P2 DE Téllez González Jorge Luis

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Manual de Prácticas 
Dispositivos y Circuitos 
Electrónicos 
División: Ingeniería Eléctrica Departamento: Electrónica 
 
 
 
 
 
 N° de práctica: 02 
 
 
 
Diodo Semiconductor 
 
 
 
 
 
 
Nombre completo del alumno Firma 
 Téllez González Jorge Luis 
 
 
 
 
 
N° de brigada: --- Fecha de elaboración: 03/10/2020 Grupo: 11 
 
 
 
Facultad de Ingenierı́a Laboratorio de Dispositivos Electrónicos
Índice
1. Objetivos del aprendizaje 2
2. Trabajo previo 2
2.1. ¿Qué es un diodo? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.2. Caracterización, comportamiento y polarizaciones de un diodo . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.3. La curva real e ideal de un diodo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.4. El diodo Zener . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3. Circuitos propuestos y especificaciones técnicas 6
4. Desarrollo experimental 8
4.1. Experimento 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
4.2. Experimento 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
5. Experimento 3 9
5.1. Experimento 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
5.2. Experimento 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
5.3. Experimento 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
6. Resultados y conclusiones 14
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1. Objetivos del aprendizaje
Obtener y analizar las curvas caracterı́sticas del diodo semiconductor.
2. Trabajo previo
2.1. ¿Qué es un diodo?
El diodo semiconductor se trata de un componente electrónico creado a partir de la unión de un material tipo
n con otro material tipo p. Los materiales tipo n poseen electrones libres resultado de impurezas o dopaje
de elementos con 5 electrones y una carga positiva en las impurezas, mientras que los tipo p contienen un
dopaje de elementos con 3 electrones, lo que resulta en una determinada cantidad de huecos capaces de
aceptar un electrón, mientras que la carga resultante de las impurezas será negativa. Esta unión se conoce
como unión PN.
Figura 1: Unión PN.
Una unión PN se trata de una estructura formada por materiales con dopados distintos. Este dopado
de materiales se logra sustituyendo ciertos átomos del material semiconductor (Como puede ser el Si o
el Ge) con átomos de otros elementos. Esta unión provoca que los electrones libres y los huecos (cargas
libres que son capaces de aceptar un electrón externo) empiezen a difundirse entre ambos materiales, lo
cual resulta en un espacio o sección resultante denominada región de agotamiento.
Figura 2: La región de agotamiento se caracteriza por tener una carga neutra.
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2.2. Caracterización, comportamiento y polarizaciones de un diodo
La región de agotamiento genera un campo eléctrico y una diferencia de potencial asociada que es capaz
de detener o permitir el paso de ciertas cargas que traten de atravezar tal región; a este efecto se le conoce
como barrera de potencial. Esta barrera es capaz de impedir la corriente del dispositivo en función de una
tensión externa aplicable, por ejemplo, con una baterı́a. Los efectos de esta pueden atenuarse notablemente;
si se aplica una tensión superior en la parte p que en la zona n, la barrera de potencial reduce su efecto
y permitirá el paso de corriente eléctrica. A este fenómeno se le conoce como polarización directa. En
cambio, una tensión superior aplicada en n aumentará los efectos de tal barrera, impidiendo que exista un
flujo de carga eléctrica sobre la región. A esto se le conoce como polarización inversa.
Figura 3: El voltaje aplicado debe de superar un determinado umbral para atenuar la barrera.
Los diodos poseen una banda caracterı́stica que permite ubicar la posición del ánodo y el cátodo
del mismo. Dependiendo de la polaridad de la tensión aplicada sobre el diodo, este puede actuar como un
conductor unidireccional de corriente o como una barrera que impida el flujo de corriente.
Figura 4: Apariencia fı́sica de un diodo semiconductor y su sı́mbolo eléctrico.
Es importante mencionar que en los diodos fı́sicos, en el caso de la polarización directa, para que
