Ministerio de Educación

Colegio: Instituto profesional y técnico de David.

Electrónica Aplicada

Nombre De Trabajo: Los semiconductores

Nombre Del Estudiante: Milciades Patiño

Grupo: XII°E Electricidad

Profesor Cesar Augusto Serracín Cano

Índice:

Introducción ¿Cuáles son los elementos de los semiconductores químicos? ¿En que se basa sus funcionamientos de los elementos semiconductores

químicos? ¿Qué Dispositivos eléctricos basan su funcionamiento en estos elementos

químicos? ¿Qué es una resistencia no lineal PTC/NTC/LDR/VDR? ¿Qué es un diodo y cuáles son sus partes? ¿Qué es un transistor?

Como nos verificamos su estado. Conclusión Bibliografía

INTRODUCCIÓN.

La gran mayoría de los dispositivos de estado sólido que actualmente hay en el Mercado, se fabrican con un tipo de materiales conocido como semiconductores. De ahí que vamos a empezar nuestro estudio examinando las propiedades físicas de dichos elementos. Estudiaremos las características de los materiales que nos permiten distinguir un semiconductor de un aislante y de un conductor. Veremos, además, el dopado de un semiconductor con impurezas para controlar su funcionamiento.

El estudio anterior puede abordarse desde dos puntos de vista: Basándonos en la estructura cristalina de los semiconductores y, más concretamente, en el enlace covalente. Desde el punto de vista energético, es decir, a través del modelo de las bandas de energía.

En este capítulo se abordarán ambos puntos de vista.

¿Cuáles son los elementos de los semiconductores químicos?

Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla adjunta.

El elemento semiconductor más usado es el silicio, el segundo el germanio, aunque idéntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos 12 y 13 con los de los grupos 14 y 15 respectivamente (GaAs, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd). Posteriormente se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s²p².

¿En que se basa el funcionamiento de los elementos semiconductores químicos?

Bueno, los semiconductores están hechos principalmente de silicio. Los semiconductores son capaces conducir corriente y a la vez de no conducir (por eso el nombre "semi" conductor). A temperaturas normales no conducen electricidad, pero si se aumenta la temperatura un poco, pues conducirán. También se puede lograr que conduzcan electricidad por medio de un método llamado dopaje, que consiste en agregar "impurezas" como boro, fósforo o arsénico al semiconductor de silicio. También debes saber que existen dopantes tipo "N" y tipo "P". Los tipos "P" provocan un exceso de carga positiva o formación de "huecos”, mientras que los "N" provocan un exceso de carga negativa.

¿Qué dispositivo eléctrico basa su funcionamiento?

El dispositivo semiconductor mas simple es el diodo. Como se muestra en la figura 1.1 abajo a la derecha, está hecho por la unión de un material semiconductor de tipo N y otro de tipo P. Nos ocuparemos solo de los diodos de silicio. Hay diodos construidos de otros materiales tales como el germanio y el arseniato de galio, pero su forma de operar es esencialmente la misma.

Un diodo semiconductor es básicamente un interruptor controlado eléctricamente. Como ejemplo considere el diodo de silicio mostrado en la figura 1.1. La parte operacional del diodo es una pieza especialmente tratada de silicio que tiene dos regiones un ánodo (región tipo P) y un cátodo (región tipo N).

El diodo actúa como una válvula de cheque, deja circular las cargas eléctricas en una dirección pero impide el paso en dirección contraria. La dirección de conducción es aquella cuando el ánodo es mas positivo que el cátodo y se sobrepasa el umbral de voltaje de alrededor de 0.7 voltios de esta forma se establece la corriente.

En la dirección inversa el cátodo es mas positivo que el ánodo es decir la corriente está tratando de circular en sentido contrario lo que no es permitido por el diodo. De manera que podemos resumir el diodo como una forma

automática de interruptor, cuando la corriente está en el sentido de la conducción esta se permite, en sentido contrario se impide.

La permutación ocurre en respuesta a señales eléctricas (el voltaje a que está sometido el diodo) y ocurre a muy alta velocidad. El proceso de permitir el paso de la corriente en una dirección e impedirla en la otra se denomina rectificación. Algunos diodos pueden rectificar corrientes en el orden de los miles de millones de hertz, lo que significa miles de millones de ciclos por segundo.

¿Qué es una resistencia no lineal?

Estas resistencias se caracterizan porque su valor óhmico, que varía de forma no lineal, es función de distintas magnitudes físicas como puede ser la temperatura, tensión, luz, campos magnéticos, etc.. Así estas resistencias están consideradas como sensores.

