3. Curvas Características Voltaje-corriente

8/10/2019 3. Curvas Caractersticas Voltaje-corriente

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Universidad Nacional de Ingeniera

Facultad de Ingeniera Qumica y Textil

Laboratorio N 3 Curvas caractersticas Voltaje - corriente Pgina 1

rea acadmica de ciencias bsicas

Informe N 3Curvas caractersticas

Voltaje - Corriente

FI-403A

Realizado por: Mesa: H2Cuicapuza Araujo, RafaelSoto Moreno, Miguel EduardoWong Muoz, Carlos Esteban

NOTA DEL INFORME

Profesores responsables de la prctica:Altuna Daz, Isaac GabrielReyes Guerrero, Reynaldo Gregorino

Periodo Acadmico:2012-1Fecha de realizacin de la prctica: 23/04/12Fecha de presentacin del informe: 21/05/12

Lima - Per


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1.

OBJETIVO.

Realizar la medicin de voltaje y corriente a travs de distintos

elementos resistivos, para as obtener sus grficas y estudiar sus

caractersticas.

Comprobar si los elementos resistivos cumplen o no la ley de Ohm.

2. FUNDAMENTO TERICO.

Corriente elctricaLa corriente o intensidad elctrica es el flujo decarga por unidad de tiempo que

recorre un material. Se debe al movimiento de loselectrones en el interior del

material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s

(culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio.El instrumento

usado para medir la intensidad de la corriente elctrica es elgalvanmetro que,

calibrado en amperios, se llama ampermetro, colocado en serie con el

conductor cuya intensidad se desea medir.

Conduccin elctricaUn materialconductor posee gran cantidad de electrones libres, por lo que es

posible el paso de la electricidad a travs del mismo. Los electrones libres,

aunque existen en el material, no se puede decir que pertenezcan a algn

tomo determinado.

Una corriente de electricidad existe en un lugar cuando una carga neta se

transporta desde ese lugar a otro en dicha regin. Supongamos que la carga se

mueve a travs de un alambre. Si la carga q se transporta a travs de una
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seccin transversal dada del alambre, en un tiempo t, entonces la intensidad de

corriente I, a travs del alambre es:

Aqu qest dada enculombios,tensegundos,e Ienamperios.Por lo cual, la

equivalencia es:

Si la intensidad permanece constante, en cuyo caso se denota Im, utilizando

incrementos finitos de tiempo se puede definir como:

Si la intensidad es variable la frmula anterior da el valor medio de la intensidad

en el intervalo de tiempo considerado.

ResistenciaLa resistencia elctrica de un objeto es una medida de su oposicin al paso de

corriente. La resistencia de cualquier objeto depende nicamente de su

geometra y de su resistividad, por geometra se entiende a la longitud y el rea

del objeto mientras que la resistividad es un parmetro que depende del

material del objeto y de la temperatura a la cual se encuentra sometido. Esto

significa que, dada una temperatura y un material, la resistencia es un valor

que se mantendr constante. Adems, de acuerdo con la ley de Ohm

establece que laintensidad elctrica que circula entre dos puntos de uncircuito

elctrico es directamente proporcional a la tensin elctrica entre dichos

puntos, existiendo una constante de proporcionalidad entre estas dos

magnitudes. Dicha constante de proporcionalidad es laconductancia elctrica,

que es inversa a laresistencia elctrica.

La ecuacin matemtica que describe esta relacin es:

Donde, I es la corriente que pasa a travs del objeto en amperios, V es la

diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, G es la

conductancia ensiemens y Res la resistencia enohmios ().
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DIODOUn diodo es un componente electrnico de dos

terminales que permite la circulacin de la corriente

elctrica a travs de l en un solo sentido. Este

trmino generalmente se usa para referirse al diodo

semiconductor, el ms comn en la actualidad; consta

de una pieza de cristal semiconductor conectada a

dos terminales elctricos. El diodo de vaco (queactualmente ya no se usa, excepto para tecnologas

de alta potencia) es un tubo de vaco con dos

electrodos: una lmina como nodo, y un ctodo.

