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> Laboratorio III: Característica I-V del Diodo de Unión, Grupo: 02 Subgrupo: 02

1

INFORME III Característica I-V Del Diodo de Unión Subgrupo: 02 Nicolas Losada Bautista 20162150276 Juan Pablo Tierradentro Aya 20171156428 Juan Pablo Monje Díaz 20171154978 Tabla 4: Vd. e Id medidos en diodo de Si Resumen: Para esta práctica se tomó el diodo de Si y Ge para analizar su comportamiento, midiendo corriente y voltaje para hallar su curva de comportamiento, su voltaje umbral y su corriente de saturación inversa. Palabras claves: diodo, voltaje umbral, curva de comportamiento, corriente de saturación, resistencia.

I. DESARROLLO PRÁCTICO Se inició el laboratorio midiendo los diodos en directo y en inverso, inmediatamente tabulándolos en la Tabla 1.

Tabla 1: Medición de Diodos Silicio

VR(V)

0.1

0.2

0.3

0.4

VD(V)

0,48

0,51

0,53

0,54

ID(mA)

0,1

0,2

0,3

0,4

VR(V) VD(V) ID(mA)

0.5 0,55 0,5

0.6 0,56 0,6

0.7 0,57 0,73

0.8 0,58 0,85

0.9 0,58 0,99

VR(V) VD(V) ID(mA)

1 0,59 1,09

2 0,62 2,09

3 0,64 3,07

4 0,65 4,1

5 0,66 5,15

VR(V) VD(V) ID(mA)

6 0,67 6,17

7 0,68 7,29

8 0,68 8,21

9 0,69 9,15

10 0,69 10,1

Germanio

Directo

1380

1774

Inverso

0

0

Posteriormente, se procede a montar el circuito de la figura 1 y se midió la corriente y el voltaje en el diodo en función de la caída de tensión de la resistencia. Dicho procedimiento se realizó tanto con el diodo de silicio como con el de germanio, tabulando los datos del diodo de silicio en la Tabla 4 y los datos del diodo de germanio en la Tabla 5. Posteriormente se graficó la corriente en función del voltaje de los diodos, donde en la Grafica 2 se hizo con los datos de diodo de Si y la Grafica 2 con los datos del diodo de Ge.

Tabla 5: Vd. e Id medidos en diodo de Ge VR(V)

0.1

0.2

0.3

0.4

-----

VD(V)

0,21

0,23

0,24

0,25

-----

ID(mA)

0,1

0,2

0,3

0,4

-----

VR(V) VD(V) ID(mA)

0.5 0,25 0,5

0.6 0,26 0,6

0.7 0,26 0,72

0.8 0,27 0,81

0.9 0,27 0,91

VR(V) VD(V) ID(mA)

1 0,28 1,03

2 0,30 2,09

3 0,31 3,09

4 0,32 4,08

5 0,33 5,1

VR(V) VD(V) ID(mA)

6 0,34 6,12

7 0,35 7,17

8 0,36 8,18

9 0,37 9,16

10 0,37 10,2

> Laboratorio III: Característica I-V del Diodo de Unión, Grupo: 02 Subgrupo: 02 𝑉𝑓 − 𝑉𝑅 = 𝑅𝑚 𝐼

Grafica 2: Vd. vs Id medidos en diodo de Si

VD vs ID

ID (mA)

2

Donde Vf es el valor de la fuente, la resistencia de la fuente (R) = 940Ω, por lo tanto, VR es el voltaje en la resistencia de la fuente, e I es la corriente del circuito.

12 10 8

10,01 − 9,92 = 𝑅𝑚 ⇨ 𝑅𝑚 = 16,98 10,6𝑥10−3

6

4 2 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

VD (V)

1

Ya teniendo Rm se procedió a armar el circuito de la Figura 3 con el diodo de silicio para medir los otros datos necesarios para calcular Is. Los datos obtenidos se tabularon en la Tabla6. Con estos se operó para hallar Is 𝐼𝑠 =

Grafica 3: Vd. vs Id medidos en diodo de Ge ID(mA)

El mismo procedimiento se realizó con el diodo de germanio, tabulando los datos obtenidos en la Tabla 6. Consecutivamente, se procedió a hallar la resistencia dc de los diodos. Para eso medimos la tensión caída en el diodo y lo dividimos sobre la corriente (ley de ohm). Para el diodo de silicio:

VD Vs ID

12

0,005 ⇨ 𝐼𝑠 = 2,9x10−19 𝐴 (1,1𝑥106 ). (16,98)

10 8

𝑅𝐷 =

6

𝑉𝐷 18,5 𝑉 ⇨ 𝑅𝐷 = ⇨ 𝑅𝐷 = 1,795KΩ 𝐼 10,06𝑥10−3 𝐴

El mismo procedimiento se hizo para el diodo de germanio. En la Tabla 6 se tabuló estos datos.

