DIODO SEMICONDUCTOR (SILICIO Y GERMANIO) UNMSM
DIODO SEMICONDUCTOR (SILICIO Y GERMANIO) UNMSM
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICAE.A.P DE
INGENIERIA ELECTRONICA
DOCENTE: ING. PARETO PRESENTADO POR : YAGUA HUAMAYALLI, JUAN
JOSE 11190027 ASIGNATURA : TEMA : NUMERO DE INFORME: 01LIMA
PERU2014
CARACTERISTICAS BASICAS DEL DIODO SEMICONDUCTOR (SILICIO Y
GERMANIO)I.- OBJETIVOS.-Utilizar las caractersticas de operacin de
los diodos semiconductoresII.- MATERIALES-Una fuente de corriente
continua variable-Un diodo semiconductor de Si y Ge-Un
voltmetro-Resistencia de 150-Cables y conectoresIII.-FUNDAMENTO
TEORICOEL DIODOEn 1904, Fleming invent el diodo al cual denomin
vlvula y que consista en un filamento caliente emisor de electrones
situado dentro de un bulbo en vaco a una corta distancia de una
placa. En funcin de la tensin positiva o negativa de la placa, se
produca el paso de corriente en una direccin.DIODO IDEALSe iniciar
el estudio de los dispositivos electrnicos presentando el ms
sencillo de ellos: el diodo. El diodo ideal[3]es un dispositivo de
dos terminales nodo (+) y ctodo (-), en la figura 2.1 se presentan
tanto su smbolo como sus caractersticas.Las caractersticas de un
diodo ideal son las siguientes.-Permite la conduccin de corriente
en una sola direccin.-Representa un circuito cerrado en la regin de
conduccin-Representa un circuito abierto en la regin de no
conduccin
EL DIODO SEMICONDUCTOR. CARACTERSTICAS Y POLARIZACINUn diodo
semiconductor se forma al unir dos semiconductores extrnsecos p y n
del mismo material (Si o Ge). El punto de unin se denomina regin de
agotamiento, se conoce as debido a la carencia de portadores en esa
regin como resultado de la combinacin de electrones y huecos en ese
punto.PolarizacinCuando las terminales de un material semiconductor
extrnseco se encuentran sometidas a un diferencia de potencial (se
dice que se encuentra en estado polarizado), entonces se establece
un campo elctrico en el interior del material lo que ocasiona que
las partculas formadoras del material tipo p sea atrado hacia el
potencial ms negativo, mientras que las partculas del material tipo
n son atradas hacia la terminal con potencial ms positivo, este
hecho es un principio fundamental de la electricidad: cargas
distintas se atraen, cargas opuestas se repelen.Un fenmeno anlogo
sucede cuando un material no conductor se encuentra sometido a un
campo elctrico intenso, las molculas se polarizan (+/-) y se
alinean con respecto al campo potencial obedeciendo el principio
antes enunciado.Tres posibilidades de polarizacin se tienen para un
diodo: sin polarizacin, polarizacin inversa, polarizacin
directa.SIN POLARIZACIN (Vd = 0)En este caso no existe ninguna
presin (potencial) que obligue a los portadores a fluir, por lo que
no existe conduccin elctrica en ninguna direccin.POLARIZACIN
DIRECTA (Vd > 0)Una fuente de voltaje en las terminales del
diodo con polaridad positiva aplicada en la parte P del diodo y
polaridad negativa en la parte N del diodo (ver figura 2.2)
ocasiona que el diodo se active y pase al estado de conduccin, al
reducir la regin de agotamiento.Figura 2.2 unin p-n bajo
polarizacin directa
POLARIZACIN INVERSA (Vd < 0)Figura 2.3 Unin p-n bajo
polarizacin inversa
Cuando el diodo se conecta como se muestra en la figura 2.3 se
halla bajo polarizacin inversa (p ( (-) y n ( (+)). En este caso
una pequea corriente despreciable del orden de 10-9 A para el
Silicio y de 10-6 A para el Germanio circula en direccin de n hacia
p, esta corriente se conoce como corriente de saturacin
inversa.MODELO MATEMTICO DEL DIODOEl modelo matemtico que
representa el estado de conductividad del diodo es el
siguiente:
La ecuacin 2.1 se encuentra graficada y comparada con la curva
de un diodo real en la figura 2.4. Obsrvese el desplazamiento de la
grafica real a la derecha respecto a la de la ecuacin 2.1, esto se
debe a la adicin del voltaje debido a las resistencias de contacto
y la resistencia interna del cuerpo del diodo.
