Informe de Electronica Basica Diodos

IU CESMAG. Yampuezan, Carvajal, Montenegro, Bolaños.Caracteristicas del diodo de unión PN.

Resumen— En la práctica de laboratorio se pretende analizar, comprender y determinar la capacidad y características de los diodos, los cuales funcionan como elemento rectificador que conduce corriente en el sentido ideal y está compuesto por un semiconductor, se trabajó con diferentes componentes electrónicos y realizo la respectiva practica con cada uno de los elementos dados en laboratorio. Se calculó la corriente y voltaje de forma teórica y práctica. Para la practica se tomo os datosa través de un multímetro midiendo el voltaje y la corriente de las resistencias, diodos y bombillas; los cuales tendrán sus respectivas gráficas para comprender mejor el funcionamiento y comportamiento de cada uno de ellos

I. INTRODUCCIÓN

En el presente laboratorio tiene el fin de analizar los diodos, las bombillas ahorradoras e incandecentes, para llegar a usarlos de manera correcta. La característica principal del trabajo es conocer bien los dispositivos electronicos, y comparar los resultados teoricos con los practicos. Un dispositivo de este tipo es el diodo que es un elemento electrónico que tiene un cierto comportamiento cuando se le induce una corriente eléctrica a través de él, pero depende de las características de esta corriente para que el dispositivo tenga un comportamiento que nos sea útil. La gran utilidad del diodo está en los dos diferentes estados en que se puede encontrar dependiendo de la corriente eléctrica que este fluyendo en él; estos dos comportamientos de los diodos tienen la opción de ser usados en elementos electrónicos en los que estos facilitan el trabajo.

II. OBJETIVO GENERAL:

Analizar, simular y comprobar en forma práctica el comportamiento de algunos circuitos con diodos.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Identificar los instrumentos para la medicionde variables electricas como resistencia, voltaje ycorriente.

Identificar algunas caracterısticas reales deldiodo.

Identificar diferencias entre diferentes tipos de

diodos y diferentes circuitos con diodos y estimulacion D.C.

Conocer e interpretar la forma en que se determina el porcentaje de error dentro de un Sistema circuital y su importancia.

III. MARCO TEORICO

1. EL DIODO

El diodo es un dispositivo de semiconductor compuesto por una unión P-N, es unmaterial extrínseco que adquiere unas propiedades especificas dependiendo del dopado olas impurezas que han sido añadidas a un configuración molecularEl diodo es el semiconductor más sencillo y se puede encontrar, prácticamente en cualquier circuito electrónico. Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio.Viendo el símbolo del diodo en el gráfico se observan: A - ánodo, K - cátodo.

Figura1. Símbolo del diodo

Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados por una juntura llamada barrera o unión. Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el diodo de germanio y de 0.7 voltios aproximadamente en el diodo de silicio.Principio de operación de un diodoEl semiconductor tipo N tiene electrones libres (exceso de electrones) y el semiconductor tipo P tiene huecos libres (ausencia o falta de electrones)Cuando una tensión positiva se aplica al lado P y una negativa al lado N, los electrones en el lado N son empujados al lado P y los electrones fluyen a través del material P mas allá de los límites del semiconductor. De igual manera los huecos en el material P son empujados con una tensión negativa al lado del material N y los huecos fluyen a través del material N.En el caso opuesto, cuando una tensión positiva se aplica al lado N y una negativa al lado P, los electrones en el lado N son empujados al lado N y los huecos del lado P son empujados al lado P. En este caso los electrones en el

Características del Diodo de unión PN, Funcionamiento en D.C.

YAMPUEZAN BAYRON, CARVAJAL JUAN, MONTENEGRO LINA, BOLAÑOS LINA [email protected]

IU CESMAG

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mailto:[email protected]


semiconductor no se mueven y en consecuencia no hay corrienteEl diodo se puede hacer trabajar de 2 maneras diferentes:

Polarización directa

Es cuando la corriente que circula por el diodo sigue la ruta de la flecha (la del diodo), o sea del ánodo al cátodo.

Figura2. Polarización directa

En este caso la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad comportándose prácticamente como un corto circuito.

Polarización inversaEs cuando la corriente en el diodo desea circular en sentido opuesto a la flecha (la flecha del diodo), o sea del cátodo al ánodo.

