1. ESTUDIO DE LAS CARACTERISTICAS DEL DIODO
UNION PN
Luis Felipe De La Hoz Cubas, María Ilse Dovale Pérez y Michael Forero Naizir
División de Ingeniería Electrónica
Universidad del Norte
Barranquilla
Martes 19 de Febrero de 2008
Resumen INTRODUCCION
En el siguiente informe se presenta un estu-
dio detallado de las características de un diodo A continuación se estudia a través de prácti-
cas con diodos como es el funcionamiento de este
unión pn, para esto se hicieron diferentes pruebas
dispositivo con diferentes con…guraciones de cir-
con dichos dispositivos y así veri…car su e…cacia,
estudiando los resultados y evaluándo estos mis- cuitos, además se comparará con la teoría todos
mos para establecer conclusiones pertinentes y los resultados obtenidos para veri…car su correc-
poder comprobar lo estudiado teóricamente. to funcionamiento, para esto se usó en conjunto
con el diodo diferentes dispositivos tales como re-
sistencias, fuentes de ac y dc, DIP switch, LED,
Índice protoboards, tablas de fabricantes, entre otros.
Se presenciará a tra vés de tablas y grá…cos,
1. DIODOS 1 las distintas medidas tomadas, para una mejor
1.1. MODELADO DE LAS CARAC- visualización de todos los detalles.
TERISTICAS DEL DIODO . . . . 2
1.1.1. El Modelo Exponencial . . 2
1.1.2. Modelo Lineal Por Secciones 2
1.1.3. Modelo Voltaje Constante . 2
1.1.4. Modelo Iterativo . . . . . . 3
1.2. Práctica . . . . . . . . . . . . . . . 3 1. DIODOS
1.2.1. Polarización Directa . . . . 3
1.2.2. Polarización Inversa . . . . 4 El diodo es el elemento no lineal mas simple y
1.2.3. Análisis en AC . . . . . . . 5 fundamental, lo llamamos no lineal debido a que
1.2.4. Aplicación: Compuerta la relación i v es no lineal, el diodo idealmente
Lógica . . . . . . . . . . . . 6 se puede comportar como un circuito abierto o
como un corto circuito dependiendo de la difer-
2. CONCLUSIONES 7 encia de potencial ente el Ánodo y el Cátodo
Fig1. Si el voltaje del ánodo es mayor que el del
cátodo el diodo se comporta como un corto cir-
cuito, y si pasa lo contrario se comporta como
un circuito abierto.
1

2. 1.1. MODELADO DE LAS CAR-
ACTERISTICAS DEL DIO-
DO
Para estudiar las características del diodo se
han creado diferentes modelos los cuales arrojan
resultados muy cercanos a los valores reales entre
estos están :
Fig1: Dibujo de la señalización de un diodo 1.1.1. El Modelo Exponencial
Este es el modelo más exacto del compor-
Pero esto es sólo para Diodos ideales, en la tamiento del Diodo en la región directa, pero de-
realidad el comportamiento del Diodo varia un bido a su naturaleza exponencial, este es el mode-
poco. La gra…ca característica del Diodo Real lo mas difícil de implementar, en el que suponien-
puede ser observada en la Fig2. El diodo real do que vtd > 0;5 V la corriente del diodo viene
contiene 3 zonas principales, en éste caso sólo se dada por:
mencionan 2 de estas zonas, la zona de polar-
izacion directa y la de polarizacion inversa, en
donde se puede observar vtd que es el voltaje de Ip = Is eVd =nVT
umbral o voltaje de conducción y es el voltaje a
partir el cual el diodo empieza a conducir cor-
riente de manera considerable, este voltaje de- Donde n es el coe…ciente de emisión, Vd es el
pende principalmente del material del que esté voltaje del Diodo y Vt es el voltaje térmico VT =
fabricado el Diodo. La caída de voltaje para un kt=q.
diodo que se encuentra en conducción va de un
intervalo estrecho de 0.6 a 0.8 Voltios, por lo que Como ya se mencionó anteriormente este
se usan modelos para la simpli…cación de cálcu- método es el mas exacto, pero su complejidad
los al momento de análisis. lo hace muy tedioso por lo que generalmente se
usan otros métodos alternativos.