Figura 2.4 Caractersticas del diodo semiconductor de
silicioEFECTOS DE LA TEMPERATURALa magnitud de la corriente de
saturacin inversa Is se duplica por cada incremento en 10 C de
temperatura, obsrvese la figura 2.6. Advirtase de la misma grfica
que en polarizacin directa el potencial de estado encendido
(potencial de conduccin) del diodo se reduce (como resultado del
incremento de la temperatura).Figura 2.6 Variacin en las
caractersticas del diodo debido a los cambios de temperatura
COMPARACIN ENTRE DIODO DE SILICIO Y GERMANIOEl diodo de Si tiene
un PIV, un ndice de corrientes mayores as como un rango ms amplio
de temperaturas que el de Germanio.Comparacin entre diodos de Si y
Ge
CaractersticaSiGe
PIV tpica1000 V400 V
Tmaxhasta 200 Cmenor a 100 C
Vt0.7 V0.3 V
Siendo Vt el potencial mnimo necesario el las terminales del
diodo para iniciar la conduccin, cuando este se encuentra
polarizado en directa y se denomina potencial de conduccin, de
umbral o de disparo.Figura 2.7 Comparacin entre diodos
semiconductores de Si y de Ge
NIVELES DE RESISTENCIA Y PUNTO DE OPERACIN DEL DIODOComo es
sabido la relacin entre voltaje y corriente R=V/I dada por la ley
de Ohm se denomina resistencia, particularmente en un diodo el
valor de esta depende del punto de operacin (siempre y cuando este
se site en la regin de rpido crecimiento de la curva, es decir en
las cercanas de Vt=0.7 volts para Si y 0.3 V para Ge) y el tipo de
seal aplicada.Los valores o niveles de resistencia que se definen
en los siguientes apartados corresponden a la resistencia en el
punto de unin p-n del diodo.RESISTENCIA ESTTICA. SEAL CDSi una seal
(Vd) en cd se aplica al diodo, entonces se obtiene un seal de
respuesta Id en cd (siempre que una carga "impedancia" se halle
conectada al circuito del diodo), tales magnitudes definen la
resistencia en cd o resistencia esttica de acuerdo a la ecuacin
2.2, vase la figura 2.8.
Esta relacin es vlida para puntos situados en la regin de
crecimiento vertical de la curva, en el punto de inflexin y debajo
de el la Rd ser mayor.RESISTENCIA DINMICA. SEAL ACCuando se aplica
una seal senoidal, el clculo de la Rd se lleva a cabo al considerar
una lnea tangente al punto Q tal como se observa en las figuras 2.9
y 2.10, en tal situacin la resistencia dinmica se define por:
La ecuacin 2.3 es de raro empleo ya que formalmente se define a
la pendiente de una curva en el punto Q, como la derivada en dicho
punto, de esta forma es posible demostrar que la resistencia
dinmica esta dada por:
RESISTENCIA PROMEDIO. SEAL ACSi la seal senoidal es de gran
amplitud, entonces es necesario emplear los puntos extremos por los
que oscila la respuesta de ID en ca para la determinacin de la
resistencia promedio en ca (vase la figura 2.11 y su respectivo
clculo)
RESISTENCIA TOTAL DE UN DIODOEl valor de la resistencia total
del diodo queda determinado al agregar a la resistencia de la unin
p-n (antes estudiada) la resistencia del cuerpo del diodo y la
resistencia presentada por la conexin entre el material
semiconductor y el conductor metlico externo denominada resistencia
de contacto, la suma de estas ltimas se denota por rB.El valor de
rB varia entre 0.1 ohms para dispositivos de alta potencia, hasta 2
ohms para diodos de baja potencia de propsito general.CIRCUITOS
EQUIVALENTES PARA DIODOSUn circuito equivalente es una combinacin
de elementos elegidos de forma apropiada para representar de la
mejor manera las caractersticas terminales reales de un
dispositivo, sistema o similar, para una regin de operacin en
particular.En lo sucesivo se emplear el calificativo modelo del
diodo para referirse al circuito equivalente del diodo. En la
siguiente tabla se resumen los modelos del diodo.
Tabla T1 Modelos de diodoObsrvese que la resistencia empleada en
el modelo 1 es la resistencia promedio que se puede determinar
generalmente a partir de un punto de operacin que se describe en la
hoja de especificaciones del dispositivo.Por ejemplo para un diodo
semiconductor de Si, si If = 10 mA (una corriente de conduccin
directa para el diodo), cuando Vd = 0.8 V. se tiene que:
HOJAS DE ESPECIFICACIONES DE DIODOSEstas son hojas de datos
tcnicos detallados de las caractersticas del diodo, los lmites de
potencia, voltaje, frecuencia, temperatura etcPuesto que:
TIEMPO DE RECUPERACIN INVERSOSe denota por Trr y es el tiempo
requerido para que un diodo pase del estado de polarizacin directa
al estado de polarizacin inversa cuando se efecta tal cambio de
polaridad en sus terminales.