De forma simplificada, la curva caracterstica de un diodo (I-V) consta de dos

regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un

circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con

una resistencia elctrica muy pequea. Debido a este comportamiento, se lessuele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la

parte negativa de cualquier seal, como paso inicial para convertir una

corriente alterna en corriente continua. I aumenta de forma exponencial con el

incremento de V; para potenciales negativos, la corriente es extremadamente

pequea. As, una diferencia de potencial positiva V ocasiona que la corriente

fluya en la direccin positiva, pero una diferencia de potencial negativa origina

poca o ninguna corriente.


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ResistoresSon dispositivos electrnicos que poseen un valor especfico de resistencia.

Segn el material del cual estn hechos pueden ser:

Resistores de alambre: alambre de nicromo enrollado alrededor de un

ncleo aislante.

Resistores de carbn: Se construyen de carbn o de grafito granulado

que se encierra en un tubo de plstico endurecido.

Adems existen resistores que pueden varan el valor de su resistencia, estos

se denominan resistencia variable.

Potencimetro: cuando se conecta en serie a un circuito elctrico,

mediante este es posible regular el voltaje.

Restato: Se conecta en paralelo a un circuito elctrico de tal manera

que regula la corriente que pasa por l.

3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Y DATOS OBTENIDOS.

3.1. Equipos y materiales:

Una fuente de corriente continua (6V)

Un restato que es utilizado como potencimetro

Un ampermetro de 01 A

Un voltmetro de 010 V

Una caja con tres elementos y dos resistencias de valores dados

Ocho cables

Un transformador 220/6V, 60 Hz

3.2. Procedimiento experimental.

3.2.1. Determinacin de las curvas usando voltmetro y ampermetro. Primero identificamos los elementos incgnita cuyas curvas

caractersticas nos proponemos a investigar; un foco, un diodo y una

resistencia.

Luego armamos el circuito como se muestra en la figura regulando la

fuente para que entregue 6V.

Giramos el cursor del restato a fin de que el voltaje medido sea nulo.

Al tener el sistema listo, conectamos los puntos a y b al focoa fin de

averiguar el comportamiento de la resistencia de su filamento.


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Variamos el cursor del restato para medir la intensidad de corriente que

circula por el filamento del foquito cuando la diferencia de potencial va

de 0 a 6V as llenando los valores de las intensidades de corrientemedidas por el multitster en la tabla adjunta.

Repetimos los pasos anteriores para la resistencia.

Por ltimo repetimos los ltimo pasos para el diodo pero teniendo

cuidado de no pasar de 0.9A, ya que el diodo se quema. As obtuvimos

los datos de voltaje para corrientes que varan de 0.01 hasta 0.9 A.

3.3. Datos obtenidos:

Elemento: FOCO

VoltajeAplicado(En Voltios)

Corriente(En Amperios)

0.0 0.00

1.0 0.11

2.0 0.16

2.5 0.18

3.0 0.20

3.5 0.21

4.0 0.23

4.5 0.25

5.0 0.26

6.0 0.29

Elemento: RESISTENCIA 47

VoltajeAplicado (EnVoltios)

Corriente(EnAmperios)

0.0 0.00

1.0 0.02

2.0 0.04

2.5 0.05

3.0 0.06

3.5 0.07

4.0 0.08

4.5 0.09

5.0 0.10

6.0 0.13


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Elemento: DIODO

Voltaje Aplicado(En Voltios)

Corriente(En Amperios)

0.550 0.01

0.600 0.02

0.630 0.04

0.650 0.06

0.680 0.08

0.700 0.10

0.750 0.20

0.775 0.30

0.800 0.60

0.825 0.90

4. CLCULOS Y ERRORES.

Para la resistencia

La resistencia utilizada tena como valor dado 47 , segn nuestros datos, larecta ajustada que cumple con la ley de ohm sera:

I = 0.0209V - 0.0019 ADespreciando el -0.0019, tendramos que la resistencia experimental es 47.847

. Con esto podemos calcular un error.

Error = 1,8%

Para el diodo

El modelo matemtico ms empleado es el de Shockley (en honor a WilliamBradford Shockley)que permite aproximar el comportamiento del diodo en lamayora de las aplicaciones. La ecuacin que liga laintensidad de corriente y la

diferencia de potencial es:

Donde:

Ies la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo VDes la diferencia de tensin entre sus extremos.

