CARACTERIZACION DE UN DIODO

Caracterización de un Diodo

Informe de Laboratorio Práctica 2 (22/02/2016)

Electrónica Análoga I

Garzón R, Jefersson., Guzmán C, Paula Carolina., Medina O, Miguel David.

{jgarzonr, pcguzmanc, mdmedinao}@unal.edu.co

Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica,

Universidad Nacional de Colomia Sede Bogotá

Abstract—This lab report shows through experiment the basic characteristics of a diode, this being how a diode responds (the voltage and the current) to a DC input and a square AC waveform input with respect to time and temperature. After the lab and analyzing the results we can tell that different diodes behave differently and that’s why there are many different applications for them in electronic circuits.

Keywords—.Diode, Standard Rectifier, Switching Diode, Reverse Recovery Time.

Introducción

Un diodo es un elemento semiconductor que tiene muchos usos en la electrónica moderna (iluminación LED, rectificadores de onda, recortadores de onda, etc.). Teóricamente un diodo se debe comportar al polarizarse directamente como un corto circuito y al polarizarse inversamente como un circuito abierto. Pero en la realidad, esto no es así, el diodo tiene un comportamiento más complejo, es por eso que en esta práctica se decide caracterizar el funcionamiento real del diodo para así poder hacer cálculos más acercados a la realidad cuando se analizan circuitos con estos elementos.

 Marco Teórico

Diodo

El diodo es una pieza electrónica basada en una montura típica en estado sólido de tipo P-N. A partir de diversas monturas, capas  y combinaciones de este tipo de materiales podemos obtener componentes como los transistores. Su comportamiento no es de tipo lineal ya que este está hecho de un material tipo semiconductor por esto su comportamiento es más complejo que los componentes lineales básicos como las resistencias,  condensadores o inductores. El uso principal del diodo es ser el participe de la rectificación de una señal. [1]

Figura 1. Montura tipo PN característica de un diodo. Imagen tomada de [1].

Corriente de Saturación

Una Montura PN esta inversamente polarizada si a la región de tipo P le aplicamos un potencial menor al de la región de tipo N.

Los portadores mayoritarios de las regiones PN tienden a separarse de esta unión ya que se ven empujados por el campo eléctrico debido a la polarización, y esto se deriva en la anchura de la zona de transición. Este campo en la unión se incrementa ayudado por el campo de polarización de igual sentido y esta barrera de potencial es igual a Vo+V como se muestra en la figura 2.

[pic 1]

Figura 2. Barrera de Potencial Vo + V. Imagen tomada de [2].

Únicamente los portadores minoritarios que se generan atreves del calor en las regiones PN son enviados hacia la unión, así los electrones P que pasan al lado N junto con los mayoritarios formaran una corriente de arrastre y de igual forma los huecos que pasan de N a P formaran otra corriente sumada a la anterior esta corriente se conoce como la corriente inversa de saturación del diodo y esta está en función de la temperatura.

Efectos de Temperatura del Diodo

Ya definido lo que es la corriente de saturación y su dependencia con la temperatura y los niveles de dopado encontrados en la unión podemos decir que la temperatura es un efecto que nos interesa ya que podemos indicar que al variar temperatura la corriente de saturación inversa del diodo se duplicara por cada 10ºC como se muestra matemáticamente en la siguiente expresión.

[pic 2]

(1)

Tanto en el Silicio como en el Germanio se ha observado, que la corriente inversa de saturación crece aproximadamente un 7% por ºC, con lo que podemos deducir, que la corriente inversa de saturación se duplica de forma aproximada cada 10 ºC de aumento de temperatura. Si Io= Io1 para T = T1, cuando la temperatura es T, Io viene dado por:

[pic 3]

(2)

Las características directas del diodo cambian con la temperatura uno de los efectos más importantes sobre el componente es en la barrera de potencial, ya que al variar la temperatura la tensión directa que se necesita para la polarización del diodo disminuye, el valor de dicha variación en diodos de silicio y germanio es de 2mV por ºC  matemáticamente podemos decir que. [pic 4]

(3)

[pic 5]

Figura 3. Curva del diodo característica, afectada por la corriente inversa de saturación (Is) dependiente de la temperatura. Imagen tomada de [2].

