universidad nacional de la patagonia san juan bosco cátedra i (4)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PATAGONIA SAN JUAN BOSCO Ctedra CEI

Alaniz Martin-Barra Juan-Riffo Jess Pgina 1

Objetivos

En este laboratorio el objetivo general es familiarizarnos con los elementos semiconductores de unin PN. Tanto en sus caractersticas como su forma de emplearlos en el laboratorio.

Actividad n 1

Medicin de las resistencia en directa e inversa de los diodos de Si, Ge y LED

Elementos:

Multmetro digital (Fluke 73)

Diodo de Silicio (1N4007)

Diodo de Germanio (1N60),

Diodo LED (Amarillo)

Desarrollo: En esta actividad se midi con un multmetro digital configurado como hmetro la resistencia de un diodo en forma directa e inversa. Esto se realiz para un diodo de Germanio, Silicio y por ltimo un diodo LED.

Los resultados fueron presentados en la siguiente tabla.

Diodo de Silicio Diodo de Germanio Diodo LED

Rinv Rdir Rinv Rdir Rinv Rdir

1,23M 4,5K 0,6M

TABLA. 1 Resistencia en inversa y directa de Diodo Ge, Si y LED

Conclusin: Se puede observar que para conexin directa los diodos se comportan como un cortocircuito, de todos modos al no ser diodos ideales el multimetro mide valores relativamente altos, debera haber mostrado un mnimo valor resistivo, cuando se los mide en inversa muestran altos valores resistivos muy altos asemejndose a un circuito abierto, es por ello que el multimetro no detectaba nada.



Actividad n 2

Medicin de las tensiones de codo de los diodos de Si, Ge y LED

Elementos:

Multmetro digital (Fluke 73)


Diodo de Germanio (1N60),


Desarrollo: En esta actividad el objetivo era medir las tensiones de codo del diodo de Silicio, Germanio y un LED. Para ello situamos la perilla del multmetro en la posicin de diodo.

Mediciones de las tensiones de codo:

Diodo Silicio Diodo Germanio Diodo LED

Tensin de codo 0,54V 0,22V 1,67V

TABLA. 2

Tensiones de codo diodos de Ge, Si y LED

Conclusin:

Pudimos observar que estos se asemejan mucho a los valores tericos estudiados, y que sta solo tena un valor si el diodo estaba conectado en directa, ya que en inversa el diodo no permite la circulacin de una corriente apreciable en relacin a la tensin impuesta por el multmetro, y este no mide medir ninguna tensin, o la tensin medida est fuera del rango del instrumento.



Actividad n 3

Obtencin de la curvas caractersticas de los diodos

Elementos:

2 multmetros digitales (Fluke 73 y Fluke 77)

Diodo de Silicio

Diodo de Germanio

1 resistencia de 2,2k

Una fuente de voltaje variable

Desarrollo:

Se conecto el circuito como indica la figura:

FIG 1 Diodo en Directa

Siendo V el multmetro en la posicin de voltmetro y mA el multmetro en la de miliampermetro. La funcin que cumple la resistencia es limitar de corriente, ya que el diodo esta polarizado en forma directa y este se comporta como un cortocircuito, y sin la resistencia podramos daar la fuente de tensin y el ampermetro al pasar por grandes valores de corriente. (Figura 1).

Estos datos fueron tabulados en la siguiente tabla:

[mA] 0,02 0,05 0,07 0,1 0,2 0,4 0,7 1 5 10 VSi 0,440 0,454 0,468 0,480 0,510 0,541 0,567 0,583 0,664 0,701

VGe 0,082 0,114 0,126 0,140 0,176 0,216 0,262 0,299 0,613 0,896

VLED 1,5 1,61 1,634 1,647 1,678 1,710 1,738 1,757 1,873 1,957

TABLA. 3 Corriente-Tensin en directa en diodos de Ge, Si y LED



Se realiz las mediciones de tensin y corriente en el diodo de Silicio y Germanio pero con los diodos en conexin inversa en vez de directa (con el nodo conectado a tierra):

V 5 10 20 30

ISi 0A 0A 0A 0A

IGe 9,5 A 24,5 A 122,7 A 256,8A

ILED 0A 0A 0A 0A

TABLA. 4 Corriente-Tensin en inversa en diodos de Ge, Si y LED

Obsrvese que las corrientes de saturacin son cero tanto en el diodo se Silicio como en el diodo LED, esto puede deberse a que los diodos de silicio y led tienen corrientes de saturacin del orden de los nano amperes, valores que no estn en el orden de magnitud que el multmetro poda llegar a medir.

Con los valores tabulados en ambas tablas se confecciono, para cada diodo, su correspondiente curva caracterstica (Diodo en directa).