Figura3. Polarización inversa.

En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta prácticamente como un circuito abierto.Nota: El funcionamiento antes mencionado se refiere al diodo ideal, ésto quiere decir que el diodo se toma como un elemento perfecto (como se hace en casi todos los casos), tanto en polarización directa como en polarización inversa. (4)

2. LINEA DE CARGA

Otro tipo de análisis gráfico que nos permite estudiar el comportamiento de circuitos con diodos semiconductores es la línea de carga. La corriente en el circuito de la figura 4 puede representarse con la siguiente expresión: I (V )= V0−V R . Esta ecuación corresponde a una línea recta con interceptos en I=V0/R y V=V0 (ver figura 5). Se le llama línea de carga porque depende exclusivamente de la resistencia (carga) y de la fuente. La línea es independiente del valor de la impedancia. El punto donde la ecuación exponencial de la corriente y la línea de carga coinciden se conoce como punto de equilibrio o punto de operación del circuito. Este punto se muestra en la figura 5. (3)

3. TIPOS DE DIODOSA. Diodo 1N4004

Es un componente electrónico de dos terminales que permiten la circulación de la corriente eléctrica en un solo sentido.

B. Diodo LED

El aumento en el uso de pantallas digitales en las calculadoras, relojes y todo tipo de instrumentos ha contribuido a generar el muy considerable interés que hoy en día existe respecto a las estructuras que emiten luz cuando se polarizan en forma apropiada. En la actualidad, los dos tipos que se utilizan con más frecuencia para llevar a cabo esta función son el diodo emisor de luz (LED, por las iniciales en inglés de: light emitting diode) y la pantalla de cristal líquido (LCD, por las iniciales en inglés de: liquid crystal display). Como su nombre lo indica, el diodo emisor de luz (LED) es un diodo que emite luz visible cuando se energiza. En cualquier unión p-n con polarización directa existe, dentro de la estructura y en forma primaria cerca de la unión, una recombinación de huecos y electrones. Esta recombinación requiere que la energía que posee un electrón libre se transfiera a otro estado, en todas las uniones p-n de semiconductor, parte de esta energía se emite como calor y otra parte en forma de fotones, en el silicio y el germanio el mayor porcentaje se genera en forma de calor y la

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luz emitida es insignificante, en otros materiales, como el fosfuro arseniuro de galio (GaAsP) o fosfuro de galio (GaP), el número de fotones de energía de luz emitida es suficiente para crear una fuente de luz muy visible, al proceso de emisión de luz mediante la aplicación de una fuente de energía eléctrica se le llama electroluminiscencia. (1)

4. TIPOS DE BOMBILLOS

A. Bombillo Incandescente

Su funcionamiento se basa en el hecho de que un conductor atravesado por una corriente eléctrica se calienta hasta alcanzar altas temperaturas, emitiendo radiaciones luminosas. Cuanto mayor es la temperatura mayor es la emisión, por lo que el material se lleva hasta una temperatura cercana a la de fusión. La más común es la lámpara de filamento, compuesta por tres partes: el bulbo, la base y el filamento. El filamento, que es de hilos de tungsteno arrollados, permitiendo alcanzar los 2100°C. Está colocado dentro de una ampolla en la que se ha hecho el vacío (en la ampolla de este tipo de lámparas no hay aire, ni ningún otro tipo de gas). Este tipo de lámparas se especifican por la potencia eléctrica que consumen (potencia nominal) y la cantidad de luz que producen, teniendo una vida útil de alrededor de 1000 horas. (2)

B. Bombillo Ahorrador

Este equipo complementario se encarga delimitar la corriente y desencadenar el proceso de generación del arco eléctrico entre los dos electrodos que da lugar a la radiación visible. Para limitar la corriente se debe colocar en serie un dispositivo que limite la corriente máxima que lo atraviesa.

