Práctica 2 Caracterización del diodo Zener. PDF

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En esta práctica se demostrará el funcionamiento y características del diodo Zener bajo tensión, el cual específicamente estará polarizado en inversa, ya que su funcionamiento es distinto a la de los diodos semiconductores normales....

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO Instituto Tecnológico de León

ANALOGICA DIGITAL

“Caracterización de un diodo”

#Mesa 1

Escamilla Losoyo Jose De Jesús Escobar Ramírez Marco Antonio de Jesús

Grupo: 7:00 – 10:30 am

Fecha de entrega: 28/06/19

PROFESOR Gustavo Moreno González Terán

1

Índice Caracterización del diodo Zener.........................................................................................................3 Introducción.......................................................................................................................................3 Objetivo..............................................................................................................................................3 Procedimiento....................................................................................................................................3 Conclusiones....................................................................................................................................12 Anexo...............................................................................................................................................13 Bibliografía.......................................................................................................................................14

Caracterización del diodo Zener Introducción Los diodos Zener, o diodos de avalancha, son diodos semiconductores de unión p-n cuyas propiedades controladas en las zonas de polarización en inversa qué los hacen muy útiles en numerosas aplicaciones, especialmente como dispositivos de referencia de tensión. La característica en directa es similar a la de los diodos semiconductores normales. La característica inversa, sin embargo, presenta una región en la cual la tensión es caso independiente de la corriente por el diodo. La tensión zener de cualquier diodo está controlada por la cantidad de dopando aplicada en el proceso de fabricación. los valores normales varían entre 2-200v con capacidades de disipación de potencia de hasta 100w. (Schilling, s.f, p.45) En esta práctica se demostrará el funcionamiento y características del diodo zener bajo tensión, el cual específicamente estará polarizado en inversa, ya que su funcionamiento es distinto a la de los diodos semiconductores normales.

Objetivo Obtener los principales parámetros, cómo se comporta realmente la curva de operación de un diodo Zener con polarización en inversa, en este caso el 1N4728.

Procedimiento La práctica se llevó a cabo en las instalaciones del laboratorio del instituto tecnológico de león, el cual cuenta con los equipos necesarios para hacer las mediciones. Instalándonos en la mesa correspondiente con el circuito previamente armado y los equipos a utilizar damos por inicio a nuestra práctica. En este caso y como siempre, lo primero que se hizo fue reiniciar de fabrica el osciloscopio utilizado para no tener ajustes indeseados en nuestras mediciones (Error: Reference source not found) y calibrar las sondas para verificar que estén buen funcionamiento para evitar ruido innecesario en nuestras señales, por otro lado, ajustar el generador de funciones a la forma de onda de los datos proporcionados por el profesor (Imagen 1).

Imagen 1 Datos y forma de onda utilizados en generador de funciones.

Datos de generador de funciones:     

Forma de onda triangular. Frecuencia:20Hz Fase:0 Voltaje pico positivo: 1v Voltaje pico negativo: -4v

Teniendo lo antes dicho, iniciamos por comprobar la forma de onda de nuestro generador de funciones en el osciloscopio (Imagen 2).

Imagen 2 Forma de onda de nuestro generador de funciones en el osciloscopio.

Ya verificada la señal a utilizar, esta se implementa en nuestro circuito (Imagen 3) que está conformado por una resistencia de 1kΩ (valor real 980Ω) y un diodo zener 1N4728, donde la parte más positiva de nuestro generador de funciones se conecta al cable amarillo y la parte más negativa al cable azul, de esta manera tenemos en polarización inversa nuestro diodo zener.

Imagen 3 Circuito físico implementado.

Revisando el Datasheet del diodo [CITATION Vis19 \l 2058 ]para determinar sus características eléctricas (Error: Reference source not found), el cual tiene un rango de voltaje en inversa de 3.3 volts, puede ser usado como regulador.

Tabla 1 Características eléctricas del diodo zener IN4728.

Para poder obtener la información de las formas de onda de nuestro circuito montado y alimentado procedemos a conectamos las puntas del osciloscopio (Imagen 4 Montado de las puntas de osciloscopio.), donde conectamos ambas tierras de las puntas del osciloscopio al nodo compartido entre la resistencia y diodo zener. Después conectamos la punta del canal 2 en la parte superior de la resistencia (parte donde tenemos el caimán más negativo, la tierra de la señal de nuestro generador de funciones) y la punta del canal 1 en el cátodo del diodo (parte donde tenemos el caimán más positivo, la entrada de nuestro generador de funciones).

