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Informe de Laboratorio 2: Caracterizaci´on del diodo Sierra. H. Maria. C., [email protected], c´od.25481128 . Cubides. C. Wilfred L., [email protected], c´od.25441156 . Ayala. S. Carlos. E. [email protected], c´od. 25441153.

Abstract—The diode characterization is overriding for the complete understanding and knowledge about this semiconductor device, once the probes were made, we determined his behavior and how it reacts to a different temperature to 25◦ C finally but pretty important to have in mind about the function of a diode, his recovery speed showing how ”slow” reacts to the change between cut and conduction Resumen- Se analizaron los resultados obtenidos en el laboratorio de Electr´onica An´aloga I, con el fin caracterizar los diodos semiconductores, obteniedo mediante pruebas donde variamos la tensi´on de alimentaci´on se logr´o tener la relacion corriente vs voltaje para el diodo semiconductor, tambi´en variando la temperatura se identific´o la polarizaci´on en directa, llegando a observar la velocidad de recuperaci´on y asi se caracterizo el diodo. Palabras Clave— Diodo 1N4004 y 1N4148, semiconductor, temperatura, tiempo de recuperacion.

´ I. I NTRODUCCI ON

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OS diodos semiconductores son dispositivos no lineales, pues su comportamiento es gobernado por la ecuacion de Schottky, lo que conlleva que el circuito se vea afectado por la temperatura, pues si aumenta la temperatura va ver mayor energia capas de romper el enlace covalente y permite mejor flujo de corriente, ademas se tiene que para los didos el timepo de recuperacion da la informacion de la velocidad de respuesta de este y se relaciona con la frecuenca a la que esta sometida y el material del que esta echo el didodo.

VD

iD = Is e nVT El valor de Vt podemos describirlo como: Vt =

KT q

siendo: - K la constante de Boltzman que es 1.38x10−23 - t temperatura absoluta en kelvin que est´a dada por 273 + la temperatura del ambiente - q magnitud de carga electr´onica 1.60x10−19 colomb Este valor Vt para un valor de temperatura ambiente se toma como 25.2mV B. Diodo semiconductor Es un elemento semiconductor, normalmente hecho de silicio que consta de dos partes un P(anodo) y N(catodo), cuando se conecta una tensi´on positiva a N y una negativa a la parte P hay un flujo de corriente, pues se dice que esta polarizado en directa.

II. O BJETIVOS OBJETIVO GENERAL: +identificar las caracteristicas basicas de los diodos semconductores incluyendo la identificacion de la curva corriente vs voltage (i-v) tension de polarizacion directa y velocidad de recuperacion. OBJETIVOS ESPEC´IFICOS: - Determinar experimentalmente la relacion corriente - voltage (curva caracteristica i-v) del diodo. - caracterizar la rension de la polarizacion directa del diodo y otros parametros asociados a la curva caracteristica, en funcion de la temperatura de operacion. - visualizar y determinar los tiempos de respuesta de diferentes tipos de diodos. ´ III. M ARCO T E ORICO A. ley schttky) Esta ley nos habla de la corriente de un diododo (iD ), la cual est´a relacionada con la corriente de entrada (Is ), la tensi´on del diodo (VD ), un valor n dado por el diodo constante y un valor que depende de la temperatura: Universidad Nacional de Colombia -Sede Bogot´a- Facultad de Ingenier´ıa, Departamento El´ectrica y Electr´onica

Figure 1: curva caracteristica

C. Resistencia dinamica Al Hacer un zoom en el punto de polarizacion del diodo, se puede trazar una linea recta tangente a este. si se aplica peque˜na se˜nal se tendra una variacion en el valor de la resistencia del diodo; este valor se define asi: d – rd = DV DId donde DVd es la variacion de la tension con respecto al tiempo y DId sera la variacion de la corriente con respecto al tiempo, como se muestra en la figura.

