quinto informa de electrónica

Laboratorio De Electrónica

Curva característica de un diodo: Polarización directa e inversa

Cantillo Cudris Leonardo, Gil Rodríguez Kevin, Hernández Mauricio, Mendoza Ruíz _____________________________________________________________

RESUMEN

En esta práctica se tiene como objetivo principal experimentar los distintos resultados que se presenta al momento de resolver una súper-malla por diferentes métodos, en primera instancia se analizará por el método analítico (análisis de nodos), y luego el por el método computacional con la ayuda de un software (liveware), en donde se usan elementos tales como resistencia, multímetro, protoboard, y una fuente de poder.

Introducción

Todas las técnicas de análisis de mallas nos ayudan a tener un mayor manejo a la hora de enfrentarnos a circuitos, algo muy importante para el estudiante que desea ahondar en el mundo de la electrónica. Además, el análisis de mallas elimina la necesidad de sustituir los resultados de la Ley de corrientes de Kirchhoff dentro de las ecuaciones derivadas a partir del voltaje de Kirchhoff. Por otro lado la misma técnica de corrientes de Kirchhoff es el mejor método para realizar el análisis de nodos. Un nodo se define como la unión de una o más ramas. Si se define al nodo como un punto de referencia (un punto a cero voltios o tierra), los nodos restantes de la red tendrán un voltaje fijo en relación con esta referencia.

Fundamentación Teórica

Los diodos son elementos formados por la unión de dos semiconductores, uno de tipo n y otro de tipo p.

Cuando un diodo funciona de forma correcta debe permitir el paso de corriente de ánodo a cátodo e impedir el paso de corriente de cátodo a ánodo.

Diodo ideal

Como lo indica la figura con polarización directa el diodo tiene resistencia cero y resistencia infinita con polarizaci6n inversa.

En este caso el diodo se asemeja a un interruptor.


Segunda aproximación

Como lo indica la figura no hay corriente hasta que aparecen 0,7 V en el diodo. En este punto el diodo se activa, de ahí en adelante solo aparecerán 0,7 V en el diodo, independientemente del valor de la corriente.

En este caso el diodo se asemeja a un interruptor en serie con una barrera de potencial de 0,7 V

Tercera aproximación

En la tercera aproximación de un diodo se incluye la resistencia interna, después de que el diodo comienza a conducir, la tensión aumenta lineal o proporcionalmente con los incrementos de la corriente. Cuanto mayor sea la corriente, mayor es la tensión al tener que incluirse la caída de tensión en la resistencia interna a la tensión total del diodo.

Procedimiento experimental

Se realizó la búsqueda de los materiales que se utilizarían en la práctica, los cuales fueron:

multímetro, diodos, resistencia, protoboard y la fuente de alimentación.

Se procedió a realizar el montaje mostrado en la figura en la protoboard, para ello se utilizó un diodo de 1 A una resistencia de 1kΩ y una fuente variable.

El segundo paso fue tomar la caída de voltaje en el diodo y en la resistencia incrementando el voltaje en intervalos de 0.1V.

Finalmente invertimos la fuente de alimentación y se repitió el paso anterior para intervalos de 0.5V.

Resultados

Durante la experiencia de laboratorio se realizó los dos tipos de polaridad en un diodo:

Polaridad directa

Figura1. Diodo: polaridad directa.


Los datos obtenidos fueron los siguientes, se comprueba la ley Kirchhoff para observar la valides de los datos medidos:

Fuente (v)

Ventrada (mv)

Vdiodo

(mv)Vresistencia

(mv)

SUMATORIA DE V

0,1 8 8 0 00,2 95 95 0 00,3 220 220 0 00,4 289 288 0 10,5 443 415 26 20,6 518 449 65 40,7 608 475 128 50,8 697 495 200 20,9 794 509 282 31 900 523 375 2

1,2 1117 542 574 11,4 1336 556 778 21,6 1493 563 928 21,8 1696 572 1120 42,4 2260 580 1670 103 2850 600 2240 10

