CIRCUITOS BAS GUIA 5

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(1)CORPORACION UNIFICADA DE EDUCACION “CUN” SEDE SUR INGENIERIA DE SISTEMAS CIRCUITOS BÁSICOS GUIA 5: DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DIODOS Y TRANSISTORES. PAGINA 1 DE. GUIA 5: DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DIODOS Y TRANSISTORES SEMICONDUCTORES Un semiconductor es un elemento material cuya conductividad eléctrica puede considerarse situada entre las de un aislante y la de un conductor, considerados en orden creciente. Los semiconductores más conocidos son el Silicio (Si) y el Germanio (Ge). Son componentes electrónicos basados en la propiedad de ciertos materiales del mismo nombre como el silicio, el germanio y el arseniuro de galio de comportarse indistintamente como conductores o como aislantes bajo determinadas condiciones o estímulos externos. Estos estímulos pueden ser, por ejemplo, señales eléctricas de corriente o de voltaje, luz o temperatura. Actualmente los dispositivos semiconductores mas utilizados en electrónica son los DIODOS, LOS TRANSISTORES Y LOS CIRCUITOS INTEGRADOS; principalmente hechos a base de silicio.. EL DIODO 9.1.1. Generalidades En los últimos años las investigaciones realizadas por un gran número de científicos, sobre el comportamiento al paso de la corriente eléctrica en los materiales llamados semiconductores, han dado por resultado una serie de descubrimientos y adelantos de tal naturaleza que su desenlace es casi imposible prever. Quizá ninguna técnica ha hecho tan rápidos progresos como la de los semiconductores, los cuales son capaces de representar los mismos papeles que los tubos de vacío, pero con numerosas ventajas. El más conocido de estos elementos es el transistor que, sin embargo, no es más que un brillante representante de un grupo vastísimo. Elaborado por JOSÉ GERARDO CUTA.

(2) CORPORACION UNIFICADA DE EDUCACION “CUN” SEDE SUR INGENIERIA DE SISTEMAS CIRCUITOS BÁSICOS GUIA 5: DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DIODOS Y TRANSISTORES. PAGINA 1 DE. Antes de 1940, los fenómenos que se desarrollaban en los semiconductores eran, desde muchos puntos de vista, bastante misteriosos. La conductibilidad eléctrica de estos cuerpos, siendo notablemente inferior a la de los metales, no era suficientemente alta para considerarlos como aislantes; además, en muchos casos aumentaba rápidamente la conductibilidad con la temperatura, lo que constituía un fenómeno desconocido en los metales. Actualmente, en el vasto campo de los semiconductores se emplean mezclas de óxidos de metales: cobre, uranio, manganeso, níquel, cobalto, hierro, etc., según sea su aplicación y el fenómeno que se desee utilizar, pues en unos su resistencia eléctrica varia con el calor, en otros con el potencial eléctrico empleado, en otros aún con la luz o con la cantidad de flujo magnético a que estén sometidos. También son muy empleados el selenio, el silicio, el germanio, etc., y ahora empiezan a emplearse combinaciones como antimoniouro de indio, seleniuro de cadmio, sulfuro de plomo, etc. Igualmente se utilizan mezclas de óxidos tales como el óxido ferroso-férrico o magnetita y combinaciones oxigenadas de titanio, Magnesio, Cromo, Circonio, etc. El Titanato de cinc y el Aluminato de Magnesio, etc. , se emplean principalmente para la fabricación de los llamados termistores, cuyo nombre deriva de la contracción del término inglés thermal-resistor (resistencia térmica) o resistencias NTC ( Negative Temperature Coefficient ).. En el año 1947 un grupo de científicos de los Laboratorios BELL, John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain, descubrieron uno de los primeros Semiconductores que podría reemplazar al TUBO, y ese sería el DIODO hecho de GERMANIO (ubicado en la TABLA PERIÓDICA dentro del grupo de los Metaloides), que teniendo una cierta cantidad de impurezas podría trabajar como rectificador. Los diodos en general son dispositivos semiconductores de dos terminales, formados por una unión PN, que permite el paso de corriente en un sentido, ofreciendo una resistencia muy baja, y bloquea el paso de corriente en la dirección contraria, presentando una resistencia muy alta. EL terminal negativo se llama cátodo y el positivo ánodo. El nacimiento del diodo surgió a partir de la necesidad de transformación de corrientes alternas en continua.. Elaborado por JOSÉ GERARDO CUTA.

