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8/18/2019 diodos informe.docx1

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El diodo: caracterización de su respuesta y parámetros

de variación (tiempo y temperatura)Mendieta Cristian, López Edward, Solanilla Juan

(ldedwarde, jdsolanillam, clmendietag)@unal.edu.co

Universidad Nacional de Colombia Bogotá, Colombia

Resumen— Este inorme tiene como o!"etivo identiicar lascaracter#sticas !ásicas de los diodos semiconductores, incluyendola curva de Corriente vs$ %ensión (i vs$ v) y el tiempo derecuperación inversa (trr)$ &rimero se tra!a"ó con una uente

varia!le de ' a * en el circuito de polarización del diodo, alvariar la tensión de manera +radual o!servamos el cam!io en lacorriente, se repitió el procedimiento al aumentar la temperatura enel diodo en la se+unda parte se tra!a"ó con dos tipos de diodosdierentes en su respuesta al tiempo de recuperación inversa, seo!servaron las se-ales en el osciloscopio +eneradas por los dosdiodos a dierentes valores de recuencia$ Se espera encontrar dentro de las curvas caracter#sticas la tensión um!ral, la corriente y

por medio de estos datos la resistencia dinámica de cada diodo$Estos resultados servirán para determinar .u/ diodo es más 0til

para una aplicación espec#ica$

Palabras Clave 1Corriente, 2iodo, %ensión 3m!ral, %iempo de4ecuperación 5nversa (trr)

5$ 56%4723CC586

En las 0ltimas d/cadas el área de la electrónica se 9a desarrolladoenormemente, este desarrollo se de!e en mayor parte +racias a laaparición de los elementos semiconductores$ 3no de estoselementos y el más sencillo, es el diodo$ Este elemento tra!a"ateóricamente como un cortocircuito al ser polarizado en directo ycomo un circuito a!ierto al ser polarizado en inverso, estascaracter#sticas de este elemento son 0tiles en aplicaciones talescomo convertir una se-al de C a 2C, recortar, su"etar y cam!iar elnivel de una se-al entre otras$

En este inorme iniciaremos con una !reve rese-a so!re nuestroelemento tra!a"ado ;el diodo< donde deiniremos con los conceptos

!ásicos como re+ión de a+otamiento, polarización, corriente desaturación inversa, tensión um!ral, e=plicaremos la prácticarealizada en el la!oratorio desde las simulaciones, y los cálculosrealizados previamente donde se e=presa como se calculó laresistencia necesaria, as# como la potencia de la misma resistencia

para .ue al utilizar un corriente alta no se .uemara, lue+o

e=presamos !revemente los instrumentos y los e.uipos utilizadoscon el apoyo de unas oto+ra#as !ásicas so!re los elementosutilizados, lue+o de e=poner estos #tems, procedemos con lae=plicación de la práctica desde el monta"e y cone=ión de losmedidores, 9asta la recopilación de los datos, y con estosanalizando el comportamiento de los diodos$

55$ M4C7 %E845C7

El diodo es un importante elemento electrónico no lineal, entre susdos terminales este presenta un comportamiento muy 0til paraaplicaciones tales como convertir una se-al de C a 2C, recortar,su"etar y cam!iar el nivel de una se-al entre otras, cuando por ele=iste o pasa una corriente el/ctrica, este elemento de cierta manerase comporta o aseme"a a un interruptor$ >ásicamente un diodo estáormado por dos tipos de materiales el tipo & en el .ue e=istemayoritariamente 9uecos y el material tipo 6 en el .ue e=iste una

cantidad mayor de electrones li!res, estos dos materiales+eneralmente son silicio o +ermanio$

Entre estas dos re+iones se crea una re+ión llamada ;re+ión dea+otamiento< .ue se presenta por la recom!inación de electrones y9uecos, dic9a re+ión puede aumentar o disminuir dependiendocomo polarizamos el material$La corriente .ue e=iste en un diodo está dada por la si+uientee=presión