1.1.2. Modelo Lineal Por Secciones
En el este modelo se aproxima el voltaje del
Diodo a una relación lineal en la cual i = 0 cuan-
Vd Vtd
do Vd < Vtd y i = cuando Vd > Vtd ,
rd
y rd es la resistencia de la recta que describe la
corriente. Este modelo es equivalente a un Diodo
ideal una fuente de voltaje Vtd y una resistencia
rd :
1.1.3. Modelo Voltaje Constante
Fig2: Curva característica del diodo real. El modelo de voltaje constante es un modelo
más simple que el lineal por secciones, en éste
se utiliza una recta vertical para aproximar la
parte del crecimiento exponencial del Diodo, este
2

3. modelo indica que un Diodo en conducción direc-
ta muestra una caída de voltaje constante Vd , la
cual suele tomarse como 0;7 V:
1.1.4. Modelo Iterativo
Fig3: Diagrama esquemático No. 1
Con este modelo hacemos Iteraciones en las
cuales hallamos id y a Vd por medio de las fór-
mulas:
Al hacer el montaje del circuito se tomó como
resistencia una de 270 ; y se utilizó una fuente
Vs Vd(anterior) de alimentación dc, primeramente con un voltaje
id(nueva) = de 0 V el cuál se aumentó de 0;05 V hasta llegar
R
a un voltaje máximo para el diodo de 0;8 V con
id(nueva) el …n de no alcanzar corrientes tan grandes que
Vd(nuevo) = Vanterior + 2;3 log dañaran los componenetes del circuito, después
id(anterior)
de hacer los análisis respectivos y tomar los val-
ores de la corriente y el voltaje en las terminales
del diodo se hicieron las correspondientes grá-
En este método R es la resistencia que acom- …cas para cada uno de los diodos, es decir el
paña al Diodo. 1N4148 y el 1N4007. A continuación podemos
ver las tablas de iD vs VD y debajo de cada
una de éstas su respectiva grá…ca.
Si tenemos una malla compuesta por un Dio-
do una resistencia y una fuente, como la que
veremos a continuación, solamente al aplicar
las reglas de Kirchho¤ tendríamos que ID =
(V td V d)
: Éste resultado evidencia que es
R:
necesario una resistencia al momento de utilizar
un lazo con un Diodo ya que la resistencia valida
el valor de la corriente ya que si la resistencia
fuera cero, la corriente sería in…nita y eso gener-
aría una inconsistencia en el circuito.
1.2. Práctica
1.2.1. Polarización Directa
En la práctica se usaron los diodos 1N4148 y
1N4007 cuya máxima corriente en polarización
directa que soportan ambos es: imax = 200 mA;
el circuito en el cual se utilizaron los diodos se
muestra a continuación: Tabla1: Datos diodo 1N 4148
3

4. Como se puede observar las grá…cas son equiv-
alentes a lo que se esperaba, ya que primera-
mente el voltaje de la fuente aumentaba, pero
la corriente no crecía, hasta que se llegó a un
voltaje de actuación, de umbral o de activación
donde el diodo comenzó a permitir el paso de
corriente y esta se elevo precipitadamente como
se ve en las grá…cas anteriores.
Grá…ca1: Voltaje vs Corriente del diodo 1N4148
1.2.2. Polarización Inversa
En el caso de la polarización inversa cada
diodo cuenta con un voltaje de ruptura, denom-
inado en las hojas de datos de los fabricantes
como VRRM el cual para el diodo 1N4148 es de
100 V y para el diodo 1N4007 de 1000 V, el dia-
grama esquemático que se uso para esta con…g-
uración se puede ver a continuación:
Tabla2: Datos diodo 1N4007
Fig4: Diagrama esquemático No. 2
La resistencia usada fue la misma que en la
con…guracion pasada es decir de 270 , con el
circuito montado se procedio a tomar los valores
del voltaje y la corriente que pasa por el diodo,
los datos obtenidos se pueden ver en la siguiente
Grá…ca2: Voltaje vs Corriente diodo 1N4007 tabla:
4

5. de recti…cación, puesto que el de señal tiene un
voltaje de ruptura pequeño, lo cual indica que
con este diodo se trabajan voltajes inversos es-
tables, y en ciertas palabras pequeños, en cam-
bio con el de recti…cacion el voltaje de ruptura
cambia abruptamente a los 1000V lo cual nos da
la señal que este diodo se utiliza para …nes más
generales, y trabaja con voltajes más altos.
