Download Experimento 1 - Escuela de Ingeniería Electrónica

Instituto Tecnológico de Costa Rica
Escuela de Ingenierı́a Electrónica
Profesores: Ing. Sergio Morales, Ing. Pablo Alvarado, Ing. Eduardo Interiano
Laboratorio de Elementos Activos
II Semestre 2006
Experimento 1: Curva caracterı́stica de diodos
I
Objectivo General
Al finalizar el experimento el estudiante estará en capacidad de describir en términos de sus
caracterı́sticas eléctricas el funcionamiento de los diodos de silicio, germanio, diodos Zener y
los diodos emisores de luz (LEDs). Estará también capacitado para establecer las diferencias
entre todos ellos.
II
Objetivos Especı́ficos
1. Comprobar el estado de diodos de silicio y germanio utilizando multı́metros digitales.
2. Utilizar diferentes métodos para obtener la curva caracterı́stica de diodos.
III
Cuestionario Previo
1. En varios laboratorios del presente curso deberán aislarse las tierras entre generadores/fuentes y el osciloscopio. Investigue por qué este aislamiento es necesario. ¿Qué
ocurre al circuito de la figura 2 si no se aislan las tierras?
2. Investigue el comportamiento de un diodo ideal, el funcionamiento de un diodo de unión
pn, y el origen de las curvas caracterı́sticas de los últimos. ¿Qué significa que un diodo
esté polarizado en forma directa o en inversa?
3. Investigue qué función matemática describe el comportamiento de un diodo de unión
pn y cómo es afectado por la temperatura.
4. Investigue qué diferencia hay entre el comportamiento de diodos de germanio y de silicio.
5. Investigue el comportamiento y funcionamiento de los diodos emisores de luz (LED).
6. Investigue el comportamiento del diodo Zener y el origen de su curva caracterı́stica.
7. Busque los datos del fabricante de los diodos empleados en este experimento.
8. Investigue cómo funciona un multı́metro digital en su escala de medición de diodos.
9. Simule utilizando el PSpice el circuito de la figura 2.
10. ¿Qué funciones desempeña la resistencia R en el circuito de la figura 2?
1
11. ¿Qué representan las mediciónes de los canales X y Y del osciloscopio en relación con
las curvas caracterı́sticas de diodos? ¿Por qué los dos canales del osciloscopio deben
estar en CD, y el canal Y (canal 2) debe estar invertido en las mediciones del punto 4
del procedimiento?
IV
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
V
Materiales y Equipo
generador de funciones
osciloscopio de rayos catódicos (ORC)
aislador de tierras (tapón aislador)
multı́metro digital
regleta de cables
placa universal
juego de puentes
resistencia de 1 kΩ
diodo de silicio (1N4001,ECG116)
diodo de germanio (ECG109)
LED rojo,verde o amarillo (verifique que no tenga una resistencia en serie)
diodo Zener de 3 V o de 2,7 V
Procedimiento
1. Mida el valor real de la resistencia R utilizada en el circuito de la figura 1.
2. Compruebe el estado de los diodos empleando un multı́metro digital.
Conecte el terminal positivo del ohmı́metro al ánodo del diodo y el terminal negativo al
cátodo. A esto se le denomina polarización directa. Mida y anote los resultados en la
Tabla 1.
Invierta ahora las conexiones antes descritas. A a esto se le llama polarización inversa.
Mida y complete la Tabla 1.
Tabla 1: Prueba de diodos
Prueba
Si
Polarización directa
Polarización inversa
Ge
LED
Zener
3. Monte el circuito de la Figura 1 con el diodo de silicio. Ajuste el valor de tensión E
de tal forma que la caı́da de tensión en la resistencia UR sea 0,1 V. Mida entonces
UD . Calcule el valor de ID y anótelo en la Tabla 2. Repita el procedimiento para los
valores de UR indicados en la Tabla 2, y para otros valores que le permitan mejorar la
descripción de la curva.
Ajuste la tensión de entrada E a −5 V y mida los valores indicados en la segunda columna
de la Tabla 2.
2
R = 1 kΩ
UR
UD
E
Figura 1: Circuito de Medición 1.
Tabla 2: Valores de tensión y corriente para el diodo de silicio.
UR [V]
E [V]
UD [V]
ID [mA]
0,05
0,1
0,15
0,3
0,6
1,2
2,5
5
-5
4. Monte el circuito de la Figura 2 utilizando el diodo de silicio. X y Y representan los
canales del osciloscopio.
Precaución: Aisle las tierras del osciloscopio y del generador de funciones utilizando
para ello el enchufe aislador. Mediante una medición de resistencia (con ohmı́metro digital) confirme que la referencia (GND) del osciloscopio se encuentra aislada eléctricamente
con la referencia del generador.
UD
X
E = 10 Vp
f = 100 Hz
UR
:
R = 1 kΩ
Y invertido
Figura 2: Circuito de Medición 2.
Utilice el modo de trazo X − Y del osciloscopio. Los dos canales del osciloscopio deben
estar en CD, y el canal Y (canal 2) debe estar invertido.
Grafique la curva caracterı́stica del diodo en las hojas para oscilogramas. Verifique que los
datos medidos en el punto 3 del procedimiento corresponden con la curva caracterı́stica.
3
5. Repita el paso anterior con el diodo de germanio, el diodo Zener y el LED.
6. Observe cualitativamente el efecto de elevar la temperatura de la unión del diodo.
VI
Evaluación
1. Analice los datos en la Tabla 1. ¿Cómo determina si los diodos funcionan correctamente?
2. Con los datos obtenidos en la Tabla 2 construya la gráfica UD vs. ID . Compare con la
gráfica para el mismo diodo obtenida en el paso 4 del procedimiento.
3. Explique las diferencias y similitudes en las curvas caracterı́sticas de los diodos de silicio
y de germanio.
4. ¿Cómo se puede explicar la ausencia de corriente inversa en ambos diodos?
5. Investigue qué es la resistencia estática RD de un diodo. ¿Cómo se puede calcular?
6. Utilizando los resultados de los puntos 4 y 5 calcule la resistencia estática RD en polarización directa para los diodos de silicio y germanio, y en polarización inversa para los
diodos Zener en los puntos de operación indicados en la Tabla 3.
Tabla 3: Valores de resistencia estática
ID [mA]
0,3
1,0
4,0
9,0
RD (Si) [Ω] RD (Ge) [Ω]
RD (Zener) [Ω]
7. Investigue qué es la resistencia dinámica rD de un diodo y cómo se calcula.
8. Calcule el valor de la resistencia dinámica rD para los valores de corriente 2 mA y 9 mA
en polarización directa para los diodos de silicio y germanio, y en polarización inversa
para el diodo Zener.
9. ¿Cómo afecta la temperatura externa el funcionamiento de los diodos? ¿Cómo se desplaza la curva caracterı́stica de un diodo ante un aumento de termperatura?
10. A partir del modelo matemático de la curva del diodo de silicio y la curva obtenida en
el punto 4 determine la temperatura de la unión del diodo que usted utilizó.
4