Imagen 4 Montado de las puntas de osciloscopio.

Ya montadas las puntas del oscilador en este se podrá visualizar las dos diferentes formas de onda (Imagen 5), ya que son las que se visualizan en los dos canales conectados uno en la resistencia y otro el en zener.

Imagen 5 Forma de onda de entrada (Y-T).

Mediante el osciloscopio, centralizamos y ajustamos las señales para poder cambiar al modo X-Y (Error: Reference source not found) en nuestro osciloscopio, de esta manera ver la caracterización del diodo zener en un plano (Imagen 6).

Imagen 6 Curva caracterización del diodo zener mostrada en el osciloscopio.

Se observar que no nos arroja la curva característica del diodo zener, es decir no se muestra la totalidad de la caracterización de este diodo, para ellos se ajustaron los ejes y escalas en osciloscopio para ver si se tenía con mayor claridad, sin tener resultados precisos, o mejor dicho con una mejor visualización; para esto se dio a la tarea de preguntar al profesor ya que no sabíamos cuál era nuestro error, para ellos el profesor nos modificó el generador de funciones (Imagen 7), hecho este cambio nos pudimos percatar que el diodo nunca entraba en operación ya que el voltaje pico positivo era menor al rango de voltaje de nuestro diodo zener en inversa por ello nunca se mostraba la caracterización completa de diodo zener en la parte negativa , es decir en el cuadrante 3.

Imagen 7 Datos y forma de onda en generador de funciones modificados.

Datos de generador de funciones:       

Forma de onda triangular. Frecuencia:75Hz Fase:0 Amplitud: 5vpp Offset: 800mV Voltaje pico positivo: 3.3v (este es igual al voltaje de zener) Voltaje pico negativo: -1.7v

Con base la modificación mencionada anteriormente, centralizamos de nuevo los ejes y ajustamos las señales (Imagen 8), para poder cambiar nuevamente el modo en nuestro osciloscopio, en el canal 1 se muestra que el diodo zener cuando está en inversa recorta la señal positiva específicamente al voltaje de 3.3 mencionado en la (Tabla 1), y cuando el diodo zener esta polarizado en directa este funciona como un diodo rectificador, en este caso se muestra toda la forma de onda de la parte negativa, por otro lado en el canal 2 se muestra la forma de onda de nuestro generador de funciones, teniendo esto en cuenta procedemos a cambiar de modo nuestro osciloscopio (Error: Reference source not found), específicamente al modo X-Y y de esta manera ver la caracterización del diodo zener en el plano nuevamente pero de una manera más precisa, es decir con una mejor apreciación visual, con base al ajuste realizado por el profesor. Básicamente entre más frecuencia se puede visualizar mejor la caracterización del diodo zener sin parpadeo de la señal y que este en operación, ya que si no es mayor el voltaje de entrada positivo al voltaje de

operación en inversa este nunca entrara en operación, en este caso sí se mostró la caracterización del diodo zener tanto en inversa como en directa (Imagen 9).

Imagen 8 Forma de onda de los dos canales (Y-T), con modificación del generador de funciones.

Imagen 9 Caracterización del diodo zener, con modificación del generador de funciones.

Por otro lado, se hizo la comparativa de la (Imagen 9) capturada del osciloscopio versus con una gráfica genérica realizada con el archivo (.csv) está también arrojado por el osciloscopio, para esto se seleccionamos todos los puntos del canal 1 y canal 2 lo que nos arroje la siguiente grafica (Imagen 10).

Imagen 10 Gráfica generada por Excel con datos obtenidos

A demás los datos obtenidos en el archivo arrojado por el osciloscopio, mejor dicho la imagen que nos muestra el osciloscopio (Imagen 9) se utilizaron para seleccionar algunos puntos (Para tener una clara idea ver (Imagen 12) del anexo), y con ellos tabular los valores de CH1 y CH2 (Tabla 2); cabe mencionar que el osciloscopio solo grafica voltajes vs Voltajes, así que para el CH2 nos muestre la corriente del diodo (ID) se tiene que dividir entre la resistencia real del diodo (r D), y con esto logramos que los datos usados en el CH2 sean corriente y así graficar voltaje (CH1) vs corriente (CH2) ; estos datos nos dieron como resultado la (Error: Reference source not found), en esta grafica se agregó la línea de tendencia exponencial (línea pinteada) y además nos mostró la ecuación siguiente en el gráfico: y = 2E-06e3.1473x

(2)

La (ecuación 2) representa la corriente en el diodo Zener, cabe mencionar que para que nos diera esta ecuación exponencial se graficó con los valores positivos, es decir en el primer cuadrante (cuando el diodo polariza en directa).

