Act 10 Fisica Electronica Trabajo Colaborativo II Fase I Ana Maria[1]

5/23/2018 Act 10 Fisica Electronica Trabajo Colaborativo II Fase I Ana Maria[1]

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ACTIVIDAD 10 FISICA ELECTRONICA

TRABAJO COLABORATIVO 2

ELABORADO POR:YIMY ALEXANDER PARRA MARULANDA

CODIGO: 7254934

PRESENTADO A:FREDY TELLEZ

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y ADISTANCIA- UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BSICAS, TECNOLOGA E INGENIERA

PUERTO BOYACA

ABRIL 2014


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INTRODUCCION

El siguiente trabajo es el desarrollo de la gua de actividad del trabajo colaborativo2 de fsica electrnica, en la cual se analizan las caractersticas de los materialesaislantes, conductores y semiconductores, adems de los semiconductores tipo Py N, se consulta sobre un diodo diferente a los descritos en la gua, en la segundaface de este trabajo se realizan las actividades descritas mediante el simulador.


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OBJETIVOS

Comprender el concepto de la teora bsica de los aisladores, conductores y semi-

conductores.

Analizar y comprender los diferentes tipos de diodos y su empleo en la electrnica.

Estudiar y analizar la evolucin y el funcionamiento del transistor, la forma en queoperan en los diferentes equipos electrnicos utilizados en la actualidad.

Utilizar el simulador de circuitos electrnicos para analizar las diferentes variantesque nos permiten realizar en el momento de elaborar un circuito, al usar losdiferentes componentes que se deben instalar en los circuitos electrnicos .


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FASE 1

Solucione los siguientes cuestionamientos relacionados con los Semiconductores.Por favor consulte otras fuentes adicionales al Mdulo del curso de Fsica

Electrnica.

Enuncie las principales caractersticas y diferencias existentes entre un material

aislante, un conductor y un semiconductor. De algunos ejemplos de cada grupo.

MATERIAL AISLANTE

Aislante es todo aquel material con escasa conductividad. Son materiales quepresentan gran resistencia a que las cargas que lo forman se desplacen. Elcomportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial que seestablece entre las bandas de valencia y conduccin que dificulta la existencia de

electrones libres capaces de conducir la energa en cualquiera de sus formas atravs del material, el aislante es el que posee ms de 4 electrones en su ltimacapa de valencia. El aislante perfecto para las aplicaciones elctricas sera unmaterial absolutamente no conductor, pero ese material no existe, y no se hadescubierto aun.

Entre los aislantes encontramos 3 tipos, los cuales son slidos, lquidos ygaseosos.

Ejemplo de aislante slido, son el azufre, diamante, porcelana, cristal, el papel, lagoma y la mayora de los plsticos as como las cintas sintticas, que se utilizan

para envolver los conductores magnticos de los bobinados. Tienen excelentespropiedades dielctricas y buena adherencia sobre los alambres magnticos.

Aislantes Lquidos: Los fluidos o lquidos dielctricos cumplen la doble funcin deaislar los bobinados en los transformadores y disipar el calor al interior de estosequipos. El lquido dielctrico ms empleado es el aceite mineral, aceite de ricino,Fluidos dielctricos sintticos, entre los cuales encontramos, siliconas y polyalfa-olefines.

Aislantes Gaseosos: Los gases aislantes ms utilizados son, el aire, nitrgeno yhexafluoruro del sulfuro. Utilizados en los transformadores.

MATERIAL CONDUCTOR

Un elemento conductor es el que permite que la energa en cual quiera de susformas pase a travs de l. Esto es debido a que los electrones de sus tomospueden movilizarse, los conductores son todos aquellos que poseen menos de 4electrones en la capa de valencia


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Los conductores tienen cargas libres y que pueden moverse con facilidad.Para losconductores la banda de conduccin y la de valencia se traslapan, en este caso, eltraslape favorece ya que as los electrones se mueven por toda la banda deconduccin.

