MODULO ELECTRÓNICA parte B 2012.doc

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DIRECCIÓN NACIONAL DE EDUCACIÓN DE JÓVENES Y ADULTOS

DIRECCIÓN REGIONAL DE EDUCACIÓN DE VERAGUAS

INSTITUTO PROFESIONAL Y TÉCNICO NOCTURNO DE VERAGUAS

MÓDULO DE

ELECTRÓNICA

11° GRADO

PREPARADO POR:

BOLÍVAR QUINTERO

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ELECTRÓNICA V AÑO

PREPARADO POR: PROFESOR BOLÍVAR QUINTERO

REPÚBLICA DE PANAMÁ

MINISTERIO DE EDUCACIÓN

DIRECCIÓN NACIONAL DE EDUCACIÓN DE JÓVENES Y ADULTOS

DIRECCIÓN REGIONAL DE EDUCACIÓN DE VERAGUAS

INSTITUTO PROFESIONAL Y TÉCNICO NOCTURNO DE VERAGUAS

MÓDULO INSTRUCCIONAL

ASIGNATURA: ELECTRÓNICA

FACILITADOR:

PROFESOR BOLÍVAR QUINTERO

2012

2

Unidad N° 1:

 Electromagnetismo

Unidad N° 2:

 Materiales semiconductores  Teoría de diodos

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Apreciado estudiante:

Este modulo instruccional de electrónica, la cual es un método de enseñanza, para

que usted como estudiante logre los objetivos que se plantean, con bastante

satisfacción, y pueda seguir avanzando en el sistema de enseñanza y aprendizaje.

Es un método sencillo que de seguirlo paso a paso se alcanza la meta. Dicho

modulo trimestral consta de una serie de pasos, hasta llegar a la bibliografía, la

cual puedes consultar para profundizar en el material informativo brindado.

“Recuerda que el estudio es carrera de resistencia, esfuérzate un poco y lo lograras “

Nan

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ELECTRÓNICA V AÑO

REPÚBLICA DE PANAMÁ MINISTERIO DE EDUCACIÓN

DIRECCIÓN NACIONAL DE EDUCACIÓN DE JÓVENES Y ADULTOS DIRECCIÓN REGIONAL DE EDUCACIÓN DE VERAGUAS INSTITUTO PROFESIONAL Y TÉCNICO NOCTURNO DE VERAGUAS

DOSIFICACIÓN PROGRAMÁTICA ASIGNATURA: Electrónica grado: 11°

DOCENTE RESPONSABLE: Bolívar Quintero PROFESOR COORDINADOR: Efraín Soto TIPO DE MÓDULO: Instruccional

OBJETIVOS GENERALES:

 Conocer los aspectos cualitativos, cuantitativos y funcionales, de los circuitos eléctricos y electrónicos básicos aplicando los teoremas fundamentales en corriente directa y corriente alterna.

OBJETIVOS

ESPECÍFICOS CONTENIDOS

SITUACIONES DE APRENDIZAJE EVALUACIÓN

1. Valorar el desarrollo histórico de la electrónica

2. Explicar términos, conceptos de la naturaleza de la electricidad a partir de la teoría atómica, comprobando

propiedades eléctricas fundamentales de la materia.

1. Desarrollo histórico de la electrónica.

2. Estructura de la materia

 Molécula, elemento y átomo

 Tipos de materiales según la naturaleza eléctrica  Conductores, aislantes, semiconductores  Símbolos, abreviaturas, parámetros, y unidades eléctricas

1.1. Confecciona cuadro sinóptico del desarrollo histórico de la electricidad y la electrónica, desde la antigua Grecia hasta la IV generación de la electrónica, valorando el aporte al conocimiento tecnológico

2.1. Explica la estructura atómica de la materia.

2.2. Confecciona modelos atómicos de los elementos químicos utilizados en la electrónica.

2.3. Investiga en torno a la naturaleza eléctrica de los materiales aislantes, conductores y semiconductores.

2.4 Dibuja en cartulina los diferentes símbolos con sus abreviaturas, parámetros y unidades eléctricas.

DIAGNOSTICA

 Preguntas exploratorias FORMATIVA

 prácticas SUMATIVA

 pruebas parciales

 trabajos individuales

 trabajos grupales

DIAGNOSTICA

(5)

OBJETIVOS

3. Describir las formas de electricidad estática aplicando sus leyes fundamentales.

4. Identificar las formas de generación

electrodinámica de

corriente eléctrica.

5. Reconocer distintos tipos de corriente eléctrica.

6. Distinguir las

características de los elementos pasivos.

3 Electrostática

 Carga eléctrica

 Ley de carga

 Ley de Coulomb

 Campo electrostático

4 Electrodinámica

 Formas

electrodinámica de

producción de corriente eléctrica  Frotamiento  Calor  Luz  Acción química  Presión  Magnetismo

5 Tipos de corriente

 a.c. y d.c.

6 Elementos pasivos

 Resistencia

 Capacitores

 Bobinas

3.1. Calcula las fuerzas de atracción y repulsión entre partículas.

3.2. Demuestra con laboratorio la acción de los campos eléctricos y la electricidad estática.

3.3 Investiga la incidencia de la electrostática en la sociedad.

4.1 Dialoga en mesa redonda sobre el fenómeno de la corriente.

4.2 Identifica las formas de generación de corriente eléctrica.

4.3 Realiza experimentos sobre distintas formas de generación de corriente eléctrica.

4.4 Visita plantas de generación y distribución de corriente eléctrica.

5.1Identifica las formas de ondas de los diferentes tipo de corriente eléctrica de c.d. y a.c.

5.2 Dibuja las formas de ondas de los diferentes tipos de corriente eléctrica d.c. y a.c.

5.3 Confecciona carteles que señalen la importancia del ahorro de energía para el país.

6.1. Identifica los elementos pasivos y activos a partir de los diagramas esquemáticos

DIAGNOSTICA

 trabajos individuales trabajos grupales

DIAGNOSTICA

 trabajos individuales trabajos grupales

DIAGNOSTICA

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ELECTRÓNICA V AÑO

OBJETIVOS

7 Aplicar la Ley de Ohm para la solución de circuitos resistivos en serie, paralelo, mixtos y sus relaciones con voltajes y potencia.