Tabla 2 Datos obtenidos para realizar regresión exponencial en el diodo Zener.

CH2 (Vd/rd)

Gráfica de curva del diodo Zener 4.50E-03 4.00E-03 3.50E-03 3.00E-03 2.50E-03 2.00E-03 1.50E-03 1.00E-03 5.00E-04 0.00E+00 1.40E+00

f(x) = 0 exp( 3.15 x )

1.60E+00

1.80E+00

2.00E+00

2.20E+00

2.40E+00

CH1 (mV)

Gráfica 1 Grafico de regresión exponencial para el diodo Zener (Primer cuadrante).

Para ver la curva real del Zener (Gráfica 2) , es decir en el 3er cuadrante la (Ecuación 2) se toma a la inversa y con ello nos muestra los puntos reales utilizados para graficar el diodo Zener (Tabla 3) (estos serán negativos).

Tabla 3 Datos obtenidos (reales) para realizar regresión exponencial en el diodo Zener.

Gráfica de curva del diodo Zener (Primer cuadrante) -2.40E+00

-2.20E+00

-2.00E+00

-1.80E+00

-1.60E+00

0.00E+00 -1.40E+00 -5.00E-04 -1.00E-03

CH2 (Vd/rd)

-1.50E-03 -2.00E-03 -2.50E-03 -3.00E-03 -3.50E-03 -4.00E-03 -4.50E-03

CH1 (mV)

Gráfica 2 Grafico de regresión exponencial para el diodo Zener (Tercer cuadrante).

Conclusiones Escamilla Losoyo Jose de Jesús

Se logró comprender el comportamiento de los diodos zener, además comprobamos lo dicho en clase "cuando está polarizado de manera inversa, mientras el voltaje sea menor al voltaje indicado en la hoja de datos del zener únicamente pasará una mínima corriente por el diodo", sin embargo, cuando el voltaje de entrada a superado al voltaje del zener el voltaje del zener se mantendrá constante en sus terminales, además se logró realizar una curva similar tomando algunos puntos de nuestra imagen de la curva del diodo y con esta compararla con la real, es decir se realizó una regresión exponencial de nuestro diodo. Escobar Ramírez Marco Antonio de Jesús. Considerando la teoría, los parámetros y la curva de operación del diodo zener en directa e inversa vista en clase, lo que se generó en el laboratorio mediante un circuito básico para poder visualizar la operación de un diodo zener de forma física, en este caso se puso a prueba la teoría para llevar a cabo la caracterización de este, y esto poder ser mostrado en un osciloscopio donde se obtuvo de forma visual de la curva generada bajo ciertos estándares de alimentación para el circuito, de esta manera se pudo concretar la práctica, ya que visto anteriormente, la caracterización de nuestro diodo zener visualmente es aceptado, ya que se puede ver la forma de nuestra curvas de operación tanto en inversa como el directa de manera correcta.

Anexo Aquí se muestran las imágenes donde se aprecia los puntos que se tomaron en Excel, tanto para la imagen del diodo como para la imagen del diodo Zener.

Imagen 11 Representación de los puntos tomados en el diodo para la regresión exponencial.

Imagen 12 Representación de los puntos tomados en el diodo Zener para la regresión exponencial.

Bibliografía Boylestad, R. (2009). Electronica: Teoria de circuitos (10 ed.). México, Naucalpan de Juárez: Pearson Educación. Recuperado el 26 de Junio de 2019 Enciclopedia britanica. (2019). Recuperado el 26 de Junio de 2019, de https://www.britannica.com/science/semiconductor Rigol. (2009). Recuperado el 26 de Junio de 2019, de https://tecnoedu.com/Download/DS1052E_SerieDS1000E_ManualUsuario.pdf Schilling, D. L. (1991). Circuitos Electrónicos Discretos e Integrados (2 ed.). mexico, D.F: Alfaomega. Recuperado el 26 de Junio de 2019 Vishay. (2017). (V. Semiconductors, Ed.) Recuperado el 02 de Julio de 19, de https://www.vishay.com/docs/85816/1n4728a.pdf Vishay. (8 de febrero de 2017). Vishay Intertechnology. Recuperado el 26 de Junio de 2018, de https://www.vishay.com/docs/81857/1n4148.pdf...