Informe de Electronica Basica Diodos Rec

INFORME DE ELECTRÓNICA BÁSICA DIODOS RECTIFICADORES ALVARO ESCOBAR RIVEROS. JOSÉ FERMIN MEZA. JOSE HUMBERTO MEZA. 10 DE SEPTIEMBRE DEL 2014

Experiencia N°1 del Curso¨ Electrónica Básica¨ Página 2

Tabla de contenido Introducción ........................................................................................................................................ 3

Marco Teórico. .................................................................................................................................... 4

Características de los Diodos Rectificadores en polarización Directa. ........................................... 6

a) Tensión Umbral: ...................................................................................................................... 6

b) Corriente Máxima con Polarización Directa: ........................................................................... 6

c) Caída de Tensión con Polarización Directa (Vf): ...................................................................... 7

d) Máxima disipación de Potencia en Polarización Directa: ....................................................... 7

Características de los Diodos Rectificadores en Polarización Inversa. ................................................ 8

a) Tensión Inversa (VR): ............................................................................................................... 8

b) Tensión Inversa de Ruptura: ................................................................................................... 8

c) Tensión inversa de pico repetitivo (VRRM): ............................................................................ 8

d) Corriente Inversa Máxima: ...................................................................................................... 8

Serie de Diodos Rectificadores 1n4001-1n4007. ............................................................................... 9

En polarización directa, ....................................................................................................................... 9

En Polarización Inversa: .................................................................................................................. 9

Desarrollo. ......................................................................................................................................... 11

Datos a utilizar ............................................................................................................................... 11

Tabla de Valores Teóricos. ........................................................................................................... 12

Listado de componentes e instrumentos necesarios. .................................................................. 12

Listado de Materiales Efectivamente Utilizados: .......................................................................... 13

Procedimientos: ................................................................................................................................ 13

Registro de mediciones: .................................................................................................................... 15

Tabla de Valores Obtenidos. ......................................................................................................... 16

Gráficos resultantes de los valores de corriente y caída de voltaje, obtenidos a través de las

mediciones en polarización directa del diodo 1N4002. ............................................................ 16

Análisis y Discusión de resultados. ............................................................................................ 17

Conclusión ................................................................................................................................. 18

BIBLIOGRAFIA. ................................................................................................................................... 19


Introducción

Como sabemos existen en nuestro alrededor distintos tipos de materiales capaces de conducir la

corriente eléctrica mejor que otros. Generalizando, se dice que los materiales que presentan poca

resistencia al paso de la corriente eléctrica son conductores. Por lo contrario, los que ofrecen

mucha resistencia al paso de esta, son llamados aislantes. No existe el aislante perfecto y

prácticamente tampoco el conductor perfecto. Existe un tercer grupo llamado semiconductores,

dentro del cual se encuentran los Diodos, Transistores, Circuitos Integrados; y conducen la

corriente eléctrica bajo ciertas condiciones.

El Diodo, es un dispositivo electrónico con muchas aplicaciones, variadas formas y características.

Así, para realizar nuestra experiencia, debemos conocer el funcionamiento desde su composición.

El presente informe, consta un Marco Teórico, en donde explicaremos el comportamiento de los

Diodos Rectificadores compuestos de Silicio. También están las características y valores máximos

de funcionamiento en polarización directa e inversa de la serie de Diodos Rectificadores 1N4001-

1N4007. Incorporamos gráficos, esquemas e ilustraciones que complementan la información

entregada.

Luego, en el Desarrollo, aplicamos los conocimientos previos y los datos descritos en el Marco

Teórico para implementar un circuito electrónico sencillo en una Protoboard con los diodos

rectificadores 1N4002 y 1N4007. Todo lo anterior para obtener datos experimentales en la

experiencia número uno del curso Electrónica Básica.

Finalmente, damos nuestras conclusiones de lo realizado.


Marco Teórico.

Lo que diferencia a cada grupo de material es su estructura atómica. Los conductores son,

generalmente metales. Esto se debe a que dichos poseen pocos átomos en sus últimas orbitas y,

por lo tanto, tienen tendencia a perderlos con facilidad. De esta forma, cuando varios átomos de

un metal, se acercan los electrones de su última orbita se desprenden y circulan

desordenadamente entre una verdadera red de átomos de un metal, este hecho (libertad de los

átomos electrones) favorece en gran medida el paso de la corriente eléctrica.

