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Universidad Abierta Interamericana
Facultad de Tecnología Informática
Ingeniería en sistemas
Electromagnetismo y Estado Sólido II
TRABAJO PRÁCTICO NÚMERO 2:
“Diodos I”
Profesores:
Carlos Vallhonrat - Marcos Solá
Alumnos:
Arrieta, Ma. Victoria
Dorado, Juan
La Grottería, Jorge
Sede:
Norte
Año:
2009
Turno: Noche
UNIVERSIDAD ABIERTA INTERAMERICANA
Facultad de Tecnología Informática
Materia: Electromagnetismo y Estado Sólido II
Alumnos: Arrieta, Ma. Victoria – Dorado, Juan - La Grottería, Jorge
Docentes: Carlos Vallhonrat – Marcos Solá
Sede: Norte
Comisión: 5°
Turno: Noche
Trabajo Práctico Nro 2 – Diodos I
Año
2009
Trabajo
Practico
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Obtención de la curva característica de un diodo
Objetivos
Realizar el estudio de la unión P-N. Obtener la curva característica tensión-corriente de un
diodo.
Introducción teórica
El diodo está constituido básicamente por una juntura o unión de dos materiales
semiconductores extrínsecos, uno tipo P y otro tipo N. Esta juntura posee la característica
de permitir el paso de la corriente eléctrica en un sentido (siempre que se supere una
tensión umbral) y oponerse al paso de la misma en sentido inverso.
Al conectar una fuente de alimentación a un diodo existen, por lo tanto, dos tipos de
polarizaciones:
En polarización directa el positivo de la fuente se conecta al bloque P y el negativo al N. Si
la tensión aplicada supera la barrera de potencial o tensión umbral del diodo (~0,65 V para
el silicio y ~0,25 V para el germanio) el diodo conduce la corriente.
En polarización inversa el negativo de la fuente se conecta al bloque P y el positivo al N.
En esta situación el diodo se opone al paso de la corriente eléctrica.
Elementos necesarios
Multímetro (2), Protoboard.
Fuente de corriente continua.
Resistencia: 2 K.
Diodos 1N4007 (1). Diodos diversos para su verificación.
UNIÓN P-N
Casi todos los diodos que se fabrican hoy en día están formados por dos tipo de silicio
diferentes, unidos entre si.
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Materia: Electromagnetismo y Estado Sólido II
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Comisión: 5°
Turno: Noche
Trabajo Práctico Nro 2 – Diodos I
Año
2009
Trabajo
Practico
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Este conjunto sería del tipo N, ya que deja un electrón libre pues le sobra del enlace, con
lo que el átomo (azul) se convierte en un ión positivo al mismo tiempo que contribuye con
la generación de un electrón libre, a este átomo lo representaremos:
En el caso del tipo P, dejaría un hueco libre, con lo que el átomo se convierte en un ión
negativo al mismo tiempo que contribuye con la generación de un hueco libre, a este átomo
lo representaremos:
Silicio tipo P y silicio tipo N separados
Año
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Materia: Electromagnetismo y Estado Sólido II
Alumnos: Arrieta, Ma. Victoria – Dorado, Juan - La Grottería, Jorge
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Comisión: 5°
Turno: Noche
2009
Trabajo
Practico
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Trabajo Práctico Nro 2 – Diodos I
Cuando se efectúa esta unión, los electrones y los huecos inmediatos a la unión se atraen,
cruzan la unión y se neutralizan.
Silicio tipo P y silicio tipo N unidos.- UNIÓN P-N
Según este proceso inicial, la zono N próxima a la unión ha perdido electrones y por
tanto queda cargada positivamente. Igualmente la zona P próxima a la unión ha perdido
huecos, con lo que queda cargada negativamente.
Al quedar la zona N próxima a la unión cargada positivamente, rechazará a los huecos
de la zona P que quieren atravesar la unión. Exactamente igual la zona P próxima a la unión
impedirá el paso de los electrones provenientes de la zona N
Por tanto en la zona próxima a la unión aparece una diferencia de potencial llamada
"Barrera de potencial interna", que impide el paso de portadores mayoritarios a través de la
unión, no pudiendo existir corriente.
POLARIZACIÓN DIRECTA
Si ahora aplicamos a dicha unión una tensión exterior de signo contrario a la barrera de
potencial interna, ésta irá disminuyendo en anchura. A mayor tensión aplicada
externamente corresponderá una barrera interna menor y podremos llegar a conseguir que
dicha barrera desaparezca totalmente.
En este momento los electrones (portadores mayoritarios) de la zona N están en
disposición de pasar a la zona P. Exactamente igual están los huecos de la zona P que
quieren "pasar" a la zona N.
