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Practica 2 “Diodos Rectificadores”

Objetivo: 1.- Identificar el comportamiento rectificante en el diodo 2.- Identificar el ánodo (región P) y el cátodo (región N)en un diodo rectificador. 3.- Obtener y comprar la curvas características (V – I), de diodos rectificadores de silicio y germanio. En cada caso determinar el valor del voltaje de humbral y calcular las resistencias estática y dinámica en le región directa de conducción, para un punto de operación Q (VB , ID) arbitrario. 4.- Observar y reportar las variaciones que se presentan en la curva característica V – I en el voltaje de umbral y en la corriente de fuga de los diodos rectificadores cuando varía la temperatura. Desarrollo Experimental: Conceptos Básicos: El funcionamiento de este diodo, a grandes rasgos es la siguiente: En la zona directa se puede considerar como un generador de tensión continua, tensión de codo (0.5 – 0.7 V para el silicio y 0.2 – 0.4 V para el germanio). Cuando se polariza en inversa, se puede considerar como un circuito abierto. Cuando se alcanza la tensión inversa de disrupción (zonanversa) se produce un aumento drástico de las corriente que puede llegar a destruir el dispositivo. Este diodo tiene un amplio margen de aplicaciones: circuitos rectificadores, limitadores, fijadores de nivel, protección contra circuitos, demoduladores, mezcladores,osciladores, bloqueo y bypass en instalaciones fotovolcaicas, etc.:

Cuando usamos un diodo en un circuito se debe de tener en cuenta las siguientes consideraciones (a partir de la hojas de características suministradas por el fabricante): 1.- La tensión inversa máxima aplicable al componente, repetitiva o no (VRRR máx. o VR máx, respectivamente) a de ser mayor (del orden de tres veces) que

la máxima que este va a soportar. 2.- La corriente máxima en sentido directo que puede atravesar el componente, repetitiva o no (IFRM máx. E IF máx. ), a de ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar. 3.- La potencia máxima que puede soportar el diodo (potencia nominal) a de ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar. Material: Osciloscopio de doble trazo. Generador de Señales. Multímetro analógico y/o digital. Una pinza de punta. Una pinza de corte. 6 cables Caiman – Caimán de 50 cm. 6 cables Caiman – Banana de 50 cm. 6 cables Banana – Banana de 50 cm. 4 cables coaxiales que tengan en un extremo terminación BNC y en el otro Caimanes. Tablilla de conexiones (protoboard) 2 Diodos de silicio 1N4004 o equivalente. 1 Diodo de Germanio OA81 o equivalente. 2 Resistores de 1 Ka ½ watt. 1 encendedor. 1 Lupa.

Experimento: 1.- Es requisito que para antes de realizar la práctica el alumno presente porescrito y en forma concisa y breve los siguientes puntos sobre el diodo rectificador y del resistor. Símbolo de Diodo. Esquema típico de uniones de diodo. Modelo matemático del diodo. Modelo gráfico (curva característica V- I) del diodo. Comportamiento rectificante del diodo. Comportamiento resistivo del diodo. Principales parámetros del diodo Su definición. El profesor deberá revisar que el alumno cumpla con este punto antes de entrar al laboratorio, así como se presente con los circuitos correspondientes debidamente armados, de NO satisfacer esta indicaciones el alumno NO tendrá

derecho a quedarse en el laboratorio y se le considerará como falta al mismo. 2.- Identificar el comportamiento rectificante de un diodo. Armar el circuito mostrado en la figura 1, colocar el diodo rectificador y observar el comportamiento de este elemento en el osciloscopio (en nodo XY), en a figura 2.a dibijar la gáfica que se obtiene.

Figura 1.a …. Circuito propuesto para observar el comportamiento rectificante de un diodo. El voltaje pico de la señal de excitación puede elegirse entre 5 y 15 V y la frecuencia entre 60 y 1 kHz.

Figura 1.b … Gráfica (características eléctricas que muestra el comportamiento rectificante de un diodo.

Figura 2.a …. Gráfica del elemento rectificante (diodo).

Figura 2 . Gráfica que se obtiene en elosciloscopio para el circuito de la figura 1.a, donde “V “es el voltaje en el elemento bajo prueba medido en el canal 1 del osciloscopio (canal X), e “I” es la corriente que circula en el elemento (corresponde al voltaje en la resistencia muestreadora dividido entre el valor de esta resistencia) medida en el canal 2 (canal Y) del osciloscopio. 2.2.- Distinguir el comportamiento óhmico para diferentes elementos electrónicos, mediante el uso de un multímetro en su función de óhmetro. Cuando un multímetro en su función de óhmetro, se usa para identificar las terminales de un dispositivo, requiere que se conozca previamente cual de sus terminales es positiva “voltaje de la batería interna del mismo) y cual de ellas es negativa, ya que en base a esto, podremos saber cuando un par de terminales de algún dispositivo se polariza directa o indirectamente y de esta manera conocer en forma indirecta el tipo de regiones semiconductoras (P o N), que dicho dispositivo contiene entre esas terminales. Para saber cual termina es la positiva y cual es la negativa en el óhmetro, use un multímetro en su función de voltímetro, tal como se muestra en la figura 3.

