Diodos""""'.

Publicadopor '"ENERGV CCNCEPTS, INC. [ElSKOKIE,ILlINOIS60077,U.S.A. ,

F"

.'D¡~'\~.' 'id""'<"1):';~:\.

't,

".,.",

i.~.,,

'

.::,Ji.{

10 OS <-.,"'..\ ";"',,7;'"''''

,\,.::r1;;i.¡r.;: ".' ,:':wl,. é",,'<0~-'~'.';;tJ

Objetivos . DIODOS SEMICONDUCTORES

Probar diodo s para detenninar el efecto de polarización directa e inversay graficar sus características.

. DIODOSZENER

Medir la tensión de polarización directa e inversa de los diodos zener ygraficar sus características.

Introducción El diodo es uno de los dispositivos más importantes en la electrónicamoderna. El diodo permite el paso de corriente sólo en una dirección.También puede dirigir la corriente en una dirección dada. Puede serusado como interruptor y como un medio para cambiar corriente alternaen corriente directa o contínua. Estos son sólo algunos usos del diodo.

El diodo que más se usa en la actualidad es el diodo semiconductor, estoes debido a su bajo peso y volumen. La Figura 1 muestra algunos diodossemiconductores típicos.

---a:::::J-A

[W ~---- e

B

Figura 1Diodos semiconductores típicos

Otro diodo, el zener, pennite la regulación de tensión. Esto significa quepuede usarse para mantener la tensión constante. En este capítulo, ustedidentificará algunas de las características de los diodos semiconductoresy diodo s zener. Es importante conectar los diodos correctamente dadoque al conectarlos incorrectamente pueden dañarse y también causardaño en otras partes del circuito.

Diodo Dispositivo de dos terminales, cátodo y ánodo. Al aplicar la tensión apropiada.los electrodos se mueven libremente del cátodo al ánodo.Semiconductor Un material que no es ni buen ni mal conductor. A los semiconductoresse les agrega pequeñas impurezas para darles características conductivas específicas.Normalmente se les agrega germanio o silicio.

D-}

EXPERIMENTO 1 Diodos semiconductores

Objetivos del experimento Al completar este experimento, usted podrá:

A. Verificar un diodo usando un óhmetro.

B. Medir y anotar las tensiones de polarización directa e inversa de un diodosemiconductor.

c. Graficar las curvas características de un diodo usando voltajes ycorrientes de polarización directa e inversa.

--..Material requerido . Tablero de Experimentos ECI

. Multímetro

. Fuente de Poder de CC

. Diodo de Germanio lN277 ó Equivalente

. Diodo de Silicio lN4006 ó Equivalente

. Potenciómetro de 10kOhms

. Resistencia de 4,7 kOhms

Discusion Las características de los diodo s estan determinadas por el materialusado, normalmente germanio o silicio. Al agregar ciertas impurezas yun voltaje de polaridad correcta estos se hacen más conductivos.

Al aplicar una tensión de polaridad correcta a un diodo semiconductor seproduce la denominada polarización directa y permite la circulacion decorriente. La Polarización inversa es el fenómeno contrario y lacorriente es cero o insignificante.

Polarización directa Tensión aplicada a una juntura PN que la hace conductiva. Elpositivo es aplicado alIado P y el negativo alIado N.Polarizacion inversa Una tensión aplicada a unajuntura PN que lo hace no conducti va.La polaridad positiva es aplicada alIado N y el negativo alIado P.

D.3

Q

Experimento 1

La resistencia del diodo es muy baja en condición de polarización directay muy alta en polarización inversa. La Figura 2 muestra un símboloesquemático del diodo semiconductor. Note que el símbolo estácompuesto de dos partes separadas. La línea vertical representa el cá todoy el triángulo el ánodo

ANODO

CATODO

~~....FLUJO DE CORRIENTE

+

----

Figura 2Diodo en condición de polarización directa

La corriente circula del cátodo al ánodo. Imagínese que la corrientecircula en forma contraria a la dirección dada por el triángulo. Lacondición inversa se muestra en Figura 3.

~ +NO CIRCULACION

~

Figura 3Polarización inversa

Cátodo El electrodo de un dispositivo, tiene polaridad negativa cuando éste conduce.Anodo El electrodo de un dispositivo, tiene polaridad positiva cuando el dispositivoconduce.