4

2 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8 VD (V) 1

Posteriormente se procedió a calcular la corriente de saturación al circuito de la figura 3, de acuerdo con la siguiente ecuación: 𝐼𝑠 =

𝑉𝑅 𝑅𝑚𝑒𝑑. 𝑅𝑚

Donde Rm es la resistencia del multímetro. Para calcularla se amó un circuito en serie con Rem como la resistencia desconocida y por ley de ohm se obtuvo:

Tabla 6: Datos de los diodos polarizado en inverso Si Ge Rmed 1,01MΩ 1,01MΩ Rm 16,98Ω 16,98Ω VR 0,005 V 0,1 V IS (Calculada) 2,9x10-10A 5,83x10-9A RD (Calculada) 1,795KΩ 1,792KΩ Por último se halló la resistencia de los diodos en base a la Grafica 2 y Grafica 3 (cuando estaban polarizados en directo), para observar la tendencia de la resistencia cuando aumenta la corriente. Se volvió a usar la ley de ohm para dicho procedimiento. Los resultados se tabularon en la siguiente tabla: Tabla 7: Resistencia de los diodos Si ID (mA) VD RD 0.2 0,54 2,7K 1 0,59 590 5 0,66 132 10 0,69 69

Ge VD 0,51

0,59 0,66 0,69

RD 2,5K 590 132 69

> Laboratorio III: Característica I-V del Diodo de Unión, Grupo: 02 Subgrupo: 02 Por fallas técnicas y falta de tiempo, no se pudo realizar los demás procedimientos.

II. ANALISIS DE RESULTADOS Al observar los resultados obtenidos de las mediciones tabulados en la Tabla 4 y Tabla 5, los cuales se representan en la Grafica 2 y Grafica 3 se puede observar que el comportamiento tiende a ser exponencial y en consecuencia si trazamos una línea de tendencia exponencial se va a ajustar muy bien, como se puede observar a continuación

VD vs ID

ID (mA)

10 8 6 4 2 0 0,4

0,5

0,6

0,7

De tal manera, si tomamos la constante de proporcionalidad entre el voltaje del diodo y la corriente como resistencia, en la Tabla 7 se puede observar que la resistencia disminuye tendiendo a cero a medida que la corriente y/o el voltaje aumenta. El comportamiento tanto del modelo teórico como el real nos muestra que el diodo después de aplicar una tensión determinada (voltaje umbral) deja fluir corriente, la cual a medida que aumenta se disminuye la resistencia. III. CUESTIONARIO 2. e) De las curvas obtenidas del diodo de Si y de Ge representada en la Grafica 2 y 3 se puede observar que ambas tienden a tener un comportamiento exponencial, pero la curva del diodo de Ge inicia en un voltaje menor que la del Si y no sobrepasan los 0,4 V, lo que significa que el diodo de Ge tiene un voltaje de activación menor que el diodo de Si.

Grafica 4: Tendencia de Vd. vs ID del diodo de Si 12

0,8

VD (V)

Hay que tener en cuenta por supuesto que las mediciones tienen implícito un error, el cual es la sumatoria de varios errores que se generan al momento de medir, como el error máximo de fabrica del instrumento y su sensibilidad, errores relativos como la tolerancia de las resistencias y las aproximaciones que se hacen al hacer los cálculos y el error causador por el operador del instrumento. Dicho error numéricamente no es necesario hallarlo porque idealmente el comportamiento del diodo no toma similitud por estar modelado tan drásticamente, como se puede observar al comparar la Grafica 1 con la Grafica 2, que una curva exponencial no tiene nada de parecido a una recta, y en consecuencia si a la Grafica 2 Se le haya una tendencia lineal, la recta toma una pendiente muy diferente a la de la Grafica1, como se observa a continuación:

3. d) Según la corriente de saturación vista en la Tabla 6 se observa que dichas corrientes son muy pequeñas y que la del diodo de Si es menor que la del diodo de germanio, la cual se produce porque hay portadores minoritarios de carga generados por la energía termina, los cuales también va en función del nivel de dopado del dispositivo. Como la temperatura es constante se entiende entonces que la diferencia radica en las estructuras físicas de los dispositivos. f) La resistencia del diodo no es suficientemente grande para tomar como un circuito abierto un circuito serie con un resistor en rango de KΩ. 4 b) La resistencia cuando la corriente aumenta y el punto de operación del diodo se mueve a hacia la sección de crecimiento vertical tiende a cero, debido a IV. CONCLUSIONES •

Grafica 4: Tendencia lineal de VD vs Id del diodo de Si

VD vs ID

ID (mA)

3

•

12 10 8 6 4

Se establece que un diodo cuando esta polarizado requiere de un voltaje alrededor de los 0,6V para conducir corriente, por debajo de este valor prácticamente no hay corriente de avance. Cuando el voltaje aumenta hasta un valor que alcanza los 0.6V, una corriente de avance se establece a través del diodo. Cuando el voltaje sube un poco de 0.6V la corriente a través del diodo crece rápidamente. La curva i-v es casi vertical en este punto cuando un diodo se encuentra en polarización inversa no se mantiene en esta posición para siempre. Cuando el voltaje alcanza un valor negativo alto en magnitud, conocido como voltaje de ruptura, el diodo logra conducir corriente en sentido opuesto, aunque puede llegar a estropear el dispositivo

2 0 -2 0

REFERENCIAS 0,2

0,4

0,6

0,8

1

-4

[1] [2]

VD (V)

Mark N. Horenstein, “Materiales Semiconductores,” Circuitos y Dispositivos Mircroelectrónicos, 2th ed. Mark N. Horenstein, “Caracteristicas físicas del diodo de union PN,” Circuitos y Dispositivos Mircroelectrónicos, 2th ed.