pueda fluir corriente sobre el diodo el voltaje externo aplicado debe de superar un determinado umbral que
permite vencer los efectos de la barrera (0.6[V] para el diodo de Si y 0.2-0.3[V] para el diodo de Ge).
Además, la cantidad de corriente que puede fluir sobre el mismo es limitada y el exceso de esta puede
dañar irreversiblemente al diodo. Por ello, las aplicaciones electrónicas con diodos suelen ir acompañadas
de resistencias que los protejan de sobrecargas.
Por otra parte, un voltaje demasiado elevado que sea aplicado a un diodo conectado en polaridad
inversa provocará que la barrera sea vencida y el diodo comienze a permitir el paso de corriente en dirección
contraria a la usual. Ası́ mismo, una sobrecarga del mismo puede provocar su destrucción.
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Figura 5: Polarizaciones del diodo y su respuesta.
2.3. La curva real e ideal de un diodo
Los circuitos de potencia utilizan a los diodos como dispositivos de control del flujo de corriente. Un diodo
que trabaje idealmente implicarı́a que este se active para cualquier voltaje mayor o igual a 0[V]. Por otra
parte, en este diodo ideal la corriente de saturación inversa (es decir, la corriente que trata de pasar la barrera
en polarización inversa) es de 0[A].
Dicho de otro modo, un diodo ideal tiene resistencia cero cuando está polarizado directamente y
resistencia infinita cuando está polarizado de manera inversa.
Figura 6: Curva ideal del diodo.
Un diodo construido fı́sicamente difiere del modelo anterior. En este caso, para que este permita
el paso de corriente requiere de un umbral de voltaje mı́nimo para que el diodo permita un flujo notable
de corriente. En cambio, cuando este se polariza de forma inversa, es capaz de aguantar un voltaje inverso
manteniendo sus propiedades de barrera hasta un lı́mite denominado voltaje de ruptura, en el cual el diodo
perderá la capacidad de impedir el paso de corriente y se deteriorará con el paso del tiempo.
Figura 7: Curva real del diodo con un umbral de voltaje de 0.7[V].
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Figura 8: Comparativa entre la curva real e ideal de un diodo semiconductor.
2.4. El diodo Zener
Un diodo Zener se trata de un diodo de Si que ha sido modificado en su dopaje con el fin de que pueda
funcionar en la región de ruptura de un diodo común. Debido a sus caracterı́sticas, representa una parte
esencial de los reguladores de tensión.
Figura 9: Simbolización eléctrica de un diodo Zener y su aspecto fı́sico.
El diodo Zener en condiciones de polarización directa se comporta como un diodo semiconductor
estándar, sin embargo, cuando se polariza inversamente no permitirá el paso de corriente hasta que el voltaje
aplicado llegue a un valor denominado voltaje de Zener Vz. Una vez que está medida de voltaje se haya
superado, el diodo permitirá el flujo de corriente de cátodo a ánodo sin dañarse en el proceso; a diferencia
de un diodo común. A esta zona se le denomina como punto deoperación.
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Figura 10: Curva real e ideal del diodo Zener
3. Circuitos propuestos y especificaciones técnicas
El primer circuito propuesto se compone de un diodo estándar, también conocido como diodo rectificador
debido a sus propiedades de circulación de corriente un solo sentido, junto con una resistencia conectada
en serie y una fuente de voltaje. El diodoutilizado se trata del 1N4001.
Figura 11: Primer circuito propuesto para un diodo semiconductor.
Los diodos de uso comercial o industrial deben de poseer una documentación que acredite sus capa-
cidades fı́sicas (temperatura de operación, umbral de voltaje, de ruptura, entre otras caracterı́sticas). Cabe
señalar que este diodo permite un voltaje inverso repetitivo máximo de 50[V] antes de caer en avalancha y
dañarse y, en polarización directa superando el umbral de voltaje de 0.7[V], permite el paso de una corriente
rectificada promedio de 1[A]. A continuación se muestra la tabla de especificaciones del diodo 1N4001.
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Figura 12: Tabla de especificaciones de un diodo rectificador 1N4001.
El segundo circuito propuesto presenta un caso similar al primer circuito, con la diferencia de que
