Nivel: Básico. Verifique el comportamiento del diodo como un interruptor unidireccional midiendo corriente y voltaje en ambas polaridades.
Objetivo y caso de uso
En este experimento, construirá un circuito serie simple que consta de una fuente de voltaje CC, una resistencia limitadora de corriente y un diodo de silicio. Medirá la caída de voltaje a través del diodo y la corriente que fluye a través del circuito para confirmar cómo el componente bloquea o conduce la electricidad según su orientación.
- Protección contra polaridad inversa: Evita daños a la electrónica sensible si una batería se inserta al revés.
- Rectificación de CA a CC: Convierte corriente alterna en corriente continua en fuentes de alimentación.
- Recorte de señal: Limita los niveles de voltaje para proteger los componentes posteriores en circuitos de comunicación.
- Implementación lógica: Forma la base de las puertas DTL (Lógica Diodo-Transistor).
Resultado esperado:
* Polarización directa: El diodo conduce corriente; el voltaje a través del diodo (VD) se mantiene cerca de 0.7 V.
* Polarización inversa: El diodo bloquea la corriente (I ≈ 0 A); el voltaje a través del diodo es igual al voltaje de alimentación (Vsupply).
* Flujo unidireccional: Confirmación de que los electrones solo fluyen efectivamente en una dirección (Ánodo a Cátodo).
Público objetivo: Estudiantes y principiantes en electrónica analógica básica.
Materiales
- V1: Fuente de alimentación de 9 V CC (batería o fuente de banco).
- R1: Resistencia de 1 kΩ, función: limitación de corriente y detección de corriente.
- D1: Diodo de silicio 1N4148 (o 1N4007), función: Dispositivo bajo prueba (DUT).
- Multímetro: Multímetro digital, función: medición de voltaje CC y corriente CC.
Guía de conexionado
Esta guía describe la configuración de Polarización directa. Los nodos se definen como VCC (9 V), N1 (unión) y 0 (GND).
- V1: Conecte el terminal positivo al nodo
VCCy el terminal negativo al nodo0. - R1: Conecte una pata al nodo
VCCy la otra pata al nodoN1. - D1: Conecte el Ánodo (lado sin la franja) al nodo
N1y el Cátodo (lado con la franja) al nodo0.
Diagrama de bloques conceptual
Esquemático
[ POWER SOURCE ] [ CIRCUIT PROCESSING ] [ RETURN PATH ]
[ V1: 9 V DC Supply ] --(+9 V)--> [ R1: 1 kΩ Resistor ] --(Node N1)--> [ D1: 1N4148 Diode ] --(0 V)--> [ GND ]
(Current Limiting) (Measurement) (Anode -> Cathode)
(Forward Biased)
Mediciones y pruebas
Para validar el comportamiento del diodo, realice las siguientes mediciones utilizando el multímetro.
1. Prueba de polarización directa (Ánodo a Positivo)
* Medición de voltaje (VD): Configure el multímetro en Voltios CC. Coloque la sonda roja en el Ánodo (Nodo N1) y la sonda negra en el Cátodo (Nodo 0).
* Resultado: Debería leer aproximadamente de 0.6 V a 0.7 V.
* Medición de corriente (ID): Configure el multímetro en mA CC. Abra el circuito entre R1 y D1 e inserte el multímetro en serie.
* Resultado: Usando la Ley de Ohm (I = (Vsource – VD) / R1), la corriente debería ser aproximadamente 8.3 mA.
2. Prueba de polarización inversa (Cátodo a Positivo)
* Recableado: Desconecte D1, gírelo 180 grados y vuelva a conectarlo. Ahora el Cátodo (franja) se conecta a N1 y el Ánodo se conecta a 0.
* Medición de voltaje (VD): Mida a través del diodo nuevamente.
* Resultado: Debería leer un valor muy cercano al voltaje de la fuente (9 V), indicando que el diodo actúa como un interruptor abierto.
* Medición de corriente (ID): Mida la corriente en el bucle.
* Resultado: La lectura debería ser 0 mA (o una corriente de fuga insignificante en el rango de nanoamperios).
Netlist SPICE y simulación
Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)
* Practical case: Forward and Reverse Diode Biasing
* Based on Wiring Guide: Forward Bias Configuration
* --- Power Supply ---
* V1: 9 V DC supply connected between VCC and GND (Node 0)
V1 VCC 0 DC 9
* --- Components ---
* R1: 1 kΩ resistor between VCC and Node N1
R1 VCC N1 1k
* D1: 1N4148 Diode
* Anode connected to N1, Cathode connected to GND (0)
D1 N1 0 D1N4148
* --- Models ---
* Standard 1N4148 Model
.model D1N4148 D (IS=2.682n N=1.836 RS=0.5664 BV=100 IBV=100p CJO=4p TT=11.54n)
* --- Analysis Directives ---
* ... (truncated in public view) ...Copia este contenido en un archivo .cir y ejecútalo con ngspice.
