Pr‡ctica 4: Diodos de Semiconductor. Caracterizaci—n y construcci—n de puertas l—gicas elementales
Descripci—n del experimento
El prop—sito de esta practica es analizar el comportamiento del diodo en circuitos elŽctricos. En esta practica determinaremos experimentalmente las curvas caracter’sticas de diodos rectificadores y diodos Zener, relacionando la diferencia de potencial y la intensidad existente en estos componentes. A partir de esas curvas se obtendr‡n los par‡metros que caracterizan a dichos diodos.
Al colocar un diodo en un circuito, pueden darse dos casos:
o Polarizaci—n directa
o Polarizaci—n inversa
El efecto de un diodo mediante polarizaci—n directa se puede modelizar como un cortocircuito,
mientras que cuando existe polarizaci—n inversa se modeliza como un circuito
abierto.
La curva caracter’stica de un diodo es la relaci—n existente entre la intensidad de corriente y la diferencia de potencial que circula por ese diodo. La ecuaci—n que la relaciona es la siguiente:
En esta ecuaci—n, 
corresponde a la temperatura, 
a la carga del electr—n, 
a la constante de Boltzmann e 
a la corriente m‡xima de polarizaci—n inversa.
As’, estas ser‡n las gr‡ficas correspondientes a cada uno de los diodos que vamos a utilizar.
En el caso del diodo rectificador, cuya representaci—n es la siguiente:
Tendremos una gr‡fica de este tipo:
Un par‡metro importante en esta gr‡fica ser‡
la tensi—n umbral 
, a partir de la que se considera el diodo, en polarizaci—n
directa, como conductor.
En el caso del diodo Zener, tiene un comportamiento similar al rectificador cuando est‡ en polarizaci—n directa, pero en polarizaci—n inversa el campo elŽctrico aplicado puede tener energ’a suficiente como para arrancar los electrones de sus ‡tomos rompiendo los enlaces covalentes, gener‡ndose un nœmero muy elevado de electrones y de huecos, y dando lugar a intensidades de corriente muy altas. As’, el comportamiento en polarizaci—n inversa, a partir de ciertos puntos de tensi—n, es equivalente al comportamiento en polarizaci—n directa.
La representaci—n del diodo Zener ser‡ la siguiente:
Y su curva caracter’stica viene representada
por la siguiente gr‡fica, de la cual el par‡metro principal ser‡ la tensi—n
Zener 
:
Curva caracter’stica de un diodo
Mediante pol’metros:
En primer lugar procederemos a determinar la curva caracter’stica de cada uno de los diodos, rectificador y Zener, mediante el uso de pol’metros.
El montaje que realizaremos para obtener la curva caracter’stica ser‡ el siguiente:
Los elementos del cual son:
o R ser‡ una resistencia de 
o Un diodo rectificador
o Un volt’metro conectado en paralelo
o Un amper’metro conectado en serie
o Fuente de tensi—n 
En primer lugar
conectaremos el diodo en polarizaci—n directa y variaremos 
desde 0.1V hasta
2V en intervalos de 0.1V.
De este montaje anotaremos los valores obtenidos en el amper’metro y en el volt’metro, siendo los siguientes:
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|
|
|
|
0.1 |
0.000 |
0.104 |
|
0.2 |
1.000e-4 |
0.212 |
|
0.3 |
1.400e-3 |
0.309 |
|
0.4 |
0.019 |
0.411 |
|
0.5 |
0.127 |
0.490 |
|
0.6 |
0.374 |
0.541 |
|
0.7 |
0.706 |
0.573 |
|
0.8 |
1.104 |
0.595 |
|
0.9 |
1.530 |
0.612 |
|
1.0 |
1.986 |
0.625 |
|
1.1 |
2.433 |
0.635 |
|
1.2 |
2.899 |
0.643 |
|
1.3 |
3.362 |
0.651 |
|
1.4 |
3.862 |
0.658 |
|
1.5 |
8.230 |
0.694 |
|
1.6 |
9.250 |
0.700 |
|
1.7 |
10.200 |
0.704 |
|
1.8 |
11.160 |
0.708 |
|
1.9 |
12.070 |
0.712 |
|
2.0 |
13.90 |
0.716 |
La gr‡fica de los cuales ser‡:
A partir de esta gr‡fica podemos observar que el valor de la tensi—n umbral o caracter’stica se sitœa en el punto entre 0.6V y 0.7V.