En donde 5S es la corriente de saturación inversa, es un parámetroconstante llamado coeiciente de emisión (siempre está en entre ? y), *% es el llamado volta"e t/rmico y es i+ual a @ %A., en donde@ es la constante de >oltzman (?,BD?'B JA@), % es latemperatura en +rados @elvin, y . es la car+a del electrón (?,F D?'?G C)$ En la re+ión de conducción, el t/rmino e=ponencial de laecuación del diodo se 9ace muc9o mayor .ue H?, de!ido a .ue(*d »*%), por lo cual la anterior ecuación puede ser apro=imada

por:


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A. Diodo ideal 3n diodo ideal tiene dos estados los cuales dependen de la ormaen .ue est/ polarizado cuando polarizamos un diodo en directoes decir aplicamos un potencial positivo al material tipo pllamado ánodo y un potencial ne+ativo al cátodo, en esta ormade polarización el diodo se comporta como un cortocircuito, porel contrario si polarizamos un diodo en inverso es deciraplicamos una tensión positiva al cátodo y una tensión ne+ativaal ánodo encontramos .ue el diodo se comporta como un circuitoa!ierto$

Ii+ura ?: Modelo volta"e corriente del diodo ideal

>$ Diodo realEn aplicaciones prácticas las caracter#sticas del diodo var#an a

unas caracter#sticas .ue se a"ustan a un diodo real .ue tiene ciertasvariaciones respecto al diodo ideal ya descrito$

Estas variaciones nos muestra la necesidad de una tensión *y;llamada tensión um!ral< para activarse el diodo en estado deconducción, esta tensión um!ral es apro=imadamente '$K voltios

para el silicio y '$B voltios para el +ermanio$ demás de ello unode los parámetros más importantes en un diodo es la resistenciadinámica, la re+ión o punto de operación, este descri!e cual es laresistencia .ue tiene asociada cada diodo y como esta var#alinealmente en el diodo$

Los diodos tam!i/n presenta una re+ión llamada re+ión zener donde a partir de cierta tensión ne+ativa *r el diodo empieza aactivarse, esta re+ión para al+unos diodos es causa de da-o, pero

9ay un tipo de diodo llamado diodo zener .ue su punto deoperación principal es precisamente la re+ión zener 2e acuerdo aldescrito, podemos decir .ue el diodo zener 9a sido dise-ado paratra!a"ar con volta"es ne+ativos (con respecto a /l mismo)$

C. Tiempo de recuperación inversa del diodo

El tiempo de recuperación inversa (trr) es el tiempo .ue tarda eldiodo en recuperar su unción de corte despu/s de 9a!er estado enconducción, es decir, es el tiempo .ue tarda la se-al en rectiicarsetras el cruce por cero en el lanco ne+ativo de la se-al de entrada$Considere .ue por un circuito circula una corriente 5I en cual,mediante la aplicación de una tensión inversa, orzamos laanulación de la corriente con cierta velocidad diAdt, resultará .uedespu/s del paso por cero de la corriente, e=iste cierta cantidad de

portadores .ue cam!ian su sentido de movimiento y permiten .ueel diodo conduzca en sentido inverso durante un instante, dandolu+ar a una pe.ue-a corriente inversa 54$ La tensión inversa entreel ánodo y el cátodo no se esta!lece 9asta despu/s del tiempo tsllamado tiempo de almacenamiento, de!ido a la capacidad dediusión$ La intensidad todav#a tarda un tiempo t llamado tiempode cada, de!ido a la capacidad de transición, para pasar de un valor

pico ne+ativo a un valor desprecia!le, mientras van desapareciendoel e=ceso de portadores$

● %iempo de almacenamiento (ts): Es el tiempo.ue transcurre desde el paso por cero de la corriente 9astalle+ar al pico ne+ativo$

● %iempo de cada (t ): Es el tiempo transcurrido

desde el momento en .ue la corriente empieza a tender acero, 9asta el momento en .ue esta se anula totalmente$En la práctica se suele considerar 9asta el instante en .uela corriente alcanza ?'54$