FIG.2 Curva del Diodo de Silicio en directa (Vea Tabla 3)

y = 2E-09e22,483x

0,00E+00

2,00E-03

4,00E-03

6,00E-03

8,00E-03

1,00E-02

1,20E-02

1,40E-02

0 0,2 0,4 0,6 0,8

Co

rrie

nte

[A

]

Tension[V]

Corriente-Tension en el Diodo de Silicio



FIG.3 Curva del Diodo de Germanio en directa (Vea Tabla 3)

FIG.4 Curva del Diodo LED en directa (Vea Tabla 3)

y = 4E-05e7,0384x

0,00E+00

5,00E-03

1,00E-02

1,50E-02

2,00E-02

2,50E-02

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Co

rrie

nte

[A]

Tension[V]

Corriente-Tension Diodo Germanio

y = 2E-15e15,088x

0,00E+00

2,00E-03

4,00E-03

6,00E-03

8,00E-03

1,00E-02

1,20E-02

1,40E-02

1,60E-02

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Co

rrie

nte

[A]

Tension[V]

Corriente-Tension en Diodo LED



A continuacin les presentamos los grficos de los Diodos polarizados en inversa:

FIG.5 Curva del Diodo de Silicio en inversa (Vea Tabla 4)

FIG. 6 Curva del Diodo de Germanio en inversa (Vea Tabla 4)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

Co

rrie

nte

[A]

Tension[V]

Corriente-Tension Diodo Silicio

-0,0003

-0,00025

-0,0002

-0,00015

-0,0001

-0,00005

0

0,00005

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

Co

rrie

nte

[A]

Tension[V]

Corriente-Tension Diodo Germanio



FIG.7 Curva del Diodo LED en inversa (Vea Tabla 4)

En ambos grficos se utiliz el eje horizontal para representar los valores de voltajes (en V) a los que se someti el diodo. Siendo los valores negativos los que representan los valores de voltaje en conexin inversa y los valores positivos los utilizados en conexin directa.

En ambos grficos, tambin, se represent el eje vertical con los valores correspondientes a la corriente (en mA). Siendo los valores negativos los que representan los valores de voltaje en conexin inversa y los valores positivos los utilizados en conexin directa.

Conclusin: Las curvas caractersticas confeccionadas se asemejan a las tericas. Dando valores de corriente en el diodo cercanos a cero en conexin inversa y aumentando velozmente al cruzar la tensin umbral. Esta tensin umbral en nuestro grafico fue de 0,54 V para el silicio cercano a los 0,7 V tericos, para el germanio de 0,22 V cercano a los 0,3 V tericos, y para el diodo led la tensin fue de 1.67 V.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

Co

rrie

nte

[A]

Tension[V]

Corriente-Tension Diodo LED



Actividad n4

Obtencin de la curvas caractersticas de los diodos con osciloscopio

Elementos:

Osciloscopio Tektronix 466

Fuente de tensin alterna

Diodo de Germanio (1N60)



Resistencia de 2.2 k

Desarrollo:

Se realizo la conexin del circuito de la siguiente manera:

FIG.8

Determinacin de las diferentes curvas caractersticas de los diodos (Si, Ge y Zener)

El osciloscopio tena que estar conectado de modo que en el canal 1 se viera la tensin en el diodo, y en el canal 2 la tensin sobre la resistencia de 2.2 k, es decir en modo XY.

Hay que aclarar que si bien el osciloscopio mide slo tensiones, si conocemos el valor exacto de la resistencia (2,208 k), podemos interpretar de manera indirecta una escala lineal de la corriente que circula sobre el diodo, de manera que la curva vista en el osciloscopio corresponde a la caracterstica del diodo.

El osciloscopio fue seteado de manera tal que en el CH1 la escala fuese de 0.1 V/DIV para el diodo de Silicio, 0.1 V/DIV para el diodo de Germanio, 0.5 V/DIV para el diodo LED, y en el CH2 fuese de 0.5V/DIV, lo que indirectamente indica 0.5V/2,208k=226.45 A/DIV.



Una vez conectado el circuito con el diodo de Silicio, pudimos observar en el osciloscopio lo siguiente:

FIG.9 Curva Diodo de Silicio

Sobre el eje x tendramos la tensin (V) y en el eje y la corriente (I), inicialmente la escala sobre el eje y se ve invertida por la manera de conectar las puntas de prueba, pero invirtiendo la tensin de dicho eje, la curva se ve como realmente debe ser.

Podemos ver que la corriente vendra con un valor negativo debido a la corriente inversa de saturacin, la cul es la pequea corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo, debido a la temperatura del ambiente.

Podemos observar que al llegar al valor de tensin de codo, la cual vemos que sucede en un valor cercano a los 0.62V, la pendiente cambia drsticamente y el diodo comienza a funcionar como un corto circuito.



Realizando la misma conexin pero con el diodo de Germanio, obtuvimos el siguiente grfico en el osciloscopio:

FIG.10 Curva diodo de Germanio

En sta imagen podemos observar que ste diodo en comparacin con el otro tiene un valor ms pequeo de tensin de umbral, pero el comportamiento sigue siendo igual que el diodo de Silicio.

