Semiconductores Diodos

FISICA III

FISICA IIISEMICONDUCTORES- DIODOSINFORME DE LABORATORIO2013SUBT. TEC. CASTAGNETO LUIS.SR. JAMES JURADO16/12/2013

TEMA: SEMICONDUCTORES: DIODOS

1. OBJETIVOS:

Conocer las propiedades de los Semiconductores. Explicar el comportamientos de la unin P-N Caractersticas de un diodo semiconductor, tanto en el sentido de conduccin como en el sentido de bloqueo.

2. MARCO TEORICO:Los diodos rectificadores son dispositivos electrnicos que se utilizan para controlar la direccin del flujo de corriente en un circuito elctrico. Dos materiales comnmente utilizados para los diodos son el germanio y el silicio. Mientras que ambos diodos realizan funciones similares, existen ciertas diferencias entre los dos que deben ser tomadas en consideracin antes de instalar uno u otro en un circuito electrnico. DIODOS DE SILICIOLa construccin de un diodo de silicio comienza con silicio purificado. Cada lado del diodo se implanta con impurezas (boro en el lado del nodo y arsnico o fsforo en el lado del ctodo), y la articulacin donde las impurezas se unen se llama la "unin pn". Los diodos de silicio tienen un voltaje de polarizacin directa de 0,7 voltios. Una vez que el diferencial de voltaje entre el nodo y el ctodo alcanza los 0,7 voltios, el diodo empezar a conducir la corriente elctrica a travs de su unin pn. Cuando el diferencial de voltaje cae a menos de 0,7 voltios, la unin pn detendr la conduccin de la corriente elctrica, y el diodo dejar de funcionar como una va elctrica. Debido a que el silicio es relativamente fcil y barato de obtener y procesar, los diodos de silicio son ms frecuentes que los diodos de germanio.DIODOS DE GERMANIOLos diodos de germanio se fabrican de una manera similar a los diodos de silicio. Los diodos de germanio tambin utilizan una unin pn y se implantan con las mismas impurezas que los diodos de silicio. Sin embargo los diodos de germanio, tienen una tensin de polarizacin directa de 0,3 voltios. El germanio es un material poco comn que se encuentra generalmente junto con depsitos de cobre, de plomo o de plata. Debido a su rareza, el germanio es ms caro, por lo que los diodos de germanio son ms difciles de encontrar (y a veces ms caros) que los diodos de silicio.

3. MATERIALES Y EQUIPO Tablero de Circuitos Elctricos Fuente de Tensin Voltmetros CC Ampermetros CC Multmetro Resistencias fijas y variables Diodo de germanio, zinc y zener

4. PROCEDIMIENTO:1. 2. 3. 4. 4.1. Para determinar la caracterstica de conduccin del diodo utilice el siguiente circuito elctrico en donde al diodo se le aplica una tensin en el sentido de conduccin.

4.2. Mantenga la resistencia de carga en su mximo valor y fije los instrumentos de medicin en el tablero que contiene el circuito elctrico.

4.3. Vare la tensin de entradas en pasos de 1 voltio y determine la cada de tensin directa en el diodo, mida tambin la corriente de entrada, la corriente directa que atraviesa el diodo y la tensin de salida. Trabaje primero con el diodo de germanio, silicio y zener.

4.4. Para definir la caracterstica de bloqueo del diodo, conmute la polaridad del circuito y mida los mismos parmetros fsicos, mencionados anteriormente.

4.5. Registro de datos en la hoja tcnica.

5. TABULACION DE DATOS:

Diodo: Silicio CONDUCCIN

Tensin de entrada: UeV12345

Corriente de entrada: IemA 194773115165

Tensin de diodo: UdV 0,5020,6200,6700,7100,745

Corriente del diodo: IdmA 3,8265085140

Tensin de salida: UsV 0,570,690,760,830,90

Diodo: Silicio BLOQUEO

Tensin de entrada: UeV-1-2-3-4-5

Corriente de entrada: IemA -14-30-44-58-70

Tensin de diodo: UdV -0,62-1,25-1,87-2,48-2,99

Corriente del diodo: IdmA 00000

Tensin de salida: UsV -0,62-1,25-1,87-2,48-2,99

Diodo: Zener CONDUCCIN




Corriente del diodo: IdmA2,8265084135

Tensin de salida: UsV0,550,720,820,900,97

Diodo: Zener BLOQUEO


Corriente de entrada: IemA-16-30-44-58-70

Tensin de diodo: UdV-0,661-1,24-1,875-2,5-3

Corriente del diodo: IdmA00000

Tensin de salida: UsV-0,661-1,24-1,875-2,5-3

6. PREGUNTAS.

A. Construya en sendos grficos las caractersticas de conductor y bloqueo tanto para el diodo de germanio, silicio y zener. Desarrolle los anlisis fsicos necesarios




V(v)La Tensin del diodo es directamente proporcional a la Corriente del mismo, y la grfica tiene la tendencia a ser una curva a medida que existe mayor tensin existe mayor corriente


Tensin de diodo: UdV -0,62-1,25-1,87-2,48-2,99


La Tensin del diodo constante y negativa mientras la Corriente del mismo es cero, Tericamente, al polarizar inversamente el diodo, este conducir la corriente inversa de saturacin; en la realidad, a partir de un determinado valor de la tensin, en el diodonormalo deunin abrupta




V(v)La Tensin del diodo es directamente proporcional a la Corriente del mismo, y la grfica tiene la tendencia a ser una curva a medida que existe mayor tensin existe mayor corriente.