Con el voltaje de entrada y el voltaje del diodo se calcula la corriente que pasa por el circuito:

if=V entrada−V diodoR limitante

Ec .1

Se procede a calcular para cada voltaje:

Resistencia (Ohm)

Ventrada (mv) Vdiodo (mv) If (10^-3)mA

1000 8 8 0

95 95 0

220 220 0

289 288 1

443 415 28

518 449 69

608 475 133

697 495 202

794 509 285

900 523 377

1117 542 575

1336 556 780

1493 563 930

1696 572 1124

2260 580 1680

2250Tabla2. Cálculo de intensidad de corriente.

Ya obtenido los valores de corriente, se gráfica la corriente vs el voltaje en el diodo, para así obtener la curva característica de este:

0 100 200 300 400 500 600 7000

500

1000

1500

2000

2500

Polarización directa

Vf (mV)

Inten

sidad

If (10

^-3) m

A

Gráfica1. Intensidad vs voltaje (Curva del diodo).


Figura .Cálculo de la resistencia dinámica de polarización.

Escogiendo dos puntos característicos de la grafica1, reemplazándolo en la ecuación anterior:

rb=(600−542 )∗10−3V

(2250−575 )∗10−6 A=34,63Ω

La resistencia dinámica de polarización directa del diodo utilizado en el laboratorio es aproximadamente de 34,63Ω.

Con ayuda de Excel, se determina la ecuación lineal de la intensidad para extrapolar valores, con el fin de determinar la línea de carga y el punto Q:

Gráfica2. Función lineal que representa la extrapolación.

Se selecciona los valores de intensidad y voltaje en la tabla2 que hagan parte de la recta, para determinar la función

lineal, con ayuda de la herramienta línea de tendencia:

Vdiodo (mv) If (10^-3)mA

556 780

563 930

572 1124

580 1680

600 2250

Tabla3. Valores pertenecientes a la función lineal que representa la curva característica

550 560 570 580 590 600 6100

500

1000

1500

2000

2500

f(x) = 35.0699517574087 x − 18784.3662991041

Vf (mV

Inte

nsid

ad If

(10^

-3) m

A

Gráfica3. Función lineal que representa la recta perteneciente a la curva característica.

Obtenemos que la función para extrapolar los valores de intensidad para el diodo:

I=35,07V−18784 Ec .2

Extrapolamos los valores para distintos voltajes del diodo:

Vdiodo (mv) If (10^-3)mA


8 095 0

220 0288 1415 28449 69475 133495 202509 285523 377542 575556 780563 930572 1124580 1680600 2250700 5765800 9272900 12779

1000 162861100 197931200 233001300 26807

Tabla4. Extrapolación.

0 200 400 600 800 1000 1200 14000

5000

10000

15000

20000

25000

30000

Vf (mV)

Inte

nsid

ad If

(10

-3) m

A

Gráfica4. Curva característica del diodo en directa extrapolada.

Se procede a calcula la recta de carga:

I=−1RsV D+

V S

RSEc .3

Reemplazando los valores:

Máximo voltaje de entrada: 2850mV

Resistencia utilizada: 1 K ohm

I= −11000Ω

V D+2850¿10−3V1000Ω

I=2,85mA−(V D∗10−3 )mA

Se deja de la forma para poder ingresar los valores de voltaje en Mili voltios:

I=2850−(V D ) Ec .4

Las unidades de la Ec.4 son:

I: en (10−3 )mAó MicroAmper.

VD: en mili voltios.

Reemplazando valores en la ecuación 4. Para obtener la recta de carga:


VD (mv) VD (V) If (10^-3)mA0 0 2850

190 0,19 2660380 0,38 2470570 0,57 2280760 0,76 2090950 0,95 1900

1140 1,14 17101330 1,33 15201520 1,52 13301710 1,71 11401900 1,9 9502090 2,09 7602280 2,28 5702470 2,47 3802660 2,66 1902850 2,85 0

Tabla5. Valores para obtener la recta de carga.