● %iempo de recuperación inversa (trr): Es lasuma de ts y t$

555$ M%727 ED&E45ME6%L

A. Cálculos y Simulaciones

&ara calcular la resistencia a utilizar en el circuito nos dicen .ue lacorriente má=ima por el mismo es de ' miliamperios, y la uentelle+a a utilizar má=imo voltios dc, razón por la cual 9acemosuso de la ley de o9m .ue nos dice .ue vAir, despe"ando estoo!tenemos .ue rAvNr, y como estos dos datos los tenemosrealizamos la operación: rAN','$

Esto es i+ual a ?'', lo .ue nos da como resultado .ue la resistenciaes una de ?'' o9mios, y al calcular la potencia es simplemente

pAvi lo .ue nos da una potencia de F, watts$

continuación se muestra la primera simulación "unto con losdatos de corriente del diodo y volta"e del diodo (en la ta!la) y sucurva caracter#stica (en el +ráico)$


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continuación se muestra la primera simulación "unto con losdatos de corriente del diodo y volta"e del diodo (en la ta!la) y sucurva caracter#stica (en el +ráico)$

El si+uiente +rupo de simulaciones se muestra el comportamientodel diodo en tiempo de almacenamiento (ts) y de ca#da (t)$

En la simulación .ue si+ue se muestra un tiempo de ts prácticamente cero y un t de , ms apro=$ %am!i/n se puedeapreciar .ue la orma de onda es conusa por.ue no se ve una l#neadel+ada como se verá en las imá+enes tomadas en el osciloscopiosino al contrario una l#nea +ruesa .ue se va 9aciendo del+ada con eltiempo$ Este pro!lema está asociado al simulador$


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En la si+uiente simulación la recuencia aumentó a '' Oz$ Eltiempo ts es cero mientras .ue el tiempo t dura '' us$

9ora o!servamos la misma coni+uración pero con una recuenciade ' @Oz, .ue es muy superior$ Se o!serva .ue el tiempo ts escero y el tiempo t es apro=imadamente B us$

En la 0ltima simulación se puede o!servar .ue el comportamientode ts es cero al i+ual .ue las anteriores simulaciones y .ue eltiempo t está apro=imadamente en el orden de los ?'' ns$


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B. Instrumentos y Equipos Utilizados

1) sciloscopio de dos canales! loutilizamos para visualizar el tiempo de recuperación del diodo?6P''P y del diodo ?6P?P a las recuencias de ?''Oz, ''Oz, 'Q Oz y ''QOz.

) "enerador de se#ales! lo utilizamos para +enerar la se-al cuadrada de ?' *pp y variar la recuenciaen la se+unda parte de la práctica$

B) $ult%metro digital : 3tilizamos dosmult#metros, uno para medir la corriente, ya .ue la corriente

má=ima del e.uipo era de B'' miliamperios, yla calculada no supera!a este nivelP) &uente DC dual : Iuente de tensión

.ue como su unción principal, la utilizamos para tener uncontrol so!re la tensión .ue se .uiere aplicar al circuito deorma +radual$

) Tres sondas! 3tilizadas para conectar los mult#metros al circuito y de este al osciloscopio$

F) 'esistencias! ?'' o9mios y ?'''o9mios$

K) Diodos ?6P''P y ?6P?P$) Caut%n para aumentar la temperatura

del diodo ?6P''P

C. Desarrollo Práctica

En esta práctica se o!serva el comportamiento del diodo +en/rico?n P''P, utilizando e.uipos como una uente de tensión varia!leentre ' y *, uente de tensión .ue nos servirá para tener uncontrol so!re la tensión .ue se .uiere aplicar al circuito de orma+radual, de esta manera al medir con un mult#metro la tensión .uecae en el diodo y la corriente, podemos +raicar la curvacaracter#stica de los diodos y analizar su comportamiento a estasdos varia!les$


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Ii+$ ? Monta"e del circuito en !a.uelita vir+en

%am!i/n podemos o!servar desde .u/ momento empieza su

unción como cortocircuito, para as# comparar con los cálculos9ec9os previos a la práctica y los datas9eet de los elementos, su potencia má=ima, su corriente má=ima y su tensión um!ral, ademásde e=perimentar al realizarle un cam!io de temperatura al diodo,como es su reacción o!teniendo los mismos valores medidos yrealizando la curva caracter#stica para o!servar sus dierencias$

