Curva de intensidad de corriente contra voltaje en un diodo

Curva de intensidad de corriente contra voltaje en un diodo

Aguirre Donovan, Blancas Luis, Castillejo María, Estrada Ricardo.

Ecatepec de Morelos, México.

Universidad Autónoma del Estado de México, Ingeniería en Computación.

daguirres001@alumno.uaemex.mx, lblancasr001@alumno.uaemex.mx, mcastillejom001@alumno.uaemex.mx, restradap001@alumno.uaemex.mx

s

Abstract – La curva de intensidad de corriente en un diodo se puede manifestar de forma exponencial debido a que es un elemento que tiene un voltaje de ruptura y hasta determinado voltaje el diodo comienza a conducir.

El presente artículo relaciona el análisis e implementación de una herramienta de simulación llamada Multisim 14.0 comparando los valores obtenidos del simulador con los demás diodos.

Palabras clave: diodo, polarización, comparación.

1. INTRODUCCIÓN

Dentro de este artículo nos enfocaremos en conocer la curva de corriente contra voltaje, así como también los conceptos de semiconductor, diodos Zener, y los distintos tipos de polarización.

Además de simular la corriente que fluye entre los diodos dependiendo del voltaje aplicado para que posteriormente con ayuda de un multímetro recolectar los datos arrojados para compararlos con los demás diodos.

El diodo es un componente electrónico que solo permite el flujo de la electricidad en un solo sentido, debido a esto su funcionamiento se parece a un interruptor el cual abre o cierra los circuitos teniendo dos terminales.

Al tener dos terminales podemos polarizar de dos formas (directa e inversa) diferentes a los diodos y su funcionamiento depende mucho del tipo de polarización que le ponga.

Cuando se conecta un diodo en un circuito inmediatamente se produce una caída de voltaje de 0.7 voltios en polarización directa, esta caída podría ser utilizada para diferentes propósitos como conversión análoga a digital o viceversa.

1. OBJETIVOS

1. Objetivo general

Reforzar, mediante la simulación, los conocimientos teóricos analizados en clase referentes a los diodos de unión, su curva intensidad contra voltaje característica, voltaje de conducción, condiciones de polarización.

1. Objetivos específicos

1. Identificar las especificaciones de cada tipo de diodo (1N4001, 1N4007, 1N4728, 1N4732, 1N4733, IN6096, LED Rojo, LED Verde, LED Amarillo, LED Naranja y LED Azul).
2. Realizar las simulaciones correspondientes para graficar la curva I-V de los diferentes tipos de diodos.
3. Para cada diodo comparar las curvas I-V simuladas con los demás diodos.
4. Comparar el comportamiento del diodo dependiendo de su polarización.
5. Obtener la curva I-V del diodo utilizando el osciloscopio.

1. HIPÓTESIS

El diodo cuando está conectado en polarización directa permite la conducción de corriente eléctrica; mientras que cuando está conectado en polarización inversa el diodo solo conduce hasta su voltaje de ruptura.

1. MARCO DE REFERENCIA

4.1 MARCO TEÓRICO

4.1.1 Semiconductor

Los semiconductores son elementos que tienen una conductividad eléctrica inferior a la de un conductor, pero superior a la de un aislante. El semiconductor más utilizado es el silicio, después del oxígeno. Otros semiconductores utilizados son el germanio y el selenio. [1]

Un semiconductor se define como aquel elemento que dependiendo de diversos factores tiene la capacidad de comportarse como un aislante o como un conductor, esos factores pueden ser el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación, la temperatura, entre otras.

Existen dos tipos de semiconductores: intrínseco y extrínseco.

4.1.1.1 Semiconductor intrínseco

El semiconductor intrínseco es aquel elemento que tiene la misma cantidad de electrones y de huecos, es decir, en el diagrama de bandas el nivel de Fermi está ubicado en la parte media de este mismo.

4.1.1.2 Semiconductor extrínseco

4.1.1.2.1 Semiconductor extrínseco tipo N

El semiconductor extrínseco tipo N es aquel elemento que esta dopado de impurezas pentavalentes (elementos cuyos átomos tienen cinco electrones de valencia en su órbita exterior), donde los portadores mayoritarios son aquellos que en el diagrama de bandas están ubicados cercanamente de la banda de conducción.