Los mejores conductores se dividen en 2 grupos los cuales son de altaconductividad y de alta resistividad, entre los primeros encontramos: plata, cobre yaluminio, y en los segundos: aleaciones cobre y nquel y las aleaciones de cromoy nquel, y tambin encontramos el no metal como el hidrogeno

MATERIAL SEMICONDUCTOR

Los semiconductores presentan la caracterstica de que las dos bandas seencuentran separadas por una brecha muy estrecha y esta pequea separacinhace que sea relativamente fcil moverse, no con una gran libertad pero no leshace imposible el movimiento. Un semiconductor es el cual no es ms que unmaterial ya sea slido o liquido con una resistividad intermedia entre la de unconductor y la de un aislador.

Un ejemplo de este tipo de material es Germanio, silicio Tipo N: Adicionandoarsnico, antimonio y fsforo. Tipo P: Adicionando Indio, boro y galio


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MATERIAL AISLANTES MATERIAL CONDUCTORES MATERIALSEMICONDUCTORES

DEFINICIN Escasa conductividad elctrica,posee ms de 4 electrones en sultima capa de valencia.

Trasmite la electricidad, electrones devalencia relativamente libres.

Un material semiconductor es aquel que tieneuna conductividad elctrica intermedia, entre lde los metales y los aislantes.

COMPORTAMIENTO Se debe a la barrera de potencialque se establece entre las bandasde valencia y conduccin quedificulta la existencia de electrones

libres capaces de conducir laelectricidad a travs del material.

No influye la barrera de potenciar yaque esta no se interpone en lasbandas de valencia por lo tanto noimpide que la electricidad se

transmita hacia otro material.

Se comporta como conductor o como aislantedependiendo del campo elctrico en el que seencuentre. O la finalidad a la que se utilice.

CARACTER STICASQUMICAS

Este material no cede electrones devalencia con facilidad.

Valencias positivas, este materialtienden a ceder electrones a lostomos con los realiza enlace.

Los materiales semiconductores puros sondenominan intrnsecos y cuando se les agregaimpurezas se les llaman extrnseco.

FLUJO ELECTRICIDAD Entre ms electrones, es mejorcomo aislante de electricidad, elflujo de electricidad es poco.

Entre menos electrones mejorconductores de electricidad, mayor esel flujo de esta.

Cuando se les agregan impurezas se hacenmejores conductores. Y aumenta suconductividad

ESTABILIDAD DELTOMO

Estable Inestable Enlace covalente: Comparten electrones paraformar cristales estables.

ELECTRONES DEVALENCIA

ms de 4 u 8 1 2 4

MATERIALES Caucho, cartn, plsticos, papel,resina, cermica, vidrio, azufre,

diamante y goma

Metales: Cobre, Plata, Oro, aluminio,y el no metal como el hidrogeno.

Germanio, silicioTipo N: Adicionando arsnico, antimonio y

fsforo.Tipo P: Adicionando Indio, boro y galio

FUNSION Evitar el contacto entre lasdiferentes partes conductoras y elcontacto de las personas a lastenciones elctricas. Usados endiferentes aplicaciones industriales

Permitir el paso de la energa a travsde el para que esta llegue a un sitiodeterminado. Usados en diferentesaplicaciones industriales

Las aplicaciones de los semiconductores se den diodos, transistores y termistores, usados la electrnica y en las telecomunicaciones.


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2. Cmo se obtiene un semiconductor tipo N y uno tipo P? Qu cualidades ocaractersticas adquiere este material con respecto al semiconductor puro?

Semiconductores intrnsecos o puros: poseen una conductividad elctricafcilmente controlable y, al combinarlos correctamente adecuadamente, puedenactuar como interruptores, amplificadores o dispositivos de almacenamiento.

Semiconductores extrnsecos: estos se forman al agregar, intencionadamente, aun semiconductor intrnseco sustancias dopantes. Su conductividad depender dela concentracin de esos tomos dopantes. Dependiendo de esas impurezashabr dos tipos:

SEMICONDUCTOR TIPO N:

Este semiconductor trata de emparejar los materiales con respecto a sus cargas ylo realiza con enlace de impurezas a ambos materiales. Por lo tanto, la impurezapuede donar cargas con carga negativa al cristal, lo cual nos explica el nombre detipo N por negativo.