1.2.3. Análisis en AC
Tabla3: Valores de la corriente y el voltaje del
diodo en inversa. Con una fuente sinusoidal de de AC a 500Hz
Como bien se puede observar si hacemos la inicialmente, con un valor de 4V pico - pico,
gra…ca de iD vs VD nos va a resultar una lin- se veri…co el funcionamiento del diodo 1N 4148
ea recta hacia la izquierda en el plano cartesiano, colocado en serie con una resistencia de 220 .
de esto podemos concluir entonces que no hubo La gra…ca siguiente muestra un circuito llamado
un voltaje su…ciente para que el diodo pudiera recti…cador de media Onda.
dejar pasar la corriente, es decir no se llegó al
voltaje de ruptura, más sin embargo, aunque hu-
bieramos llegado a los 100 V o a los 1000 V; los
diodos se hubieran quemado ya que estas carac-
terísticas son posibles para los diodos zener, y en
este caso no trabajamos con este tipo de diodos.
Vemos entonces que la Grá…ca 3 nos muestra lo
mencionado anteriormente:
Fig4: Circuito implementado para análisis en
AC.
Grá…ca3: V vs i en polarización inversa En este caso se busca observar el compor-
tamiendo del diodo para diferentes frecuencias,
con el …n de observar algún cambio en la señal
Los anteriores resultados nos dejan entrever de salida del diodo, la grá…ca resultante fue la
una gran diferencia entre el diodo de señal y el siguiente:
5

6. Fig5: Señal recti…cada.
Fig6: Diagrama esquemático para aplicación de
compuerta lógica.
Después de analizar el circuito se pudo llegar Para obtener una buena intensidad luminosa
a la conclusión de que este actuaba como un rec- debe escogerse bien la corriente que atraviesa el
ti…cador de onda, el cual en los semiciclos pos- LED; el voltaje de operación va desde 1; 5 has-
itivos, polarizaba al Diodo directamente, y por ta 2; 5 voltios aproximadamente, y la gama de
esta razón, el voltaje que pasaba por la resisten- intensidades que debe circular por él va desde
cia en este ciclo era de Vo = Vs Vd , siendo 10hasta 20mA en los diodos de color rojo, y de
vd generalmente de 0;7V , pero diferente ocurría 20 a 40mA para los otros LEDs.
cuando el semiciclo era negativo, siclo en el cual
el Diodo es polarizado inversamente, por lo que Se tomaron entonces los valores de prueba, con
su corriente es mínima. un valor para la fuente de 2.5V para el circuito
de la …gura 6 en cada una de las combinaciones
posibles de los switches y los valores del voltaje
de los diodos, el LED y la corriente de salida se
muestran a continuación:
1.2.4. Aplicación: Compuerta Lógica
Se realizó el montaje del siguiente cir-
cuito, donde las resistencias R1 tienen un valor
Tabla4: Aplicación de los diodos
de 220 y R2 de 1K los diodos usados son los
1N4148 y la fuente usada es de corriente directa,
en este caso se utilizo un Dip Switch, un dis- Como podemos ver en las 3 primeras combi-
positivo que permite el manejo de múltiples in- naciones la corriente es cero, esto se debe a que
terruptores en un mismo encapsulado tipo DIP, al estar por lo menos una de los switches cerra-
cada interruptor puede estar en estado de encen- dos toda la corriente se …ltra por estos a tierra,
dido o apagado, y es utilizado para alternar el además de esto el voltaje del LED no alcanza su
valor del voltaje en un punto entre dos valores encendido mínimo que es 1.5V, más sin embargo
cualesquiera. en el último caso, cuando los interruptores están
ambos abiertos, si hay paso de corriente por el
LED y por lo tanto este se enciende.
