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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR RUMIÑAHUI CARRERA EN TECNOLOGÍA EN ELECTRÓNICA LABORATORIO DE ELECTRÓNICA ASIGNATURA: ELECTRÓNICA DE POTENCIA

Practica de Laboratorio No. 1 Tema: CARACTERIZACIÓN DE DIODO DE POTENCIA Objetivos: 

En esta práctica se caracteriza el comportamiento estático y dinámico de diferentes diodos de potencia. Comparando los resultados se podrán obtener conclusiones en cuanto a los rangos de funcionamiento para polarizaciones directa e inversa, así como del tiempo de respuesta de cada uno de los dispositivos.

Teoría: El diodo de Potencia Un diodo de potencia es un dispositivo de unión p-n de dos terminales, por lo general una unión p-n está formada por aleación, difusión y crecimiento epitaxial. Las técnicas modernas de control en los procesos de difusión y epitaxiales permiten obtener las características deseadas para el dispositivo (Muhammad, 2014). Cuando el potencial del ánodo es positivo con respecto al cátodo, se dice que el diodo tiene polarización directa o positiva y el diodo conduce. Un diodo en conducción tiene una caída de voltaje directa relativamente pequeña a través de sí mismo; la magnitud de esta caída de voltaje depende del proceso de manufactura y de la temperatura de la unión (Muhammad, 2014). Cuando el potencial del cátodo es positivo con respecto al ánodo, se dice que el diodo tiene polarización inversa. Bajo condiciones de polarización inversa, fluye una pequeña corriente inversa (conocida como corriente de fuga) cuya magnitud crece lentamente en función del voltaje inverso hasta llegar al voltaje avalancha o Zener. Uno de los dispositivos más importantes de los circuitos de potencia son los diodos, aunque tienen, entre otras, las siguientes limitaciones:  

Son dispositivos unidireccionales, no pudiendo circular la corriente en sentido contrario al de conducción. El único procedimiento de control es invertir el voltaje entre ánodo y cátodo.

Curva Característica del Diodo Los diodos de potencia se caracterizan porque en estado de conducción, deben ser capaces de soportar una alta intensidad con una pequeña caída de tensión. En sentido inverso, deben ser capaces de soportar una fuerte tensión negativa de ánodo con una pequeña intensidad de fugas, tal y como se muestra en su curva característica.

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Ecuación Schockley Las características v-i mostradas en la figura anterior se puede expresar mediante una ecuación conocida como la ecuación Schockley de diodo, y está dada por:

𝐼𝐷 𝑉=𝐷 = 𝐼𝑆 = n 𝑉𝑇 =

Corriente a través del diodo, A Voltaje del diodo con el ánodo positivo con respecto al cátodo, V Corriente de fuga (o corriente de saturación inversa) Constante empírica (coeficiente de emisión o factor de idealidad) varia 1 a 2 Constante Voltaje Térmico

A continuación, vamos a ir viendo las características más importantes del diodo, las cuales podemos agrupar de la siguiente forma: Características estáticas:  Parámetros en bloqueo (polarización inversa).  Parámetros en conducción.

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Modelo estático.

Características dinámicas:  Parámetros de encendido.  Parámetros de apagado  Influencia del trr en la conmutación. Características de la recuperación inversa

Tiempo de recuperación inversa 𝒕_𝒓 , Puede definirse como el intervalo de tiempo entre el instante en que la corriente pasa a través del cero , durante el cambio de la conducción directa a la condición de bloqueo inverso.

La corriente inversa pico se puede expresar de la siguiente forma:

La carga de recuperación inversa 𝑸_𝑹 , es la cantidad de portadores de carga que fluyen a través del diodo en dirección inversa debido a un cambio de la conducción directa a la condición de bloqueo inverso

Ecuaciones:

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Material necesario        

Voltímetro digital Fuente de alimentación regulada Osciloscopio digital Resistencias: 100Ω, 1K, 100K, 1MEG Diodo de red: 1N4007 o similar Diodo Schottky de potencia: MBR735 o similar Diodo de potencia: BYW29-200 o similar Protoboard

Procedimiento En esta práctica se pretende, en primer lugar, medir la característica estática de los diodos de potencia, obtenida punto a punto en un circuito rectificador simple (R-D). Se comparan los resultados obtenidos con medidas realizadas con diodos de red, potencia y Schottky respectivamente. En segundo lugar, se mide el comportamiento dinámico de los diferentes diodos ensayados, sometiéndolos a conmutaciones rápidas, resaltando los problemas en el corte asociados a la recuperación inversa para aquellos componentes con respuesta temporal lenta.