Los aislantes, en cambio, están formados por átomos con muchos electrones en sus últimas

orbitas (cinco a ocho), por lo que, no tienen tendencia a perderlos fácilmente. De ahí su alta

resistencia. También existe otro tercer tipo de materiales, que cambia en mayor o menor medida

la característica de los anteriores, los semiconductores. Su característica principal es la de conducir

la corriente sólo bajo determinadas circunstancias, y a evitar el paso de ella en otras.

Es, precisamente, en este tipo de materiales en los que la electrónica de estado solida está basada.

La estructura atómica de dichos materiales presenta una característica común: está formada por

átomos tetravalentes(es decir con cuatro electrones en su última orbita), por lo que les es fácil

ganar cuatro o ceder cuatro.

Diodo.

Es el dispositivo electrónico semiconductor más sencillo, es unidireccional y se puede encontrar,

prácticamente en cualquier circuito electrónico. Se fabrican en versiones de Silicio (la más

utilizada) y de Germanio (diodo Schottky).

En su interior, los diodos constan de dos zonas; N y P:

a) N: esta dopada con impurezas pentavalentes. Se obtienen electrones libres.

b) P: esta dopada con impurezas "Aceptoras", trivalentes. Como el número de huecos

supera el número de electrones libres, los huecos son los portadores mayoritarios y los

electrones libres son los minoritarios. Ambos están separados por una juntura llamada

barrera o unión; es de 0.3 voltios en el diodo de germanio y de 0.7 voltios

aproximadamente en el diodo de silicio. Puede comportarse como un conductor o impedir

el paso de la corriente eléctrica, dependiendo de su polarización.


Polarización Directa: El diodo permite la circulación de corriente sólo cuando se

encuentra polarizado en forma directa, que es cuando el terminal ánodo tiene polaridad

positiva con respecto al terminal cátodo; en este caso, se dice que el diodo se comporta

como un conductor, y se produce una circulación de corriente por el circuito, en el

sentido convencional.

Polarización inversa: Cuando el diodo se polariza en forma inversa, (negativo en el

ánodo y positivo en el cátodo), a nivel práctico, éste se comporta como un circuito abierto, es

decir, no circula corriente. Pero realmente sí existe una cierta corriente, que por ser tan pequeña

no se considera a efectos prácticos. Dicha corriente se denomina corriente inversa de fugas (IR), y

es muy dependiente de la temperatura. Su valor es del orden de nA en el silicio, y de mA en el

germanio.

Esquema N°1

Diodos Rectificadores: Son aquellos dispositivos semiconductores que solo conducen

en polarización directa. Estas características son las que permite a este tipo de diodos rectificar

una señal. Los hay de varias capacidades en cuanto al manejo de corriente y el voltaje inverso que

pueden soportar. Para convertir la corriente de A.C en C.C, se hace uso de los diodos

rectificadores de silicio; son muy utilizados en la actualidad. Los circuitos electrónicos que

comúnmente los emplean son los siguientes:

a) Conversores de corriente alterna en continua. b) Fuentes de alimentación. c) Rectificación en el circuito del alternador de automóviles. d) Como protección de tensiones inversas. e) Cargadores de baterías.


Ilustración 1: El cátodo de los diodos rectificadores de baja potencia, suele ir marcado con una banda gris en su respectivo terminal.

Características de los Diodos Rectificadores en polarización

Directa.

a) Tensión Umbral: Es la tensión necesaria para vencer la resistencia que existe en la

juntura p-n del diodo. En los diodos rectificadores 1N4001-1N4007 es 0.6 volts, con un

máximo de 0.7 volts.

Grafico 1.

b) Corriente Máxima con Polarización Directa: Indica la máxima intensidad

puede soportar un diodo con polarización directa. Sobrepasado este valor, se quema

debido a una disipación excesiva de potencia.


Grafico 2.

c) Caída de Tensión con Polarización Directa (Vf): Es la tensión que disipa el

diodo ya que se comporta como una pequeña resistencia. Estos valores están

directamente relacionados con la potencia disipada y la corriente máxima que puede

soportar.