Ii+$ %omando las medidas de corriente y tensión al aumentar latemperatura con el caut#n$En la i+ura podemos o!servar el monta"e en la !a.uelita con laresistencia de !a"a potencia y la de alta potencia para las prue!as a

su vez se realizó el monta"e de dos circuitos separados para no estar desoldando y soldando los diodos

Ii+$ B umentando con la uente la tensión +radualmente alcircuito

demás en esta práctica estudiaremos y comprenderemos elconcepto de ;tiempo de recuperación inversa (trr)< el cual se deinecomo el tiempo .ue tarda el diodo en recuperar su unción de cortedespu/s de 9a!er estado en conducción, lo analizaremos de dosdierentes tipos de diodos el diodo ?6 P''P y el diodo ?6 P?P, alaplicarles una se-al cuadrada de tensión ?' *pp por medio de un+enerador de se-ales, e.uipo .ue nos permitirá poder cam!iar larecuencia de la se-al de entrada, y lue+o con un osciloscopioo!servar las se-ales resultantes en un l#mite de tiempo y poder estimar el tiempo de recuperación inversa, al o!tener todos losdatos nos mostrará se+0n las caracter#sticas del diodo ununcionamiento distinto, dándonos la posi!ilidad de clasiicar la

utilización del diodo se+0n la unción para la .ue se vaya a utilizar$


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Ii+$ P Conectando el osciloscopio y el +enerador de se-ales parao!tener la +ráica de tiempo de recuperación inversa

Continuación presentaremos las evidencias oto+ráicas de las

se-ales resultantes en el osciloscopio al variar la recuencia en el+enerador de se-ales utilizando en el circuito montado el diodo?6P''P$

Ii+$ Se-al +enerada a una recuencia de ?''Oz$

$

Ii+$ F Se-al +enerada a una recuencia de '' Oz$

Ii+$ K Se-al +enerada a una recuencia de '@Oz$

Ii+$ Se-al +enerada a una recuencia de ''@Oz$

Continuación presentaremos las evidencias oto+ráicas de lasse-ales resultantes en el osciloscopio al variar la recuencia en el+enerador de se-ales utilizando en el circuito montado el diodo?6P?P, .ue por sus especiicaciones en el datas9eet es derecuperación rápida respecto al diodo ?6P''P$


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Ii+$ G Se-al +enerada a una recuencia de ?''Oz$

Ii+$ ?' Se-al +enerada a una recuencia de '' Oz$

Ii+$ ?? Se-al +enerada a una recuencia de '@Oz$

Ii+$ ? Se-al +enerada a una recuencia de ''@Oz

l ir resultando cada una de estas se-ales al cam!io del recuencia por medio de la cali!ración del osciloscopio en pantalla ve#amosse+0n las divisiones, el tiempo estimado de recuperación, y

plasmando en las ta!las los datos .ue presentamos a continuación$

5*$ 4ES3L%27S

En la si+uiente ta!la ;Curva del diodo en el la!oratorio


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La si+uiente ta!la están consi+nados los resultados o!tenidos en ella!oratorio con respecto a la práctica .ue consiste en someter a dosdiodos de distintas caracter#sticas a dierentes recuencias$ Se

puede o!servar .ue el tiempo de almacenamiento y de ca#da deldiodo ?6 P''P es mayor$

*$ 6L5S5S 2E 4ES3L%27S

Se presenta un análisis de los resultados o!tenidos realizandocomparaciones entre valores teóricos

● En el momento de aumentar la temperatura del diodo este cam!iosu ;um!ral< para empezar a conducir corriente el/ctrica , al i+ual.ue aumento el paso de corriente por el en comparación con lasmediciones tomadas en temperatura am!iente, lo .ue nos dice .ue l+ráica del diodo de volta"e vs corriente .ue conocemos, sedesplaza 9acia la iz.uierda, por ende podemos deducir .ue si eldiodo lle+ase a estar en una menor temperatura, su volta"e de

operación va a ser mayor y el paso de corriente por /l va a ser menor, de a.u# podemos decir .ue la tan veces dic9a rase ;esperea .ue caliente< se puede aplicar en este tipo de dispositivos$