Se ingresa los valores de la recta en la gráfica4. Extrapolada:

0500

10001500

20002500

30000

50010001500200025003000

Recta de carga

V (mV)

I (10

-3)m

A

Gráfica5. Recta de carga.

Se procede a observar el valor del punto Q, donde se cruza la curva característica extrapolada, con la ayuda de Excel. Ver gráfico(6,7).


0 500 1000 1500 2000 2500 30000

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

Gráfica6. Recta de carga y curva característica extrapolada.

Gráfica7. Punto Q.

El valor de Q en los ejes de coordenadas:

Q(2280,570)

Es decir:

V=2280mV

I=570∗10−3mA

Voltaje umbral:

Con la ecuación:

I=35,07V−18784

Se procede a calcular el voltaje umbral del diodo, este se presenta cuando la

recta extrapolada corta al eje X (voltaje), es decir cuando I toma valor de cero:

I=35,07V−18784

Despejando, Voltaje umbral:

V umbral=1878435,07

=535,61mV

V umbral≈0,54V

El valor del voltaje umbral ideal es de 0,7V.

Por lo tanto, el porcentaje de error es:

%error=0,7−0,540,7

∗100%=22,86%

Polaridad inversa

Figura2. Diodo: polaridad inversa.

Los datos obtenidos fueron los siguientes, se comprueba la ley Kirchhoff para observar la valides de los datos medidos:

Fuente (v)

Ventrada

(mv)

Vdiodo

(mv)Vresistencia

(mv)

SUMATORIA DE

V0,1 8 8 0 00,5 452 451 0 11 911 906 0 5


1,5 1382 1378 0 42 1890 1880 0 10

2,5 2360 2350 0 103 2870 2860 0 10

3,5 3380 3370 0 10Tabla4. Datos obtenidos en el laboratorio polaridad inversa.

Con el voltaje de entrada y el voltaje del diodo se calcula la corriente que pasa por el circuito:

Ventrada (mv) Vdiodo (mv) If (10^-3)mA

8 8 0452 451 1911 906 5

1382 1378 41890 1880 102360 2350 102870 2860 103380 3370 10

Tabla5. Cálculo de intensidad de corriente polaridad inversa.

0 1000 2000 3000 40000

2

4

6

8

10

12

Polaridad inversa

Vf (mV)

If (1

0^-3

)A

Gráfica 8. If vs Vf en polaridad inversa.

Ya obtenidos todas las corrientes y voltajes para ambas polaridades, se procede a representar la curva característica total del diodo utilizado en el laboratorio. Ver gráfica9.

Vf (mV) If (mA)

-8 0-451 -1-906 -5

-1378 -4-1880 -10-2350 -10-2860 -10-3370 -10

8 095 0

220 0288 1415 28449 69475 133495 202509 285523 377542 575556 780563 930572 1124580 1680600 2250

-4000 -3000 -2000 -1000 0 1000-500

0

500

1000

1500

2000

2500

Vf (mV)

If (1

0-3

) mA

Gráfica 9. Curva característica del diodo utilizado en el laboratorio.

Simulación

Utilizando el software Proteus simulamos el circuito de la práctica y


obtuvimos la curva característica del diodo, tanto en directa como en inversa.

Polarización Directa

Polaridad Inversa

Conclusiones

Al realizar la medición de la corriente que circulaba a través

del diodo y la tensión que caía en él, observamos que luego de pasar la tensión de umbral (aproximadamente 0,7) el diodo comenzó a conducir mucha corriente, formando una curva exponencial en la gráfica. Esta representación se corresponde con la curva característica del diodo.

Recomendaciones

En directa, a partir de 0.7 V la corriente aumenta mucho, conduce mucho el diodo y las corrientes son muy grandes. Debido a estas corrientes grandes el diodo podría romperse, por eso hay que tener cuidado con eso.

BIBLIOGRAFIA

Alberto Paul Malvino. Electrónica básica (pp. 65 - 95). 6ta edición. Mc Grau Hill.

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