Tabla 1: Los Valores corresponden a la Serie de Diodos 1N4001-1N4007.

d) Máxima disipación de Potencia en Polarización Directa: Como ocurre con una resistencia, un diodo puede disipar una potencia sin peligro de

acortar su vida ni degradar sus propiedades. Con corriente continua, el producto de la

tensión en el diodo y la corriente es igual a la potencia disipada por éste. Normalmente en

diodos rectificadores no se suele emplear la limitación máxima de potencia, ya que toda la

información acerca de la destrucción del diodo (por calor) ya está contenida en el límite

máximo de corriente.


Características de los Diodos Rectificadores en Polarización Inversa.

a) Tensión Inversa (VR): Son los valores límites de la tensión que puede soportar

el diodo en estado de bloqueo.

b) Tensión Inversa de Ruptura: Es la tensión negativa, cuyo valor es capaz de

provocar la avalancha aunque solo se aplique una vez por un tiempo superior a 10

milisegundos, causando la destrucción del diodo.

c) Tensión inversa de pico repetitivo (VRRM): es la máxima tensión que

puede ser soportada en picos de 1 milisegundo (ms), repetidos cada 10 ms de forma

continuada.

Grafico N°

d) Corriente Inversa Máxima: Esta corriente inversa incluye la corriente

producida térmicamente y la corriente de fugas superficial. Como toda la corriente

que alimenta un circuito debe pasar por los rectificadores de la fuente de

alimentación, los diodos rectificadores deben ser capaces de disipar cierta cantidad de

potencia con el mínimo de "fugas" en inverso. Por lo tanto, generalmente se fabrican

mediante "uniones p-n” para tener mayor capacidad de transporte, y con Silicio (en

vez de Ge), pues se puede usar a unas decenas de grados más que el Ge. Además, las

corrientes inversas de fuga (Io) son unas 1000 veces menores en los diodos de Si que

en los de Ge.


Serie de Diodos Rectificadores 1n4001-1n4007. Según datos del fabricante, son diodos de silicio con un encapsulado Do-41 y una juntura p-n.

A la hora de elegir un diodo para una aplicación concreta se deben considerar las características

apropiadas para dicha aplicación. Para ello, se debe examinar la hoja de especificaciones que el

fabricante provee.

En polarización directa, este conjunto de diodos tiene los mismos valores en características,

tales como:

a) Tensión Umbral en polarización directa: 0.7 Volts.

b) Intensidad máxima en polarización directa: 1.0 Amper.

c) Máxima caída de tensión en polarización directa: 0.93 Volts a 1.1 Volts.

d) Máxima Potencia Disipada: 0.93 watts.

Se considera como límite, un valor 0.5 watts para conservar la vida útil del diodo)

Intervalo de T° de Operación y Almacenamiento de la Unión: -65 °C y 175 °C.

En Polarización Inversa:

a) Tensión Inversa (VR) : 1N4002= 70 Volts; 1N4007=700 Volts

.

b) Tensión Inversa de Ruptura: 1N4002= 100 Volts; 1N4007= 1000 Volts.

c) Tensión Inversa de Pico

Repetitivo : 1N4002= 100 Volts; 1N4007= 1000 Volts.


d) Máxima Intensidad inversa

T° de 25 °C : 1N4001-1N4007= 10 micro Amper.

e) Máxima Intensidad Inversa

T° de 75° : 1N4001-1N4007= 50 micro Amper.

f) Tensión inversa de pico

Repetitivo : 1N4002= 100 Volts; 1N4007= 1000 Volts.

Todos Estos datos fueron obtenidos de una hoja de especificaciones, perteneciente a la Empresa

Motorola Inc.

Ahora, es momento de comenzar a obtener datos prácticos y reales del funcionamiento de un diodo rectificador 1N4002. Los objetivos son los siguientes:

- Utilizar la Hoja de Datos que provee el fabricante del dispositivo.

- Conocer valores límites de voltajes y corrientes.

- Obtener datos experimentales para graficar la curva característica del diodo en

Polarización directa.

- Comprobar el efecto de la temperatura, en el comportamiento del diodo.


Desarrollo.

Con los valores anteriores, analizaremos el comportamiento real del Diodo Rectificador 1N4002

por medio de la experiencia número 1, implementando un circuito electrónico sencillo que se

muestra en el siguiente diagrama:

Datos a utilizar

Vs= Fuente de Tensión Directa que suministra la corriente al circuito.

I= Corriente que recorre que circuito.

Rs= Resistencia que limita el flujo de corriente.

Vd= Voltaje en el diodo.


Tabla de Valores Teóricos.

