Características del Diodo: La Curva I-V.

I. 1 – Características del Diodo: La Curva I-V.

[pic 1]

Pasos a seguir en el laboratorio:

(a) Seleccione un diodo de silicio de señal (por ejemplo el 1N914) y coloque una etiqueta con cinta para referencia futura.

(b) Usando una fuente de alimentación DC y dos multímetros digitales, mida y trace el gráfico de la característica corriente contra voltaje en el rango -1 voltio hasta +1 voltio. Para polarización directa, escoja corrientes que incrementen en una secuencia de 1, 2, 5, 10 mA. Use una resistencia de aproximadamente 500 ohm para proteger el dispositivo, y asegúrese de no exceder una corriente en directa de I = 100 mA, aún si esto ocurre antes de alcanzar una caída de voltaje en directa de 1 voltio.

(c) Describa sus resultados y ajústelos a la ecuación del diodo de “Shockley”. Extraiga el valor de Is, de su trazo, asumiendo que la ecuación de Shockley es válida.

(d) Los diodos reales tienen resistencias del orden de 100 ohm. Si no toma en cuenta esto cuando resuelva el circuito para calcular la corriente, sus resultados pueden ser incorrectos. Considere el modelo siguiente:

        [pic 2]

Usando los datos de dos puntos, usted debería ser capaz de determinar tanto Rs como Is para el diodo real – 100 uA y 10 mA son dos buenos valores de corriente a usar para este tipo de diodo. La ecuación siguiente describe el modelo Shockley:

[pic 3]

Usted puede obtener datos de dos puntos usando los valores sugeridos de corriente y resolver las ecuaciones simultáneas, o también puede simplificar el análisis, despreciando uno de los términos para uno de los puntos de datos (tomando en cuenta de que Rs es a lo sumo de 100 ohm). Usar ambos Rs e Is, en sus modelos de SPICE.

Solución

Tabla 1: Voltajes y corrientes medidos en el diodo D1.

Gráfica de ID contra VD con los datos experimentales de la tabla 1.

[pic 6]

c)  Ahora procederemos a encontrar Rs e Is por medio de los datos experimentales de la tabla 1 usando la ecuación de Shockley:

[pic 7]

 [pic 8][pic 9]

Esta ecuacion se puede reescribir como:

[pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

Retomando los valores de la tabla 1,
[pic 13]

Y sustituyendolos en la ecuacion anterior, se tiene que:

[pic 14]

[pic 15]

Si se despeja IS en (1) para los datos anteriores:

[pic 16]

[pic 17]

[pic 18]

[pic 19]

[pic 20]

2 – Características del Diodo: Grandes Señales.

[pic 21]

(a) Armar el circuito de la figura B. Aplique una onda senoidal de +10V con un desplazamiento de 0 V en Vin. Observe la salida en extremos de la resistencia

R1.

(b) Graficar, sobre una pieza de papel gráfico lineal-lineal, las formas de onda de entrada (Vin) y de salida (voltaje en extremos de R1) que usted observa. Indicar y etiquetar los puntos en el voltaje máximo y mínimo. Explicar la diferencia entre la entrada y la salida.

Solución

a)

[pic 22]

Circuito B implementado en el laboratorio.

b)        

[pic 23]

Senal de entrada Vin (10 Vpp, 1kHz, Offset 0)

[pic 24]

Señal de salida en los extremos de la resistencia R1

Este circuito es una de las aplicaciones mas sencillas de los diodos, el circuito Rectificador, el cual esta conformado por la conexión en serie de un diodo (D1) y un resistor (R), el peculiar comportamiento de la señal en la resistencia se debe a que durante los semiciclos positivos de la senoide de entrada el voltaje Vin posistivo hara que la corriente pase por el diodo en sentido directo. De ello se desprende que el voltaje en el diodo sera muy pequeño y el voltaje de salida sera igual al de entrada. Por otra parte, durante los semiciclos negativos de Vin el diodo no conducira y el voltaje medido en la resistencia sera idealmente cero (como se muestra en la figura), en Vin se alterna la polaridad y su valor promedio es cero, mientras que el voltaje en la resistencia es unidireccional y tiene un valor promedio finito o un componente de dc. Este circuito por lo tanto rectifica la señal y por ello se le denomina rectificador. Una de sus aplicaciones podria ser generar dc a partir de ac.

(c) Modificar el circuito de acuerdo a lo mostrado en el circuito C. Observar la forma de onda tal como se hizo en la parte (a) usando una señal de +10V pico-a-pico.

(d) Dibujar sobre una pieza de papel lineal-lineal, las formas de onda de entrada Vin y salida (voltaje en extremos de RL). Indicar y etiquetar los puntos de voltajes máximo y mínimo. Explicar la diferencia entre las señales de entrada y salida.

[pic 25]

Solución

c)

[pic 26]

d)

[pic 27]

Forma de onda de entrada

[pic 28]

Formada de onda en los extremos de la resistencia RL.

El circuito C es otra de las importantes aplicaciones de los diodos, conocido como Rectificador de Onda Completa, específicamente la configuración en puente.

El rectificador de onda completa utiliza ambas mitades de la senoide de entrada. Para proporcionar una salida unipolar, invierte las mitades negativas de la onda senoidal.

[pic 29]

El circuito rectificador en puente opera de la siguiente manera: durante los semiciclos positivos del voltaje de entrada, Vin es positivo y, por tanto, la corriente se conduce a través del diodo D1, el resistor y el diodo D2. Mientras tanto los diodos D3 y D4 tienen polarización inversa. Hay que observar que hay dos diodos en serie en la ruta de conducción y, por tanto, el voltaje en RL será dos caídas de diodo menor que Vin, esta es una de las desventajas del rectificador en puente.

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