<------------>
Región agotada
o----
----o
Año
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Trabajo
Practico
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Trabajo Práctico Nro 2 – Diodos I
zona P
zona N
barrera interna de
potencial
a)Sin polarización
Región
Iones negativos que han
Iones positivos que han
agotada
"recuperado" sus huecos
"recuperado" sus electrones
<--->
+ o--
--o -
zona P
barrera interna de
potencial
zona N
b) Polarización directa débil, región agotada
reducida, pero no eliminada
+ o--
--o -
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Trabajo
Practico
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Trabajo Práctico Nro 2 – Diodos I
zona P
Año
2009
zona N
c) Al aumentar la polarización directa, la zona agotada
y su barrera de potencial interna asociada han sido neutralizadas
* En la práctica, un diodo se fabrica a base de una única pieza de
siliceo, introduciendo tipos diferentes de impurezas por los dos casos
de ella, unas que creen material tipo P y otros que creen tipo N. Este
proceso se realiza a grandes temperaturas.
A la tensión externa que anula la barrera de potencial de la unión y la deja preparada
para el paso de los respectivos portadores mayoritarios, se le denomina tensión Umbral. Se
la representa po Vu y sus valores prácticos son:
Para el Silicio Vu = 0,4 - 0,5 voltios
Para el Germanio Vu = 0,05 - 0,06 voltios
En esta situación, al aplicar un aumento en la tensión exterior, los electrones se sentirán
atraídos por el polo positivo de la pila y los huecos por el negativo de la misma. No hay
dificultad para atravesar la unión y por tanto aparecerá una corriente de mayoritarios a
través del circuito. A partir de aquí, cualquier aumento de tensión provoca un aumento de la
corriente.
Al conjunto de tensiones que crean corriente proporcional en el diodo se les llama
tensiones de polarización directa o de funcionamiento. Sus valores típicos son:
Para el Silicio 0,5 - 0,8 voltios
Para el Germanio 0,06 - 0,15 voltios
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Trabajo Práctico Nro 2 – Diodos I
Año
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Trabajo
Practico
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Flujo de corriente en un diodo polarizado en directo
Parece lógico pensar que llegará un momento en que el proceso, aumento de tensión
exterior, aumento de corriente en la unión, tendrá que parar. Y esto es así, porque a partir
de un determinado valor de la tensión exterior aplicada, los electrones se neutralizan en
mayor número con los huecos en el interior del diodo y son pocos los que pueden salir al
circuito exterior. Es decir que el aumento es absorbido por el mismo diodo. A esta tensión a
partir de la cual la corriente a través del diodo se mantiene constante, (en la práctica
aumenta ligeramente) se le denomina tensión de saturación.
Sus valore típicos son:
Para el Silicio Vsat 0,8 - 0,9 voltios
Para el Germanio Vsat 0,15 - 0,2 voltios
Cualquier intento de provocar un aumento de corriente puede originar a partir de este
momento la destrucción del diodo.
POLARIZACIÓN INVERSA
Si la tensión aplicada externamente al diodo es del mismo signo que la barrera de
potencial interna se dice que el diodo está polarizado inversamente. El terminal positivo de
la pila atrae a los electrones del material N apartándolos de la unión, mientras que el
negativo a trae a las cargas positivas del material P, apartándolos también de la unión. Se
crea, por tanto, en la unión, una ausencia de carga, formándose una corriente que recibe el
nombre de "corriente inversa de saturación" o "corriente de fuga". Su valor es
prácticamente despreciable, pues es del orden de nA (nanoampaerios).
El ancho de la capa agotada aumenta al polarizar la unión en sentido inverso.
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Región
Iones negativos que han
Iones positivos que han
agotada
"recuperado" sus huecos
"recuperado" sus electrones
<--->
o--
--o
zona P
barrera interna
de potencial
<---->
zona N
a) Sin polarización inversa
Región
Iones aceptores negativos
Iones donadores positivos
agotada
que han "perdido" su hueco <----->
<-----> que han "perdido" sus
inicial
asociado
electrones asociados
<--->
<------------------------------>
- o--
--o +
zona P
barrera interna de
potencial
<----------------------------->
zona N
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Trabajo Práctico Nro 2 – Diodos I
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2009
Trabajo
Practico
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b) Al aplicar una polarización inversa,
el ancho de la capa agotada aumenta
Al ir aumentando esta tensión inversa llega un momento en que el diodo pierde su
capacidad de bloqueo y fluye entonces una gran corriente inversa. Esta tensión recibe el
nombre de "tensión de ruptura". Normalmente en esta situación el diodo se destruye.
SIMBOLO DE UN DIODO SEMICONDUCTOR
Estructura
Símbolo gráfico
El material tipo P recibe el nombre de ánodo.
El material tipo N recibe el nombre de cátodo
La flecha indica el sentido convencional de la corriente
CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN DIODO IDEAL
Si el diodo está polarizado directamente, su circuito equivalente es el de un conmutador
cerrado, pequeña resistencia.