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR RUMIÑAHUI CARRERA EN TECNOLOGÍA EN ELECTRÓNICA LABORATORIO DE ELECTRÓNICA ASIGNATURA: ELECTRÓNICA DE POTENCIA Caracterización estática Polarización directa Montar el circuito de la figura 1, con los diodos polarizados directamente. Variando la tensión de alimentación Vi de 0 a 10V, en incrementos de 0.5V, anotar en cada caso el punto de trabajo (Id, Vd) que permitirá trazar la característica estática para cada tipo de diodo. El valor de R1 ha de ser 100 Ω. Se realizará la caracterización del diodo de red y se comparará posteriormente con el diodo Schottky. Así se podrán determinar las diferencias entre ambos en el funcionamiento estático. Adicionalmente, si dispone de tiempo, puede obtener la característica estática también para el diodo de potencia siguiendo el mismo procedimiento. Polarización inversa: corriente inversa de saturación Determinar la resistencia interna equivalente para polarización inversa para cada uno de los diodos midiendo la corriente en inversa para dos tensiones de 10V y 20Ven el esquema de la figura 1. Debido al reducido valor de Io (corriente inversa de saturación), realizar la medida ensayando con resistencias serie de alto valor (100K, 1M). Anotar también el valor de Io. Comprobar la variación de Io con la temperatura calentando el diodo con un dedo. Caracterización dinámica: tiempo de recuperación inversa Utilizando el generador de señal, seleccionar forma de onda cuadrada de amplitud 10Vpp y montar el circuito de conmutación de la figura 2. Representar las formas de onda de la tensión en la resistencia para los diferentes diodos para frecuencias de 10 kHz y 100 kHz. Determinar el tiempo de recuperación inversa de los diferentes diodos en la forma indicada en la figura 3.

Se determinarán las gráficas en conmutación para todos los diodos disponibles comparando la velocidad de los mismos.

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HOJA DE RESULTADOS Caracterización estática: Polarización Directa a) Dibujar la curva Id-Vd (característica estática) para el diodo de red proporcionado. Incluir en una tabla los valores que se utilizan para poder construir la curva gráfica tal y como se describe en la memoria de la práctica.

b) Dibujar la curva Id-Vd (característica estática) para el diodo Schottky proporcionado. Incluir en una tabla los valores que se utilizan para poder construir la curva gráfica. No es necesario medir todos los puntos indicados en la memoria, sino que es decisión del alumno elegir los puntos más relevantes (con 4-5 puntos puede bastar).

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Caracterización estática: Polarización Inversa a) Dibujar la recta que describe el funcionamiento del diodo de red en polarización inversa. Indicar los valores de tensión que caen en el diodo y en la resistencia en ambos casos. Calcular la corriente inversa de polarización y la resistencia en inversa.

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR RUMIÑAHUI CARRERA EN TECNOLOGÍA EN ELECTRÓNICA LABORATORIO DE ELECTRÓNICA ASIGNATURA: ELECTRÓNICA DE POTENCIA b) Dibujar la recta que describe el funcionamiento del diodo Schottky en polarización inversa. Indicar los valores de tensión que caen en el diodo y en la resistencia en ambos casos. Calcular la corriente inversa de polarización y la resistencia en inversa.

c) Dibujar la recta que describe el funcionamiento del diodo de potencia en polarización inversa. Indicar los valores de tensión que caen en el diodo y en la resistencia enambos casos. Calcular la corriente inversa de polarización y la resistencia en inversa.

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR RUMIÑAHUI CARRERA EN TECNOLOGÍA EN ELECTRÓNICA LABORATORIO DE ELECTRÓNICA ASIGNATURA: ELECTRÓNICA DE POTENCIA Caracterización dinámica en conmutación a) Esbozar las gráficas en conmutación del diodo de red proporcionado para las frecuencias descritas en la memoria de la práctica. Determinar el tiempo de recuperación inversa en ambos casos. ¿Qué conclusiones se pueden sacar en cuanto a la velocidad de respuesta?

b) Esbozar las gráficas en conmutación del diodo de potencia proporcionado para las frecuencias descritas en la memoria de la práctica. Determinar el tiempo de recuperación inversa en ambos casos. ¿Cuál de los dos diodos tiene una respuesta más rápida?

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR RUMIÑAHUI CARRERA EN TECNOLOGÍA EN ELECTRÓNICA LABORATORIO DE ELECTRÓNICA ASIGNATURA: ELECTRÓNICA DE POTENCIA c) Esbozar las gráficas en conmutación del diodo shottky proporcionado para las frecuencias descritas en la memoria de la práctica. Determinar el tiempo de recuperación inversa en ambos casos. ¿Cuál de los dos diodos tiene una respuesta más rápida?

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR RUMIÑAHUI CARRERA EN TECNOLOGÍA EN ELECTRÓNICA LABORATORIO DE ELECTRÓNICA ASIGNATURA: ELECTRÓNICA DE POTENCIA Informe Practica No. 1 Procedimiento Describir lo realizado en el taller, adjuntando los valores obtenidos en cada circuito (hoja de datos). Describir los pasos realizados, para la obtención de formas de Ondas (captura de imágenes) Describir la metodología aplicada Análisis de resultados Presentar los datos obtenidos con su respectivo análisis Análisis de errores Cuestionario ¿Qué es la corriente de fuga? Caracterización dinámica en conmutación ¿Qué conclusiones se pueden sacar en cuanto a la velocidad de respuesta? ¿Cuál de los dos diodos tiene una respuesta más rápida? Conclusiones Realizar una conclusión por cada miembro del equipo Recomendaciones Realizar una recomendación por cada miembro del equipo. Bibliografía La bibliografía debe ser en formato APA versión 6.