(3) CORPORACION UNIFICADA DE EDUCACION “CUN” SEDE SUR INGENIERIA DE SISTEMAS CIRCUITOS BÁSICOS GUIA 5: DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DIODOS Y TRANSISTORES. PAGINA 1 DE. La corriente en un diodo presenta un sentido de circulación de cargas positivas que van desde el ánodo al cátodo, no permitiendo la circulación de la corriente en el sentido opuesto, lo cual nos permite la conversión de corriente alterna a continua, procedimiento conocido como rectificación. Esto ocurre porque por el diodo solamente podrá circular corriente cuando el ánodo sea más positivo que el cátodo.. Polarización Directa La figura muestra una fuente de cc aplicada a un diodo. El terminal positivo de la fuente esta conectado al material tipo p, y el terminal negativo al material tipo n. Esta conexión se llama polarización directa. Como recordatorio, debe notarse que el sigo (+) se conecta al lado p y el signo (-) al lado n.. Polarización Inversa Si se invierte la polaridad de la fuente de alimentación de cc, se le aplica polarización inversa al diodo, como se indica en la grafica.. Rango de Voltaje Y Corriente Los diodos se clasifican en términos de la corriente y el voltaje que pueden manejar. Esta clasificación se resume en forma de una referencia compuesta por letras y números. Estas referencias se usan en todos los semiconductores y el prefijo 1N significa que ese componente es un diodo. Como ejemplo un diodo 1N4001 puede manejar IF = 1 A y VFT = 600v0. Sin embargo, los valores dados representan la máxima corriente y el máximo voltaje inverso que pueden ser aplicados.. Elaborado por JOSÉ GERARDO CUTA.

(4) CORPORACION UNIFICADA DE EDUCACION “CUN” SEDE SUR INGENIERIA DE SISTEMAS CIRCUITOS BÁSICOS GUIA 5: DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DIODOS Y TRANSISTORES. PAGINA 1 DE. Se recomienda usar diodos con una capacidad mayor por lo menos en un 25% a los valores de corriente y voltaje de trabajo del circuito.. Forma de Probar los Diodos La figura muestra las Puntas de Prueba midiendo la polarización directa de un Diodo de Silicio, en donde vemos que la Punta de Prueba POSITIVA está en el Ánodo y la Punta de Prueba NEGATIVA en el Cátodo, la juntura tine un valor similar a la juntura de un TRANSISTOR.. La siguiente figura muestra las Puntas de Prueba midiendo la polarización inversa de un Diodo de Silicio, en donde vemos que la Punta de Prueba POSITIVA está en el Cátodo y la Punta de Prueba NEGATIVA en el Ánodo, la juntura tiene un valor infinito. Sea de Germanio o de Silicio, presenta un valor diferente o similar pero la idea primordial es la de identificar las polaridades de éste ( Ánodo y Cátodo ). Tipos de Diodos. Elaborado por JOSÉ GERARDO CUTA.

(5) CORPORACION UNIFICADA DE EDUCACION “CUN” SEDE SUR INGENIERIA DE SISTEMAS CIRCUITOS BÁSICOS GUIA 5: DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DIODOS Y TRANSISTORES. PAGINA 1 DE. Existen varios tipos de diodos semiconductores, dependiendo de sus características o funciones. Estas ultimas son las que determinan su aplicación como rectificadores, reguladores, detectores, interruptores, etc. Los mas comunes son los diodos rectificadores. También existen diodos zener, LED, Varicap, Fotodiodos y otros mas menos utilizados.. Diodos Rectificadores Son diodos especialmente diseñados para convertir corrientes AC en corrientes DC. Este proceso se denomina rectificación y es importante tenerlo en cuenta en el diseño de fuentes de alimentación AC/DC.. Diodos Zener: El diodo Zener es un diodo que ha sido diseñado para trabajar en la zona de ruptura o región Zener; comportándose cuando se polarizan directamente como un diodo rectificador y cuando se polarizan inversamente como regulador de voltaje o referencia de voltaje. El diodo Zener se puede ver como un dispositivo el cual cuando ha alcanzado su potencial VZ se comporta como un corto. Es un "switch" o interruptor que se activa con VZ volts. Se aplica en reguladores de voltaje o en fuentes. En el circuito que se muestra, se desea proteger la carga contra sobre voltaje, el máximo voltaje que la carga puede soportar es 4.8 volts. Si se elige un diodo Zener cuyo VZ sea 4.8 volts, entonces este se activará cuando el voltaje en la carga sea 4.8 volts, protegiéndola de esta manera.. Elaborado por JOSÉ GERARDO CUTA.