A) En Polarización Directa del Diodo a una Temperatura de 25 °C:

Valor de Voltaje Directo (Volts).

Resistencia (Ohm).

Caída de Tensión Del Diodo. (Volts).

Intensidad que llega al diodo. (Amperes).

I= V-0.7/R

Potencia Disipada por el Diodo. (Watts).

W= 0.7*I 10 1000 0.7 0.009 0.0063

12 1000 0.7 0.011 0.0077

14 1000 0.7 0.013 0.0091

16 1000 0.7 0.015 0.0105

18 1000 0.7 0.017 0.0112

20 1000 0.7 0.019 0.0133

22 1000 0.7 0.021 0.0147

Listado de componentes e instrumentos necesarios.

a) Protoboard: Es la placa de pruebas, con múltiples orificios interconectados en filas y

en columnas, donde conectaremos los dispositivos electrónicos y la Fuente de Voltaje que

suministra la corriente directa.

b) Fuente de Voltaje Regulada (C.C): Con este aparato, podemos disminuir o

aumentar el Voltaje suministrado al Protoboard. Usaremos 7 valores distintos de voltaje

en la polarización directa del diodo (desde 10 volts a 22 volts), y un único valor en

polarización inversa (20 volts).

c) Resistencia de 1Kohms: Con este valor, limitamos la intensidad en miliampers para

conservar la integridad del diodo y realizar las mediciones con en Multímetro sin

inconvenientes.

d) Diodo Rectificador 1N4002.

e) Multímetro: Es la herramienta adecuada para saber el estado de un diodo. Se mide la

resistencia, girando la perilla del Multímetro hasta el símbolo de Continuidad y

conectamos la punta del cable rojo al ánodo y del cable negro al cátodo obteniendo una

resistencia muy baja; después se invierten e indica una resistencia muy grande. Esto

significa que el diodo está en buen estado. También, nos sirve para obtener las

mediciones, tanto de la intensidad como el Voltaje que llega al diodo; se conecta en serie

y en paralelo, respectivamente.


Listado de Materiales Efectivamente Utilizados: - 1 Protoboard. - 2 Multímetros. - 1 Resistencia de 1Kohm. - 1 Diodo Rectificador 1N4002. - 1 Fuente de Voltaje Regulada.

Procedimientos: a) Conectamos el diodo 1N4002 en el protoboard y una resistencia en serie de 1000 ohm

con el ánodo del diodo para limitar el flujo de corriente a los valores deseados, que son

entre 9 mA y 21 mA.

b) Unimos extensiones de alambre a las puntas de los cables de medición de los dos

Multímetros, para conectarlos con facilidad al protoboard. También usamos dos

¨puentes¨; uno desde la columna positiva que conduce la tensión de la fuente hacia el

terminal de la resistencia, y otro para conectar el cátodo del diodo a la columna negativa.

c) Conexión de los dos Multímetros designados como 1 y 2 respectivamente:

1) Para medir la intensidad que llega al diodo, conectamos en serie el alambre positivo al

ánodo y alambre COM al terminal de la resistencia. Giramos el selector de rango

2) Para medir la caída de tensión en el diodo, conectamos en paralelo el alambre positivo al

ánodo y el COM al cátodo. Giramos el selector de rango.

d) Conexión de la Fuente Regulada de Tensión al Protoboard: El cable positivo se conecta a la

columna positiva (+) y el cable negativo a la columna negativa (-).

e) Encendemos la fuente de tensión y los multímetros. Regulamos el voltaje hasta 10 Volts

para comenzar a registrar los valores que entregan las mediciones.

Imagen 1: Conexión en serie de los componentes electrónicos. Un multímetro va conectado en serie entre a resistencia y el diodo y otro en paralelo solo al diodo. Se observan los puentes y la conexión del cable positivo y negativo de la fuente en las columnas (+) y (-), respectivamente. Las demás conexiones no se consideran.


Imagen N° 2: Fuente Regulada de Voltaje.

Imagen N°3: Multímetro conectado en serie entre la resistencia y el diodo. Indica 13.32 mA.

Imagen N°4: Realizando una prueba con 28 volts de entrada. El Multímetro de color negro indica 28.1 mA y de color blanco, conectado en paralelo al diodo, indica una caída de tensión de 0.73 volts


Registro de mediciones:

Obtenidos los valores de la caída de tensión Vd y la Intensidad, calculamos la resistencia del

diodo mediante la ley de Ohm. Ingresamos estos resultados a la tabla de

registros.