IV.-PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL1.-Usando el ohmmetro medir las
resistencias directa e inversa del diodo. Registrar los datos en la
Tabla 12.-Armar el circuito de la figura(1)a. Ajustando el voltaje
con el potencimetro, observar y medir la corriente y el voltaje
directo del diodo, registrar sus datos en la Tabla 2b. Invertir el
diodo verificando al mismo tiempo la polaridad de los instrumentos,
proceder como en a) registrando los datos en la Tabla 3.R
directa()R inversa(M)
850 40 M
Vcc0.470.500.590.690.840.991.421.92.182.492.953.7
Id(mA)0.10.20.40.81.62.55.08.010.012.015.020.0
Vd(v)0.4620.4950.5280.5630.5970.6190.6500.6710.6800.6880.6980.710
Vcc(v)0.02.04.06.08.010.012.015.020.0
Vd(v)0.0272.0584.0246.037.9910.1512.0716.0419.95
Id(uA)000000000
3.- Usando el ohmmetro medir las resistencias directa e inversa
del diodo. Registrar los datos en la Tabla 4R directa()R
inversa(M)
31140 M
4.- Repetir el circuito de la figura 1 para el diodo de
germanio, de manera similar al paso 2, proceder a llenar las tablas
5 y 6
Vcc0.120.190.240.320.490.681.041.591.882.192.683.4
Id(mA)0.10.20.40.81.62.55.08.010.012.015.020.0
Vd(v)0.1350.1660.2010.2320.2650.290.3320.3650.3810.3960.4190.437
Vcc(v)0.01.02.04.06.08.010.012.015.018.020.0
Vd(v)01.0623.475.017.569.5811.5015.6817.5119.63
Id(uA)02.57190390430500600400590380
RESISTENCIA DINAMICA
Para el silicio:
Para el germanio:
Fuente Regulada BK Precision Power supply 1630
Fuente BK 1630
FICHA DEL PRODUCTO
Entrada110-120 AC volts
Salida0 v - 30 v
DescripcinFuente Regulada BK Precision Power Supply 1630;
alimentacion 110-120 AC volts; salida regulada de 0 v a 30 v con
regulacin de corriente de un rango de 0 a 3 amperes
1.-Determina la corriente mxima seguridad para el dispositivo
para ser encendido. Si ese valor es mayor que 0.5.A para el modelo
1610 o superior para el modelo 1630 1.5.A, coloque el interruptor
HI-LO a HI. Si es inferior a estos valores, fije el interruptor
HI-LO a LO2.- Temporalidad toque la (+) y (-) de la fuente de
alimentacin, junto con un cable de prueba3.- Giro el control de
Voltaje grueso lejos de el cero suficientemente para el indicador
de CC4.- Ajustar el control de corriente para el lmite de corriente
deseado. Lea el valor de la corriente en el ampermetro5.- El
limitador de corriente (sobrecarga proteccin) ha sido establecido.
No cambie la configuracin actual de control despus de este paso6.-
Eliminar el cortocircuito entre el (+) y (-) terminales y se
conecta la operacin de constante voltaje
V.-CONCLUSIONESHemos observado que los diodos son elementos
importantes en la electrnica, que para su comprensin hay que estar
al tanto de ciertos conocimientos relativos a su funcionamiento y
comportamiento.Los diodos son de gran versatilidad, se pueden
implicar en muchos aspectos con el propsito de resolver algn
problema.Para nosotros uno de los aspectos ms importantes de los
mismos es que no se quedan en un solo tipo de diodoVI.-
BIBLIOGRAFIA-MANUAL DE LABORATORIO DE DISPOSITIVOS
ELECTRONICOS-Electrnica Bsica, Diodos Semiconductores, Pag.
19-34Van Valkenburgh, Nooger & Neville, IncEd. Bell
S.A.-Electrnica General, Tomo I, Tecnologa Electrnica,
Semiconductores, Pag. 251-260.Luis Gmez de Tejada y Sanz-CIRCUITOS
ELECTRICOS Dorf-Svoboda, edicin, Alfa omega grupo editor, Mxico,
2003.-TEORIA DE CIRCUITOS Y DISPOSITIVOS ELECTRONICOS
Boylestad-Nashelsky, 8edicion, Pearson educacin, Mxico, 2003.
Ed. PARANINFO
S.A.*Internet-http://www.ieec.uned.es/ieec/documentos/ffi-ieec/apl_html/capit_11/c1.htm-http://www.ieec.uned.es/ieec/documentos/ffi-ieec/apl_html/capit_11/c111.htm
DISPOSITIVOS ELECTRONICOS 1