(6) CORPORACION UNIFICADA DE EDUCACION “CUN” SEDE SUR INGENIERIA DE SISTEMAS CIRCUITOS BÁSICOS GUIA 5: DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DIODOS Y TRANSISTORES. PAGINA 1 DE. Diodos LED. El LED es un diodo que produce luz visible (o invisible, infrarroja) cuando se encuentra polarizado. El voltaje de polarización de un LED varía desde 1.8 V hasta 2.5 V, y la corriente necesaria para que emita la luz va desde 8 mA hasta los 20 mA. En cualquier unión P-N polarizada directamente, dentro de la estructura y principalmente cerca de la unión, ocurre una recombinación de huecos y electrones (al paso de la corriente). Esta recombinación requiere que la energía que posee un electrón libre no ligado se transfiera a otro estado. En todas las uniones P-N una parte de esta energía se convierte en calor y otro tanto en fotones. En el Si y el Ge el mayor porcentaje se transforma en calor y la luz emitida es insignificante. Por esta razón se utiliza otro tipo de materiales para fabricar los LED's, como Fosfuro Arseniuro de de Galio (GaAsP) o fosfuro de Galio (GaP).. Diodo Varactor: Los diodos varactores (llamados también varicap "diodo con capacitancia-voltaje variable" o sintonizadores) son semiconductores dependientes del voltaje, capacitores variables. Su modo de operación depende de la capacitancia que existe en la unión p-n cuando el elemento esta polarizado inversamente. Su simbología es la siguiente. EL TRANSISTOR. Elaborado por JOSÉ GERARDO CUTA.

(7) CORPORACION UNIFICADA DE EDUCACION “CUN” SEDE SUR INGENIERIA DE SISTEMAS CIRCUITOS BÁSICOS GUIA 5: DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DIODOS Y TRANSISTORES. PAGINA 1 DE. El término transistor es la contracción de transfer resistor, es decir, de resistencia de transferencia. El Transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que se utiliza como amplificador o conmutador electrónico. Es un componente clave en toda la electrónica moderna, donde es ampliamente utilizado formando parte de conmutadores electrónicos, puertas lógicas, memorias de ordenadores y otros dispositivos. En el caso de circuitos analógicos los transistores son utilizados como amplificadores, osciladores y generadores de ondas. Existen distintos tipos de transistores, de los cuales la clasificación más aceptada consiste en dividirlos en transistores bipolares o BJT (bipolar junction transistor) y transistores de efecto de campo o FET (field effect transistor). La familia de los transistores de efecto de campo es a su vez bastante amplia, englobando los JFET, MOSFET, MISFET, etc. La diferencia básica entre ambos tipos de transistor radica en la forma en que se controla el flujo de corriente. En los transistores bipolares, que poseen una baja impedancia de entrada, el control se ejerce inyectando una baja corriente (corriente de base), mientras que en el caso de los transistores de efecto de campo, que poseen una alta impedancia, es mediante voltaje (tensión de puerta).. Transistores bipolares o BJT Es aquel dispositivo electrónico que está constituido por tres materiales semiconductores extrínseco, de forma PNP o NPN, es decir, porción de material N, seguido de material P, luego otra porción de material N, en el tipo NPN, y de forma análoga en el PNP, pero con los materiales semiconductores inversos. Existen dos tipos de transistores bipolares: el NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de transistor.. Elaborado por JOSÉ GERARDO CUTA.