ahora se utiliza un diodo Zener con el fin de caracterizar su comportamiento en directa e inversa.
Figura 13: Circuito propuesto para el diodo Zener.
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4. Desarrollo experimental
4.1. Experimento 1
Para el primer experimento se realiza una simulación del circuito propuesto por medio de Livewire.
Figura 14: Primer experimento con el diodo conectado en directa.
¿Cual es su comportamiento?: Por medio de la simulación es posible observar que el diodo permite
el paso de la corriente eléctrica sin mayor problema, actuando como puente en su recorrido a través
del circuito.
Mida el valor de VD: Se ha obtenido una lectura de 9.31[V] al pasar la corriente eléctrica a través
de la barrera del diodo. El voltaje de ruptura de este diodo es de 0.7[V].
Mida el valor de ID: La corriente que pasa a través del circuito es de 9.31[mA] en todas sus seccio-
nes.
Si tuviéramos un diodo ideal ¿cuál serı́a el valor de VD?: Un diodo ideal se caracteriza por el
hecho de que cuando V>0, la corriente que circula sobre el mismo se enfrenta a una resistencia nula
a su paso. Para este caso, la lectura ideal de voltaje será de 10[V].
4.2. Experimento 2
En este segundo experimento la simulación del diodo estará caracterizada por una conexión inversa hacia
el ánodo y el cátodo del diodo.
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Figura 15: Segundo experimento con el diodo conectado en inversa.
¿Cual es su comportamiento?: Por medio de la simulación se puede comprobar que el diodo bloquea
efectivamente el paso de la corriente eléctrica, actuando como un interruptor y dejando al circuito
’abierto’.
Mida el valor de VD: Se ha obtenido una lectura de -10[V] al pasar la corriente eléctrica a través de
la barrera del diodo de forma inversa.
Mida el valor de ID: La corriente que pasa a través del circuito es de tan solo 679[nA] en todas sus
secciones, lo cual prácticamente equivale a una corriente despreciable.
5. Experimento 3
Una vez identificado el ánodo y el cátodo del diodo, se simulará el circuito propuesto con el fin de medir la
relación entre voltaje y corriente de un diodo rectificador.
Figura 16: Circuito a simular con un diodo rectificador.
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Se ha optado por usar el diodo 1N4001 para representar de mejor forma un caso más aproximado a la
realidad. Además, para fines prácticos la simulación de este circuito se ha realizado por medio del software
NI Multisim. Se ajustará el voltaje de entrada VF para que la corriente del diodo tome los valores de la tabla
que se mostrará a continuación. Los voltajes anotados serán los del extremo del diodo VD
Figura 17: Una de las muestras obtenidas con el circuito simulado en Multisim.
Figura 18: Tabla de datos obtenida por medio de las simulaciones.
Figura 19: Gráfica de la curva real del diodo 1N4001 en las condiciones especificadas.
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5.1. Experimento 4
A continuación se muestra el circuito simulado por medio de Multisim. Para ambos experimentos, se tomará
un valor de la fuente de 10[V] y una resistencia de 1[kΩ]. Para fines prácticos se utilizará el diodo Zener
1N4097.
Figura 20: Simulación del circuito propuesto en directa.
¿Cual es su comportamiento?: Por medio de la simulación es posible observar que el diodo Zener
en condiciones de polaridad directa se comporta exactamente como un diodo rectificador estándar.
Mida el valor de VD: Se ha obtenido una lectura de 0.651[V] para el voltaje en el diodo.
Mida el valor de ID: La corriente que pasa a través del circuito es de 9.349[mA] en todas sus
secciones.
Si tuviéramos un diodo ideal ¿cuál serı́a el valor de VD?: Un diodo ideal se caracteriza por el
hecho de que cuando V>0, la corriente que circula sobre el mismo se enfrenta a una resistencia nula
a su paso. Para este caso, la lectura ideal de voltaje será de 10[V].
5.2. Experimento 5
Para este experimento se utiliza el mismo circuito, pero ahora el diodo Zener se encontrará polarizado a la
inversa y estará conectado a una fuente de 50[V].
¿Cual es su comportamiento?: Por medio de la simulación es posible observar que el diodo Zener,
a diferencia del diodo rectificador estándar, es capaz de permitir el paso de la corriente en sentido