Figura 3. Circuito equivalente de un óhmetro analógico y la forma de medir cualquier terminal es positiva y cual es negativa. Después de realizar las mediciones que se indican en la figura 3 lleve acabolas mostradas en la figura 4 y reporte las lecturas que se indican en la tabla 1. Para este punto se recomienda al alumno el uso de un multímetro analógico y que elija la misma escala para la realización de todas las mediciones que haga, con el fin de que pueda hacer una adecuada comparación entre las lecturas tomadas.

Figura 4.a … Diodo bajo prueba. Figura 4. Mediciones que permiten identificar con ayuda del óhmetro, el comportamiento rectificante (diodo).

Elemento bajo prueba Resistencia medida entre las terminales T1(+) y T2 (-)……………………… 4.78Mohms Resistencia medida entre las terminales T! (-) y T2(+)……………………….Mayor a la escala Diodo (comportamiento rectificante)

Tabla 1. Mediciones de resistencia realizadas con el óhmetro para el caso de un resistor y un diodo rectificador. 3.- Identificar el ánodo (región P) y el cátodo (región) en un diodo rectificador. Para la identificación de las terminales de un diodo rectificador, se puede emplear diferentes método, se sugiere que se haga usando un óhmetro analógico y se llene la tabla 2. Debido a que un diodo rectificador presenta comportamiento rectificante si el ánodo se polariza con voltaje positivo (mayor el voltaje de umbral) con respecto al cátodo el diodo conduce corriente apreciable, comportándose como una pequeña resistencia (a esto se le conoce como polarización directa) y cuando se convierte esa polaridad en eldiodo, la corriente que circula es despreciable comportándose como una resistencia muy grande (polarización inversa). Tomando en cuenta estos conceptos como la polarización del óhmetro y las mediciones de la tabla 1 es posible en cual terminal está la región semiconductora P (ánodo) y en cual terminal está la región N (cátodo) de un diodo semicinductor. Diodo Resistencia medida entre las terminales A(+) y K(-) …………………………………………4.78Mohms Resistencia medida entre las terminales A(-) y K (+) …………………………………………mayor al rango De silicio 1N4004

De germanio OA81

Tabla 2. Mediciones de resistencia en un diodo de Si y en uno de Ge, polarizados directa e indirectamente usando la pila interna del óhmetro.

Mediante las mediciones reportadas en la tabla 2, diga: ¿Cuál de las terminales (T1 y T2) corresponde al cátodo y cual al ánodo)?. T1.-corriente apreciable T2.-corriente despreciable

En la figura 5. Dibuja con detalle la figura física y las indicaciones (letras, números, rayas, etc.) de cada uno de los diodos, indicando cual de las terminales es el ánodo y cual el cátodo.

Figura 5.2 Diodo de Silicio.

Figura 6.b Diodo de Germanio. Figura 5. … Dibujos de la presentación física e indicaciones de los diodos 1N4004 y AO81. 4.- Obtener y comparar las curvas características (V – I ), de un diodo rectificador de silicio y uno de germanio. En cada caso determinar el valor del voltaje de umbral y calcular la resistencia estática y dinámica enla región directa de conducción, para un punto de operación Q(VD, ID) arbitrario.

Arma el circuito de la figura 6, coloca las terminales de osciloscopio como se muestra (usándolo en su modo XY) y obtener la curva característica V1, primero para el diodo de silicio, y posteriormente para el diodo de germanio, reporta ambas gráfica en la figura 7 y llenar con los datos solicitados la tabla 3.

Figura 6.a … Circuito propuesto para obtener la curva característica de los diodos. El voltaje pico de la señal de excitación puede entra entre 5 y 15 V y la frecuencia entre 60 y 1 kHz.

Figura 6. b … Curva característica de un diodo de Si.

Figura 6.c … Curva característica de un diodo de Ge.

Figura 6.

Figura 7.a Curva característica del diodo de silicio.