D-4

Práctica A. O 1. Usando un óhmetro, ajuste el cero en las escalas X 10 ó X 100.PRECAUCIÓN: NO EXCEDA ESTOS RANGOS, YA QUE PUEDEDAÑAR EL DIODO.

o 2. Aplicando las terminales delóhmetro al diodo. Anote el valor encontrado.¿Es éste alto o bajo?Ahora, inviertiendo las terminales del óhmetro, conéctelas al diodo. ¿Esla lectura alta o baja?

o 3. Repita el mismo procedimiento con el segundo diodo. Lectura No. 1 es. Lectura No. 2 es

Lectura alta en una dirección y baja en la dirección opuesta indica que eldiodo está en buenas condiciones. Lo contrario indica diodo defectuoso.

B. O 1. Conecte el circuito de la Figura 4 usando el diodo de germanio lN277.Mediante este circuito, usted verificará las características de un diodosemiconductor.

R,10K

+ +

M1

1N277or

1N4006CR1

Figura 4Circuito con diodo en condición de polarización directa

o 2. Ajuste el potenciómetto a la resistencia máxima. Ajuste la fuente depoder hasta obtener 4,0 mA. Mida la tensión a través del diodo. Anote elvalor en la Tabla 1. Ajuste los valores de corriente mostrados en la tablay anote los correspondientes valores de tensión.

D-S

Experimento 1

D-6

--

Tabla 1

Valores de polarización directa

o 3. Repita el paso 2 para todos los valores dados en la Tabla 1.

o 4. Reemplaze el diodo de germanio IN277 por el diodo de silicio lN4006.Repita los pasos 2 y 3. Anote sus medidas en la Tabla 1. Usando los datosobtenidos, grafique en el espacio de la Figura 5. Su gráfica debe sersimilar a la de la Figura 6.

------..

Figura 5Gráfica con lecturas de polarización directa

tw~zwa:a:oo

GERMANIO

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0VOLTAJEDEPOLARIZACIONDIRECTA +

Figura 6Curvas características para diodos semiconductores con polarizacióndirecta

o 5. Como observará, la corriente de polarización directa es proporcional a latensión de polarización. El aumento es más significátivo a partir de unvalor crítico de tensión denominada tensión crítica mínima o [thresholdvoltage]. El símbolo V (A.)indica tensión crítica mínima.

Basado en sus curvas, indique el valor de tensión crítica para cada diodo.

Diodo de germanio

Diodo de silicio

Normalmente, la tensión es de 0,2 V en diodos de germanio y 0,6 V endiodos de silicio. En termino s prácticos, esto significa que un diodo desilicio no conducirá corriente al menos que la tensión de polarizaciónalcance un valor de 0,6 V.

Los diodos bloquean el paso de la corriente cuando están con polarizacióninversa. En aplicaciones prácticas, un voltaje elevado rompe estacaracterística en junturas PN, haciendo posible una circulación decorriente. Normalmente, una tensión de 100 voltios provoca dicharuptura.

Tensión crítica mínima Voltaje de polarizaci6n al cual la corriente a través de undiodo muestra un aumento más significativo.

D-7

Experimento 1

La Figura 7 muestra una curva característica completa de un diodo.

ct....ou,¡a:°-u,¡ct1- Ez-u,¡a:a:o

VOLTAJE DE POLARIZACIONINVERSA10

~ I VOLTAJE DE POLARIZACION DIRECTAI a:I u,¡I >I Z

l

-I - ctI u,¡ -I ....I ZI !!:!I a:

\ ~VOLTAJE DE RUPTURA o

Figura 7Curva característica completa de un diodo semiconductor

El punto de ruptura con polarización inversa se denomina voltaje de picoinverso [peak-inverse voltage]. Mantener un diodo a ese nivel depolarización inversa por un tiempo prolongado dañara el mismo en formapermanente.

-----..

Voltaje de pico inverso Tensión que hace conducir un diodo en dirección inversa.También se denomina tensión de ruptura.

D-8

~- -----

Preguntas 1. ¿Una resistencia baja en ambas direcciones indica que un diodo estábueno o malo?