Para ello, se usa una impedancia inductiva (bobina) denominada balasto o reactancia. Esta bobina produce un desfase negativo de la corriente, por lo que se suele colocar un condensador en paralelo con la línea para mejorar el factor de potencia del conjunto. (2)

IV. CONSULTA

TABLA DE CODIGOS Y PREFIJOS PARA LOS DIODOS

Podemos observar tres tipos de codigos de asignacion para los diodos en unas tablas, que son las siguientes: (4)

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V. MATERIALES

Fuente de voltaje D.C Multímetro Protoboard Resistencias (1KΩ, 2.2 KΩ, 3.3 KΩ) Diodos (1N4004, LED) Bombilla (Filamento incandescente (60W o 100 W) y

un bombillo ahorrador)

VI. RESULTADOS

A. CIRCUITO PARALELO CON BOMBILLO.

Segun el siguiente circuito y la siguiente tabla de valores, podemos apreciar las siguientes grafica de voltaje vs. corriente:

BOMBILLA INCANDECENTE

Con la bombilla incandecente, los valores recogidos enla practica fueron:

Voltaje de la fuente (V) Voltaje (V) Corriente (A)0 0 02 1,99 0,074 4,06 0,116 5,97 0,138 7,99 0,15

10 10,05 0,1712 11,95 0,1814 14,02 0,1916 15,84 0,2118 17,98 0,2220 19,25 0,2322 22 0,2424 24,1 0,2526 26,1 0,2628 28,1 0,2730 30 0,2832 32 0,2934 34,1 0,336 36,1 0,3138 38 0,3240 40 0,3342 42,1 0,3444 44,1 0,3546 46,1 0,3648 48,2 0,37

Tabla 1. Voltaje vs corriente de la bombilla incandecente.

GRAFICA V vs I DE LA BOMBILLA INCADECENTE.

En la siguiente grafica se puede observar el fenómeno de una bombilla incandescente a la cual se le aplica voltaje hasta llegar a un punto de 14 voltios que es en donde esta se enciende con una luz un poco tenue y la corriente que circula en ella es de 0,19 mA. A medida que se le aumenta el voltaje la corriente aumenta y la intensidad de luz es mas fuerte; por lo tanto se puede deducir que la corriente y el voltaje en una bombilla incadecente son directamente proporcionales.

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Grafica 1. Voltaje vs corriente de la bombilla incandecente.

BOMBILLO AHORRADOR

Con el bombillo ahorrador, los valores recogidos en laPractica fueron:

Voltaje dela fuente (V) Voltaje (v) Corriente (A)0 0 02 2 04 4,1 06 6,1 08 8,1 0

10 10,2 012 12 014 14 016 16 018 18 020 20,1 022 22,2 024 24,1 026 26,2 028 28,2 030 30,2 032 32,2 034 34,2 0,2936 36,1 0,3138 38,1 0,2140 40,1 0,242 42,1 0,1944 44,2 0,1946 46,2 0,1948 48,1 0,19

Tabla 2. Voltaje vs corriente del bombillo ahorrador.

GRAFICA V vs I DEL BOMBILLO AHORRADOR.

En la siguiente grafica se puede notar que no hay flujo de corriente hasta los 34 voltios; a los 34,2 voltios el bombillo enciende y su corriente aumenta hasta 0,31 amperios se mantiene constante por un tiempo, pero a medida que el voltaje aumenta la corriente del bombillo disminuye hasta un punto donde tiende a permanecer constante.

Figura 2. Voltaje vs corriente del bombillo ahorrador.

B. CIRCUITO SERIE CON DIODO.

Segun el siguiente circuito y la siguiente tabla de valores, podemos apreciar las siguientes graficas de voltaje vs. corriente:

DIODO 1N4004

Con el diodo 1N4004, los valores recogidos en la practica fueron:

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Voltaje de la fuente (V) Voltaje del diodo (V) Voltaje de la resistencia (V) Corriente del circuito (mA)0 0 0 02 0,6 1,35 1,33 0,63 2,38 2,34 0,64 3,32 3,35 0,66 4,3 4,36 0,67 5,29 5,37 0,67 6,28 6,38 0,68 7,26 7,29 0,69 8,26 8,3

10 0,69 9,28 9,311 0,7 10,26 10,312 0,7 11,25 11,313 0,7 12,2 12,314 0,71 13,16 13,316 0,71 15,13 15,318 0,72 17,19 17,420 0,73 19,09 19,422 0,73 21,14 21,624 0,73 23,07 23,626 0,74 25,07 25,828 0,74 27,02 2829 0,74 28,01 29,130 0,74 29,05 30,231 0,75 30,08 31,432 0,75 31 32,5

Tabla 3. Voltaje y corriente de los elementos del circuito con el diodo 1N4004.