Figura 7.b … Curva característica del diodo de Germanio

Figura 7. Gráfica de V-I para el diodo de Si y Ge, que se obtiene en el osciloscopio usando el circuito de la figura 6.a Diodo bajo prueba Voltaje de umbral medido en V………………………………………………………..448mV Voltaje máximo medido en V……………………………………………………………… 640mV Corriente máxima medida en la curva en (mA) ……………………………………..6.4mA De silicio IN4004

De germanio OA81

Tabla 3. Mediciones de voltaje de umbral y de voltaje – corriente para el punto de operación máximo que permite el circuito 6, para el diodo de Si y Ge a temperatura ambiente. 5.-Observar y reportar las variaciones que se presentan en la curva característica en el voltaje de umbral y en la corriente de fuga de los diodos rectificadores cuando aumenta la temperatura ambiente. 5.1 Utilizando el mismo circuito de la figura 6.a, acercar un cerillo encendido (por un tiempo no mayor a 5 seg.) el diodo bajo prueba y reportar en la figura 8 lo que observa. Para el diodo de silicio aumenta la temperatura ambiente acercando el cerillo encendido el tiempo necesario para que se observe como la curva característica del dispositivo se modifica al modo de que el diodo se comporta como una resistencia de algunos cuantos ohms (al aumentar la temperatura el voltaje del umbral disminuye y la corriente de saturación inversa crece, si este aumento de temperatura es considerable puede hacer que el diodo se comporte asi como un corto circuito). Después de observar esto retirar el cerillo encendido y esperar que el diodo recupere su característica “normal”. Puede suceder que el diodo ya no se recupere, esto significa que ha quedado dañado definitivamente, en el caso de que si se recupere, es preferible ya no utilizarlo en otras aplicaciones, debido a que en mayoría de los casos en que se presenta este calentamiento excesivo el dispositivo queda con algunas alteraciones que pueden dar problemas en el momento de su aplicación en otro circuito. FIGURA.-8.a Curva característica del diodo de silicio

FIGURA 8.a.-curva caracterisitica del diodo del silicio

5.2.-Con el diodo que ha quedado dañado o afectado por el aumento de temperatura usando pinzas, rompa el encapsulado y con todo detalle dibuje.

1.-Para la figura 1. Cual elemeto presenta comportamiento rectificante, Por que? -Diodo rectificante, por que tiene ganancia en el circuito 2.-Para el circuito de la fiugura 1. Determine.Cual seria la corriente máxima que podría tenerse en el circuito si usa un voltaje pico de 10V y una resistencia muestreadora de 100 ohms? 3.-Establezca el método general para identificar un diodo (comportamiento rectificante), usando el óhmetro

-comlocando el óhmetro del voltaje mas bajo e ir aumentando la escala hasta encontrar el voltaje del diodo

4.-Investigue de que otra forma se puede identificar el anodo y el catodo de un diodo usando los multímetros digitales y Explique -Puedes usar el Multímetro en la función de continuidad, que tiene el Multímetro, pones la punta negra (común) en un extremo del diodo, y en la otra pones la punta roja, si te da resistencia infinita, cambia las puntas y te dará una lectura que podría variar a mi me da un aproximado de 500, entonces la pata del diodo que este en la punta negra es el catodo, y el que tiene la punta roja es el anodo.

5.-Cuando se polariza directamente un diodocon un voltaje menor al voltaje de umbral. De que orden espera medir el valor de la resistencia equivalente que presenta el diodo? -De menor a mayor corriente 6.-Determine el valor de la resistencia estaticaen la región directa de conducción(para el punto de operación con corriente de 2mA) tanto para el diodod de silicio como para el de germanio indique. Cual de los dos presenta mayor resistencia estatica? -el diodo de germanio por su mayor conductividad 7.-Determine el valor de la resistencia dinámica en la región directa de conducción (para el punto de operación con corriente de 2mA) para el diodo de silicio como para el de germanio indique. Cual de ellas es mayor? -el diodo de silicio 8.-Que parámetros se debería modificar en el circuito de la figura 6. Para poder observar el voltaje de ruptura de los diodos rectificados? -los parámetro del voltaje 9.-Como es el coeficiente de temperatura de la corriente de fuga de un diodo rectificador? -entre mayor temperatura el diodo cae su voltaje 10.-Como es el coeficiente de temperatura de la corriente de fuga de un diodo rectificador? -entre mayor temperatura el diodo decrece su rango, cae el voltaje

11.-Anote sus conclusiones Los diodos son dispositivos no lineales, estos tienen aplicaciones muy interesantes sin las cuales no conoceríamos la electrónica moderna; tiene especial importancia sen los circuitos de

conmutación ya que estos pueden conducir o no conducir según el voltaje aplicado. Los diodos también sirven como circuitos limitadores que son parte fundamental de osciladores sostenidos; los diodos Zener actúan como reguladores en los circuitos rectificadores, que a su vez tienen diodos en una configuración llamada puente de diodos que le saca el valor absoluto a la senal sinusoidal de la linea. En el pasado usaban los diodos para de-modular las senales de AM de los radios y ahora son comúnmente usados en el área de electrónica de Potencia, para el control apropiado de transformadores y motores.