El Libro Maestro

I. íNDICE

II. Índice 1

III. Objetivos 2

IV. Material 3

V. Marco conceptual (diodo rectificador) 4

La unión p-n 4

Comportamiento del diodo en régimen estático 5

Parámetros del comportamiento del diodo en régimen estático 6

Comportamiento del diodo en régimen dinámico 7

1. Desarrollo experimental 8

1.1 Identificar el comportamiento rectificante de un diodo y el comportamiento

Óhmico de un resistor 8

1.2 Identificar el ánodo y el cátodo en un diodo rectificador 11

1.3 Curva característica (V-I), de un diodo de silicio y uno de germanio. 11

1.4 Variación en la curva característica de los diodos rectificadores cuando aumenta la temperatura. 13

1.5 Cuestionario. 14

1.6 Conclusiones 17

VI. Bibliografía 18

II. OBJETIVOS

El alumno deberá:

 Identificar el comportamiento rectificante de un diodo y el comportamiento óhmico en un resistor.

 Identificar el ánodo (región p) y el cátodo (región N) en un diodo rectificador.

 Obtener y comparar las curvas características (V-I), de diodos rectificadores de silicio y germanio. En cada caso, determinar el voltaje de umbral y calcular las resistencias estática y dinámica en la región directa de conducción, para un punto de operación Q (VD, ID) arbitrario.

 Observar y reportar las variaciones que se presentan en la curva característica V-I, en el voltaje de umbral y en la corriente de fuga de los diodos rectificadores cuando varia la temperatura.

 Contestar y entregar el cuestionario, hacer conclusiones y reportar los datos, gráficas y mediciones llevadas a cabo durante la realización de esta práctica.

III. MATERIAL

EQUIPO PROPORCIONADO POR EL LABORATORIO MATERIAL REQUERIDO POR EL ALUMNO

Osciloscopio de doble trazo Dos diodos de silicio 1N4004 o equivalente

Generador de señales Un diodo de germanio 1N60, N34 o equivalente

Multímetro analógico y/o digital Resistencias: 2 de 1kΩ a 0.5W

Transformador 12 V/1 A con derivación central 1 pinza de punta

1 pinza de corte

1 desarmador

6 caiman-caiman

6 caiman-banana

8 banana-banana de 50 cm de longitud

Tablillas de conexiones (protoboard)

4 cables coaxiales que tengan en un extremo terminación BNC y en los otros caimanes.

1 lupa de las usadas para lectura (opcional)

IV. MARCO CONCEPTUAL

DIODO RECTIFICADOR

Un diodo rectificador es uno de los dispositivos de la familia de los diodos más sencillos. El nombre diodo “rectificador” procede de su aplicación, la cual consiste en separar los ciclos positivos de una señal de corriente alterna.

Si se aplica al diodo una tensión de corriente alterna durante los medios ciclos positivos, se polariza en forma directa; de esta manera, permite el paso de la corriente eléctrica. Pero durante los medios ciclos negativos, el diodo se polariza de manera inversa; con ello, evita el paso de la corriente en tal sentido.

Durante la fabricación de los diodos rectificadores, se consideran tres factores: la frecuencia máxima en que realizan correctamente su función, la corriente máxima en que pueden conducir en sentido directo y las tensiones directa e inversa máximas que soportarán.

Una de las aplicaciones clásicas de los diodos rectificadores, es en las fuentes de alimentación; aquí, convierten una señal de corriente alterna en otra de corriente directa.

LA UNIÓN P-N

El diodo es una unión P-N. Es decir, una unión de un semiconductor extrínseco de tipo P con un semiconductor extrínseco de tipo N. La unión P-N surge como consecuencia del dopado de un cristal de silicio, de forma que una mitad del cristal resulte en tipo P y la otra en tipo N (o bien por la fusión de dos cristales aislados, uno de cada tipo). Al espacio sin cargas libres situado entre la zona P y la zona N del diodo lo denominaremos zona de agotamiento del diodo.

Este es el símbolo del dispositivo diodo. En él hemos marcado con una A el extremo correspondiente al ánodo y con una K el extremo correspondiente al cátodo.

Símbolo del diodo rectificador.

Fundamentalmente, aquí trataremos del diodo como dispositivo, no como componente; o lo que es lo mismo, estudiaremos el comportamiento interno del componente diodo (su fundamento físico, su unión P-N, la razón por la que conduce o no según la tensión aplicada), sin meternos en cuestiones como las adecuadas condiciones de temperatura para su funcionamiento, encapsulado, tolerancia a fallos, modelos, etc.

COMPORTAMIENTO DEL DIODO EN RÉGIMEN ESTÁTICO

Hablar de régimen estático es hablar de corriente continua. Como primera aproximación, y aunque como se verá esto no es del todo exacto, diremos que un diodo es un dispositivo que deja pasar la corriente en un solo sentido, concretamente de ánodo a cátodo (el que indica la flecha de su símbolo), como se refleja en esta simulación de Electronics Workbench realizada a temperatura ambiente (27oC):

Diodo en polarización directa a temp. ambiente (conduce) Diodo en polarización inversa a temp. ambiente (no conduce)

Observamos que en el circuito de la izquierda el diodo se comporta como una resistencia muy baja, mientras que en la gráfica de la derecha se comporta como un interruptor abierto. Es decir: un diodo polarizado directamente se comporta como un cortocircuito, mientras que un diodo polarizado inversamente se comporta como un circuito abierto.

Y es ahora cuando se trata de puntualizar nuestras palabras, puesto que el diodo sí conduce polarizado inversamente (y de hecho hay aplicaciones que requieren un diodo polarizado inversamente, e incluso tipos de diodos, como el Zener –que ya veremos con más detalle-, que trabajan únicamente en polarización inversa). Esto es lo que ocurre

...