(8) CORPORACION UNIFICADA DE EDUCACION “CUN” SEDE SUR INGENIERIA DE SISTEMAS CIRCUITOS BÁSICOS GUIA 5: DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DIODOS Y TRANSISTORES. PAGINA 1 DE. Estos transistores poseen 3 pines con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con el pin que tiene la flecha en el gráfico de transistor. El emisor se construye estrecho y muy dopado, la base es estrecha y menos dopada y el colector es la zona más ancha. Para proteger el material semiconductor, se emplean el encapsulado, que puede ser plástico, de baquelita o metálico. A pesar de la poca disipación de energía que tienen los transistores en determinadas ocasiones es necesario el empleo de disipadores de calor para favorecer la ventilación del transistor.. Regiones operativas del transistor El transistor es utilizado para aplicaciones de conmutación (potencia, circuitos digitales, etc.) Región de corte:. Un transistor esta en corte cuando: Corriente de colector = corriente de emisor = 0, (Ic = Ie = 0) En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje de alimentación del circuito. (como no hay corriente circulando, no hay caída de voltaje). Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib =0) Región de saturación: Un transistor está saturado cuando: Corriente de colector = corriente de emisor = corriente máxima, (Ic = Ie = I máxima) En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentación del circuito y de las resistencias conectadas en el colector o el emisor o en ambos, ver ley de Ohm. Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base es lo suficientemente grande como para inducir una corriente de colector β veces más grande. (recordar que Ic = β * Ib) Región activa: Cuando un transistor no está ni en su región de saturación ni en la región de corte entonces está en una región intermedia, la región activa. En esta región la corriente de colector (Ic) depende principalmente de la corriente de base (Ib), de β (ganancia de corriente de un amplificador, es un dato del fabricante) y de las resistencias que hayan conectadas en el. Elaborado por JOSÉ GERARDO CUTA.

(9) CORPORACION UNIFICADA DE EDUCACION “CUN” SEDE SUR INGENIERIA DE SISTEMAS CIRCUITOS BÁSICOS GUIA 5: DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DIODOS Y TRANSISTORES. PAGINA 1 DE. colector y emisor). Esta región es la mas importante si lo que se desea es utilizar el transistor como un amplificador.. Región De Ruptura: Es aquel punto en el cual algún parámetro establecido por el manual técnico , no se cumplió, si algún voltaje en directo o en inverso se salió de curso provocando la destrucción del transistor. El modo normal de hacer operar a un transistor es en la región activa directa. En esta región, los sentidos de las corrientes y tensiones en los terminales del transistor se muestran en la figura a para un transistor NPN y en la figura b a un PNP. En ambos casos se verifica que:. Configuraciones circuitables básicas: emisor, base y colector común. Dado que el transistor es un componente de tres terminales, es obvio que uno de ellos deberá formar parte tanto de la entrada como de la salida del amplificador. Por ejemplo, en la Fig. X, la tensión de entrada se aplica entre base y emisor, y la tensión amplificada se obtiene entre colector y emisor. Esta configuración se denomina amplificador con emisor común, y es el circuito más utilizado por su alta ganancia de tensión (Fig. a). No obstante, existen otras configuraciones que suelen emplearse en etapas que cumplen funciones especiales:. Elaborado por JOSÉ GERARDO CUTA.

(10) CORPORACION UNIFICADA DE EDUCACION “CUN” SEDE SUR INGENIERIA DE SISTEMAS CIRCUITOS BÁSICOS GUIA 5: DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DIODOS Y TRANSISTORES. PAGINA 1 DE. a) Amplificador con base común (Fig. b): la ganancia de voltaje de esta configuración es similar al caso de emisor común, pero su impedancia de entrada es muy inferior. Este circuito se reserva generalmente para frecuencias elevadas o para combinaciones de varios transistores (circuitos integrados), donde la no-inversión de señal juega un papel importante. b) Amplificador con colector común (seguidor emisivo: Fig. c): la ganancia de tensión de esta configuración es prácticamente igual a 1 (entrada y salida de igual amplitud y fase) Su ventaja fundamental reside en una elevada impedancia de entrada y una muy baja impedancia de salida, utilizándose por esta causa como adaptador entre etapas de impedancias dispares. Parámetros del transistor HFE: más conocido como el. β. de un transistor, en el manual técnico aparece un valor. estimado según el tipo de transistor, sin embargo se puede medir con un multímetro digital. Este factor esta relacionado con la ganancia del transistor en el momento de la amplificación. HIE: Se utiliza cuando de analiza el transistor como amplificador, corresponde a una impedancia reflejada desde el emisor hasta la base. Métodos de Prueba De Un Transistor Con un Multimetro análogo: Probamos la continuidad entre la base y el emisor y podemos observar que la aguja del óhmetro acusa una continuidad. Esto significa que esta juntura conduce. Lo mismo sucede entre la base y el colector.. Luego se invierte la polaridad de la base y el emisor y se podrá observa que no hay movimiento en la aguja. Luego probamos continuidad entre el colector y el emisor notando que no habrá conducción de corriente así se cambie la polaridad. Con un Multimetro digital: Sitúe el selector de margen y funciones en la posición hFE, luego determine si el transistor a comprobar es del tipo NPN o PNP y localice los Elaborado por JOSÉ GERARDO CUTA.