2. La resistencia de un diodo con polarización inversa es alta o es baja?

3. Dibuje el símbolo esquemático de un diodo con polarización directa,muestre su polaridad y dirección de corriente.

4. ¿Qué significa voltaje de pico inverso?

5. ¿Qué pasa si un diodo se mantiene con un nivel de tensión de rupturainversa por un tiempo prolongado?

D.9

--- ---

¡, "."",...,~,;::::, , ,,,:,~-,;,~;,::;¡:~,,:',;'A~':,~:,:" :;;'::¡¡:,:><i;-;":'.-"",i';:¡/",~,, " :',;.,:' ." "<>':,, ;.,' , , ',:e: ;".~::~ ';;',;;,~..i~",": :' ,;',"¡ - ", ,;~ ' : ~;.

>''i:;,,':¡;2,'Ji'¡;'¡¡SL' ,"..:";;,:;"'/:,,'"J::'f;~.'~,~"\";,":,]":~,~;;::";'-i .'];f.',:;>;2\.~,~'~ ,.: "','" ':;' ,:."X.i'-;'f,,.'NI:-\:, .;,<,,~:', "'::;", ..,..:",''::o,c,';"',-;: ~""

EXPERIMENTO 2 Diodos zenerObjetivos del experimento Al completar este experimento, usted podrá:

A. Medir la tensión de polarización directa de un diodo zener y dibujar sucurva característica.

B. Medir la tensión de polarización inversa y dibujar su curva característica,

Material requerido . Tablero de Experimentos ECI. Fuente de Poder de CC

. Multímetro

. Diodo Zener lN4735 ó Equivalente

. Resistenciade 1~hm ~

. Resistencia de 100 Ohms

,". á "',",', """~'

\ Discusión Los diodos zener funcionan con la polarización inversa. Otros diodo s no

diseñados específicamente para este tipo de operación se dañarán conuna tensión de polarización inversa. Los diodos zener usan lapolarización inversa como parte normal de su operación. En condición depolarización inversa, un diodo zener bloquea la corriente cuando no seexcede cierto nivel de voltaje. Por el contrario, permite la circulación decorriente de un valor elevado cuando se alcanza el voltaje específico deoperación inversa.

-----

La característica muy especial del diodo zener viene dada por el hechoque aún cuando el voltaje permanece constante, la corriente aumenta. Eldiodo zener es un dispositivo de tensión constante que se usa en varioscircuitos reguladores.

La Figura 8 muestra el símbolo esquemático de un diodo zener. Observeque la línea de representacion del cátodo está un poco doblada en cadaextremo. Esto es como usted puede descriminar este símbolo del diodoestándar.

Diodos zener Diodo de estado sólido usado como regulador de tensión. Al operariodentro de un rango de trabajo con una polarización inversa específica, su tensiónpermanece constante.

D-ll

-- - ---- - ---

ANODO CATODO

'-~/Figura8Símbolo esquemático de un diodo zener

Práctica A. O 1. Conecte el circuito de la Figura 9.

FUENTEVARIABLE CR,

Figura 9Circuito de polarización directa

O 2. Ajuste la fuente de poder al primer valor de tensión de la Tabla 2. Anoteel valor de corriente directa correspondiente. Continue el procedimientocon el resto de los valores de tensión.

Tabla 2

Tensiónes y corrientes de polarización directa de un diodo zener ----..

NO EXCEDA 100 mA

D.12

Experimento 2

o 3. Usando los valores de la Tabla 2, dibuje la curva característica depolarización directa. Observe su similitud con la curva de la Figura 11.

Figura 10Gráfica de polarización directa

ftIC(

gla:esIIJ...ZIIJa:a:Oo

O -POLARIZACIONDIRECTA

Figura 11Curva normal de polarización

------

D-13

--

Experimento 2

B. O 1. Conecte el circuito de la Figura 12.

+

-o :l SiFigura 12Polarización inversa de un diodo zener

o 2. Ajuste los valores de tensión de polarización según la Tabla 3. Anote losvalores de tensión inversa.

Tabla 3

Tensión y corriente de polarización inversa de un diodo zener

j

/',/ ->" - f ,'>' V

;. e/I/\,

D-14

o 3. En el espacio de la Figura 13, dibuje la curva característica.