8 Explicar las leyes de voltaje y corriente de Kirchhoff.

9. Relacionar los

conceptos

fundamentales del magnetismo con la corriente eléctrica.

7. Ley de Ohm

8. Ley de Kirchhoff

 LKC

 LKV

9. Electromagnetismo

 Origen del magnetismo

 Materiales magnéticos

 Unidades magnéticas

 Inducción

electromagnética

 Circuitos magnéticos

7.1 Analiza la Ley de Ohm.

7.2 Calcula los valores de resistencia, voltaje, corriente y potencia de los circuitos básicos aplicando la ley de Ohm.

7.3 Calcula los valores de R, V, I y potencia para los circuitos serie, paralelo y mixto

8.1 Explica las leyes de corriente y voltaje de kirchhoff.

8.2 Resuelve problemas de aplicación de las leyes de Kirchhoff en circuitos eléctricos y electrónicos. 8.3 Realiza experimentos de comprobación de los

principios de las leyes de Kirchhoff.

9.1 Consulta bibliografía técnica sobre magnetismo y electromagnetismo

DIAGNOSTICA

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OBJETIVOS

10. Explicar la estructura en la construcción de materiales

semiconductores

10. Materiales semiconductores

 Estructura atómica del Si y el Ge

 Formación de los semiconductores P y N

 Impurezas trivalentes

y pentavalentes

(donantes y

aceptadores)

 Conducción por

huecos y electrones

10.1 Consulta bibliografía referente a la

construcción de los materiales

semiconductores y su aporte a la electrónica. 10.2 Confecciona un mural dedicado a los

semiconductores donde, principalmente, se identifiquen las familias de dispositivos semiconductores utilizados en electrónica.

DIAGNOSTICA

Preguntas exploratorias

FORMATIVA

prácticas

SUMATIVA

pruebas parciales

trabajos individuales

trabajos grupales

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ELECTRÓNICA V AÑO

11. Analizar circuitos con diodos

semiconductores.

11. Teoría de diodos

 Introducción (reseña histórica)

 Tipos de diodos

 Polarización directa e inversa

 Curvas características de V, I del diodo ideal

 Diodos rectificadores

 Circuitos equivalentes o modelo gráficos

 Circuitos con diodos

 Con uno y más diodos

 Proceso de

rectificación

 Limitadores

 Recortadores

 Triplicadores

 Circuitos lógicos AND y OR

11.1. Explica la evolución histórica de los diodos según el ayer, hoy y lo que se espera mañana del mismo.

11.2. Confecciona álbum sobre los diferentas diodos que existen en la electrónica

11.3. Realiza cálculo matemático y compararán los resultados con las mediciones realizada en los circuitos rectificadores básicos

11.4. Intercambia los conocimientos adquiridos para el diseño de circuitos con diodos semiconductores.

DIAGNOSTICA

FORMATIVA

prácticas

SUMATIVA

OBJETIVOS SITUACIONES DE APRENDIZAJE EVALUACIÓN

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12. Explicar los principios básicos de los transistores.

12. Principios básicos de los transistores

a. Descripción b. Tipos c. Símbolos d. Características

12.1. Realiza investigaciones documentales y con audiovisual sobre los conceptos básicos de los transistores.

12.2 Analizarán el funcionamiento y aplicación de los transistores.

12.3 Elaborarán láminas clasificando transistores según su tipo, encapsulado y características. 12.4 Comprobarán mediante experimento los

principios de polarización de los transistores.

DIAGNOSTICA

FORMATIVA

prácticas

SUMATIVA

Bibliografía:

1. GROB, Bernard. Circuitos Electrónicos y sus Aplicaciones. Mc Graw-Hill. 2. GUSSOW, Milton. Fundamentos de Electricidad. Mc Graw-Hill.

3. HARPER, Enríquez. Fundamentos de Electricidad, serie 1-6. 4. MARCUS, Abram. Electrónica para Técnicos. Edit. Diana. 5. MILEAF, Harry. Electrónica, serie 1-7. Limusa.

6. SCHMITT, Buban. Principios Básicos de Electricidad y Electrónica.

Observaciones:

 El tema se cubrirá si el tiempo alcanza y la disposición del educando así lo permita.

 La secuencia programada de los temas no refleja un marco de hierro, pues ello dependerá de la capacidad de aprendizaje significativo de los discentes.

 Puede darse el hecho de que todos los temas no sean cubiertos en el PERIODO escolar.

Firma del coordinador: Fecha: Firma del profesor encargado de la asignatura:

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ELECTRÓNICA V AÑO

MINISTERIO DE EDUCACIÓN

DIRECCIÓN NACIONAL DE EDUCACIÓN DE JÓVENES Y ADULTOS DIRECCIÓN REGIONAL DE EDUCACIÓN DE VERAGUAS INSTITUTO PROFESIONAL Y TÉCNICO NOCTURNO DE VERAGUAS

GUÍA DIDÁCTICA

ASIGNATURA: Electrónica

DOCENTE RESPONSABLE: Bolívar Quintero GRADO: 11°

OBJETIVOS GENERALES:

 Conocer los aspectos cualitativos, cuantitativos y funcionales, de los circuitos eléctricos y electrónicos básicos aplicando los teoremas fundamentales en corriente directa y corriente alterna.

INDICACIONES GENERALES:

Estimado participante para el desarrollo del módulo se requiere que cumplas con todas las asignaciones a continuación expuestas. Organizate según lo presentado y llegarás al éxito académico.

TEMA EXPERIENCIAS DE APRENDIZAJE FECHA RECURSOS EVALUACIÓN

1. Desarrollo histórico de la electrónica.

2. Estructura de la materia

 Molécula,

elemento y átomo

 Tipos de

materiales según

la naturaleza eléctrica  Conductores, aislantes, semiconductores  Símbolos, abreviaturas, parámetros, y unidades

1.1 Confecciona cuadro sinóptico del desarrollo histórico de la electricidad y la electrónica, desde la antigua Grecia hasta la IV generación de la electrónica, valorando el aporte al conocimiento tecnológico

2.1. Explica la estructura atómica de la materia. 2.2. Confecciona modelos atómicos de los

elementos químicos utilizados en la electrónica.