Por ltimo, conectamos al circuito el diodo LED, la curva que observamos fue la siguiente:

FIG.11 Curva Diodo LED



En esta curva, observamos que la tensin de codo es mucho mayor con respecto a diodos de Silicio y Germanio, con un valor cercano a 1.6 V y que el comportamiento bsicamente no vara

Conclusin: Viendo lo observado en el osciloscopio, podemos decir que en lo que respecta al comportamiento de los diodos, todos se asemejan bastante a la curva terica vista en clase, sin embargo, en lo que respecta a la tensin de codo, el elemento que ms se asemeja al modelo terico es el diodo LED, los diodos de Germanio y de Silicio presentan una tensin menor a la terica, esto puede deberse a la influencia del osciloscopio sobre los componentes, ya que podra haber producido una tensin que interacta con el suministrado por la fuente y arroje los valores obtenidos.

Actividad n 5 Obtencin de la curvas caractersticas de los diodos con trazador de curvas TEKTRONIX

Elementos:

Trazador de curvas (TEKTRONIX 577-177-D1)

Diodo de Germanio (1N60)


Zener 10V

El trazador de curvas es un instrumento que permite obtener las curvas

caractersticas (I vs V) de distintos elementos (resistores, diodos, transistores, etc.).

FIG.12 Trazador de curvas TEKTRONIX



ANLISIS DE DIODOS:

Para obtener la curva caracterstica I f(V) seguir los siguientes pasos:

1. Seleccionar las condiciones iniciales de utilizacin del equipo.

2. Insertar el zcalo para diodos.

3. Colocar el diodo en el zcalo.

4. Seleccionar la posicin del interruptor LEFT-RIGHT segn la ubicacin del

zcalo.

5. Girar en sentido horario VARIABLE COLECTOR %.

Para observar mltiples curvas simultneas, emplear la opcin memoria.

En esta actividad de laboratorio lo nico que hicimos fue observar los controles bsicos del trazador de curvas disponible en nuestro paol y comparar las curvas obtenidas al insertarle al instrumento un diodo de Germanio, luego uno de Silicio y por ultimo un diodo Zener. El objetivo es que los alumnos veamos las diferencias que hay al hacer el anlisis de un diodo ideal y de uno real observando la curva obtenida en al trazador de curvas dada distintas condiciones.

Grficas obtenidas con el trazador de curvas TEKTRONIX:

FIG.13 Curva caracterstica de Diodo de silicio polarizado en directa.

FIG.14 Curva caracterstica de Diodo de Germanio polarizado en directa.



A continuacin vemos las curvas caractersticas de cada diodo, y como varia su

comportamiento con respecto a cambios bruscos en la temperatura:

FIG.15 Diodo de Silicio a temperatura ambiente.

FIG.16 Diodo de Silicio con aumento de la temperatura.

FIG.17 Diodo de Germanio a temperatura ambiente.



Haciendo uso de la funcin del trazador de curvas de guardar, dejamos la curva del diodo de Silicio grabada en el fosforo de la pantalla, para poder compararla con l la del Germanio.

FIG.18 Diodo de Germanio con aumento de temperatura.

El diodo de Germanio, es ms sensible a la temperatura debido a que su curva se desplaza ms a la izquierda, siendo la curva del germanio la que ha barrido mayor rea, el diodo de Silicio es ms estable a la temperatura respecto al Germanio, sin embargo su curva se ve levemente alterada por la temperatura. Como ventaja el diodo de Germanio, necesita menos tensin para ser polarizado. (Figuras 17 y 18).

FIG.19 Diodo Zener polarizado en directa.

El Zener en directa se comporta como un diodo ordinario.



FIG.20 Diodo Zener polarizado en inversa, a temperatura ambiente.

En inversa y alcanzada la tensin Zener, este componente garantiza que el voltaje de salida permanezca ms o menos constante, pese que la corriente aumenta. De modo que se puede utilizar un diodo Zener para establecer niveles de voltaje de referencia y actuar como dispositivo de proteccin, de modo que este se usa como regulador (Figura 20).

FIG.21 Diodo Zener con aumento de temperatura.

Se puede apreciar que este componente es estable a los cambios de temperatura, ya que su curva apenas se desplazo al aumentar la temperatura (Figura 21).

FIG.22 Grafica de los tres diodos, Zener, Si Y Ge.



Por ltimo una imagen, con las tres curvas de los diodos, usando la funcin de grabar en el trazador de curvas.El primer grafico es el del Germanio (el ms alejado), el segundo el Silicio y por ltimo Zener, ambas graficas con los diodos conectados en directa. Se puede observar que las graficas del diodo Zener y el del Silicio son muy silimilares (Figura 22).

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