Figura 13Gráfico de polarización inversa

Compare las similitudes entre la curva que usted construyó y de la Figura14. Observe que la tensión de ruptura se produce mucho antes que lamisma en un diodo semiconductor o estándar.

Figura 14Polarización inversa de un diodo zener

D-15

- -- -~- -~--- --~- ----

." " 1: :

II

E:t$I II I

TENSIONZENER

4--TENSION INVERSA/ O<

TENSIONDE

'1' enI a:

RUPTURA wI >

DIODO,ESTANDAR , z, o, (3

<, NI a:

<I ...J

I oc.,

1I

Experimento 2

La Figura 15 muestra la curva característica completa de operación de undiodo zener.

<....owa:

POLARIZACIONINVERSA

/'TENSION

ZENER

<UJa:w~

I

-- <W E-zWa:a:Oo

Figura 15Curva característica de operación de un diodo zener

D-16

-

Preguntas 1. Dibuje el símbolo esquemático de un diodo zener.

2. Con relación a la polarización específica, la diferencia entre un diodozener y otros tipos de diodo es:

3. ¿Con relación a la corriente y voltaje, indique las diferencias que existenentre un diodo zener y otros tipos de diodos.

4. ¿Qué tipo de aplicaciones determinan el uso de un diodo zener sobre unotipo silicio?

5. Indique las diferencias entre la curva de polarización de un diodo zenercon la de un diodo tipo silicio

D-17

Aprendizaje

Aprendizaje Usando el listado siguiente, verifique sus aptitudes obtenidas en estecapítulo.

Usted deberá ser capaz de:

o 1. Medir la tensión de polarización directa e inversa de un diodo.

o 2. Dibujar la curva característica de un diodo.

o 3. Identificar los símbolos de los diodos y zeners.

o 4. Identificar la tensión de pico inversa de un diodo.

o 5. Determinar la diferencia entre un diodo bueno y uno malo.

o 6. Encontrar la tensión de ruptura de un diodo.

o 7. Medir la tensión de polarización directa e inversa en un diodo zener.

o 8. Dibujar las curvas características de un diodo zener.

o 9. Identificar las diferencias entre un diodo zener y otros de tipo estándar.

D-18

-~

Cuestionario 1. Los materiales semiconductores más comunes son

A. zener y conductores.B. silicio y germanioC. silicio y osmio.D. germanio.

2. Los diodo s permiten la circulación de corriente cuando

A. no existe polarización.B. existe polarización inversa.C. existe polarización directa.D. ninguna.

3. Dibuje el símbolo de un diodo

4. La corriente de un semiconductor

A. aumenta al decrecer la tensión de polarización.B. decrece al decrecer la tensión de polarización.C. decrece al aumentar la tensión de polarización.D. ninguno de lo anterior.

5. La tensión de ruptura es

A. el voltaje de polarización que produce un aumento brusco de lacorriente.

B. el voltaje de polarización inversa que produce una disminuciónbrusca de la corriente.

C. el voltaje de polarizaciónque produce una disminuciónbruscadela corriente.

D. el voltaje de polarización inversa que produce un aumentobruscode la corriente.

6. El mantener una tensión inversa de pico por un tiempo prolongado, causaque

A. la polarización inversa cambie a directa.B. se dañe el diodo.

C. la polarización directa se hace inversa.D. ninguna.

D-19

-- --

Cuestionario

7. Un diodo zener opera con

A. polarización directa e inversa.B. polarización directa.C. polarización inversa.D. ninguna.

8. El voltaje a través de un diodo zener permanece constante.

A. nuncaB. una vez que el voltaje inverso de ruptura se establezcaC. antes que el voltaje inverso de rupturas se estableceD. siempre

9. Comparado con un diodo de silicio, en un diodo zener el voltaje deruptura se produce

A. un poco antes.B. un poco después.C. mucho después.D. mucho antes.

10. Un diodo zener se usa a menudo para

A. regular el voltaje.B. determinar el voltaje de polarización.C. determinar la polarización directa.D. encontrar las curvas de polarización.

D-20

-- -- -- -- - --