En las redes de Si o Ge se introducen elementos del grupo 15 los cuales debido aque tienen un electrn ms en su capa de valencia que los elementos del grupo14se comportan como impurezas donadoras de electrones o portadores negativos,Para fabricarlo el procedimiento es aadiendo a un cristal de silicio pequeascantidades controladas de una impureza seleccionada. A estas impurezas tambin

se les llama contaminantes, claro as se le llaman a las impurezas que se agreganintencionalmente. Los contaminantes de tipo N ms comunes son el fsforo,arsnico y antimonio. A los semiconductores tipo N se les conoce tambin comodonadores, y como este nombre lo indica estos semiconductores pasan carga a elmaterial que le hace falta para as poder emparejar este material, y es por eso quese les conoce mayormente como donadores.

SEMICONDUCTOR TIPO P:

En este caso se introducen elementos del grupo 13 que presentan un electrnmenos en su capa de valencia, por lo que se comportan como aceptores o

captadores de electrones. Se produce por el proceso de contaminacin, en estecaso el contaminante tiene una carga menos que el semiconductor tipo N, entrelos ms comunes podemos encontrar el aluminio, boro, galio y el indio. Conocidoscomo aceptores el cual contiene espacios y necesita que sean llenados paraemparejar el material.


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Las caractersticas de los semiconductores naturales son aisladores de bandaprohibida angosta; ellos reciben el nombre de semiconductores intrnsecos. Lossemiconductores tipo P y tipo N son diseados y fabricados con caractersticaselctricas especficas a la medida agregando, demanera controlada, impureza asemiconductores. Este proceso de introduccin de impurezas extraas se

denomina dopado. Y son utilizados de varias maneras, como: Termistores,transductores de presin, rectificadores, transistores de unin bipolar, transistoresde efecto de campo.

3. Consulte sobre otros tipos de diodos, diferentes al rectificador, el LED, el znery el fotodiodo.

Tipos de diodos

Diodo BARITT

Diodo semejante al diodo IMPATT donde los portadores de carga llamados aatravesar la regin de deplexin no provienen de una avalancha sino que sonengendrados por inyeccin de portadores minoritarios en uniones polarizadas enel sentido de la conduccin.

Diodo de avalancha

Diodo de rectificacin en el que, mediante una tcnica apropiada, se reparte laruptura inversa, debida al fenmeno de avalancha, en todo el volumen de la unin.

El diodo soporta, as, grandes corrientes en conduccin inversa sin destruirse.

Diodo de capacidad variable (VARACTOR o VARICAP)

Diodo semiconductor con polarizacin inversa cuya capacidad entre los terminalesdisminuye en funcin de la tensin inversa aplicada entre sus extremos.

Diodo de conmutacin

Diodo semiconductor diseado para presentar una transicin rpida entre elestado de conduccin y el estado de bloqueo, y a la inversa.

Diodo rectificador.

Diodo de potencia media o alta que se utiliza para rectificar las corrientes alternas.


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Diodo semiconductor.

Diodo que permite el paso de la corriente de su zona p, rica en huecos, a su zonan, rica en electrones.

Diodo de seal

Diodo semiconductor empleado para la deteccin o el tratamiento de una sealelctrica de baja potencia.

Diodo de unin

Diodo formado por la unin de un material semiconductor de tipo n y otrosemiconductor de tipo p.

Diodo Gunn

Dispositivo semiconductor impropiamente calificado de diodo ya que no contieneuna unin sino una sucesin de tres capas de tipo n ms o menos dopadas. Enpresencia de campos elctricos elevados, el diodo Gunn es escenario deoscilaciones a muy alta frecuencia.

Diodo IMPATT

Diodo cuyo funcionamiento asocia la multiplicacin por avalancha de losportadores de carga y su tiempo de propagacin en la unin. Esto conduce, paraciertas frecuencias muy elevadas, a una resistencia negativa que permite utilizar el

diodo en modo amplificador o en modo oscilador.