ISes la corriente de saturacin (aproximadamente ) nes el coeficiente de emisin, dependiente del proceso de fabricacin

del diodo y que suele adoptar valores entre 1 (para el germanio)y delorden de 2 (para elsilicio).

El Voltaje trmico VT es aproximadamente 25.85mV en 300K, unatemperatura cercana a la temperatura ambiente. Para cada temperaturaexiste una constante conocida definida por:
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Con y .

Para voltajes pequeos en la regin de polarizacin directa, se puede eliminarel -1 de la ecuacin, quedando como resultado:

Se observa claramente que la ecuacin tiene la forma I = a e V/b, tomando

logaritmo neperiano para obtener los coeficiente a y b, la expresin quedara

Ln(I) = V/b + Ln (a)

Que vendra a ser la ecuacin de una recta.

La ecuacin quedara: ()

De la ecuacin obtenemos que 1/b= 15.865 por lo tanto b= 0.0630 y a = e-

13.322= 1.6381x10-6. El comportamiento del diodo estara dado por la expresin:

I = 1.638x10-6(eV/0.0630)

Comparando esta ecuacin con la ecuacin del comportamiento de un diodo

ideal tendramos lo siguiente:

T = 27 C, IS= 1.2x10-11A, n = 1 nos quedara la expresin:

(Ecuacin del comportamiento ideal del diodo)

I = 1.2x10-12(eV/0.026 -1)

V(Voltios) I (Amperios) Ln (I)0,55 0,01 -4,605170190,6 0,02 -3,91202301

0,63 0,04 -3,21887582

0,65 0,06 -2,81341072

0,68 0,08 -2,52572864

0,7 0,1 -2,30258509

0,75 0,2 -1,60943791

0,775 0,3 -1,2039728

0,8 0,6 -0,51082562

0,825 0,9 -0,10536052


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5. GRFICAS.

Curva caracterstica del foco

Curva caracterstica de la resistencia

I = 0.0441V + 0.05 A

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 1 2 3 4 5 6 7

Intensidad (A)

Voltaje (V)

Curva caracterstica I vs V (Foco)

I = 0.0209V - 0.0019 A

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0 1 2 3 4 5 6 7

Intensidad (I)

Voltaje (V)

Curva caracterstica I vs V (Resistencia)


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Curva aproximada de Shockley para el diodo

Comparacin en el diodo entre ideal y experimental

LnI= 15.865V - 13.322

-5

-4.5

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85

LnI

Voltaje (V)

Curva de Shockley (LnI vs. V) para el diodo


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Curva caracterstica del diodo y anlisis de tensiones

Se observa claramente que el diodo posee una tensin umbral (0.65V) a partir

de la cual variando muy poco el valor de la tensin aumenta mucho la

intensidad, tambin posee una tensin mxima de 0.825V.

Podemos determinar aproximadamente su resistencia interna de la siguiente

manera:

RB =( )

( )

RB = (0.175/0.84)

RB = 0.21


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6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES.

Si el dispositivo mide voltaje y no pasa corriente entonces se debe

invertir la polaridad.

Tanto el foco como la resistencia de carbn son materiales hmicos

El hecho de que la grafica del Diodo sea una curva nos dice que no

obedece a la ley de Ohm y que la resistencia del diodo cambia en cada

punto diferente de la curva, esto es, mientras ms inclinada sea la curva

menor ser la resistencia. La grafica tambin nos dice que con mnima

necesidad detensin,circula gran cantidad de corriente.

El diodo puede soportar una intensidad mxima de 0.9 A a 0.825 V, la

potencia que disipa el diodo en forma de calor es P MAX= 0.74W. Si el

diodo llegara a conducir una corriente mayor a 0.9 A, el diodo se fundira

por el efecto Joule.

8. BIBLIOGRAFA

Sears, Zemansky; Young, FredmanFsica Universitaria Vol. 2Undcima edicin.Pg. 943-953

RESNICK, Robert; HOLLIDAY David

Fsica paraCiencias eIngeniera (Volumen 2)

Pginas: 127-137

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