Componentes Electronicos I – COM3Lab 70015

Componentes Electronicos I – COM3Lab 70015

Angie Mendez¹, Daniel Montaña², Santiago Amezquita³, German Castro⁴

Facultad de Ingeniería

Universidad Piloto de Colombia

¹Universidad Piloto de Colombia, Angie-mendez1@upc.edu.co

²¹Universidad Piloto de Colombia, Daniel-montana@upc.edu.co

³¹Universidad Piloto de Colombia, Santiago-amezquita@upc.edu.co

⁴¹Universidad Piloto de Colombia, German-castro@upc.edu.co

Resumen—.

La práctica de laboratorio utilizando el hardware y software Com3Lab  de Componentes Electrónicos permite en definitiva afianzar conocimientos básicos acerca de diodos, sus generalidades como composición intrínsecas (tipo n y tipo p), materiales como arseniuro de Galio, Germanio y Silicio; y las impurezas agregadas (dopado)  que permiten cambiar sus propiedades eléctricas;  características generales del diodo semiconductor el cual se comporta como un interruptor mecánico, permitiendo que la corriente fluya en una dirección. Analizando a través de curvas el comportamiento de la corriente, el potencial, la región Zener, y el potencial de polarización en inversa; los cuales varían acorde a distintos factores como la temperatura, composición del diodo, niveles de Resistencia, entre otros.

Palabras clave: Diodo, Región Zener, Composición, Potencial, Corriente, Semiconductor

I.                  INTRODUCCIÓN

   Se realizó la práctica utilizando la unidad maestra de COM3Lab 70015 llamada Componentes Electrónicos I, siguiendo la secuencia y realizando las practicas experimentales con ayuda del software, el cual cuenta con multímetro, osciloscopio, generador de funciones, entre otros. Los temas trabajados son conceptos básicos de los diodos, composición de los diodos (tipo n y tipo p) los cuales pasan por un proceso de dopado para alterar sus propiedades eléctricas, su polarización, diodos Schottky, diodos Zener, diodos luminosos y sus características y principios de los transistores. A través de esto ajustar los conceptos básicos de componentes electrónicos aprendidos en la clase magistral, para el afianzamiento de diversos conocimientos que soportan la preparación profesional.

II.                OBJETIVOS

- Objetivo General

Identificar los principales materiales de composición de los diodos, analizando las diferencias entre potencial e intensidad a través de gráficos

- Objetivos Específicos

- Comprender el funcionamiento de un diodo en un circuito eléctrico

-Identificar los niveles de resistencia estática y dinámica de un diodo de acuerdo con su material, mediante el análisis de graficas de potencial vs intensidad

-Comprender las generalidades de los diodos Zener, los diodos emisores de luz y los diodos Schottky

III. ELEMENTOS USADOS PARA LA PRACTICA

·        Unidad Maestra COM3Lab 70015

IV. CONCEPTOS BASICOS

A.      Diodo

   Componente electrónico que permite el flujo eléctrico en un solo sentido, es similar a un switch, está conformado por dos tipos de materiales P (cargas positivas) y el material N (cargas negativas). El diodo posee dos terminales las cuales se puede polarizar de dos formas (directa e inversa) dependiendo del tipo de polarización su funcionamiento es diferente.

Fig. 1. Composición de un diodo

B.      Tipos de diodos

- LED (light-emitting diode)                         

- Diodo de señal

- Diodos rectificadores                   

- Diodo Zener

- Puentes rectificadores

C.     Características de un diodo

1.       Diodo de silicio: Posee un voltaje de polarización directa de 0.7 V, cuando el diodo entre en polarización directa este empezara a conducir corriente eléctrica a través de su unión PN.

2.       Diodo Schottky:  posee poca capacidad de conducción de corriente en directo, no puede ser utilizado con un diodo rectificador, no recibe grandes voltajes que lo polaricen inversamente y posee una gran velocidad de conmutación (polarizado directamente de 0.24 v a 4 v).

3.       Diodo Zener: Se caracteriza porque siempre se utiliza polarizado inversamente, el diodo Zener cuando se polariza en sentido directo se comporta como un diodo rectificador común, el diodo Zener siempre posee un voltaje Zener y llega a una determinada ruptura en un diodo común la ruptura ocurre con tensiones muy altas el caso contrario al diodo Zener.

4.       Diodo luminoso: Eléctricamente se comporta similarmente al diodo de silicio o germanio, poseen un voltaje de operación de 1.5V a 2.2V su gama de corrientes de be circular entre los 10 y 20 mA y en los leds rojos entre 20 y 40 mA, los picos inesperados pueden dañar el led. Su clase de luz depende del material empleado en el diseño del led

- Led rojo: consiste en la unión P-N, su luminosidad se satura a altas densidades de corriente, este tipo de led funciona con baja densidades de corriente ofreciendo una buena luminosidad.

- Led amarillo:  Emite luz amarilla mediante el aumento de fósforo que posee en el semiconductor, su funcionamiento es muy similar al led rojo.

- Led verde: Posee una baja probabilidad de transición fotónica.

V.    METODOLOGIA

   Para la primera practica se desarrolló la medición de características de los tres tipos de diodos (silicio, germanio, Schottky), para realizar dichas mediciones, se empleó el uso del multímetro tanto para medir corriente, como para medir voltaje.