Diodo Schottky

Diodo formado por un contacto entre un semiconductor y un metal, lo que eliminael almacenamiento de carga y el tiempo de recuperacin. Un diodo Schottkypuede rectificar corrientes de frecuencia superior a 300 MHz.

Diodo Schokley

Diodo de cuatro capas p-n-p-n utilizado en los circuitos de conmutacin rpida.

Adems, la tensin directa de este diodo es ms baja que en la de un diodosemiconductor de dos regiones.

Diodo TRAPPAT

Diodo de hiperfrecuencia de semiconductores que, cuando su unin se polariza enavalancha, presenta una resistencia negativa a frecuencias inferiores al dominiode frecuencias correspondiente al tiempo de trnsito del diodo. Esta resistencia


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negativa se debe a la generacin y desaparicin de un plasma de electrones yhuecos que resultan de la ntima interaccin entre el diodo y una cavidad dehiperfrecuencias de resonancias mltiples.

Diodo tnel

Diodo semiconductor que tiene una unin pn, en la cual se produce el efecto tnelque da origen a una conductancia diferencial negativa en un cierto intervalo de lacaracterstica corriente-tensin.La presencia del tramo de resistencia negativapermite su utilizacin como componente activo (amplificador/oscilador).

Diodo unitnel

Diodo tnel cuyas corrientes de pico y valle son aproximadamente iguales.

Diodo de conmutacin.

Diodo semiconductor diseado para presentar una transicin rpida entre el

estado conduccin y el estado de bloqueo y a la inversa.

Diodo semiconductor.

Diodo que permite el paso de la corriente de su zona p, rica en huecos, a su zonan, rica en electrones.

Diodo de seal.

Diodo semiconductor empleado para la deteccin o tratamiento de una sealelctrica de baja potencia.

4. Cules son las principales caractersticas y diferencias existentes entre untransistor NPN y uno PNP.

Los dispositivos semiconductores ms comunes dependen de las propiedades dela unin entre materiales de tipo p y de tipo n. Esta unin p-n se produce de formams habitual por difusin en estado slido de un tipo de impureza de tipo p sobreun material de tipo n. Aunque tambin se puede obtener un diodo de unin p-n por

crecimiento de un monocristal de silicio intrnseco y dopndolo primero con unmaterial de tipo n y despus con uno p. Este diodo p-n se puede encontrar de tresmaneras distintas, segn como se aplique el voltaje:

En el equilibrio: Antes de la unin, ambos tipos de semiconductores sonneutros; en los p los huecos son los portadores mayoritarios y en los n son loselectrones. Despus de la unin, los portadores de esta se difunden a travs deella. Despus de algunas recombinaciones, el proceso se interrumpe, ya que loselectrones que van al material tipo p, son repelidos por los iones negativos; y los


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huecos son repelidos por los iones positivos del material tipo n. Los ionesinmviles de la unin forman una zona agotada de los portadores mayoritarios,llamada zona de deplexin. De esta forma no hay flujo neto de corriente encondiciones de circuito abierto.

Polarizacin inversa: Si se invierte el voltaje aplicado, tanto los huecoscomo los electrones se separan de la unin. Sin portadores de carga en la zona deagotamiento, la unin se comporta como un aislante y casi no fluye corriente.

Polarizacin directa: Si en la unin p-n se aplica un voltaje externo, deforma que la terminal negativa este del lado tipo n, los electrones y los huecos semovern hacia la unin y se recombinarn finalmente. El movimiento deelectrones y de huecos producen una corriente neta. Si se incrementa estapolarizacin, aumentar la corriente que pase por la unin.

Caractersticas

Este efecto resulta en una "amplificacin de tensin", que es una de lascaractersticas ms importante de los transistores y el motivo por el cual son deuso casi imprescindible en los montajes electrnicos. Esta amplificacin de tensinse calcula como la relacin entre el voltaje en la resistencia de carga y la tensinaplicada entre las junturas base-emisor.

Diferencias

La diferencia principal es que los PNP su base es negativa o sea solo puedesaplicarle a su base tensin negativa y lo NPN su base es positiva solo le puedeaplicar tensin positiva para que opere.

