Practica N⁰

Elementos No Óhmicos

No lineal

Determinación de las características del diodo zener en un circuito eléctrico.

Objetivos:

*Reconocer los valores de polarización directa del diodo zener.

*Determinar las condiciones de trabajo en polarización inversa o de trabajo del diodo zener

Considerar y reconocer las características y graficas de su comportamiento en un circuito conectado.

Fundamentación:

En este práctico se tomarán los valores de los medidores conectados en el circuito que monitorearán los valores de las magnitudes físicas involucradas, tabulándolas convenientemente y graficándolas para reconocer el funcionamiento del dispositivo, en este caso el diodo zener de silicio.

El diodo zener

El diodo zener es un diodo de silicio, comúnmente usado como regulador de tensiones, es decir que se usa para mantener un voltaje fijo o regulado entre sus terminales.

El aspecto externo es similar a la de un diodo común, pero su diferencia radica que funciona polarizado invertido es

decir que trabajará en la región negativa de su curva de trabajo o inversa; esto significa que va conectado invertido para trabajar en su región zener.

Esta región es la del voltaje de trabajo, y es la que va a estabilizar.

Dicho voltaje es el que tiene como característica estampado en su caja junto con su número de serie .

Para que funcione correctamente , dentro de su zona zener o región inversa se debe conectar un resistor en serie con el diodo y su carga, para limitar la corriente, y así hacerlo trabajar en su corriente de sostén, para mantenerlo estable en su punto de trabajo de tensión.

Se clasifican por su zona de ruptura o de avalancha (región zener), siendo esta controlada y por su potencia de trabajo.

En algunos modelos el voltaje de trabajo puede estar especificado junto al número de serie y en otros solo tienen el número de serie por ejemplo un diodo tipo : bzx C4,7 , es un zener de 0,4 w y 4,7 voltios fabricado por la compañía Philips.

Polarización directa

La polarización o tensión directa utiliza una pequeña cantidad de energía para poder pasar a través del diodo. Hay un pequeño voltaje que lo hace conductor, siendo de unos 0.7v, como todos los diodos de silicio, ya que los diodos zener son de este material semiconductor.

Este voltaje de tensión directa es constante para la corriente que pase en este sentido desde cátodo al ánodo, cuando es polarizado directamente, es decir en el sentido convencional de conducción de los diodos comunes de silicio.

Pero los diodos zener no son proyectados para trabajar en polarización directa, porque poseen poca potencia y estructuralmente no soportan las corrientes directas que ocurren al polarizarlos de esta forma, pudiéndose destruir fácilmente. Su diseño es exclusivamente para trabajar en su zona de corriente inversa, quiero decir en la zona o codo zener del semiconductor.

Circuito del práctico (diodo zener)

Elementos no óhmicos (elemento no lineal)

Fig 1. (características para un diodo zener de %.1 voltios)

Símbolo del diodo Zener

Ánodo cátodo

Materiales

1 diodo zener de 33voltios ,500mW.

1 Resistor de carbón depositado Leybold de 100Ω,10% tolerancia o mejor por 2 W.(Amarillo, violeta, marrón, dorado)

1 Multímetro digital, para usarlo como voltímetro, multirango.

1 Multímetro analógico para usarlo como amperímetro multirango.

1 Fuente de corriente continua variable de corriente continua de 0 a 6 voltios

1 soporte base Leybold para montaje del circuito.

4 postes para soportar los componentes electrónicos a la base Leybold.

5 cables de colores distintos con fichas bananas en los extremos para conexiones.

1 chapa de cobre chica para conexión entre los postes de conexión en el soporte.

Procedimiento

Se arma el circuito como se muestra en la figura 1, compuesto por la fuente de corriente continua, el amperímetro conectado en serie con el diodo zener, al que se le conecta entre sus terminales el voltímetro, y en serie con estos elementos se conecta por último también en serie la resistencia, cuyo último extremo va al terminal de la fuente, que debe ser el terminal negativo, para comenzar así a tabular las tensiones y corrientes directas en el diodo.

Se empieza con la fuente en cero volts, El amperímetro en el rango más alto (unos 500 mA.), y el voltímetro en un rango de 2,0 volts, para ir gradualmente y por pasos, a medida que aparece la primer corriente ir aumentando el voltaje de salida de la fuente (obs. el valor que indica la fuente no lo llevamos en cuenta). Nos interesa el valor medido por el amperímetro y el voltímetro sobre el diodo zener. Los instrumentos tiene que estar en los rangos

de corriente continua,tanto el voltímetro como el amperímetro.

Cada subida de corriente medida por el amperímetro, le corresponde una subida de tensión medida en el voltímetro sobre el diodo, la que se anotará en la tabla de polarización directa del diodo.

Se hará así hasta llegar al límite de la tensión de salida de la fuente y que el diodo sea capaz soportar, sin quemarse.

Luego de terminada la tabla directa se comenzará con el experimento de tensión- corriente inversa, y se hará la tabla con sus valores inversos.

Para esto se invierten los cables de la fuente, es decir se conectan al revés, y se empieza anotando con signo menos en la tabla, para darle la referencia de valores inversos.

Aquí se cambian las escalas del amperímetro que debe estar en la escala más sensible 50μA. (tener cuidado pues cualquier error puede estropear el medidor pues el rango es el más sensible del medidor!!!!!)y con el voltímetro se empieza en 20 voltios y luego se usa la escala de 200voltios.

Luego de hecha la última medida se da por finalizado este práctico.

Valores logrados:

Tabla 1

ensayo del diodo zenerconexión directa

conexión inversa

V(volts) I(ma) V(voltios9 I(µA)0.8 28 4 50.8 110 8 120.8 150 12 150.8 190 16 190.9 220 20 230.9 260 24 260.9 300 28 30

1 320 31 33

Grafica

Serie 2

Serie 1

f(x)=0.062100298*ln(x)+0.54643466; R²=0.4402

-100 -50 50 100 150 200 250 300 350

-30

-25

-20

-15

-10

-5

x

y

Conclusión

La curva obtenida de polarización directa muestra claramente que el voltaje directo llega a un voltio entre los electrodos ánodo y cátodo del semiconductor. Significa que la caída de tensión es insignificante comparada con la corriente directa que pasa por él.

Este tipo de componente es un buen regulador de tensión, y un buen dispositivo de corriente, y su comportamiento es exponencial con los acrecimos de tensión; siendo para potenciales negativos dicha corriente muy pequeña o insignificante. Uno de los factores que afectan su

comportamiento es la temperatura, por lo que deben mantenerse dentro de un margen seguro de utilización.

No debe ultrapasarse la corriente máxima para la que fue diseñado y para las condiciones del voltaje zener de trabajo.

La temperatura afecta la juntura semiconductora y si entra en avalancha térmica la corriente se hace exponencial, llevando al dispositivo a su destrucción al quedar en cortocircuito la juntura. Esta característica es igual para todos los semiconductores.

Bibliografía.

*Circuitos electrónicos, discretos e integrados, Schilling-Belove, 3ra.edición, 1989, edit. Mc. Graw-Hill.

*Electricidad y magnetismo, Raymond A. Serway,

Tomo II, 4ta.edición, 1997, editorial McGRAW-HILL.

*Física Universitaria, Sears Zemansky, 12 ed.

Volumen 2, Editorial Pearson 2010.

*Pdf, “Diodos”

Autor .Ildefonso Imperial F.

Ing. tecnológico