2.3. Investiga en torno a la naturaleza eléctrica de los materiales aislantes, conductores y semiconductores.

2.4 Dibuja en cartulina los diferentes símbolos con sus abreviaturas, parámetros y unidades eléctricas. Pizarrón Marcadores Textos Módulo instruccional Dispositivos electrónicos Pizarrón Marcadores Textos Módulo instruccional Dispositivos electrónicos DIAGNOSTICA Preguntas exploratorias FORMATIVA prácticas SUMATIVA

DIAGNOSTICA Preguntas exploratorias FORMATIVA prácticas SUMATIVA

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3. Electrostática

Carga eléctrica

Ley de carga

Ley de Coulomb

Campo electrostático

4. Electrodinámica

Formas

electrodinámica de

producción de

corriente eléctrica

Frotamiento

Calor

Luz

Acción química

Presión

Magnetismo

5. Tipos de corriente

 a.c. y d.c.

3.1 Calcula las fuerzas de atracción y repulsión entre partículas.

3.2 Demuestra con laboratorio la acción de los campos eléctricos y la electricidad estática. 3.3 Investiga la incidencia de la electrostática en la

sociedad.

4.1 Dialoga en mesa redonda sobre el fenómeno de la corriente.

4.2 Identifica las formas de generación de corriente eléctrica.

4.3 Realiza experimentos sobre distintas formas de generación de corriente eléctrica.

4.4 Visita plantas de generación y distribución de corriente eléctrica.

5.1Identifica las formas de ondas de los diferentes tipo de corriente eléctrica de c.d. y a.c.

5.2 Dibuja las formas de ondas de los diferentes tipos de corriente eléctrica d.c. y a.c.

5.3 Confecciona carteles que señalen la importancia del ahorro de energía para el país.

Pizarrón Marcadores Textos Módulo instruccional Dispositivos electrónicos Pizarrón Marcadores Textos Módulo instruccional Dispositivos electrónicos  Pizarrón  Marcadores  Textos  Módulo instruccional  Dispositivos electrónicos  Pizarrón  Marcadores  Textos  Módulo instruccional Dispositivos electrónicos DIAGNOSTICA Preguntas exploratorias FORMATIVA prácticas SUMATIVA

DIAGNOSTICA

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ELECTRÓNICA V AÑO

6 Elementos pasivos

Resistencia,

Capacitores

Bobinas

7. Ley de Ohm

8. Ley de Kirchhoff

 LKC

 LKV

9. Electromagnetismo

 Origen del

magnetismo

 Materiales magnéticos

 Unidades magnéticas

 Inducción

electromagnética

 Circuitos magnéticos

6.1 Identifica los elementos pasivos y activos a partir de los diagramas esquemáticos

7.1 Analiza la Ley de Ohm.

7.2 Calcula los valores de resistencia, voltaje, corriente y potencia de los circuitos básicos aplicando la ley de Ohm.

7.3 Calcula los valores de R, V, I y potencia para los circuitos serie, paralelo y mixto

8.1 Explica las leyes de corriente y voltaje de kirchhoff.

8.2 Resuelve problemas de aplicación de las leyes de Kirchhoff en circuitos eléctricos y electrónicos.

8.3 Realiza experimentos de comprobación de los principios de las leyes de Kirchhoff.

9.1 Consulta bibliografía técnica sobre magnetismo y electromagnetismo

Pizarrón Marcadores Textos Módulo instruccional Dispositivos electrónicos Pizarrón Marcadores Textos Módulo instruccional Dispositivos electrónicos Pizarrón Marcadores Textos Módulo instruccional Dispositivos electrónicos DIAGNOSTICA Preguntas exploratorias FORMATIVA prácticas SUMATIVA

trabajos individuales trabajos grupales

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11Materiales semiconductores

 Estructura atómica del Si y el Ge

 Formación de los semiconductores P y N

 Impurezas

trivalentes y

pentavalentes

(donantes y

aceptadores)

 Conducción por

huecos y

electrones

11.1 Consulta bibliografía referente a la construcción de los materiales semiconductores y su aporte a la electrónica. 11.2 Confecciona un mural dedicado a los

semiconductores donde, principalmente, se identifiquen las familias de dispositivos semiconductores utilizados en electrónica.

Pizarrón

Marcadores

Textos

Módulo instruccional

Dispositivos electrónicos

DIAGNOSTICA

FORMATIVA

prácticas

SUMATIVA

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ELECTRÓNICA V AÑO

12 Teoría de diodos

ӿ Introducción (reseña histórica)

ӿ Tipos de diodos

ӿ Polarización directa e inversa

ӿ Curvas

características de V, I del diodo ideal

ӿ Diodos

rectificadores

ӿ Circuitos

equivalentes o modelo gráficos

ӿ Circuitos con

diodos

 Con uno y más diodos

 Proceso de

rectificación

 Limitadores

 Recortadores

 Triplicadores

 Circuitos lógicos AND y OR

12.1 Explica la evolución histórica de los diodos según el ayer, hoy y lo que se espera mañana del mismo.

12.2 Confecciona álbum sobre los diferentas diodos que existen en la electrónica

12.3 Realiza cálculo matemático y compararán los resultados con las mediciones realizada en los circuitos rectificadores básicos

12.4 Intercambia los conocimientos adquiridos para el diseño de circuitos con diodos semiconductores. Pizarrón Marcadores Textos Módulo instruccional Dispositivos electrónicos DIAGNOSTICA Preguntas exploratorias FORMATIVA prácticas SUMATIVA

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13 Principios básicos de los transistores * Descripción * Tipos * Símbolos * Características

13.1 Realiza investigaciones documentales y con audiovisual sobre los conceptos básicos de los transistores.

13.2 Analiza el funcionamiento y aplicación de los transistores.

13.3 Elabora láminas clasificando transistores según su tipo, encapsulado y características. 13.4 Comprueba mediante experimento los

principios de polarización de los transistores.

