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Características del diodo zener Universidad del Cauca Resumen- El siguiente informe presenta una amplia teoría y estudio acerca de las características que constituyen los diodos en este caso de silicio y germanio. Comenzando por el cálculo matemático de la resistencia de los diodos haciendo uso de los datos tomados en la realización de la práctica. Además, se realiza la curva característica de ambos diodos (corriente vs voltaje). Seguidamente se hace la aproximación de dichas gráficas y se calcula el valor de la resistencia másica de los diodos. Como última medida se realizan diferentes conclusiones acerca de la experiencia en el laboratorio y el desarrollo de la práctica.

I.   

OBJETIVOS

Medir los efectos de las polarizaciones directa e inversa de la corriente de un diodo de zener. Determinar y graficar las características de voltaje corriente de un diodo zener. Construir un regulador de voltaje zener y determinar, de manera experimental, el intervalo dentro del cual el diodo zener produce un voltaje constante. II.

III.

IV.

INTRODUCCION

Para poder comprender el diodo zener, se debe comprender primero el concepto de ruptura del diodo. Como se sabe para el caso de un diodo de unión pn el voltaje de polarización inversa aplicado a esté no puede ser aumentado sin límite. Existe un punto, donde la corriente de polarización comenzara a crecer desmedidamente. A esta situación se le denomina ruptura, y el voltaje aplicado en este punto se llama voltaje de ruptura.

MATERIALES

Fuente de alimentación Dos multímetros digitales Una protoboard 2 conectores caimán-banana Cable de cobre 1 resistor de 240Ω a 5 W 1 resistor de 3,3 kΩ 1 diodo zener

       

La ruptura zener ocurre en uniones pn altamente dopadas en las cuales los electrones forman un túnel directamente a través de la barrera de potencial.

V. 1.

Los diodos denominados genéricamente diodos Zener trabajan específicamente en la zona de ruptura.

FUNDAMENTO TEÓRICO

PROCEDIMIENTO

Características voltaje-corriente: polarización inversa i.

El símbolo del diodo zener es:

Realice el montaje de la figura 1, ajustando el valor de tensión de la fuente AA a 0 V. En estas condiciones se mide la corriente, si la hay a través del diodo.

2

Figura1. Montaje 1. Diodo zener en polarización inversa ii.

iii.

iv.

2.

Se ajusta la salida de AA de manera que el voltaje BC sea igual a cada uno de los indicados en la tabla; se mide la corriente en el diodo y se calcula la resistencia. Se ajusta el valor de la fuente AA de manera que la corriente medida en el diodo sea de 2mA y se mide el voltaje BC del diodo. Se realiza el mismo procedimiento anterior para los valores de corriente dados.

Características voltaje-corriente: polarización directa i.

Se realiza el montaje de la figura 2 y se toma la corriente directa del diodo para cada nivel de voltaje BC indicado. En cada caso se calcula la resistencia.

VI.

RESULTADOS Y ANÁLISIS

A continuación se muestran los resultados obtenidos en la realización de la práctica y su respectivo análisis: 1.

Características voltaje-corriente: polarización inversa

Tabla 1. Resultados polarización inversa.

características pa so

V

I

Rz [Ω]

i.

0

0

∞

5

2

0,3μA

1,5exp6

10

3

5,2μA

5,8exp5

4

iii.

20 iv.

ii. 5,4 2 4,9 6

Pasó i y ii.

3.

El diodo zener como regulador de voltaje

I[mA ]

paso

103,2μA

39exp3

30

54,4mA

100

40

2mA

2,5exp3

50

Graficando los datos de la tabla 1 se tiene:

Figura2. Montaje 2. Diodo zener en polarización directa

voltaje-corriente V 5,3 0 5,3 2 5,3 3 5,3 4 5,3 6 5,4 1

Rz[Ω] 1,06 0,532 0,267 0,178 0,134 0,108

3

de que la corriente es de 5mA se mantiene constante) para algún circuito que se conecte a las terminales paralelas del diodo Zener. Así, entonces el diodo mantiene un voltaje constante en sus terminales mientras que la mayor parte de la corriente tiende a pasar a través de él por ello se puede decir que el diodo puede actuar como una protección para los componentes de determinado circuito.

Grafica 1. Voltaje vs corriente en el diodo para polarización inversa pasos i y ii. Paso iii y iv:

Grafica 3. Voltaje vs resistencia en el diodo para polarización inversa. Se puede observar en la gráfica 3 que la resistencia interna del diodo inicia con valores muy grandes y va disminuyendo a medida que aumenta el voltaje en el diodo, es decir que la corriente el diodo va aumentando, como se observa en los datos de la tabla 1; también es posible observar que en el voltaje Zener (5V aproximadamente) la resistencia toma un valor mínimo de aproximadamente 0Ω, dejando conducir toda la corriente, esto se conoce como efecto Zener. Grafica 2. Voltaje vs corriente en el diodo para polarización inversa pasos iii y iv. Analizando las gráficas 1 y 2, es posible apreciar un comportamiento no lineal correspondiente al comportamiento del diodo. En la gráfica 1 se observa que en polarización inversa se tienen corrientes muy pequeñas es decir que tienden al valor de cero pero a medida que la tensión aumenta se llega a un valor de voltaje de ruptura que aproximadamente es 5 V, y al seguir aumentando la tensión como se ve en la gráfica 2, la corriente crece de manera significativa. Ahora, se puede decir que esta característica permite establecer un voltaje máximo de trabajo (como se aprecia en la gráfica 2 el voltaje después

2.

Características voltaje-corriente: polarización directa

Teniendo en cuenta que el voltaje umbral obtenido experimentalmente para el diodo zener es

V γ =0,710 V pas o i. pas o i.

V γ −0,4 V V γ −0,3 V V γ −0,2 V

VB 0 I

0

Rf

0

∞

0,1μA 4,1exp6

∞

V B V γ −0,1 V V γ I

27,6μA

1,24m

1,1μA 4,6exp5

V γ + 0,1V 0,828V 32,9mA

73,1mA

4

Rf 22,1exp3

VII.

A 572,6

24,6

11,3

CONCLUSIONES

● En polarización inversa, se tiene que mientras el voltaje de la fuente es menor al voltaje zener, pasará a través de él una mínima corriente, pero, cuando el voltaje de entrada supera al voltaje del zener el diodo mantendrá constante el voltaje en sus terminales y para mantener la potencia del mismo se incrementa la corriente que pasa por él. 

VIII.

REFERENCIAS



ZBAR, P., MALVINO, A. AND MILLER, M. (2001). Prácticas de electrónica. México, D.F.: Alfaomega.



C. KITTEL, W. KNIGHT, M. RUDERMAN, Berkeley physics course – vol. 1. Segunda edición. Editorial REVERTE, S.A. 1984....