6

7. Este circuito puede servir como aplicación de atraviesa los diodos.
control de voltajes, ya que cuando los voltajes En este caso el valor recomendado fue de 270 ,
aumentan, el led alerta lo que esta sucediendo. este valor fue seleccionado debido a las carac-
teristicas del diodo, y el voltaje de la fuente.
veamos:
2. CONCLUSIONES
Es muy grati…cante ver cuando se comprueba imaz = 35mA y vs = 10V
algo en la vida real que se ha estudiado anterior-
mente, como en este caso; ya se sabe que el dio- VS VD VS VD 10 0;8
iD = !R= = =
do es el elemento más simple no lineal, y aunque R iD 35 10 3
no existen diodos ideales podemos hacer aproxi- 262: 86
maciones muy buenas con ecuaciones, grá…cas, y
tablas de datos como se hizo en esta ocasión. Se
pudo comprobar en la experiencia que el voltaje Esto es lo que sucede en forma ideal, pero
de encendido de un diodo oscila entre 0;6 y 0;7 veamos los valores reales la cifra de resistencia
voltios, ya que cuando la diferencia de potencial que nos arroja:
entre las terminales del diodo correspondía con
estos valores arrojó valores de corriente cada vez 0;531 0;5
mayores como se vió en las primeras grá…cas. R= = 281: 82
0;11 10 3
Se tiene en cuenta que al trabajarse con difer-
entes diodos estos tienen características similares
y diferentes entre si, entre las similares se encuen- Entonces la resistencia recomendada se en-
tran el voltaje de encendido, es muy parecido, cuentra entre los valores de 262: 86 y 281: 82 ;
ambos comienzan a conducir un mínimo de cor- es por eso que fue seleccionado el valor de 270
riente alrededor de 0;4V , aunque más adelante para la con…guración de este circuito. Para …-
se pronuncia una diferencia entre ambos diodos, nalizar cabe resaltar que cualitativamente para
y es que el diodo recti…cador permite mayor pa- que la vida de un diodo sea mayor se sugiere que
so de corriente que el diodo de señal ya que este se trabaje en un valor lejos del límite en el que
es utilizado para disipar corrientes en cambio el puede trabajar, por lo tanto se recomendó este
diodo de señal sólo se utiliza en circuitos elec- valor para que el tiempo útil del diodo se extien-
trónicos para tratamientos de señal. da.
Por otra parte cuando trabajamos en polar- Consideraciones hechas por Luis Felipe De la
ización inversa con estos diodos, cabe resaltar Hoz, María Ilse Dovale y Michael Forero.
que no se pudo observar que sucedía al llegar al
voltaje de ruptura, ya que este es muy alto y REFERENCIAS
además no se trabajó con Diodos Zener que son [1].MUHAMMAD, Rashid. Circuitos Micro-
los encargados de este tipo de con…guraciones. electrónicos: Análisis y diseño. Estados Unidos:
Finalmente volvemos a la primera con…gu- Internacional Thompson Editores, 1999
ración con la que se trabajó, este esquema cuen- [2].SEDRA, Adel y KENNETH, Smith. Cir-
ta con una resistecia limitadora cuya función es cuitos Microelectrónicos. México: Oxford Uni-
mantener el ‡ uido de corriente estable ya que si versity Press, 2001.
no estuviera alli al polarizarse uno de los diodos [3].DATASHEET Catalog. Buscador de ho-
directamente este comenzaría a conducir la cor- jas de datos de dispositivos electrónicos, Online,
riente eléctrica sin control y se destruiría. Como http://www.datasheetcatalog.net/.
su propio nombre indica, la resistencia limita- [4]. Fuentes de internet :
dora tiene como función limitar la corriente que http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_LED
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