Informe de diodos semiconductores

[pic 1]LABORATORIO ELECTRÓNICA I – GRUPO S542 – INFORME N°1

Diodos semiconductores

Carabalí Mina Daniel Oswaldo

Facultad de ingenierías, Ingeniería Electrónica, Institución Universitaria Antonio José Camacho

Cali, Valle, Colombia

Abstract— This document presents the theoretical and simulated results in circuits where the diodes are implemented and the variety of use and applications of these diodes is observed. However, the concepts of polarization (Forward and Reverse), threshold voltage and ideal diode are also described. Additionally, the Multi sim® simulation software is used, it contains the fundamental elements to carry out a correct simulation.

Palabras clave— Diodo, polarizacion, tension de umbral, diodo ideal.

1. INTRODUCCIÓN

E

Ste documento presenta los resultados teóricos y simulados en circuitos donde se implementan los diodos y se observa la variedad de uso y de aplicaciones de estos mismos. No obstante, también se describen los conceptos de la polarización (Directa e Inversa), tensión de umbral y diodo ideal. Adicionalmente, se utiliza el software de simulación Multi sim®, este contiene los elementos fundamentales para llevar a cabo una correcta simulación.

1. OBJETIVO

1. Identificar las principales características de los diodos semiconductores y su respuesta.
2. Determinar el estado de funcionamiento de un diodo.
3. Identificar las formas de polarización de un diodo.

1. MARCO TEÓRICO

1. El diodo

El diodo es un dispositivo semiconductor formado, básicamente, por la unión de un material semiconductor de tipo N con uno de tipo P con dos terminales, ánodo y cátodo, que permiten su conexión a un circuito. Exhibe una relación no lineal en la tensión entre sus terminales y la corriente que lo atraviesa, presentando una baja resistencia en una dirección (polarización directa) y muy alta resistencia en sentido contrario (polarización inversa). (Gonzalez, 2015)

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Fig. 1. Representación del diodo y su polarización

Si se divide un monocristal de silicio puro en dos zonas cuya frontera queda definida por un plano, una zona se dopa con impurezas de tipo P y la otra de tipo N (fig. 2). La zona P tiene un exceso de huecos, y se obtiene introduciendo átomos del grupo III en la red cristalina (por ejemplo, boro). La zona N dispone de electrones en exceso, procedentes de átomos del grupo V (fósforo). En ambos casos se tienen también portadores de signo contrario (portadores minoritarios), aunque en una concentración varios órdenes de magnitud inferior que la de los portadores mayoritarios. (SCHIAVON, 2012)

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Fig. 2. Unión P-N en un diodo

Según (SCHIAVON, 2012) debido a la neutralidad en cada zona de la carga total, por cada electrón hay un Ion positivo, y en cada hueco un Ion negativo, no existen distribuciones de carga neta ni campos eléctricos internos. Al existir dos zonas de diferente concentración de portadores, los efectos de la difusión entran en juego, ya que tiende a llevar partículas de donde hay mas a donde su numero es mas reducido. Este movimiento de portadores de carga tiene como efecto que a ambos lados de la unión se va creando una zona de carga, que es positiva en la zona N y negativa en la zona P tal como se muestra en la figura 3. La distribución de cargas formada en la región de la unión provoca un campo eléctrico desde la zona N a la zona P.

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Fig. 3. Formación de la unión P-N

Según (Gonzalez, 2015) se debe tener en cuenta que, cuando la polarización directa es Anodo-Catodo la tensión será positiva (), mientras que para la polarización inversa sucede todo lo contrario pues la tensión Anodo-Catodo será negativa ().[pic 5][pic 6]

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Fig. 4. Polarización directa e inversa

1. MATERIALES

• 1 diodo de Germanio 1N100 o equivalente.
• 5 diodos de Silicio 1N4004 o equivalente.
• LEDs (rojo, verde, azul y blanco).
• 2 resistencias de 1KΩ y 220Ω a ¼ W.
• Diodo de Shockley.
• Protoboard.
• Cable UTP.

1. PROCEDIMIENTOS

1. Para determinar si un diodo presenta algún defecto, es necesario probar si se encuentra en: corto, abierto o si tiene fugas excesivas. Consigne cada una de las lecturas obtenidas y anótelas en la tabla 1.
2. Montar en protoboard y simular el circuito de la Figura 1.

[pic 8]Fig.5. Circuito N°1 con diodo.

1. Medir y anotar en la tabla 2 los valores de VD e ID para cada valor de entrada de Vin utilizando el diodo de Silicio.

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Fig. 6. Formación de la unión P-N

1. Teniendo en cuenta el circuito de la figura 5 calcule ID para los siguientes voltajes de la fuente:  

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Tensión de umbral de un diodo de silicio = 0,7 V

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• [pic 14]

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1. Implementar los circuitos de la figura 2 y la figura 3 y consignar la información en el modelo de la tabla 3. El interruptor (S) está cerrado y tenga en cuenta la polarización de la fuente de alimentación y el sentido de conexión de los diodos.

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Fig.7. Circuito N°2 con diodos.

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Fig.8. Circuito N°3 con diodos.

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Fig.9. Circuito esquemático polarización inversa con diodos.

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Fig.10. Circuito esquemático polarización directa.

1. Teniendo en cuenta el circuito de la figura 2 calcule la corriente del circuito si se tiene los siguientes valores:

•  [pic 21]
• [pic 22]

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1. Con respecto al circuito de la figura 3 determine el valor del voltaje diodo de silicio y el valor de la corriente.
2. Implementar los circuitos de la figura 4, consignar la información en el modelo de la tabla 4. El interruptor (S) está cerrado y tenga en cuenta la polarización de la fuente de alimentación y el sentido de conexión de los diodos. 

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Fig.4. Circuito N°4 con diodos.

1. Teniendo en cuenta la figura 4 determine el valor de las corrientes , , .[pic 27][pic 28][pic 29]
2. Implementar en el circuito de la figura 5 consignar la información en el modelo de la tabla 5. Tenga en cuenta los interruptores (S1 y S2) y la polarización de la fuente de alimentación y el sentido de conexión de los diodos.  

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Fig.11. Circuito N°5 con diodos.

1. RESULTADOS

    Tabla 1. Medidas de laboratorio.

    Tabla 2. Toma de datos diodo de silicio.

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