En cuanto a la polarizaci—n inversa,
variaremos 
desde 1V a 4V en
intervalos de 0.5V. Los resultados que hemos obtenido son:
|
|
|
|
|
1.0 |
0.000 |
1.024 |
|
1.5 |
0.100 |
1.537 |
|
2.0 |
0.100 |
2.045 |
|
2.5 |
0.100 |
2.542 |
|
3.0 |
0.200 |
3.066 |
|
3.5 |
0.200 |
3.570 |
|
4.0 |
0.300 |
4.080 |
Y su gr‡fica correspondiente:
En el caso del diodo Zener, en polarizaci—n directa obtendremos la siguiente tabla de valores:
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|
|
|
|
0.1 |
0.0001 |
0.109 |
|
0.2 |
0.0001 |
0.265 |
|
0.3 |
0.0002 |
0.382 |
|
0.4 |
0.0008 |
0.456 |
|
0.5 |
0.0028 |
0.506 |
|
0.6 |
0.0031 |
0.531 |
|
0.7 |
0.0052 |
0.564 |
|
0.8 |
0.0417 |
0.598 |
|
0.9 |
0.0461 |
0.602 |
|
1.0 |
0.0612 |
0.611 |
|
1.1 |
0.0956 |
0.627 |
|
1.2 |
0.1260 |
0.633 |
|
1.3 |
0.2329 |
0.649 |
|
1.4 |
0.2990 |
0.653 |
|
1.5 |
0.3930 |
0.660 |
|
1.6 |
0.5120 |
0.667 |
|
1.7 |
0.6210 |
0.674 |
|
1.8 |
0.7350 |
0.679 |
|
1.9 |
0.8650 |
0.685 |
|
2.0 |
0.9840 |
0.690 |
La gr‡fica que representar‡ el Voltaje frente la Intensidad ser‡ la siguiente:
De la cual observamos que la tensi—n umbral o caracter’stica se sitœa entre 0.6V y 0.7V.
En el caso de polarizaci—n inversa, estos ser‡n los valores que obtenemos:
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|
1.0 |
-0.0053 |
-1.296 |
|
1.5 |
-0.1500 |
-2.0008 |
|
2.0 |
-0.7800 |
-2.5030 |
|
2.5 |
-1.3100 |
-2.6750 |
|
3.0 |
-3.3700 |
-3.0140 |
|
3.5 |
-11.5300 |
-3.500 |
|
4.0 |
-39.1000 |
-4.000 |
Y esta ser‡ su gr‡fica correspondiente:
En el caso de la tensi—n Zener 
observamos que se sitœa sobre los 2.5V en polarizaci—n
inversa.
Mediante el osciloscopio:
En esta secci—n obtendremos la curva caracter’stica de cada diodo mediante el osciloscopio.
El montaje que realizaremos ser‡ el siguiente:
Donde 
ser‡ una se–al
de tensi—n sinusoidal, cuya representaci—n es la siguiente:
Los valores sobre la l’nea ser‡n positivos de la tensi—n, y los que est‡n por debajo de ella ser‡n negativos.
De este modo, al introducir en el montaje un diodo rectificador, la representaci—n de lo que obtenemos en el osciloscopio ser‡ la figura siguiente:
El diodo actuar‡ como no conductor por debajo de 0V, y aumentando progresivamente el valor de la conducci—n mientras aumenta la tensi—n positivamente. A causa de esto s—lo vemos la parte positiva de la representaci—n del seno.
En el caso del diodo Zener, a causa de la tensi—n
Zener 
tendremos una gr‡fica de la siguiente manera:
En la parte negativa vemos que comienza a
actuar como conductor pero inversamente. Esto es, como ya hemos comentado, a
causa de la tensi—n Zener 
.