GRAFICA V vs I DELDIODO 1N4004.

Figura 3. Voltaje vs corriente del diodo 1N4004.

GRAFICA V vs I DE LA RESISTENCIA DELDIODO 1N4004.

Se puede notar que la siguiente grafica es lineal puesto que la corriente es directamente proporcional al voltaje.

Figura 4. Voltaje vs corriente de la Resistencia del circuito con el diodo 1N4004.

DIODO LED

Con el diodo LED, los valores recogidos en la Practica fueron:

Voltaje fuente (V)Voltaje del diodo led (V) voltaje de la Resistencia (V) Corriente del circuito (mA)2 1,6 0,3 0,274 1,84 1,95 1,96 1,97 4,15 48 2,01 5,96 6

10 2,05 7,93 812 2,07 9,91 10,514 2,09 11,9 11,516 2,11 13,9 14,118 2,12 15,91 17,319 2,12 16,3 17,2520 2,14 17,2 18,121 2,14 18,5 19,122 2,15 19,6 20,523 2,15 20,77 21,724 2,16 21,5 22,825 2,16 22,4 23,526 2,17 23,65 24,9

Tabla 4. Voltaje y corriente de los elementos del circuito con el diodo LED.

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GRAFICA V vs I DEL DIODO LED.

En la siguiente grafica se puede notar que es respectivo el comportamiento de la Curva Característica al diodo de Silicio y que llega un punto donde su voltaje es constante ; ya que el diodo LED solo funciona con un valor mayor o igual a 2,5V

Figura 5. Voltaje vs corriente del diodo LED.

GRAFICA V vs I DE LA RESISTENCIA DELDIODO LED.

Se puede notar que la siguiente grafica es lineal puesto que la corriente es directamente proporcional al voltaje.

Figura 6. Voltaje vs corriente de la Resistencia del circuito con el diodo LED.

VII. PROBLEMAS DE APLICACIÓN

1. Implementar el circuito de la siguiente figura con una fuente de 12V y un diodo LED. Registrar los valores de voltaje y corriente en todos los elementos, enseguida colocar el paralelo al diodo LED un diodo 1N4004 y determinar el comportamiento de los diodos.

Variables Valor practico Valor teorico % ErrorR1 0,99k 1k 0,01%Diodo 0,7v 0,7v 0V fuente 12v 12v 0Diodo 1N4004 0,7V 0,7v 0

Los valores registrados de voltaje y corriente en cada uno de los elementos fueron:

Variables Voltaje (V) Corriente (mA)R1 11,3 11,3Diodo led 0,7 11,3V fuente 12 11,3

Al colocar en paralelo al diodo LED un diodo 1N4004; el diodo led no funciona debido a que el diodo 1N4004 funciona con un valor mayor a 0.7V, y es quien primero alcanza el pico maximo, por lo tanto es el que primero funciona e impone condiciones al diodo LED, el cual funciona con una voltaje mayor a 2.5V. por tal motivo en este caso solo funcionara el diodo 1N4004 y se obtuvieron los siguientes datos:

Variables Voltaje (V) Corriente (mA)R1 11,4 11,4Diodo led 0,7 0Diodo 1N4004 0,7 11,4V fuente 12 11,4

2. Para el circuito de la siguiente figura, determinar de manera teórica y práctica los valores de voltaje y corriente de todos los elementos, asumiendo un valor de Vf igual a 18 V.

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Al hacer los calculos teoricos y practicos del anterior circuito se obtuvo los siguientes datos con su respectivo margen de error:

Variables Valor teorico Valor practico %ErrorR1 3,3k 3,3K 0,00%R2 2,2k 2,2K 0,00%R3 3,3k 3,3K 0,00%VR1 10,42V 10,2V 0,02%VR2 3,88V 3,78V 0,02%VR3 4,58V 4,42V 0,03%IR1 3,15mA 3mA 0,05%IR2 1,76mA 1,7mA 0,03%IR3 1,39mA 1,36mA 0,02%V Diodo 0,7V 0,7V 0,00%V fuente 18V 18V 0,00%V Fuente 3V Nº1 3V 3V 0,00%V Fuente 3V Nº2 3V 3V 0,00%I Diodo 1,76mA 1,7mA 0,03%I fuente 3,15mA 3mA 0,05%I Fuente 3V Nº1 1,76mA 1,7mA 0,03%I Fuente 3V Nº2 1,39mA 1,36mA 0,02%

3. Para el circuito de la figura 3, determinar el mínimo valor de Vf para que el diodo entre en conducción. Confirmar este valor en la práctica.

