de corriente que lo atraviesa y con la diferencia de potencial entre sus extremos. Postulando así que el flujo de corriente en amperios que circula por un circuito eléctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e inversamente proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene conectada, siempre y cuando la temperatura se mantenga constante.’’1

I=V/R

Conductores eléctricos: Un conductor eléctrico es un material que en el momento en el cual se pone en contacto con un cuerpo cargado eléctricamente, trasmite la electricidad a todos los puntos de su superficie.’’1

Conductores lineales: los conductores lineales son aquellos que obedecen la ley de ohm, también se puede llamar conductor óhmico.’’1

Grafica conductor lineal

Conductores no lineales: son aquellos que no cumplen con la ley de ohm (Diodo)

Grafica conductor no lineal

1

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Diodo: Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo.’’3

Tipos de diodo

Diodos termoiónicos y de estado gaseoso: Los diodos termoiónicos son dispositivos de válvula termoiónica (también conocida como tubo de vacío), que consisten en un arreglo de electrodos empacados en un vidrio al vacío. Los primeros modelos eran muy parecidos a la lámpara incandescente.’’3

Diodo semiconductor: Un diodo

semiconductor moderno está hecho de

cristal semiconductor como el silicio con

impurezas en él para crear una región que

contiene portadores de carga negativos

(electrones), llamado semiconductor de tipo

n, y una región en el otro lado que contiene

portadores de carga positiva (huecos),

llamado semiconductor tipo p. Las

terminales del diodo se unen a cada

región.’’3

Tipos de diodos semiconductores

Diodo avalancha: Diodos que conducen

en dirección contraria cuando el voltaje en

inverso supera el voltaje de ruptura.

Diodo de Silicio: Suelen tener un tamaño

milimétrico y, alineados, constituyen

detectores multicanal que permiten obtener espectros en milisegundos.

Diodo de cristal: Es un tipo de diodo de

contacto. El diodo cristal consiste de un

cable de metal afilado presionado contra un

cristal semiconductor, generalmente galena

o de una parte de carbón.’’3

Diodo de corriente constante: Realmente

es un JFET, con su compuerta conectada a

la fuente, y funciona como un limitador de

corriente de dos terminales análogo al

diodo Zener, el cual limita el voltaje.’’3

Dopaje de materiales

En la producción de semiconductores, se

denomina dopaje al proceso intencional de

agregar impurezas en un semiconductor

extremadamente puro (también referido como intrínseco) con el fin de cambiar sus

propiedades eléctricas. Las impurezas

utilizadas dependen del tipo de

semiconductores a dopar. A los

semiconductores con dopajes ligeros y

moderados se los conoce como

extrínsecos. Un semiconductor altamente

dopado, que actúa más como un conductor que como un semiconductor,

es llamado degenerado.

El número de átomos dopantes

necesitados para crear una diferencia en

las capacidades conductoras de un

semiconductor es muy pequeña. Cuando

se agregan un pequeño número de átomos

dopantes (en el orden de 1 cada

100.000.000 de átomos) entonces se dice

que el dopaje es bajo o ligero. Cuando se

agregan muchos más átomos (en el orden

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de 1 cada 10.000 átomos) entonces se dice

que el dopaje es alto o pesado. Este dopaje

pesado se representa con la nomenclatura

N+ para material de tipo N, o P+ para

material de tipo P.

Materiales tipo N

Se llama material tipo N al que posee

átomos de impurezas que permiten la

aparición de electrones sin huecos

asociados a los mismos. Los átomos de

este tipo se llaman donantes ya que

"donan" o entregan electrones. Suelen ser

de valencia cinco, como el Arsénico y el

Fósforo. De esta forma, no se ha

desbalanceado la neutralidad eléctrica, ya

que el átomo introducido al semiconductor

es neutro, pero posee un electrón no

ligado, a diferencia de los átomos que

conforman la estructura original, por lo que

la energía necesaria para separarlo del

átomo será menor que la necesitada para

romper una ligadura en el cristal de silicio

(o del semiconductor original).’’4

Ej: dopaje silicio por fosforo

Dopaje tipo N

Materiales tipo P

Se llama así al material que tiene átomos de impurezas que permiten la formación de huecos sin que aparezcan electrones asociados a los mismos, como ocurre al romperse una ligadura. Los átomos de este tipo se llaman aceptores, ya que "aceptan" o toman un electrón. Suelen ser de valencia tres, como el Aluminio, el Indio o el Galio. Nuevamente, el átomo introducido es neutro, por lo que no modificará la neutralidad eléctrica del cristal, pero debido a que solo tiene tres electrones en su