Tensin de diodo: UdV -0,661-1,24-1,875-2,5-3


La Tensin del diodo constante y negativa mientras la Corriente del mismo es cero, Tericamente, al polarizar inversamente el diodo, este conducir la corriente inversa de saturacin; en la realidad, a partir de un determinado valor de la tensin, en el diodonormalo deunin abrupta.

B.- Realice un grfico Tensin de salida- Tensin de entrada para cada diodo, tanto para sentido de conduccin como de bloqueo, anote las observaciones necesarias.Diodo: Silicio CONDUCCIN

Tensin de salida: UsEje y0,570,690,760,830,90

Tensin de entrada: UeEje x12345

La Tensin de salida es directamente proporcional a la Tensin de entrada, y la grfica tiene la tendencia a ser una curva a medida que existe mayor tensin de salida existe mayor tensin de entrada.


Tensin de salida: UsV -0,62-1,25-1,87-2,48-2,99


La Tensin de salida es directamente proporcional a la Tensin de entrada, y la grfica tiene la tendencia a ser una curva a medida que existe menor tensin de salida existe menor tensin de entrada.



Tensin de salida: UsV 0,550,720,820,900,97

La Tensin de salida es directamente proporcional a la Tensin de entrada, y la grfica tiene la tendencia a ser una curva a medida que existe mayor tensin existe mayor corriente.



Tensin de salida: UsV -0,661-1,24-1,875-2,5-3

Us(V)La Tensin de salida es directamente proporcional a la Tensin de entrada, y la grfica tiene la tendencia a ser una curva a medida que existe menor tensin existe menor corriente

C.- Grafique corriente de diodo- Corriente de entrada, considerando el sentido de conduccin como de bloqueo, para cada diodo




La Corriente de salida es directamente proporcional a la Corriente de entrada, y la grfica tiene la tendencia a ser una curva a medida que existe mayor corriente de de salida existe mayor corriente de entrada.




La Corriente del diodo es constante y toma valores negativos mientras la Corriente de entrada es cero, no existe corriente de entrada solo de salida es por lo que se caracteriza el bloqueo del diodo semiconductor.




La Corriente de salida es directamente proporcional a la Corriente de entrada, y la grfica tiene la tendencia a ser una curva a medida que existe mayor corriente de de salida existe mayor corriente de entrada.




La Corriente del diodo es constante y toma valores negativos mientras la Corriente de entrada es cero, no existe corriente de entrada solo de salida es por lo que se caracteriza el bloqueo del diodo semiconductor.

D.-Relacione la curva de conduccin y bloqueo con la ecuacin.

Id=Corriente del diodoIo=Corriente de saturacin equivalente a la corriente inversae=Carga de electrnUd=Tensin del diodoK=Constante de BoltzmanT=Temperatura absoluta

E.- Explique como el aumento de temperatura de la unin P-N modificara los grficos anteriores.Diodo rectificador: Su construccin est basada en la unin PN siendo su principal aplicacin como rectificadores. Este tipo de diodos soportan elevadas temperaturas (hasta 200C en la unin), siendo su resistencia muy baja y la corriente en tensin inversa muy pequea. Las resistencias de coeficiente trmico positivo, las PTC, que aumentan su resistencia a medida que aumentan la temperatura. Son semiconductores extrnsecos, en los que la movilidad de los portadores disminuye a medida que aumenta la temperatura. Las resistencias de coeficiente trmico negativo, las NTC, que reducen su resistencia a medida que aumenta la temperatura. Son semiconductores intrsecos, que aumentan enormemente el nmero de portadores con la temperatura.F.- Cuales son los parmetros ms comunes que identifican a los diodos que usted ha utilizado, explique en qu consisten. Cree que se ha rebasado los lmites tcnicos.Uno de los parmetros importantes para el diodo es la resistencia en el punto o regin de operacin. Si consideramos la regin definida por la direccin deIDy la polaridad deVDen la figura 1.1.a (cuadrante superior derecho de la figura 1.1.b), encontraremos que el valor de la resistencia directaRF, de acuerdo a como se define con la ley de Ohm esv

(Corto circuito)DondeVFes el voltaje de polarizacin directo a travs del diodo eIFes la corriente en sentido directo a travs del diodo.El diodo ideal, por consiguiente, es un corto circuito para la regin de conduccin.