inverso sin sufrir daños irreversibles dentro de una determinada área de operación.
Mida el valor de VD: Se ha obtenido una lectura de 50[V] para el voltaje en el diodo.
Mida el valor de ID: La corriente que pasa a través del circuito es de 444.089[mA] en todas sus
secciones. Aunque permite el paso de corriente, este valor es sensiblemente menor al caso polarizado.
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Figura 21: Simulación del circuito propuesto en inversa.
5.3. Experimento 6
Se realiza la simulación del siguiente circuito y se realiza una medición de valores para llenar la tabla de
datos solicitada de forma similar al Experimento 3.
Figura 22: Circuito Zener propuesto.
Figura 23: Circuito Zener simulado y toma de una muestra.
Por medio de las simulaciones, se han obtenido los siguientes resultados:
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Figura 24: Tabla de resultados obtenidos tras hacer las mediciones.
Figura 25: Curva real del diodo Zener en directa.
Hecho lo anterior, se invierte la polaridad del diodo Zener y se procede a realizar nuevas mediciones
para rellenar de nuevo la tabla y generar una nueva gráfica.
Figura 26: Curva real del diodo Zener en directa.
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Figura 27: Curva real del diodo Zener en inversa.
6. Resultados y conclusiones
A raı́z del trabajo experimental presentado se han podido llegar a las siguientes conclusiones principales:
Existe una diferencia muy apreciable entre el comportamiento de un diodo ideal frente a un diodo
fı́sico.
Los diodos tienen un cierto lı́mite de conducción de corriente, y ası́ mismo, un lı́mite de bloqueo de
corriente.
Los diodos Zener vencen una debilidad apreciable de los rectificadores permitiendo el paso de co-
rriente en dirección inversa vencido un determinado umbral o voltaje de Zener.
La curva real entre los diodos rectificadores y Zener es similar, sin embargo, presenta ciertas diferen-
cias tanto en directa como en inversa.
En el experimento 3 fue posible apreciar que el punto de ruptura de 0.7[V] se hizo presente y el paso
de corriente aumentó notablemente a partir de ese punto.
En el experimento 6 se pudo apreciar la curva directa del diodo Zener, sin embargo, la curva inversa
presentó ciertas inconsistencias que puedo atribuir a una medición incorrecta sobre el circuito pa-
ra hallar el voltaje de entrada en el diodo Zener. Debido a la imposibilidad que tuve para realizar
tales mediciones, se utilizaron los voltajes de fuente que, sin embargo, no son representativos y no
modelarán adecuadamente la curva de Zener inversa.
Esta práctica resultó en una experienciacomplicada de abordar debido a que el laboratorio se en-
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cuentra desfasado frente a la teorı́a, y por tanto, todavı́a tengo ciertas dudas relacionadas al tema. Sin
embargo, considero que a través del estudio teórico y el desarrollo práctico realizado se ha logrado iden-
tificar, comprender el funcionamiento y asimilar los principios básicos del funcionamiento de los diodos
semiconductores.
Referencias
[2] 1N4001-1N4007 General-Purpose Rectifiers. Recuperado de: https://www.mouser.com/
datasheet/2/149/1N4007-888322.pdf. Fecha de consulta: 07/10/2020.
[3] Diodo. Recuperado de: https://www.mecatronicalatam.com/es/tutoriales/electronica/
componentes-electronicos/diodo/. Fecha de consulta: 07/10/2020.
[4] Diodo Zener. Recuperado de: https://www.mecatronicalatam.com/es/tutoriales/
electronica/componentes-electronicos/diodo/diodo-zener/. Fecha de consulta: 07/10/2020.
[5] Diodo Zener. Recuperado de: https://programas.cuaed.unam.mx/repositorio/moodle/
pluginfile.php/86/mod_resource/content/9/contenido/index.html. Fecha de consulta:
07/10/2020.
[6] Diodos y Diodo Ideal. Recuperado de: http://alerce.pntic.mec.es/~hmartin/electr%
F3nica/componentes/diodo.htm. Fecha de consulta: 07/10/2020.
[1] Modelos equivalentes lineales aproximados del diodo. Recuperado de: http://www.sc.ehu.es/
sbweb/electronica/elec_basica/tema3/Paginas/Pagina7.htm. Fecha de consulta: 07/10/2020.
[7] Viñas, L. P. (1999). Circuitos y dispositivos electrónicos. Edicions UPC, 6th edition.
Los créditos de las fotografı́as pertenecen a sus respectivos autores. c©
LATEX
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