Estudio Del Diodo Semiconductor

ESTUDIO DEL DIODO SEMICONDUCTOR

I.

OBJETIVO 

II.

EQUIPOS Y MATERIALES    

III.

Abordar el estudio del diodo, con el fin de comprender algunos de los aspectos del entorno científico/tecnológico en que se desenvuelve, dominado por la Electrónica.

Un Diodo. Una Resistencia. Una fuente de energía. Multimetro.

FUNDAMENTO TEORICO Como introducción al estudio del diodo semiconductor, se puede decir que es el elemento inmediato que se extrae a partir de la unión semiconductora. Puesto que un diodo es en definitiva una unión semiconductora p-n, añadiéndole un terminal de conexión metálico a cada uno de los extremos y encapsulado todo el conjunto en un dispositivo, siendo el ánodo la zona p y el cátodo la zona n. Es el más sencillo de los dispositivos semiconductores pero desempeña un papel fundamental en los sistemas electrónicos, con sus características que se asemejan en gran medida a las de un sencillo interruptor. Se encontrará en una amplia gama de aplicaciones, que se extienden desde las simples hasta las más complejas. Las propiedades de conductividad de un diodo dependen de la dirección del voltaje, que puede a su vez utilizarse para controlar la naturaleza eléctrica del dispositivo.

DIODOS El diodo es un dispositivo de dos terminales que, en una situación ideal, se comporta como un interruptor común con la condición especial de que solo puede conducir en una dirección. Tiene un estado encendido, el que en teoría parece ser simplemente un circuito cerrado entre sus terminales, y un estado apagado, en el que sus características terminales son similares a las de un circuito abierto. Cuando el voltaje tiene valores positivos de VD (VD > 0V) el diodo se encuentra en el estado de circuito cerrado (R= 0 Ω) y la corriente que circula a través de este está limitada por la red en la que esté instalado el dispositivo. Para la polaridad opuesta (VD < 0 V), el diodo se encuentra en el estado de circuito abierto (R= ∞Ω) e ID = 0 mA. La siguiente figura nos muestra los dos estados del diodo y su símbolo con el que se representa. Con la polarización directa los electrones portadores aumentan su velocidad y al chocar con los átomos generan calor que hará aumentar la temperatura del semiconductor. Este aumento activa la conducción en el diodo.

EL DIODO SEMICONDUCTOR Características: Vu: Vs: Vr: OA: AB: OC:

Tensión umbral. Tensión de saturación. Tensión de Ruptura. Zona de baja polarización directa, pequeña corriente. Zona de conducción. Corriente inversa de saturación.

Es el dispositivo 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. Constan de dos partes una llamada N y la otra llamada P, separados por una juntura también llamada barrera o unión. Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio. El diodo se puede hacer funcionar 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. En este caso la corriente atraviesa con mucha facilidad el diodo comportándose éste prácticamente como un corto circuito.

Polarización inversa: Es cuando la corriente en el diodo desea circular en sentido opuesto a la flecha (la flecha del diodo), o se del cátodo al ánodo. En este caso la corriente no atraviesa el diodo, comportándose éste prácticamente como un circuito abierto.

Nota: El funcionamiento antes mencionado se refiere al diodo ideal, esto 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.

Aplicaciones: Los diodos tienen muchas aplicaciones, pero una de las más comunes es el proceso de conversión de corriente alterna (C.A.) a corriente continua (C.C.). En este caso se utiliza el diodo como rectificador.

El diodo LED (Light Emiter Diode - Diodo Emisor de Luz). Las pequeñas luces de diferentes colores que se encienden y apagan, en algún circuito electrónico, sin lugar a duda son los diodos LED en funcionamiento. El LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero que al será travesado por la corriente emite luz. Existen diodos LED es de varios colores y estos dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo. Debe de escogerse bien la corriente que atraviesa el LED para obtener una buena intensidad luminosa. El LED tiene un voltaje de operación que va de 1.5 V a 2.2 voltios aproximadamente y la gama de corrientes que debe circular por el va de 10mA a 20mA en los diodos de color rojo y de entre 20mA y 40mA para los otros LEDs. Tiene enormes ventajas sobre las lámparas indicadoras comunes, como son su bajo consumo de energía, su mantenimiento casi nulo y con una vida aproximada de 100,000 horas.

Aplicaciones tiene el diodo LED: Se utiliza ampliamente en aplicaciones visuales, como indicadoras de cierta situación específica de funcionamiento. Ejemplos: 

Se utilizan para desplegar contadores



Para indicar la polaridad de una fuente de alimentación de corriente directa.



Para indicar la actividad de una fuente de alimentación de corriente alterna

El diodo Zener Es un tipo especial de diodo que diferencia del funcionamiento de los diodos comunes, como el diodo rectificador, en donde se aprovechan sus características de polarización directa y polarización inversa, el diodo Zener siempre se utiliza en polarización inversa, en donde la corriente desea circular en contra de la flecha que representa el mismo diodo. En este caso analizaremos el diodo Zener, pero no como un elemento ideal, si no como un elemento real y debemos tomar en cuenta que cuando éste se polariza en modo inverso si existe una corriente que circula en sentido contrario a la flecha del diodo, pero de muy poco valor. Analizando la curva del diodo Zener vemos que en el lugar donde se marca como región operativa, la corriente (Ir, en la línea vertical inferior) puede variar en un amplio margen, de pero el voltaje (Vz) no cambia. Se mantiene aproximadamente en 5.6 V. (para un diodo Zener de 5.6 V)

Aplicaciones del diodo Zener La principal aplicación que se le da al diodo Zener es la de regulador.

¿Qué hace un regulador con Zener? Un regulador con Zener ideal mantiene un voltaje fijo predeterminado, a su salida, sin importar si varía el voltaje en la fuente de alimentación y sin importar como varíe la carga que se desea alimentar con este regulador

IV.

PROCEDIMIENTO

Armar el circuito.

Medir los valores solicitados. Calcular IS y PD. Graficar ID – VD.

V.

TABLA DE DATOS

A

B

Voltaje Exp. (V)

2.158

4.02

6.02

8

10

12.06

15.06

Voltaje Teo. (V)

2

4

6

8

10

12

15

82

Resistencia (Ω) VD (V)

0.645

0.703

0.734

0.757

0.773

0.786

0.801

ID (A)

0.01558

0.03667

0.0591

0.0816

0.1042

0.1273

0.162

PD (Vatios) IS (A) 0.026

VT (V)(25°)

Hallar PD = VD* ID VD

ID

PD

0.645

0.01558

0.010049

0.703

0.03667

0.025779

0.734

0.0591

0.043379

0.757

0.0816

0.061771

0.773

0.1042

0.080547

0.786

0.1273

0.100058

0.801

0.162

0.129762

Hallar IS = ID / (e

VD/VT

- 1) IS

ID

VD/VT

-13

0.01558

24.81

-14

0.03667

27.04

-14

0.0591

28.23

-14

0.0816

29.12

-14

0.1042

29.73

0.1273

30.23

0.162

30.81

2.62x10 6.63x10 3.24x10 1.85x10 1.28x10

-15

29.46x10

-15

6.76x10

Grafico VD - ID.

ID

VD - ID 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0

Prueba

0

0.2

0.4

0.6

VD

0.8

1