   A su vez, también se usó el osciloscopio y el generador de funciones, los cuales debimos configurar para poder obtener el análisis correcto de las gráficas, ya que esta fue otra actividad importante para completar esta primera actividad, debido a que tuvimos que analizar las gráficas para hallar ciertas características de cada diodo, por ejemplo, la tensión umbral, que en cada diodo variaba

Fig. 2. Análisis de grafica Com3Lab

   Una de las características del diodo tras analizar la gráfica, es que, cuando el diodo de silicio alcanza la tensión umbral la corriente aumenta con una gran pendiente. Con el diodo de Germanio ocurrió algo parecido, sin embargo, este tiene una pendiente menos pronunciada y su crecimiento empieza desde valores menores que el de silicio. Por último, el diodo de Schottky tiene una pendiente pronunciada, sin embargo, su tensión umbral es menor.

   Para la segunda práctica, se analizaron las gráficas de un diodo Zener usando el generador de funciones y el osciloscopio junto con los multímetros para medir corriente y voltaje. Uno de los análisis que obtuvimos, es que los diodos Zener presentan en el rango de polarización inversa una determinada ruptura, esta ruptura se presenta en el rango negativo de la tensión, dicha ruptura es la que se le denomina diodo Zener.

   Para obtener dichas graficas se debió configurar el osciloscopio y el generador de funciones de distinta forma a comparación de la práctica anterior, ya que el diodo Zener se comporta de una manera diferente, sin embargo, en el rango de valores positivos este se comporta como un diodo de Silicio normal, pero en el sentido negativo se incrementa el flujo de corriente como se aprecia en la grafica

Fig. 3. Voltaje vs Corriente en un diodo

   Se dio utilización al punto de trabajo del diodo Zener, que es el punto de corte de la recta de la resistencia en serie con la característica del diodo. El punto de trabajo debe quedar dentro del rango de la tensión negativa viéndola en el plano.

   En la tercera práctica se vieron las características de un diodo luminoso, el cual se vieron características similares al diodo de silicio. Se mostro que la tensión umbral es mayor, ya que este depende del contenido de la energía emitida por la luz. Para demostrar esto se utilizó un osciloscopio con un tipo de dato especifico el cual nos dio la plataforma mima, y se evidencio un tipo de oscilaciones similares al del diodo de silicio, solo con un rango mayor al incrementar la energía que cruzaba por el diodo led. Con el osciloscopio se ingresaron dos tipos de datos para hacer diferentes gráficas, y se mostró que las características de un diodo led rojo eran diferente de un diodo verde, ya que el umbral del diodo rojo es menor al del diodo verde como se muestra en la siguiente gráfica.

Fig. 4. Umbral de diodo rojo y verde

VI.     CONCLUSIONES

   Los diodos semiconductores generalmente son de materiales como el Silicio, Germanio, Arseniuro de Galio, estos permiten hacer fluir la electricidad en un solo sentido. El Germanio es un material muy sensible a la temperatura y permite el flujo de alta corriente de saturación en inversa, el Silicio en cambio es de mas bajo costo y transporta una corriente saturación en inversa baja, el Arseniuro de Galio por su parte conduce a alta velocidad y presenta baja corriente de saturación en inversa, presenta altos voltajes de ruptura y sensibilidad a la temperatura.

   Los diodos emisores de luz LED (Light Emitting Diode) son uniones tipo P-N polarizadas en sentido directo, son elaborados con materiales especiales para transformar energía en forma de luz. El Silicio y el Germanio no son utilizados para su fabricación, ya que es mayor su energía en forma de calor dentro de una estructura. Los de Arseniuro de Galio son empleados para emitir luz en la zona infrarroja.

   Los diodos emisores de luz infrarroja son utilizados en sistemas de seguridad, abre puertas de cochera, control remoto, entre otros.

   Los diodos Zener o de avalancha son aquellos que poseen suficiente capacidad de disipación para trabajar en la zona de conducción inversa y son utilizados como estabilizadores de voltaje. La corriente en la región Zener tiene una dirección opuesta a la de un diodo polarizado en directa.

   La ubicación de la región Zener se controla variando los niveles de dopado. Un incremento dé dopado aumenta la cantidad de impurezas, lo cual reducirá el potencial Zener. Cuando la resistencia Zener es muy grande, antes de llegar a la región Zener, el diodo es tomado como circuito abierto porque no fluye la corriente. Además de que el potencial Zener es muy sensible a la temperatura.

   La tensión umbral es la tensión directa mínima que se debe aplicar a un diodo para que inicie la conducción.

   Los diodos Schottky son utilizados en fuentes de alimentación de alto voltaje y baja corriente, sistemas de radar, lógica para computadoras y convertidores analógicos a digitales. Estos diodos son fabricados con silicio tipo n y algunos metales.

   Al realizar la práctica con la tarjeta 1 de la Com3lab se aprenden y afianzan conceptos básicos fundamentales que soportan el desarrollo profesional de modo didáctico, fomentando el aprendizaje de la clase magistral a través de la práctica.

REFERENCIAS

[1]         Leybold, “Com3lab multimedia,” Catalog, 2011.

[2]         “Caracteristicas Basicas Del Diodo Semiconductor(Silicio - Germanio ).” [Online]. Available: https://es.scribd.com/document/268434086/Caracteristicas-Basicas-Del-Diodo-Semiconductor-Silicio-Germanio. [Accessed: 27-Aug-2018].

[3]         Electronica Unicom, “Diodo Zener - Electrónica Unicrom,” 2016. [Online]. Available: https://unicrom.com/diodo-zener/. [Accessed: 27-Aug-2018].