5. Cul es la importancia de los elementos semiconductores en el actual desarrollo tecnolgico?

Los semiconductores ocupan un lugar prominente en el grupo de los materialeselctricos, esto se debe al alto grado de desarrollo que se ha alcanzado en elconocimiento de sus propiedades bsicas as como tambin en el de susaplicaciones. Podemos decir que hoy en da los semiconductores son pieza bsica

en toda la tecnologa electrnica, la cual en los ltimos aos ha mostrado uncrecimiento espectacular, abarcando el campo de los procesadores, lascomunicaciones, la robtica.

Cantidad de aparatos en diferentes usos en las telecomunicaciones,electrodomsticos, equipos de procesos y con aplicaciones en investigacin,mdicas y cientficas llevan dentro un semiconductor.


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El tamao de dichos equipos en aos pasados eren grandes con lossemiconductores, la situacin cambio y se empezaron a reducir estos, para poderusarlos en diferentes aplicaciones, y este proceso sigue en la actualidad.

FASE 2

Simulacin de Circuitos Electrnicos: realice la simulacin de los siguientescircuitos y analice los resultados obtenidos.

1. Polarizacin del Diodo Comn: Construya los siguientes circuitos y realice susimulacin por medio del software Workbench. Explique lo sucedido.

En el circuito del lado izquierdo, el diodo esta polarizado en directo y por lotanto este permite la circulacin de corriente, esto se puede observar porquesobre la resistencia disminuye la tensin de 11,28V, los restantes 0,72V son latensin caracterstica del diodo. En el del lado derecho simulacin, el diodo estapolarizado en inverso y por eso no se permite la circulacin de corriente, lo cualhace que sobre la resistencia de 1 k Ohm no haya tensin.


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2. Aplicacin del Diodo como Rectificador. Construya los siguientes circuitos yrealice su simulacin por medio del software Workbench. Anexe al informe lasgrficas obtenidas en el osciloscopio. Compare la seal de entrada con laseal de salida. Explique lo sucedido.

a. Rectificador de Media Onda

La entrada es una seal sinusoidal, la seal vista sobre la resistencia de 1kOhm es la media onda positiva. Lo cual pasa porque en la media onda negativa,el diodo se polariza en inverso e impide la circulacin de corriente y por talrazn se llama rectificador de media onda.

b. Rectificador de Onda Completa con Puente de Greatz


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Con esta combinacin de diodos se consigue una rectificacin de ondacompleta. El puente rectificador es un circuito electrnico usado en laconversin de corriente alterna en corriente continua.

3. Aplicacin del Transistor como Amplificador. Construya el siguiente circuito yrealice su simulacin por medio del software Workbench. Anexe al informe lasgrficas obtenidas en el osciloscopio. Compare la seal de entrada con laseal de salida. Explique lo sucedido.

Este es un circuito amplificador de seal. A la entrada se le aplica una pequeaseal y a la salida se obtiene una de mayor amplitud pero invertida. Estaconfiguracin es conocida como amplificador de emisor comn y se caracterizapor amplificar la seal de entrada tanto en voltaje como en corriente, adems laseal de salida es invertida respecto a la de entrada.


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CONCLUSIONES

Al realizar las consultas sobre los diferentes materiales elctricos, usados como

aislante, conductores y semiconductores, comprendemos los usos de cada uno ysus caractersticas principales, los grandes avances que se han logrado usandoestos.

En el uso del programa de simulacin se puede concebir el comportamiento querealizan los diferentes materiales, al recibir la corriente, cules son sus funcionesen los circuitos.


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BIBLIOGRAFIA

ABELLA, J.M, Madrid, Espaa. Fundamentos de electrnica fsica ymicroelectrnica.

Universidad nacional abierta y a distancia, Colombia. Gua de trabajo colaborativo2.Escuela de ciencias bsicas, tecnologa e ingeniera.

http://www.etitudela.com/Electrotecnia/downloads/introduccion.pdf

http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_1.htm
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