Pizarrón

Marcadores

Textos

Módulo instruccional

Dispositivos electrónicos

DIAGNOSTICA

FORMATIVA

prácticas

SUMATIVA

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UNIDAD DE APRENDIZAJE N° 1

UNIDAD DE APRENDIZAJE N° 4

CONOCIMIENTOS PREVIOS

Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de “Magnesia” en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro y que los trocitos de hierro atraídos, atraían a su vez a otros, y así sucesivamente. A estas piedras se les denominó imanes naturales. El norte geográfico de la Tierra es un polo sur magnético debido a que atrae el. polo norte de un imán. De la misma forma, el polo sur geográfico es un polo norte magnético. La tierra se comporta como un imán orientado como lo indica la figura. Este concepto se mantuvo a través de los siglos, y después de haber sido desarrollado matemáticamente por

Karl Friedrich Gauss, es hoy

concepto

Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de “Magnesia” en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro y que los trocitos de hierro atraídos, atraían a su vez a otros, y así sucesivamente. A estas piedras se les denominó imanes naturales. El norte geográfico de la Tierra es un polo sur magnético debido a que atrae el. polo norte de un imán. De la misma forma, el polo sur geográfico es un polo norte magnético. La tierra se comporta como un imán orientado como lo indica la figura. Este concepto se mantuvo a través de los siglos, y después de haber sido desarrollado matemáticamente por Karl Friedrich Gauss, es hoy

concepto

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CONTENIDOS

ELECTROMAGNETISMO

Campos magnéticos y electricidad En 1813, Hans Christian Oersted predijo que se hallaría una conexión entre la electricidad y el magnetismo. En 1819 colocó una brújula cerca de un hilo recorrido por una corriente y observó que la aguja magnética se desviaba. Con ello demostró que las corrientes eléctricas producen campos magnéticos. Aquí vemos cómo las líneas de campo magnético rodean el cable por el que fluye la corriente.

El movimiento de la aguja de una brújula en las proximidades de un conductor por el que circula una corriente indica la presencia de un campo magnético (véase Magnetismo) alrededor del conductor. Cuando dos conductores paralelos son recorridos cada uno por una corriente, los conductores se atraen si ambas corrientes fluyen en el mismo sentido y se repelen cuando fluyen en sentidos opuestos. El campo magnético creado por la corriente que fluye en una espira de alambre es tal que si se suspende la espira cerca de la Tierra se comporta como un imán o una brújula, y oscila hasta que la espira forma un ángulo recto con la línea que une los dos polos magnéticos terrestres.

Puede considerarse que el campo magnético en torno a un conductor rectilíneo por el que fluye una corriente se extiende desde el conductor igual que las ondas creadas cuando se tira una piedra al agua. Las líneas de fuerza del campo magnético tienen sentido antihorario cuando se observa el conductor en el mismo sentido en que se desplazan los electrones. El campo en torno al conductor es estacionario mientras la corriente fluya por él de forma uniforme.

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ELECTRÓNICA V AÑO

En un cable recto este efecto es muy pequeño, pero si el cable se arrolla para formar una bobina, el efecto se amplía ya que los campos generados por cada espira de la bobina cortan las espiras vecinas e inducen también una corriente en ellas. El resultado es que cuando se conecta una bobina así a una fuente de diferencia de potencial, impide el flujo de corriente cuando empieza a aplicarse la diferencia de potencial. De forma similar, cuando se elimina la diferencia de potencial, el campo magnético se desvanece, y las líneas de fuerza vuelven a cortar las espiras de la bobina. La corriente inducida en estas circunstancias tiene el mismo sentido que la corriente original, y la bobina tiende a mantener el flujo de corriente. Debido a estas propiedades, una bobina se resiste a los cambios en el flujo de corriente, por lo que se dice que posee inercia eléctrica o autoinducción. Esta inercia tiene poca importancia en circuitos de corriente continua, ya que no se observa cuando la corriente fluye de forma continuada, pero es muy importante en los circuitos de corriente alterna.

(19)

CONSIGNAS DE APRENDIZAJE

Para lograr un rendimiento satisfactorio con este sistema de enseñanza es preciso

que seas parte activa de tu propio aprendizaje. Por ello debes estudiar el tema con

detenimiento siguiendo las siguientes consignas.

Y recuerda que toda actividad

será evaluada.

1. Revisa los conocimientos previos que necesitas usar.

2. Vuelve a repasar los conocimientos previos hasta dominarlos.

3. Lee detenidamente el contenido, comprendiendo los conceptos.

4. Escucha y participa de la exposición dialogada sobre el tema.

5. Realiza los ejemplos sin la ayuda del módulo.

6. Repasa varias veces el material de la unidad.

7. Resuelve las prácticas.

8. Si después de estudiar el módulo y de repasarlo aún tienes dudas,

consulta con tú facilitador o tutor.

TEXTO PARALELO

BIBLIOGRAFÍA

a. GROB, Bernard. Circuitos Electrónicos y sus Aplicaciones. Mc Graw-Hill. b. GUSSOW, Milton. Fundamentos de Electricidad. Mc Graw-Hill.

c. HARPER, Enríquez. Fundamentos de Electricidad, serie 1-6. d. MARCUS, Abram. Electrónica para Técnicos. Edit. Diana. e. MILEAF, Harry. Electrónica, serie 1-7. Limusa.

6. SCHMITT, Buban. Principios Básicos de Electricidad y Electrónica. Toma apuntes sobre la clase dada, los

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ELECTRÓNICA V AÑO

UNIDAD DE APRENDIZAJE N° 2

CONOCIMIENTOS PREVIOS

CONTENIDOS

INTRODUCCIÓN

En electrónica se usan gran cantidad de componentes para conducir, controlar, seleccionar, dirigir, interrumpir, almacenar, en general para manipular corriente eléctrica, entre estos componentes tenemos a los pasivos, electromecánicos, las pilas y baterías, transductores, semiconductores.