VIII. CONCLUSIONES :

Con los resultados teóricos que se obtuvieron se puede concluir que en la práctica los valores tuvieron un porcentaje de error bajo, que varía entre 0.1, 0.2 y 0.3, esto debido a que en realidad el valor del diodo al funcionar como fuente de 0,7 voltios es casi nulo y el multímetro muestra un valor muy parecido al resultado teórico.

Los diodos se clasifican de diferentes formas según su funcionamiento en distintos circuitos, pero tienen una actividad igual, al buscar su hoja de datos es la misma para cualquiera de estos facilitando la práctica de laboratorio.

En la ejecución del circuito, que aplicaba un determinado voltaje al diodo en serie con una resistencia se pudo concluir que; a partir de ciertos valores en dicho voltaje de entrada cambiaban para la

resistencia, el voltaje para el diodo se mantuvo en 0,7 voltios funcionando como una fuente de dicho valor.

El valor de voltaje del diodo de manera teórica se lo conoce como 0.7v pero de manera práctica este voltaje comienza en valores inferiores a 0.7v y se incrementa hasta valores mayores de este pero no muy grandes.

Cuando se ubica el diodo 1N4004 en paralelo con el diodo LED, el voltaje del diodo LED es cero por lo tanto por el no circula ninguna corriente y no enciende, es decir el diodo rectificador consume toda la energía dejando sin funcionamiento al diodo led.

Si se realiza un buen manejo de los dispositivos de medición en el laboratorio se obtendrá de manera ideal los datos requeridos.

Cuando el led es conectado en paralelo con el diodo de silicio, hay que tener en cuenta la polaridad, ya que si se conecta el lado positivo de los dos diodos directamente a la fuente, el led no prendera, mas sin embargo si habrá flujo de corriente, pero si se invierte la polaridad del diodo de silicio, el diodo led encenderà.

En la práctica de laboratorio se utilizó una bombilla ahorradora donde la corriente aplicada al principio no fluía hasta los 34 voltios que es donde el bombillo enciende y su corriente aumenta una minina cantidad, por lo cual se mantiene constante por un tiempo, pero a medida que el voltaje aumenta la corriente del bombillo disminuye hasta un punto donde tiende a permanecer constante y se concluye que las bombillas ahorradoras consumen menor energía porque la corriente eléctrica alterna fluye hacia el balasto electrónico, donde un rectificador diodo de onda completa se encarga de convertirla en corriente directa y mejorar, a su vez, el factor de potencia de la lámpara.

El bombillo incandescente tuvo un comportamiento directamente proporcional a medida que la corriente subía el voltaje también por lo tanto se concluye que cuando la corriente fluye por un cable en un circuito eléctrico cerrado, disipa siempre energía en forma de calor debido a la fricción o choque que se produce entre los electrones en movimiento.

IX. BIBLIOGRAFIA :

(1) BOYLESTAD, Robert. Introducción al análisis de circuitos, 10 ediciones. Prentice Hall. México. 2004. (2) Electrónica teoría de diodos [online]. México: Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, 2004 Disponible en:

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http://www.electropar.com.py/pdf/iluminacion/Tipos%20de%20Lamparas.pdf

(3) Electronica Basica [online]. España: Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial, 2001 Disponible en: http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/default.htm

(4) MALVINO, Albert Paul. Principios de Electronica. Mac Graw Hill. Madrid: 2007.

VII. AUTORES

1- Juan Diego Carvajal RodriguezEstudiante de tercer semestre de ingeniería electrónicaInstitución universitaria Cesmag

2- Bairon Andres Yampuezan MoraEstudiante de tercer semestre de ingeniería electrónica

Institución universitaria Cesmag

3- Lina Maria MontenegroEstudiante de cuarto semestre de ingeniería electrónicaInstitución universitaria Cesmag

4- Lina Maria BolañosEstudiante de cuarto semestre de ingeniería electrónicaInstitución universitaria Cesmag

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