Resistencia del Diodo:

Se consideran dos tipos de resistencia, la estática y la dinámica ambas dependen del punto de polarización, funcionamiento o trabajo.

[pic 6]

Figura 4. Gráfica característica del diodo. Imagen tomada de [2].

Resistencia estática: Depende de los valores de V e I, que determinan su punto de funcionamiento.

[pic 7]

(4)

En el punto Q, la polarización es directa y la Resistencia estática directa, es:

[pic 8]

(5)

En el punto P, la polarización es inversa, y la Resistencia estática inversa, es:

[pic 9]

(6)

Resistencia dinámica: Equivale a la inversa de la pendiente de la característica I = f(V), en el punto de funcionamiento:

[pic 10]

(7)

metodología y Procedimiento

La práctica de laboratorio se divide en dos partes: 1. Curva característica del diodo en polarización directa, 2. Tiempo de recuperación inversa del diodo. Ambas se realizaron el día 22 de Febrero de 2016.

1. Curva característica del diodo en polarización directa.

Materiales usados:

• Fuente DC
• Resistencia de 100Ω, 10W.
• Diodo 1N4004
• Multímetro RMS: Fluke
• Multímetro True RMS: Fluke 179 True RMS
• 2 Cables Banana-Caimán.
• 1 Cautín

[pic 11]

Figura 5. Circuito de polarización del diodo. Imagen tomada de [3].

Medición de la curva característica sin calentar el diodo.

1. Se armó el circuito de la Figura 5, utilizando una resistencia de 100Ω.

2. Comenzando desde 0.0V en la fuente se comenzó a medir la corriente por el circuito y la tensión sobre el diodo aumentando sucesivamente la tensión en la fuente hasta obtener suficientes datos para realizar la gráfica de la curva característica.
3. Los datos se registraron en la tabla 1.

Medición de la curva característica calentando el diodo.

1. Se armó el circuito de la Figura 5, utilizando una resistencia de 100Ω.

2. Se le acercó un cautín caliente al diodo para realizar las mediciones siguientes.
3. Comenzando desde 0.0V en la fuente se comenzó a medir la corriente por el circuito y la tensión sobre el diodo aumentando sucesivamente la tensión en la fuente hasta obtener suficientes datos para realizar la gráfica de la curva característica.
4. Los datos se registraron en la tabla 2.

1. Tiempo de recuperación inversa del diodo.

Materiales Usados:

• Generador de Señales: RIGOL DG1022
• Osciloscopio Análogo: Hitachi Oscilloscope V-252 20MHz
• 1 Resistencia de 1.5kΩ, 10W
• 1 Diodo 1N4004
• 1 Diodo 1N4148
• 2 Cables Banana-Caimán

1. Se armó el circuito de la Figura 5 (reemplazando la fuente DC por un generador de señales), utilizando una resistencia de 1.5kΩ (se decidió utilizar esta resistencia debido a que no se encontró una de 1kΩ).
2. Se utilizó el osciloscopio en vez del voltímetro para visualizar la gráfica de tensión vs tiempo y así poder medir el tiempo de recuperación inversa del diodo.
3. Se generaron cuatro ondas cuadradas a 100Hz, 1kHz, 20kHz y 200kHz; para las cuales se midieron los tiempos de recuperación inversa utilizando el osciloscopio.
4. Luego se reemplazó el diodo por uno 1N4148 y se volvió a realizar el punto 3.
5. Los datos obtenidos se pueden ver en las tablas 3 y 4.

Resultados y Análisis

TABLA I Caracterización de la curva del Diodo 1N4004 (Sin Cautín)

Con los datos arrojados por las mediciones hacemos la curva característica del diodo es la que se muestra a continuación.

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