4.1.1.2.1 Semiconductor extrínseco tipo P

El semiconductor extrínseco tipo P, en cambio, es aquel elemento que esta dopado de impurezas trivalentes (elementos cuyos átomos tienen tres electrones de valencia en su órbita exterior) provocando un hueco en la red cristalina, además, donde los portadores mayoritarios son aquellos que en el diagrama de bandas están ubicados cercanamente de la banda de valencia.

4.1.2 Diodos de unión PN

Son llamados diodos de unión PN porque ésta formado por dos materiales semiconductores extrínsecos (dopando con cristal N o P), por lo mismo reciben ese nombre.

Cuando se unen ambos cristales (tipo N y tipo P), se crea una difusión de electrones a dirección del cristal N al P. Una vez establecida las corrientes aparecen cargas fijas en una zona media a ambos lados de la unión, a esa zona se le denomina de muchas maneras como lo son: “Región de carga espacial”, “Región de campo inter construida”, “Región de voltaje inter construida”, “Región de agotamiento”, entre muchos más.

En la figura 1, se muestra un ejemplo claro de la formación de la zona de carga espacial, además de una ilustración de la unión del elemento P al elemento N, teniendo en la parte derecha una simbología de los círculos diminutos ubicados dentro del elemento P o N y en la parte inferior se muestra dicha unión por el diagrama de bandas.

[pic 1]

Figura 1 - Formación de la zona de carga espacial

En la figura 2 se muestra una imagen de la unión de un elemento P y elemento N, además agregando el símbolo del diodo, así como sus nombres de cada lado, donde de lado donde se tiene “una figura de triángulo” se le denomina “ánodo” y del lado donde se tiene “una figura de un palo” se le denomina “Cátodo”.

[pic 2]

Figura 2 - Nombre de las partes del diodo PN.

En los diodos de unión, se pueden polarizar de dos maneras, directa e inversa.

4.1.3 Tipos de polarización

4.1.3.1 Polarización directa

Cuando la corriente circula en sentido directo, es decir del ánodo (A) al cátodo (K), siguiendo la ruta del diodo. Es por ello por lo que la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad comportándose como un corto circuito, es decir, el diodo conduce. [2]

Cuando un diodo por la parte del ánodo es conectado al positivo de una batería, se dice, que el diodo conduce porque cuando se aumenta el voltaje se elimina el campo eléctrico. Todo ello, porque el campo de la batería se opone al campo generado por el diodo (campo inter construido) hasta que el campo desaparece y su comportamiento es como el de un circuito cerrado.

Cuando un diodo es polarizado de esta forma, la unión PN impulsa los huecos desde el material tipo P a la unión y los electrones desde el material tipo N a la unión. En la unión, los electrones y huecos se combinan de modo que se mantiene una corriente continua.

4.1.3.2 Polarización inversa

Cuando una tensión negativa en bornes del diodo tiende a pasar la corriente en sentido inverso, opuesto a la flecha del diodo, es decir del cátodo al ánodo. De esta forma, la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta como un circuito abierto, es decir, el diodo está bloqueado. [2]

Cuando un diodo por la parte del cátodo es conectado al positivo de una batería, se dice que el diodo no conduce porque la barrera de potencial incrementa debido a que cuando se aumenta el voltaje se suma al campo eléctrico. Todo ello, porque el campo eléctrico de baterías admite al campo inter construido del mismo y su comportamiento es como el de un circuito abierto.

Cuando un diodo es polarizado de esta forma, la unión PN produce un flujo de corriente transitoria y ambos electrones y huecos se separan de la unión. Cuando el potencial formado por la región de campo espacial se iguala al voltaje aplicado, se detiene la corriente excepto una pequeña cantidad de corriente térmica.

Existen dos mecanismos que producen un incremento de la corriente como lo es ruptura por avalancha y ruptura por tunelamiento.

4.1.3.2.1 Ruptura por avalancha.

Este tipo de ruptura consiste en que una pequeña corriente circula por la superficie del diodo (ver subtema 4.1.3.2), esta corriente es función de la tensión aplicada al diodo, por consiguiente, al aumentar la tensión, aumenta la corriente superficial de fugas, soportar antes de darse el efecto avalancha, es decir, crea un efecto de impacto que provoca que se duplique la cantidad de electrones que por lo mismo caerán formando una avalancha.

...