Entre las más comunes podemos destacar las siguientes:

-Termistores o resistencias NTC y PTC. En ellas la resistencia es función de la temperatura.

-Varistores o resistencias VDR. En ellas la resistencia es función de la tensión.

-Fotoresistencias o resistencias LDR. En estas últimas la resistencia es función de la luz.

TERMISTORES

En estas resistencias, cuyo valor óhmico cambia con la temperatura, además de las características típicas en resistencias lineales fijas como valor nominal, potencia nominal, tolerancia, etc., que son similares para los termistores, hemos de destacar otras:

Resistencia nominal: en estos componentes este parámetro se define para una temperatura ambiente de 25ºC:

Auto calentamiento: este fenómeno produce cambios en el valor de la resistencia al pasar una corriente eléctrica a su través. Hemos de tener en cuenta que también se puede producir por una variación en la temperatura ambiente.

Factor de disipación térmica: es la potencia necesaria para elevar su temperatura en 1ºC. Dentro de los termistores podemos destacar dos grupos: NTC y PTC.

RESISTENCIAS NTC

Esta resistencia se caracteriza por su disminución del valor resistivo a medida que aumenta la temperatura, por tanto presenta un coeficiente de temperatura negativo.

Entre sus características se pueden destacar: resistencia nominal de 10 ohmios a 2M, potencias entre 1 micro vatio y 35W, coeficiente de temperatura de -1 a -10% por ºC; y entre sus aplicaciones: regulación, compensación y medidas de temperaturas, estabilización de tensión, alarmas, etc.

RESISTENCIAS PTC

Estas, s diferencia de las anteriores, tiene un coeficiente de temperatura positivo, de forma que su resistencia aumentará como consecuencia del aumento de la temperatura (aunque esto sólo se da en un margen de temperaturas).

VARISTORES

Estos dispositivos (también llamados VDR) experimentan una disminución en su valor de resistencia a medida que aumenta la tensión aplicada en sus extremos. A diferencia de lo que ocurre con las NTC y PTC la variación se produce de una forma instantánea.

Las aplicaciones más importantes de este componente se encuentran en: protección contra sobretensiones, regulación de tensión y supresión de transitorios.

FOTORESISTENCIAS

Estas resistencias, también conocidas como LDR, se caracterizan por su disminución de resistencia a medida que aumenta la luz que incide sobre ellas.

Las principales aplicaciones de estos componentes: controles de iluminación, control de circuitos con relés, en alarmas, etc...

¿Qué es un diodo y cuáles son sus partes?

Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo.

De forma simplificada, la curva característica 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 eléctrica muy pequeña. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest.

¿Qué es un transistor?

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o

rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor («resistencia de transferencia»). Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, etc.

El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente (contaminadas con materiales específicos en cantidades específicas) que forman dos uniones bipolares, el emisor que emite portadores, el colector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dos primeras, modula el paso de dichos portadores (base). A diferencia de las válvulas, el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada. En el diseño de circuitos a los transistores se les considera un elemento activo, a diferencia de los resistores, condensadores e inductores que son elementos pasivos. Su funcionamiento sólo puede explicarse mediante mecánica cuántica. De manera simplificada, la corriente que circula por el "colector" es función amplificada de la que se inyecta en el "emisor", pero el transistor sólo gradúa la corriente que circula a través de sí mismo, si desde una fuente de corriente continua se alimenta la "base" para que circule la carga por el "colector", según el tipo de circuito que se utilice. El factor de amplificación logrado entre corriente de base y corriente de colector, se denomina Beta del transistor. Otros parámetros a tener en cuenta y que son particulares de cada tipo de transistor son: Tensiones de ruptura de Colector Emisor, de Base Emisor, de Colector Base, Potencia Máxima, disipación de calor, frecuencia de trabajo, y varias tablas donde se grafican los distintos parámetros tales como corriente de base, tensión Colector Emisor, tensión Base Emisor, corriente de Emisor, etc. Los tres tipos de esquemas básicos para utilización analógica de los transistores son emisor común, colector común y base común.

Modelos posteriores al transistor descrito, el transistor bipolar (transistores FET, MOSFET, JFET, CMOS, VMOS, etc.) no utilizan la corriente que se inyecta en el terminal de "base" para modular la corriente de emisor o colector, sino la tensión presente en el terminal de puerta o reja de control y gradúa la conductancia del canal entre los terminales de Fuente y Drenado. De este modo, la corriente de salida en la carga conectada al Drenado (D) será función amplificada de la Tensión presente entre la Puerta (Gate) y Fuente (Source). Su funcionamiento es análogo al del tríodo, con la salvedad que en el tríodo los equivalentes a Puerta, Drenado y Fuente son Reja, Placa y Cátodo.