Materiales semiconductores

Teoría de diodos

Principios básicos de transistores

Materiales semiconductores

Teoría de diodos

Principios básicos de transistores

En general, todos los materiales se clasifican en tres categorías

principales: conductores, aisladores, y semiconductores. Estas categorías se

han desarrollado con base en la capacidad del material, de permitir un flujo

o corriente eléctrica, dependiendo de su estructura atómica. Entre los buenos

conductores y los buenos aisladores se encuentran los materiales que no son

una cosa ni la otra, se les denominan semiconductores, entre ellos el silicio,

germanio, grafito, sulfuro de cadmio, arseniuro de galio.

En general, todos los materiales se clasifican en tres categorías

principales: conductores, aisladores, y semiconductores. Estas categorías se

han desarrollado con base en la capacidad del material, de permitir un flujo

o corriente eléctrica, dependiendo de su estructura atómica. Entre los buenos

conductores y los buenos aisladores se encuentran los materiales que no son

una cosa ni la otra, se les denominan semiconductores, entre ellos el silicio,

germanio, grafito, sulfuro de cadmio, arseniuro de galio.

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Los semiconductores han revolucionado el campo de la electrónica; un semiconductor se comporta indistintamente como un aislante, un conductor al alterarse bajo ciertas condiciones o estímulos externos como: luz, calor, temperatura, campo magnético, señales eléctricas de voltaje o corriente. A los semiconductores se les conoce dispositivos de estado sólido, y se dispone actualmente de diodos, transistores bipolares, transistores de efecto de campo, tiristores, circuitos integrados, microprocesadores, microcontroladores.

Estructura de la materia

Todos los tipos de materia que se encuentran en la naturaleza están compuestos por partículas pequeñas llamados átomos y estos a su vez están formados por orbitas en las cuales giran los electrones con carga negativa y en el núcleo están los protones con carga positiva junto con los neutrones de carga neutra; esas cargas forman el campo eléctrico de fuerzas dentro del átomo y cuando las cargas positivas son iguales a las cargas negativas el átomo esta eléctricamente en equilibrio fig. 1. El átomo se encuentra en desequilibrio eléctrico cuando es posible transferir electrones de una sustancia a otra y deja de existir la distribución normal.

electrones

núcleo (protones y neutrones)

orbita o niveles de energía

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ELECTRÓNICA V AÑO

Semiconductores

En los semiconductores los electrones están unidos a los núcleos, excepto los que giran en la orbita exterior que se mueven de un átomo a otro de manera casual y son llamados

electrones libres o de valencia . fig. 2.

Si el movimiento casual de los electrones libres se controla de modo que los electrones se muevan en la misma dirección resultaría un flujo de electrones denominado corriente eléctrica. Los conductores como el cobre, plata, oro tienen muy pocos electrones en la banda de valencia, por lo general uno, y son débilmente atraídos por el núcleo, por lo que pueden escapar fácilmente del átomo y convertirse en electrones libres fig. 3. Los aislantes tiene ocho electrones de valencia por lo general y están fuertemente ligados al núcleo, por lo que son difíciles de convertirlos en electrones libres.

Fig. 2. átomo de silicio Fig. 3. átomo de cobre

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magnéticos al igual que los electrones. Por lo tanto en un semiconductor por el que circula corriente hay un movimiento permanente de electrones y huecos moviéndose en direcciones opuestas ya que el número de electrones

libres es siempre igual al número de huecos. El flujo de electrones (corriente real) es siempre de la misma magnitud que la corriente de huecos (corriente convencional). Los electrones libres y los huecos reciben a menudo la denominación de portadores debido a que transportan la carga eléctrica. Cuando hay corriente de electrones también existe una corriente de huecos al mismo tiempo y por el mismo camino, pero en sentido contrario. Fig. 4a y 4b.

La mayoría de los sólidos (excepto aquellos que muestran una estructura biológica) tiene una estructura cristalográfica o de cristal, como los semiconductores de silicio y germanio cuyos electrones de valencia están unidos, y que bajo condiciones normales, son malos conductores, al material ser sometido a excitaciones externas las uniones pareadas de electrones se separan y ocurre la conducción eléctrica parcial.

El silicio y germanio se caracterizan por ser elementos tetravalentes o sea tener cuatro electrones de valencia en su última capa; estos electrones forman enlaces con los electrones de valencia de los átomos adyacentes produciendo un patrón tridimensional regular llamada red cristalina. Cada átomo comparte sus electrones de valencia hasta quedar químicamente estable, es decir con ocho electrones en su órbita externa. Fig. 5., 6a, 6b.

+ - +

Fig. 4 a. corriente de electrones. Fig. 4 b. corriente de huecos.

- - - -

(24)

ELECTRÓNICA V AÑO

Fig. 5

Átomos que pueden verse

En esta imagen, obtenida con un microscopio túnel de barrido, pueden verse los átomos individuales dispuestos de forma uniforme en la superficie de un cristal de germanio. Si se colocaran uno junto a otro, 100 millones de estos átomos apenas cubrirían 1 centímetro. Como son cientos de veces menores que la longitud de onda de la luz visible no pueden verse con ningún microscopio óptico. Los colores de la imagen son falsos, creados por ordenador o computadora. El microscopio túnel de barrido determina el perfil de una superficie a escala atómica detectando la corriente eléctrica que fluye de la superficie a la punta de una fina sonda metálica.

Los semiconductores son intrínseco o puro y es cuando se encuentran en estado de pureza, libre de otra sustancia, son completamente aislantes la electricidad y raramente son usados en electrónica ya que por su estado natural poseen muy pocos electrones libres y

Fig. 6a Fig. 6b

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necesitan de altas cantidades de energía para transportar corriente, tienen una alta resistencia. Fig 7a y 7b.

Fig. 7 a Fig. 7 b I ≈ 0 R ≈ alta

Son semiconductores extrínsecos, cuando tiene una resistencia baja y por lo tanto circula corriente alta, pueden ser de tipo N o donador y de tipo P o aceptador. Fig. 8a y 8b

Impurezas

Son sustancias llamadas dopantes o contaminantes que se encuentran en su estado natural y son agregados intencionalmente en los cristales de silicio o germanio en cantidades pequeñas y controladas y determinan las características eléctricas. Pueden ser pentavalentes o trivalentes.