● al realizar las mediciones con el diodo 6P''P, pudimos o!servar .ue este diodo tiene menores tiempos de recuperación, y su eecto;rodilla< es muc9o menor, lo .ue nos da a entender .ue este es undiodo rápido , ya .ue sus tiempos se encuentran entre losnanose+undos, pensamos .ue este tipo de diodos por su prontarecuperación pueden ser 0tiles en las aplicaciones de osciladores,como interruptores electrónicos y como ampliicadores con !a"onivel de ruido$

● tam!i/n pudimos o!servar .ue los diodos 6P?P son muy 0tiles para la rectiicación y para aplicaciones .ue me e=i"an mayores potencias, ya .ue estos diodos por su construcción permiten unmayor paso de corriente por ellos, a dierencia de los demás .ue

normalmente están dise-ados para una corriente má=ima de ',amperios$

● i+ualmente se pudo o!servar el tiempo de recuperación en am!ostipos de diodos, a comparación .ue el diodo 6P?P se puedeo!servar en recuencias menores a los '' OT, mientras .ue en eldiodo rápido solo se puede o!servar en recuencias altas, masomenos despu/s de los @OT$

● como 0ltimo análisis pudimos conrontar los datos o!tenidos en ella!oratorio con la data c9ip .ue nos provee el a!ricante, yo!servamos .ue estos dispositivos si se comparan realmente como

/l nos dice .ue se comportan y .ue la inormación all# contenida esver#dica y demostra!le$

*5$ C76CL3S576ES UV

Se pudo concluir .ue en el momento de realizar aplicaciones en lascuales pase por un diodo más de '$ amperios, lo me"or es utilizar diodos +randes y lentos ya .ue estos soportan una mayor cantidadde corriente y más ro!ustos para esto mismo, más sin em!ar+o si eltipo de aplicaciones es de un switc9eo rápido o respuesta rápida yen el circuito mane"o !a"as corrientes, 9a!lando de menores a ''m lo me"or es utilizar diodos rápidos ya .ue me va a responder me"or$

&udimos aprender i+ualmente .ue es muy importante tener encuenta los cálculos realizados antes de cada práctica, ya .ue una

potencia mal calculada, al i+ual .ue una corriente o una tensión, puede resultar en el da-o de dispositivos y a9# mismo un pro!lemaen el desarrollo de esta, por suerte en esta práctica tuvimos unaresistencia por de!a"o de la potencia calculada la cual se calentó

pero no se da-ó, pero no siempre se corre con esa suerte, y se puede poner en ries+o la práctica$

Como 0ltimo siempre es importante tener en cuenta la temperaturacon la cual estamos tra!a"ando, cuando estemos realizando tra!a"oscon diodos, ya .ue cual.uier variación en esta, 9ace .ue noscam!ie el comportamiento del diodo en cuanto a tensión ycorriente, y aectar directamente la resistencia asociada al diodo, lo.ue nos cam!iara el circuito y puede .ue no cumpla los ines paralos cuales este ue dise-ado$

demás ca!e notar .ue los valores .ue se presentan de dierenciaentre la simulaciones, son similares, no i+uales, esto de!ido a latolerancia de la resistencia, y las resistencias internas de lose.uipos, y otros actores demás$

*55$ 4EIE4E6C5S

U?V 4$ E$ J9on Jairo, $odos de operación del diodo Unión,2epartamento 5n+enier#a El/ctrica y Electrónica 3niversidad

6acional, ''K$UV >oylestad 4o!ert, %eor#a de circuitos y dispositivos electrónicos,d/cima edición, &earson ''G$

UBV 4$L$ >oylestad y L$ 6as9elsQy, ;Electrónica: %eor#a de circuitos ydispositivos electrónicos< va ed$ Ed$ M/"ico: &earson &rentice Oall, ''B,

pp$ BB,BP$UPV SiQanews, newsletterWsicaelec$com, ;2iodos de &otencia


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