última capa de valencia, aparecerá una ligadura rota, que tenderá a tomar electrones de los átomos próximos, generando finalmente más huecos que electrones, por lo que los primeros serán los portadores mayoritarios y los segundos los minoritarios.’’4

Ej: dopaje silicio por Boro

Dopaje tipo P

Voltaje de ruptura

Cuando el valor del voltaje inverso aumenta a un valor determinado, llega un momento en el que el diodo conduce rápidamente y esta corriente puede destruir al diodo en poco tiempo, al valor de este voltaje inverso se le conoce como voltaje de ruptura.’’2

3. Desarrollo experimental

Primero se hace el montaje experimental para determinar el voltaje y la intesidad de corriente en el circuito con un conductor

lineal. La comprobación experimental de laley de ohm: una fuente de poder cuya tensión de salida pueda graduarse, una resistencia que hará las veces de conductor, un voltímetro, un amperímetro y cables de conexión

Instrumentos de laboratorio

Luego se hace el Montaje experimental para determinar el voltaje y la intensidad de corriente en el circuito con un conductor no lineal.

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Instrumentos de laboratorio

4. Cálculos y análisis de resultados

A) calcular R (Ω) para cada pareja voltaje-corriente. Determine el promedio R

VoltajeResistor(V)

Voltaje diodo(V)

I(A)Diodo directo

Rcalc

(Ω)

0.445 0.553 0.001 445

1.482 0.609 0.003 494

2.455 0.635 0.005 491

3.359 0.653 0.007 479.8

4.330 0.666 0.009 481.1

5.340 0.677 0.011 485.4

6.41 0.684 0.013 493.07

7.37 0.692 0.015 491.3

8.40 0.698 0.017 494.1

9.40 0.703 0.019 494.7

Promedio de R Rcalc = 484.947Ω

B) graficar I vs V para la corriente y el voltaje en la resistencia.

0 0.005 0.01 0.015 0.020

2

4

6

8

10

V(v)

I(A)

Grafica1: línea característica de un conductor lineal

C) graficar I vs V para la corriente y el voltaje en el diodo. Linealizar la curva y determinar la ecuación de la grafica.

0 0.005 0.01 0.015 0.020

0.2

0.4

0.6

0.8

f(x) = 0.0512302207783 ln(x) + 0.9068898523941

V(v)

I(A)

Grafica 2: curva característica de conductor no lineal

Ecuación de la grafica

Y= 0.0512ln(x) + 0.9069

Análisis:

Para el elemento no lineal del circuito, se cumple que la corriente y el voltaje están relacionados mediante la curva característica I = f (V), por ejemplo, la correspondiente al diodo semiconductor.

5. Conclusión:

A través de esta experiencia se comprobó que la resistencia es un conductor lineal u óhmico ya que obedece la ley de Ohm por

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lo que su resistencia permanece constante, ya que cuando el voltaje disminuye, la

intensidad de corriente también lo hace, Además también se corroboró de acuerdo a las medidas que el diodo no es un conductor lineal si no que es un semiconductor que permite el paso de la corriente en un solo sentido (conductor no lineal), por tanto no obedece la ley de Ohm, por el voltaje se mantiene constante, mientras que la intensidad de corriente disminuye. Más si se emplea la relación de R= V/I para hallar la resistencia.

6. Bibliografía

1. SERWAY, Raymond. Física.Tomo II. 4° edición. Ed. Mc GrawHill. México. 2002. Pág. 773

2. fundamentos de electricidad vol. 4

http://books.google.com.co/books?id=wVe-egKmP20C&pg=PA292&dq=voltaje+de+rupturas&hl=es&sa=X&ei=zB-FT4qJEZObtwf3p_j5Bw&ved=0CGgQ6AEwCQ#v=onepage&q=voltaje%20de%20rupturas&f=false

3)

http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo

4)

http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)

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