Impurezas de elementos pentavalentes para la formación de cristal donador

Estas sustancias tienen cinco electrones de valencia en su envoltura exterior. Entre los elementos pentavalentes tenemos al arsénico, fósforo, antimonio que producen un exceso de electrones. Cuatro de los cinco electrones de valencia del átomo dopante forman enlaces covalentes con los cuatro átomos vecinos. El electrón libre restante no queda ligado a ningún átomo y es libre de moverse a través del semiconductor (cristal), convirtiéndose en un portador potencial de corriente, o semiconductor tipo N, este semiconductor tiene exceso de electrones libres o carga negativa que huecos (carga positiva o deficiencia de electrones) , por ende se les conoce como un semiconductor de portadores mayoritarios de electrones, y portadores minoritarios de huecos. Fig. 9.

puro

R ≈ baja

+ + i ≈ alta Fig. 8 a Fig. 8 b

(26)

ELECTRÓNICA V AÑO

Impurezas de elementos trivalentes para la formación de cristal aceptador

Estas sustancias tienen tres electrones de valencia en su envoltura exterior. Entre los elementos trivalentes tenemos al aluminio, boro, galio, indio y producen una deficiencia de

electrones o exceso de huecos. Los cristales que son dopados o contienen impurezas de elementos trivalentes son semiconductores de tipo P, ya que tres electrones de valencia del átomo dopante forman enlaces covalentes con tres átomos vecinos de silicio o de germanio, en donde el electrón faltante (hueco o carga positiva libre), es capaz de atraer un electrón externo. Un semiconductor tipo P tiene más huecos que electrones por eso a los huecos se les llama portadores mayoritarios y a los electrones libres portadores minoritarios. Fig. 10.

Uniones PN

Los semiconductores tipo n y tipo p, independientes no tiene uso práctico, sólo si se dopan lo suficiente en exceso y se usan como resistencias dependientes de la temperatura. La

Fig. 9

Fig. 10

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unión PN es más útil en dispositivos de diodos, transistores, tiristores, CI, microprocesadores, microcontroladores; están basados en la combinación de capas alternadas de materiales tipo n y p.

Para construir un dispositivo de unión PN de estado sólido, se sigue el siguiente proceso, que se muestra de manera convencional en las siguientes figuras de la 11 a -

era de voltaje llamada región de agotamiento en la frontera de los dos materiales, la cual impide el paso de un mayor número de portadores mayoritarios de un lado a otro, fig. 11 e.

El potencial de barrera es aproximadamente 0.7 v para la unión PN de silicio y de 0.3

v las de germanio.

Al aplicar un voltaje externo fig. 11 f el efecto de la barrera de potencial se atenúa, y bajo

esta condición conocida como polarización directa (progresiva), el polo positivo de la fuente repela a los huecos del material P y el polo negativo repela a los electrones libres del material N, permitiendo que atraviesen la unión y la zona de agotamiento se estrecha y

unión presenta una resistencia baja al paso de la corriente comportándose como un conductor.

Al aplicar un voltaje externo fig. 11 g, el efecto de la barrera se acentúa, y bajo esta condición, la polarización es inversa, el polo positivo de la fuente atrae a los electrones libres del material tipo N y el polo negativo de la fuente atrae a los huecos del material tipo P y la zona de

Fig. 11 a

Fig. 11 b

Impurezas trivalentes impurezas pentavalentes Deficiencia de electrones exceso de electrones

Fig. 11 c

impurezas

fig. 11 d

Fig. 11d

Barrera de potencial Fig. 11 e en formación unión

PN sin polarizar

+

fig. 11 f VD = 0.7 v

zona de agotamiento pequeña

Unión polarización directa + -PN

Polarizada fig. 11 g

zona de agotamiento amplio

polarización inversa - +

+ - + - + - Silicio puro + - + - + - + - + - Silicio puro + - +

-+ - + - + - Silicio + - + - + - + - + - + - Silicio + - + - +

-+ -+ -+ -+ -+ -+ tipo P + + + - - + + - - - tipo N

-- -- -- -- -- -- -- -- -- tipo N

-+ -+ -+ -+ -+ -+ tipo P + + +

+ + + + + + + + tipo P + + + + - - - tipo N - - - - - - -

tipo P tipo N

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ELECTRÓNICA V AÑO

agotamiento se ensancha por lo que la unión PN presenta una resistencia alta al paso de la corriente y se comporta como un aislante. Algunos portadores minoritarios (huecos en el material tipo N y electrones en el una

En la unión PN existe un exceso de electrones libres en el material tipo N y huecos en el material tipo P. Algunos electrones del lado N serán atraídos por algunos huecos del lado P y viceversa, fig. 11 d, hasta formar una barrera de voltaje llamada región de agotamiento en la frontera de los dos materiales, la cual impide el paso de un mayor número de portadores mayoritarios de un lado a otro, fig. 11 e.

El potencial de barrera es aproximadamente 0.7 v para la unión PN de silicio y de 0.3 v las de germanio.

Al aplicar un voltaje externo fig. 11 f el efecto de la barrera de potencial se atenúa, y bajo esta condición conocida como polarización directa (progresiva), el polo positivo de la fuente repela a los huecos del material P y el polo negativo repela a los electrones libres del

material N, permitiendo que atraviesen la unión y la zona de agotamiento se estrecha y unión presenta una resistencia baja al paso de la corriente comportándose como un

conductor.

Al aplicar un voltaje externo fig. 11 g, el efecto de la barrera se acentúa, y bajo esta condición, la polarización es inversa, el polo positivo de la fuente atrae a los electrones libres del material tipo N y el polo negativo de la fuente atrae a los huecos del material tipo P y la zona de agotamiento se ensancha por lo que la unión PN presenta una resistencia alta al paso de la corriente y se comporta como un aislante. Algunos portadores minoritarios (huecos en el material tipo N y electrones en el material tipo P) logran atravesar la barrera, y circular una corriente de fuga débil.

(29)

Diodos

Nociones previas

El diodo es el más sencillo de los dispositivos semiconductores, desempeña un papel vital en los sistemas electrónicos, ya que sus características se asemejan a las de un interruptor.