¿Cómo se verifica un diodo transistor?

Como probar un diodo

Determinar si un diodo está en buen estado o no es muy importante en el trabajo de un técnico en electrónica, pues esto le permitirá poner a funcionar correctamente un circuito electrónico.

Pero no sólo son los técnicos los que necesitan saberlo.

En el caso del aficionado que está implementando un circuito o revisando un proyecto, es indispensable saber en que estado se encuentran los componentes que utiliza.

Hoy en día existen multímetros (VOM) digitales que permiten probar con mucha facilidad un diodo, pues ya vienen con esta opción listos de fábrica.

El método de prueba que se presenta aquí es el método típico de medición de un diodo con un multímetro analógico (el que tiene una aguja).

Para empezar, se coloca el selector para medir resistencias (ohmios / ohms), sin importar de momento la escala. Se realizan las dos pruebas siguientes:

1 - Se coloca el cable de color rojo en el ánodo de diodo (el lado de diodo que no tiene la franja) y el cable de color negro en el cátodo (este lado tiene la franja).

El propósito es que el multímetro inyecte una corriente continua en el diodo (este es el proceso que se hace cuando se miden resistores).

- Si la resistencia que se lee es baja indica que el diodo, cuando está polarizado en directo, funciona bien y circula corriente a través de él (como debe de ser).

- Si esta resistencia es muy alta, puede ser una indicación de que el diodo esté "abierto" y deba que ser reemplazado.

2 - Se coloca el cable de color rojo en el cátodo y el cable negro en el ánodo del diodo.

En este caso como en anterior el propósito es hacer circular corriente a través del diodo, pero ahora en sentido opuesto a la flecha de éste.

- Si la resistencia leída es muy alta, esto nos indica que el diodo se comporta como se esperaba, pues un diodo polarizado en inverso casi no conduce corriente.

- Si esta resistencia es muy baja puede se una indicación de que el diodo está en "corto" y deba ser reemplazado.

Nota:

- El cable rojo debe ir conectado al terminal del mismo color en el multímetro

- El cable negro debe ir conectado al terminal del mismo color en el multímetro (el común / common)

Como probar un transistor

Para probar transistores bipolares hay que analizar un circuito equivalente de éste, en el que se puede utilizar lo aprendido al probar diodos. Ver la figura.

Se ve que los circuitos equivalentes de los transistores bipolares NPN y PNP están compuestos por diodos y se sigue la misma técnica que probar diodos comunes.

La prueba se realiza entre el terminal de la base (B) y el terminal E y C. Los métodos a seguir en el transistor NPN y PNP son opuestos.

Al igual que con el diodo, si uno de estos "diodos del equivalente del transistor" no funcionan como se espera hay que cambiar el transistor.

Nota: Aunque este método es muy confiable (99% de los casos), hay casos en que, por las características del diodo o el transistor, esto no se cumple. Para efectos prácticos se sugiere tomarlo como confiable en un 100%.

Conclusión

De este tema aprendí sobre los semiconductores, de cómo funciona, como se configura y cuáles son sus partes, como el diodo que es un dispositivo que puede ratificar la corriente, convertir la corriente alterna en corriente directa o continua, puede emitir luz como los LED, etc.

Y sobre Los transistores son unos elementos que han facilitado, en gran medida, el diseño de los circuitos electrónicos. Se puede comentar que con el invento de estos dispositivos han dado un giro enorme a nuestras vidas, y a que en casi todos los aparatos electrónicos se encuentran presentes. Se conocieron los distintos tipos de transistores, así como su aspecto físico, su estructura básica y las simbologías utilizadas, pudiendo concluir que todos son distintos y que por necesidades del hombre se fueron ideando nuevas formas o nuevos tipos de transistores. Además de todos esto, ahora si podremos comprobar o hacer la prueba de los transistores para conocer si se encuentra en buenas condiciones para su uso.

Bibliografía

http://www.unicrom.com/tut_como_probar_diodo_transistor.asp

http://guia.mercadolibre.com.mx/que-es-un-transistor-cual-funcion-y-hecho-45906-VGP

http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor

http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo

http://pendientedemigracion.ucm.es/info/electron/laboratorio/componentes/codigos/resisno.htm

http://www.sabelotodo.org/electrotecnia/dispossemicond.html