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Trabajo
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Con polarización inversa, el circuito representa un conmutador abierto, gran resistencia.
CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO
Con la polarización directa los electrones portadores aumentan su velocidad y al chocar
con los átomos generan calor que hará umentar la temperatura del semiconductor. Este
aumento activa la conducción en el diodo.
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Trabajo
Practico
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Característica I/V de un diodo semiconductor
Vu
Vs
Vr
OA
AB
OC
Tensión umbral
Tensión de saturación
Tensión de ruptura
Zona de baja polarización directa, pequeña corriente
Zona de conducción
Corriente inversa de saturación
A partir de C, zona de avalancha
OBSERVACIONES
Cada diodo tiene su nomenclatura y características
La nomenclatura esta directamente relacionada con el uso que se va a hacer del diodo.
Las características nos dirán las tensiones y corrientes que cada uno puede soportar
En lo próximos capitulos veremos una relación de diodos que se utilicen. Por ahora nos
contentaremos con saber cómo conocer los terminales y si el diodo está en buen estado o
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Trabajo Práctico Nro 2 – Diodos I
Año
2009
Trabajo
Practico
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no, por medio del polimetro. Para ello pondremos el polimetro dispuesto para medir ohmios
y la escala en X1 ó X10 según el tipo de polimetro.
Aplicando las tomas del polimetro en bornas del diodo primero en una posición y luego en
la contraria, pueden darse tres casos:
a) En ambos la aguja del polimetro se va a fondo de escala. El diodo está cortocircuitado.
b) En ambas posiciones la aguja no parece moverse.. El diodo está en circuito abierto.
c) En una posición la aguja no se mueve y en la contraria la aguja se acerca al fondo de
escala. El diodo está bien.
En este tercer caso, cuando la aguja tiende a ir a fondo de escala, la toma del polimetro que
utiliza cable negro (común) está aplicada sobre elánodo del diodo. El otro extremo del
diodo será el cátodo.
Fuente: http://www.ifent.org/lecciones/diodo/default.asp
Desarrollo de la experiencia
Parte a) Verificación e identificación de los terminales de un diodo
1. Con el multímetro en la escala de resistencia eléctrica (Ohm) conectar las puntas de
prueba a los extremos del diodo a verificar.
2. Con polarización directa la resistencia puede ser medida aunque se observarán valores
muy altos (del orden de los M). Con polarización inversa la resistencia es tan alta que
no alcanza a ser medida.
3. Identificar, siguiendo los pasos 1 y 2, los extremos P y N de varios diodos.
4. Con los multímetros digitales también pueden probarse diodos en la posición
identificada  que mide la tensión de conducción de la juntura. Con polarización
directa medirá ~ 0,6 V, en tanto que con polarización inversa el valor indicará fuera de
rango (OL).
Parte b) Determinación de la curva característica corriente-tensión de un diodo
1. Armar el Circuito N° 1, utilizando la R = 2 K.
2. Con polarización directa ir variando la tensión Vf y tomar las lecturas de corriente y
tensión (I y V) para los valores de la Tabla I.
3. Con polarización inversa ir variando la tensión Vf y tomar las lecturas de corriente y
tensión (I y V) para los valores de la Tabla II.
4. Con los valores obtenidos, dibujar la curva característica I vs V del diodo ensayado.
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Trabajo
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Cuestionario
Comparar los valores obtenidos en la curva característica del diodo con los proporcionados
en los catálogos del fabricante (pueden buscarse en Internet).
Tensión umbral = 0,688 V
Resistencia Interna = 1,733 MΩ
Vf
0,00 0.2 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 4.0 4.4 4.8 5.2
(Volt)
I
0,00 0,00 0,00 0,15 0,37 0,58 0,80 0,99 1,23 1,45 1,85 2,16 2,31 2,56 2,78
(mA)
V
0,00 0,20 0,23 0,47 0,51 0,54 0,56 0,57 0,57 0,58 0,59 0,60 0,61 0,61 0,62
(Volt)
Grafico de la curva característica del diodo en directa
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Curva Caraterìstica del diodo en directa
3,00
2,50
2,00
Amperes
1,50
1,00
0,50
0,00
0,00
0,51
0,57
0,61
Volts
Vf (Volt)
0
2
4
6
8
10
12
14
I (mA)
0,000
0,001
0,003
0,005
0,007
0,008
0,012
0,015
V (Volt)
0,00
1,94
3,75
5,68
7,68
9,80
11,90
13,95
Grafico de la curva con polaridad invertida
Curva Caracterìstica del diodo en inversa
0,016
0,014
0,012
Amperes
0,01
0,008
0,006
0,004
0,002
0
0
1,94
3,75
5,68
7,68
Volts
9,8
11,9
13,95