G.- Analice la resistencia del diodo en el sentido de conduccin y en el bloqueo

Tanto la resistencia en directa como en inversa dependen en los diodos de la corriente que se encuentra circulando por los mismos ya que su caracterstica no es lineal, sino que son funcin de su curva caracterstica.

H.- En que se diferencia los electrones libres de los de valencia. Cmo participan ellos en los semiconductores para efecto de conductividad

Los semiconductores son elementos que tienen una conductividad elctrica inferior a la de un conductor metlico pero superior a la de un buen aislante. El semiconductor ms utilizado es el silicio, que es el elemento ms abundante en la naturaleza, despus del oxgeno. Otros semiconductores son el germanio y el selenio. Los tomos de silicio tienen su orbital externo incompleto con slo cuatro electrones, denominados electrones de valencia.

I.- En los semiconductores se utiliz el trmino hueco como si fuese una partcula autnoma y se mueven en la direccin de la intensidad del campo elctrico Realmente existen? Cmo se explican?

Unhueco de electrn, o simplementehueco,es la ausencia de unelectrnen labanda de valencia. Tal banda de valencia estara normalmente completa sin el "hueco". Una banda de valenciacompletaes caracterstica de losaislantesy de lossemiconductores. Elhueco de electrnes, junto al electrn, entendido como uno de losportadores de cargaque contribuyen al paso de corrienteelctricaen lossemiconductores.J.-La recombinacin es un proceso opuesto a la formacin de pares, como tal no contribuye a la conductividad, sin embargo es un proceso importante en los semiconductores Por qu?

Los semiconductores en s no presentan propiedades prcticas, por esto se los contamina para darles alguna propiedad especial, como alterar la probabilidad de ocupacin de las bandas de energa, crear centros de recombinacin, y otros.Por ejemplo, en un cristal de silicio o de germanio, dopado con elementos pentavalentes (As,PoSb); al tener stos elementos 5 electrones en la ltima capa, resultar que al formarse la estructura cristalina, el quinto electrn no estar ligado en ningn enlace covalente, encontrndose, an sin estar libre, en un nivel energtico superior a los cuatro restantes.

As, en el semiconductor aparecer una mayor cantidad de electrones que de huecos; por ello se dice que los electrones son losportadoresmayoritarios de la energa elctrica y puesto que este excedentede electrones procede de las impurezas pentavalentes, a stas se las llamadonadoras. K.-Cmo interviene los niveles de Fermi para explicar la conductividad de los semiconductores?En los semiconductores, el nivel de Fermi estar forzosamente la banda prohibida entre la de conduccin y la de valencia. La Energa de Fermi es la energa del nivel ms alto ocupado por un sistema cuntico a temperatura cero.

Un conductor debe tener cargas libres, para que estas al moverse, generen una corriente elctrica, estas cargas libres son los conductores, y en que en un material sea mejor o peor conductor, tambin influye la temperatura, pues a una alta temperatura se le da ms energa al material, y esto energa permite que ya haya ms cargas libres ocupando ms estados.

L.-Usted habr observado que el diodo zener, tiene caractersticas particulares que la diferencian de los diodos comunes. Cules son? Podrn ser estas propiedades tiles para estabilizar una fuente de Tensin. Cmo?

El tipo de diodo, llamado Zener, cuyas caractersticas en polarizacin directa son similares a las de otros diodos, pero que en polarizacin inversa se comporta de manera distinta, lo que le permite tener una serie de aplicaciones

Cuando el diodo esta polarizado inversamente, una pequea corriente circula por l, llamada corriente de saturacin Is, esta corriente permanece relativamente constante mientras aumentamos la tensin inversa hasta que el valor de sta alcanza Vz, llamada tensin Zener, para la cual el diodo entra en la regin de colapso. La corriente empieza a incrementarse rpidamente por el efecto avalancha.

CONCLUSIONES:

Todos los diodos conducen cuando se encuentran en polarizacin directa; es debido al tipo de material con que estn construidos La funcin principal de un diodo es dejar pasar la corriente en una sola direccin. El diodo solamente conduce cuando est correctamente polarizado y a partir de una tensin determinada. Un diodo lo reconoceremos como un componente normalmente pequeo, tambin los hay para altas potencias y de diferentes tamaos

BIBLIOGRAFIA:

http://www.uv.es/candid/docencia/ed_prac04.pdf http://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20100714145728AAteg5v https://www.google.com.ec/search?q=diodosDiodo_pnPolarizaci%2525C3%2525B3n_directa.PNG http://www.ehowenespanol.com/caracteristicas-del-diodo-germanio-del-diodo-silicio-lista_153695/ http://roble.pntic.mec.es/jlop0164/archivos/diodo.pdf www.asifunciona.com/fisica/af_diodos/af_diodos_6.htm

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