Los primeros diodos (rectificador o detector) era un cristal colocado en una vasija con un alambre flexible llamado bigote de gato que hacia contacto con el cristal, fig. 12.

cristal

Posteriormente salieron los diodos de punto de contacto, fig. 13; los rectificadores metálicos secos, fig. 14; tubos al vacío y su respectivo símbolo, fig. 15 a, 15 b. Hacia el año 1949 salieron los diodos de unión, que son los que se conocen actualmente.

Alambre exterior semiconductor alambre exterior

Base metálica punto de contacto metálico Fig. 13 diodo de contacto

Brazo de ajuste

(30)

ELECTRÓNICA V AÑO

Fig. 14 diodo de placas metálicas símbolo

cátodo Fig. 15

diodos de tubos al vacío símbolo

filamento

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un diodo es el de comportarse como una válvula o compuerta al paso de la corriente eléctrica. Las terminales de un diodo se denominan ánodo (A), cátodo (K), fig. 16.

A

Fig. 16

Polarización

Dependiendo de la forma como el diodo esté conectado en un circuito, puede estar polarizado directa o inversamente.

Polarización directa

Existe cuando se aplica un voltaje positivo a la terminal P con respecto a la terminal N de un diodo. En estas condiciones el diodo presenta una baja resistividad, por lo que conduce una corriente considerable en el sentido convencional y se comporta como un conductor o interruptor, fig. 17

Polarización inversa

Existe cuando se aplica un voltaje negativo a la terminal P con respecto a la terminal N de un diodo. En estas condiciones el diodo presenta una alta resistividad y prácticamente no conduce corriente, comportándose como un aislante o interruptor abierto, fig. 18

P N K

R

Sw

+ IDF

Vs - VDF

Fig. 17

R

VS VDR

(32)

ELECTRÓNICA V AÑO

Tipos de diodos más conocidos

Existen alrededor de 6000 tipos de diodos semiconductores, dependiendo de sus características constructivas particulares que son las que determinan su aplicación, ya sea como rectificadores, reguladores, detectores, mezcladores, interruptores, triplicadores, etc.

1. zener: trabaja en la zona de ruptura, en polarización directa se comporta como diodos rectificadores y en inversa como referencias de voltaje (Vz ), usados como

reguladores de voltaje en las fuentes. Usa notaciones como BZX o 1N _ _ _ _

2. LCD: no emiten luz, depende de la luminosidad ambiental y reflejan la luz. Sus funciones son similares al LED.

3. IRED: emiten luz invisible para el ojo humano.

4. Diodos detectores: llamados diodos de señal, hechos de semiconductor de germanio. Operan a altas frecuencias y señales pequeñas. Separa la componente de baja frecuencia que es la información audible o de audiofrecuencia ( AF ).

5. Laser: emiten luz altamente concentrada y coherente, llamados ILC de luz infrarroja. Usados en CD para leer, en comunicaciones para enviar información a través de cables de fibra óptica, en las lectores de códigos de barras, apuntadores luminosos.

6. Tunel: llamados Esaki, su zona de agotamiento es delgada, útiles como detectores, amplificadores, osciladores, interruptores. Tiene una región de resistencia negativa, la corriente disminuye a medida que aumenta el voltaje.

IF

VR VF

IR

(33)

7. Varicap: llamados varactores o diodos de sintonía. Trabajan polarizados inversamente y actúan como capacitores variables controlados por voltaje. Usados en sintonía de TV,

radio, osciladores, generadores de FM. Uno de los variantes de los varicap son los SNAP usados en UHF.

IF

- V IR

Schottky: diodos de recuperación rápida. Tiene caída de voltaje directa de aproximadamente 0.25 v. se usan en fuentes de potencia, sistemas digitales y equipos de alta frecuencias.

8. Diodos usados en microondas o diodos de microondas: existen los llamados GUN, PIN, IMPATT, TRAPATT, BARTT, ILSA,APD.

9. Fotodiodos: reciben señales de luz a través de pequeñas aberturas, usados como sensores de luz en fotografía, contadores, receptores de comunicaciones.

10. LED: usados para visualizadores o detectores de luz. Fabricados con arseniro de galio fosfatado (GaAsP), emiten luz al polarizarslo en directa. Su voltaje de ruptura en inversa es aproximadamente de 3 v. La corriente en directa es de aproximadamente

I

A

B

V

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ELECTRÓNICA V AÑO

entre 20 mA como mínimo y de 100 mA como máximo. Se protegen con resistencia en serie.

11. Rectificadores: tipo normal de diodos usados para convertir el voltaje de corriente a.c en voltaje de c.c.

Curvas características de corriente contra voltaje del diodo ideal

Al considerar un diodo ideal, para proporcionar una base comparativa con un dispositivo real. El diodo ideal debería comportarse como un interruptor perfecto, presentando una resistencia

igual a cero, cuando esta polarizado directamente y una resistencia igual a infinito cuando esta polarizado en inversa, como se muestra en la fig. 19.

IF

VR VF

IR

Fig. 19

(35)

Se puede observar que el diodo ideal es un corto circuito o circuito cerrado para iD > 0 y

un circuito abierto para iD = 0. En la práctica, sin embargo, los diodos rectificadores presentan

una curva como la que se muestra en la fig. 20.

A partir de esta

curva, se deducen los siguientes aspectos de cómo trabajan los diodos reales:

a.) En polarización directa la conducción empieza cuando el voltaje aplicado externamente supera el voltaje de umbral (VT) que es de aproximadamente de 0.7 v

para el silicio y de 0.3 v para el germanio.

b.) La caída de voltaje en polarización directa VF es ligeramente superior al potencial de

barrera y depende de IF , donde esta caída de voltaje se llama voltaje de conducción

directa.

c.) La corriente a través de un diodo polarizado inversamente tiene un valor del orden de los microamper (μ A) y depende del voltaje de polarización inversa aplicado, a dicha corriente se le denomina corriente inversa de fuga.

d.) Un diodo polarizado inversamente puede llegar a conducir, cuando el voltaje aplicado alcanza un valor de voltaje de ruptura o voltaje de avalancha. Cuando un diodo entra en la región de avalancha, la corriente inversa de fuga crece y destruye al diodo. e.) Los diodos rectificadores se especifican principalmente por la corriente máxima

promedio que puede conducir en polarización directa sin destruirse por IF

VR VF

IR

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ELECTRÓNICA V AÑO

sobrecalentamiento y por el voltaje máximo que puede soportar en polarización inversa sin entrar en avalancha.