Reemplazamos:

1) Rd= Vd/I.

Rd= 0.68 volts/0.00926 amperes.

Rd= 73.434 ohms.

2) Rd= Vd/I.

Rd= 0.69 volts/0.0113 amperes.

Rd= 61.062 ohms.

3) Rd= Vd/ I.

Rd= 0.70 volts/ 0.01332 amperes.

Rd= 52.55 ohms.

4) Rd= Vd/ I


Rd= 46,284 ohms.

5) Rd= Vd/I.


Rd= 40.804 ohms.

6) Rd= Vd/I.


Rd= 37.056 ohms.

7) Rd= Vd/ I.


Rd= 33.18 ohms.

V=R*I.


Tabla de Valores Obtenidos.

Gráficos resultantes de los valores de corriente y caída de voltaje,

obtenidos a través de las mediciones en polarización directa del

diodo 1N4002.

En este grafico se observa el incremento en la tensión de entrada y un imperceptible aumento de la intensidad.

Voltaje Directo( Vf) Volts.

Resistencia (Rx++) Ohms.

Intensidad Amperes.

Caída de Tensión (Vd). Volts

Resistencia del diodo.(Rd) Ohms.

Potencia disipada (Pd) W= Vd* I. Watts.

10

1000

0.00926

0.68

73,434

0,0063

12

1000

0.0113

0.69

61.062

0.00778

14

1000

0.01332

0.70

52.55

0.0092

16

1000

0.01534

0.71

46.284

0.0109

18

1000

0.0174

0.71

40.804

0.01235

20

1000

0.01943

0.72

37.056

0.014

22

1000

0.0217

0.72

33.18

0.01562

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5 6 7

mA.

Vf


Grafico que muestra el leve aumento de la intensidad y la caída de voltaje en el diodo que son directamente proporcionales al incremento de la tensión de entrada.

Análisis y Discusión de resultados.

Una vez analizado el grafico hecho en base a nuestras mediciones y cálculos, podemos afirmar que

para lograr una mayor exactitud debemos tomar en cuenta el valor de la resistencia a utilizar en

un circuito y la cantidad de corriente que deseamos limitar. Nuestros valores de corriente

resultante son del orden de los miliampers para conservar la funcionalidad del diodo, pero en la

curva característica, el incremento de éstos no es tan apreciable a pesar de haber sobre pasado la

tensión umbral.

La resistencia que ejerce el diodo al paso de la intensidad disminuye, acercándose a 0 ohm,

conforme aumentan hasta sus valores máximos la intensidad y la tensión de funcionamiento.

La caída de Tensión tanto en la resistencia de 1Kohm como en el 1N4002 es igual a la potencia

que ambos componentes son capaces de disipar en forma de calor.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1 2 3 4 5 6 7

mA.

vd


Conclusión

Al iniciar, como grupo realizamos un informe con el cual poder describir el funcionamiento de los

semiconductores, a la vez enfocarnos en especial al funcionamiento del diodo 1n4002. Es de bajo

costo, fácil de encontrar en cualquier tienda de electrónica, se puede utilizar en voltajes bajos, y

lo principal, rectifica la onda sinusoidal de la corriente alterna, conduciendo los semiciclos

positivos y bloqueando los semiciclos negativos, para así convertir a corriente directa. Está

compuesto de silicio, y dependiendo de su conexión puede ser un buen conductor o un buen

aislante. Fue importante el trabajo en equipo que realizamos y entender cómo se utilizan los

instrumentos de medición. No pudimos explicar la curva negativa del diodo debido a que no

contábamos con el conocimiento y equipo necesario para poder realizar mediciones en

polarización inversa.


BIBLIOGRAFIA.

http://www.esquibel.es/Universidad/Publicaciones/Libros/Complementos%20de%20electronica/a

pendices/apendice5OK.pdf

http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/diodos/lab/curso/curso.htm

http://www.marcombo.com/Descargas/9788426715326-

%20PRINCIPIOS%20DE%20ELECTRICIDAD%20Y%20ELECTRONICA.%20TOMO%205/EXTRACTO%20

DEL%20LIBRO.pdf

http://www.esquibel.es/Universidad/Publicaciones/Libros/Complementos%20de%20electronica/apendices/apendice5OK.pdf

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