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* Practical case: Forward and Reverse Diode Biasing
* Based on Wiring Guide: Forward Bias Configuration
* --- Power Supply ---
* V1: 9 V DC supply connected between VCC and GND (Node 0)
V1 VCC 0 DC 9
* --- Components ---
* R1: 1 kΩ resistor between VCC and Node N1
R1 VCC N1 1k
* D1: 1N4148 Diode
* Anode connected to N1, Cathode connected to GND (0)
D1 N1 0 D1N4148
* --- Models ---
* Standard 1N4148 Model
.model D1N4148 D (IS=2.682n N=1.836 RS=0.5664 BV=100 IBV=100p CJO=4p TT=11.54n)
* --- Analysis Directives ---
* Operating Point analysis to see DC bias values
.op
* Transient analysis to log data (1ms duration)
.tran 10u 1m
* --- Output Directives ---
* Print supply voltage and diode forward voltage
.print tran V(VCC) V(N1)
.endResultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (108 rows)
Index time v(vcc) v(n1) 0 0.000000e+00 9.000000e+00 7.143329e-01 1 1.000000e-07 9.000000e+00 7.143290e-01 2 2.000000e-07 9.000000e+00 7.143286e-01 3 4.000000e-07 9.000000e+00 7.143286e-01 4 8.000000e-07 9.000000e+00 7.143286e-01 5 1.600000e-06 9.000000e+00 7.143286e-01 6 3.200000e-06 9.000000e+00 7.143286e-01 7 6.400000e-06 9.000000e+00 7.143286e-01 8 1.280000e-05 9.000000e+00 7.143286e-01 9 2.280000e-05 9.000000e+00 7.143286e-01 10 3.280000e-05 9.000000e+00 7.143286e-01 11 4.280000e-05 9.000000e+00 7.143286e-01 12 5.280000e-05 9.000000e+00 7.143286e-01 13 6.280000e-05 9.000000e+00 7.143286e-01 14 7.280000e-05 9.000000e+00 7.143286e-01 15 8.280000e-05 9.000000e+00 7.143286e-01 16 9.280000e-05 9.000000e+00 7.143286e-01 17 1.028000e-04 9.000000e+00 7.143286e-01 18 1.128000e-04 9.000000e+00 7.143286e-01 19 1.228000e-04 9.000000e+00 7.143286e-01 20 1.328000e-04 9.000000e+00 7.143286e-01 21 1.428000e-04 9.000000e+00 7.143286e-01 22 1.528000e-04 9.000000e+00 7.143286e-01 23 1.628000e-04 9.000000e+00 7.143286e-01 ... (84 more rows) ...
Errores comunes y cómo evitarlos
- Medir corriente en paralelo: Nunca conecte el multímetro a través del diodo mientras esté en modo «Corriente/Amperios». Esto crea un cortocircuito y puede fundir el fusible del multímetro. Siempre mida la corriente en serie.
- Omitir la resistencia: Conectar un diodo directamente a una fuente de voltaje (por encima de 0.7 V) sin una resistencia causará un flujo de corriente ilimitado, destruyendo instantáneamente el diodo (y potencialmente la fuente de alimentación).
- Identificación incorrecta de terminales: La franja en el cuerpo del diodo indica el Cátodo. En polarización directa, el Cátodo debe apuntar hacia el potencial más bajo (GND).
Solución de problemas
- 0 V medidos a través de D1 en Polarización directa: El diodo podría estar en cortocircuito internamente o la fuente de alimentación está apagada. Verifique primero el voltaje de V1.
- 0 mA en Polarización directa: El circuito está abierto. Verifique si las conexiones de la protoboard están sueltas o si el valor de la resistencia es demasiado alto (por ejemplo, 1 MΩ en lugar de 1 kΩ).
- 9 V a través de R1 en Polarización inversa: El diodo está conduciendo cuando no debería. Asegúrese de que D1 esté realmente invertido (franja hacia el voltaje positivo) o verifique si D1 está dañado (en cortocircuito).
- El diodo se calienta: La corriente es demasiado alta. Asegúrese de que R1 sea de al menos 330 Ω para una fuente de 9 V.
Posibles mejoras y extensiones
- Indicador visual: Reemplace el diodo de silicio estándar (D1) con un LED. La luz confirmará visualmente cuando fluye corriente (Polarización directa) y se apagará cuando se bloquee (Polarización inversa).
- Trazado de curva I-V: Use una fuente de alimentación variable (0 V a 10 V) y registre la corriente en pasos de 0.1 V para trazar la curva exponencial característica del diodo.
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