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Curvas características I–V

Programas: GCSE (I–V characteristics), 2de, Sek I, A-level, IB B.5

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Objetivo

Medir las características corriente–tensión de una resistencia, una bombilla de incandescencia y un diodo, y comparar sus formas.

El montaje

Una fuente de 3 V alimenta tres ramas a través de los buses «+» (izquierda) y «−» (derecha); cada rama tiene un amperímetro y un voltímetro en paralelo con el componente. Arriba hay una resistencia de 100 Ω, en medio una bombilla de 6 V / 3 W, abajo un diodo con una resistencia de protección de 100 Ω.

Procedimiento

  1. Varíe la tensión de la fuente de 0 a 6 V en pasos de 1 V.
  2. En cada paso anote los pares «tensión — corriente» de los tres componentes.
  3. Dibuje las tres gráficas \(I(U)\).
  4. Conecte el diodo al revés: intercambie las clavijas de los dos cables en los bornes del diodo, ánodo y cátodo, y repita las medidas.
Resultado esperado

A 3 V: la resistencia, unos 2,78 V y 28 mA; la bombilla, unos 2,74 V y 314 mA; el diodo, unos 0,72 V y 21 mA. La gráfica de la resistencia es una recta. La gráfica de la bombilla se curva: el filamento se calienta y su resistencia aumenta, hasta unos 12 Ω a 6 V. El diodo apenas conduce por debajo de 0,5 V; a partir de ahí la corriente sube bruscamente, mientras que la tensión entre sus extremos varía poco: unos 0,62 V con la fuente a 1 V, 0,76 V a 6 V. Con el diodo invertido, la corriente del diodo es cero.

Preguntas

  1. ¿Por qué aumenta la resistencia de la bombilla con la tensión?
  2. ¿Por qué se conecta una resistencia en serie con el diodo?
Respuestas
  1. La corriente calienta el filamento, y la resistencia del wolframio crece con la temperatura: cuanto mayor es la tensión, más caliente está el filamento. A 3 V la bombilla tiene 2,74 V / 314 mA ≈ 8,7 Ω, a 6 V unos 12 Ω, y un filamento frío tiene solo alrededor de una quinceava parte de su resistencia a pleno brillo.
  2. Por encima de unos 0,6 V la corriente del diodo sube muy bruscamente, y el propio diodo apenas la limita. La resistencia de 100 Ω se queda con el resto de la tensión y fija la corriente, unos 21 mA a 3 V; sin ella solo la resistencia interna de 0,5 Ω de la fuente, el amperímetro y los cables limitarían la corriente, que llegaría a amperios y destruiría un diodo real.