(11) CORPORACION UNIFICADA DE EDUCACION “CUN” SEDE SUR INGENIERIA DE SISTEMAS CIRCUITOS BÁSICOS GUIA 5: DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DIODOS Y TRANSISTORES. PAGINA 1 DE. terminales de la Base, Emisor y Colector. Inserte los terminales del transistor en los agujeros apropiados del conector de comprobación de los transistores. El comprobador indicará aproximadamente el valor hFE con una intensidad de base de 10µA y una VCE de 3V de condición de prueba.. Transistores de Efecto de Campo o FET Un transistor efecto de campo (FET por sus siglas en inglés, Field Effect Transistor) es un dispositivo electrónico de tres terminales, las cuales reciben los nombres de Drenador (drain), Fuente (source) y el tercer terminal es la compuerta (gate). Este tipo de dispositivos semiconductores tiene muchas aplicaciones en la industria electrónica. Los podemos encontrar prácticamente en cualquier dispositivo, desde un reproductor de CD portátil, un televisor o una computadora, entre otros. El transistor de efecto campo se comporta como un interruptor controlado por tensión, donde el voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenador y fuente. El transistor de efecto campo se comporta como un interruptor controlado por tensión, donde el voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenador y fuente. Los FET pueden construirse como un FET de unión (JFET), o como un FET metalóxido-semiconductor (MOSFET). En las figuras a parecen un par de diagramas sobre cuál es la estructura de estos dispositivos. Hoy en día existen una gran cantidad de dispositivos semiconductores que han permitido muchas innovaciones tecnológicas, las cuales implican cada día más y mejores tecnologías a nuestro alcance. Es por eso que han tenido mucho auge en los últimos años y lo seguirán teniendo gracias a la invención de nuevos materiales y dispositivos.. Elaborado por JOSÉ GERARDO CUTA.

(12) CORPORACION UNIFICADA DE EDUCACION “CUN” SEDE SUR INGENIERIA DE SISTEMAS CIRCUITOS BÁSICOS GUIA 5: DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DIODOS Y TRANSISTORES. PAGINA 1 DE. EVALUACIÓN DE LA GUÍA DE APRENDIZAJE: 1. 2. 3. 4.. Lea completamente la guía de aprendizaje. Defina que es un semiconductor, como funciona atómicamente. Realice un mapa conceptual, acerca de la guía de aprendizaje. Reconozca los diferentes elementos semiconductores solicitados por el docente para realizar las diversas prácticas.. BIBLIOGRAFIA: 1. BOYLESTAD, Robert Electrónica: Teoría de circuitos. Sexta edición. Prentice Hall, 1997. DORF Richard, Circuitos Eléctricos. SAN MIGUEL, Curso de electricidad General. Paraninfo, 1998. MILEAF HARRY, Electricidad 7/1. Limusa1993. JENNINGS Ferry, Electricidad y Magnetismo. Ediciones SM, 1995. Alexander Ramírez, John Henry Quiroz, 1º,2º,3º y 4º modulo de electrónica, Colegio Bolívar, 2006. 7. Alexander Ramírez, José Gerardo Cuta, 2º,3º y 4º modulo de electrónica, Colegio Bolívar, 2007. 8. Microsoft ® Encarta ®, 1993-2005 Microsoft Corporation, 2006 9. www.comunidadelectronicos.com/sitios.htm#Electronica. 10. www.baceelectronica.com.ar/ 11. http://www.nuevaelectronica.com/Interpretacion%20de%20condensadores.htm 12. http://es.wikipedia.org/wiki/Rel%C3%A9. 2. 3. 4. 5. 6.. Elaborado por JOSÉ GERARDO CUTA.

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