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Figure 2: zoom en la polarizacion directa del diodo

D. Tiempo de recuperacion en inversa(trr ) Tiempo que tarda el diodo en recuperar su funcion de corte despues de haber entrado en conduccion, es decir, en el tiempo que tarda la se˜nal en restificarse tras el cruce por el cero en el flanco negativo de la se˜nal de entrada. Tiempo de almacenamiento(ts ) tiempo que trascurre dede el paso por cero de la corriente hasta llegar al pico negativo. Tiempo de caida (tf ) tiempo trascurrido dede que b corriente emieza a tender a cero, hasta que se anula totalmente, en la practica se suele considerar hasta el instante en que la corriente alcanza 10 porciento IR . Trr = TS + TF

Figure 3: tiempo de recuperacion 1N4004 Table III: Comportamiento del diodo 1N4004 F recuencia[KHz] 0.2 0.5 1 5 10 15 20 25 50 100

T.almacenamiento[uS] 4, 2 4, 16 5, 187 5, 37 5, 38 5, 3 5, 25 4, 719 4, 15 2, 045

T.caida[uS] 2, 803 2, 75 2, 12 2 1, 8 1, 3 1, 6 1, 2 0, 8 0, 5

T.recuperacion 7 6, 9 7, 3 7, 3 7, 3 7 5, 4 3, 6 2, 5 2, 1

IV. R ESULTADOS O BTENIDOS Para la pr´actica se realizaron mediciones de tension y corriente en el diodo, con cambios de temperatura y tensiones de entrada Table I: Comportamiento del diodo temperatura ambiente F uente 1.6V 4v 7v 11v 14v 18v 20v 22v 25v

corriente 5.61mA 21.37mA 40.82mA 67mA 86.9mA 112.7mA 125.8mA 138.9mA 158.5mA

tension 0.669v 0.727v 0.755v 0.775 0.786 0.794 0.798 0.801 0.807

Table IV: Comportamiento del diodo 1N4148 F recuencia[KHz] 0.2 0.5 1 5 10 15 20 25 50 100

T.almacenamiento[uS] 6, 8 6, 4 4, 1 5, 2 4, 7 4, 2 4 4, 3 5, 3 5, 5

T.caida[uS] 7, 2 6, 8 7, 5 8 6, 2 6, 8 7 7, 6 8, 1 8, 7

T.recuperacion 13, 8 13, 6 13, 2 13 10, 9 10, 9 10, 9 10, 9 10, 9 11

´ V. A N ALISIS DE RESULTADOS Table II: Comportamiento del diodo a 50 grados celsius F uente 1.6V 4v 7v 11v 14v 18v 20v 22v 25v

corriente 6.81mA 21.3mA 41.42mA 67.2mA 86.6mA 112.5mA 125.9mA 139.2mA 158.8mA

tension 0.640v 0.7v 0.726v 0.749 0.759 0.767 0.771 0.776 0.781

Partiendo de graficas como la siguiente, se midio basados en la informacion entregada por el osciloscopio, tiempos de almacenamianto, caida y recuperacion inversa. Como se puede notar en las tablas, los datos de tiempo no poseen mucha precision, pues se hace dificil hacer esto mediante medidas visuales.

A. Regresion del diodo 1N4004 a temperatura ambiente y con cautin •

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Se encontro que las ecuaciones expontenciales que descruben las curvas de los diodos a temperatura ambiente y elevada con el cautin son: -ambiente: y = Luego de realizar la regresion lineal, se obtuvo que para temperatura ambiente Y = 765, 43x − 511, 43 y para una temperatura de 50 Y = 1055, 9x − 697, 99

-Como se muestra en la tabla aunque no es muy claro, al aumentar la tempertatura del diodo tendremos mayor flujo de corriente. -El rango de frecuencia para observar el tiempo de recuperacion de un diodo rapido como el 1N4148 debe ser bajo pues a la hora de visualizar y es muy dificil y de manera inversa un diodo lento como el 1N4004 debe ser grande para tener un resultado visible

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Figure 4: simulation diodo 1N4148

-Dependiendo del diodo pensaremos en valores de frecuencia adecuados para su analisis. -Los datos del Datasheet nos da una idea de lo que podiamos esperar pues son algo aproximados, pero existen diferencias pues se encontraron errores a la hora de calentar el diodo. VI. C ONCLUSIONES • • •

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Se pudo apreciar el aumento de corriente al calentar diodo. Los diodos se caracteriza por sus leyes que las rigen como la de Schttky que nos relaciona la temperatura con la corriente. El tiempo de recuperacion de un diodo depende mucho del fabricante asi que toca saber elegir dependiendo nuesta necesidad. La frecuencia juega un papel importante a la hora de poder visualizar tiempos de recuperacion VII. R EFERENCIAS

[1] del S. Sedra and K.C. Smith, capitulo 3, Circuitos microelectronicos, 4ed.Universidad de Oxford.