Circuitos equivalentes o modelos gráficos del diodo

Un circuito equivalente es una combinación de elementos elegidos en forma adecuada para la mejor representación de las características reales del dispositivo. Este tipo de circuito equivalente recibe el nombre de modelo grafico del diodo. Los segmentos de la recta en una gráfica no proporcionan una equivalencia exacta al diodo ideal, pero se pueden realizar aproximaciones: cada una de las aproximaciones se analizaran por separado con respectiva curvas y comportamiento, para tener en cuenta el efecto del voltaje de conducción en polarización directa.

Tercera aproximación

Solo existe una dirección de conducción a través del dispositivo, en polarización inversa corresponde a un estado de circuito abierto. Ya que el diodo de silicio alcanza su estado de conducción a los 0.7 v aproximadamente, tanto debe aparecer una batería de oposición (VT) en

el circuito. VT no es una fuente independiente de energía del sistema solo es una representación

útil del desajuste horizontal del diodo. La resistencia que se elija es la resistencia promedio, que se puede determinar a partir de los valores numéricos dados en las hojas de especificaciones.

IF

Polarización inversa polarización directa

VR VF

IR

(37)

Segunda aproximación

En la mayoría de las aplicaciones, la resistencia promedio es suficientemente pequeña, que puede ignorarse si se compara con otros elementos de la red. Se establece que un diodo es un sistema electrónico en condiciones de cd, tiene una caída de 0.7 v y de 0.3 v para el Si y Ge respectivamente, en conducción sin importar cual es la corriente del diodo.

IF

VR VF

IR

primera aproximación

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ELECTRÓNICA V AÑO

PROCESO DE RECTIFICACIÓN CON DIODOS

Un rectificador convierte la corriente alterna en corriente directa pulsante, es más simple y económico generar, transmitir y distribuir corriente alterna que corriente directa, por lo que las empresas de energía eléctrica suministran potencia de ca. Sin embargo, muchas aplicaciones de la energía eléctrica, tales como los circuitos electrónicos, los de carga de baterías de almacenaje, procesos químicos y otros necesitan corriente directa; por ello es necesario rectificar (cambiar) la energía de ca a voltajes y corriente de cd.

Un circuito convierte ca en cd pulsante, que luego puede filtrarse (alisarse) en corriente directa. Para hacerlo, el rectificador debe pasar corriente con el mínimo de resistencia en dirección hacia delante y bloquear su flujo en dirección inversa. El diodo, con sus características de corriente unidireccional (en un sentido), es muy adecuado para rectificación.

RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA

La figura muestra un diodo en serie con una resistencia de carga RL y una fuente de corriente alterna. La fuente Vs suministra una tensión sinusoidal al circuito.

Cuando Vs es positiva, se produce una corriente en la dirección positiva Indicada en la figura. Esta corriente se produce cuando el diodo esta polarizado en directa ( diodo actuando como interruptor cerrado o corto circuito) y la magnitud de la corriente está determinada por Í=(Vs-Vo)/R, Esta corriente esta definida solo para el semiciclo comprendido entre O y T/2 o semiciclo positivo (0° a 180°).

Cuando Vs es negativa polariza al diodo en inversa (diodo actúa como interruptor abierto o circuito abierto) y no fluye corriente en el circuito.

(39)

1=0 La tensión en la carga VL es positiva y consta de una componente de corriente continua cd

RECTIFICACIÓN DE ONDA COMPLETA.

La figura muestra un circuito rectificador de onda completa que alimenta a una carga resistiva. El circuito consiste en esencia de dos rectificadores de media onda conectados a una única resistencia de carga y alimentados con tensiones de entrada sinusoidales de igual amplitud. Pero

opuestas en fase.

Durante el semiciclo positivo de Vs el diodo DI actúa como un corto circuito (diodo en conducción) y el diodo 02 actúa como un circuito abierto en ese mismo semiciclo.

Durante el semiciclo negativo el diodo D2 conduce y DI actúa como un circuito abierto. En ambos casos la corriente que circula por el circuito es i=2(Vs-Vo)/RL La ventaja del rectificador de onda completa sobre el rectificador de media onda es que la corriente media en la carga es dos veces mayor. Hay que notar la toma central del transformador. Se ha asumido que la toma central está justamente en el centro y que las tensiones a través de las dos mitades son iguales. Es importante anotar que la tensión inversa de pico a través de los diodos para el (o rectificador de onda completa debe tener un mínimo valor que es del orden del doble de la tensión del secundario del transformador. Este valor debe ser así para que no se destruya el diodo por la acción de la tensión de pico inversa.

(40)

ELECTRÓNICA V AÑO

En la figura se muestra un rectificador del tipo puente. Se observa la necesidad do cuatro diodos, pero ya no se necesita la toma central del transformador. Este puente opera la siguiente manera:

Durante el semiciclo positivo de Vs la corriente fluye a través de DI, RL y D3 y durante el semiciclo negativo de Vs la comente pasa por D4, RL Y D2. En ambos casos la corriente fluye por RL en la misma dirección.

CONSIGNAS DE APRENDIZAJE

Para lograr un rendimiento satisfactorio con este sistema de enseñanza es preciso

que seas parte activa de tu propio aprendizaje. Por ello debes estudiar el tema con

detenimiento siguiendo las siguientes consignas.

Y recuerda que toda actividad

será evaluada.

a. Revisa los conocimientos previos que necesitas usar.

b. Vuelve a repasar los conocimientos previos hasta dominarlos.

c. Lee detenidamente el contenido, comprendiendo los conceptos.

d. Escucha y participa de la exposición dialogada sobre el tema.

e. Realiza los ejemplos sin la ayuda del módulo.

f. Repasa varias veces el material de la unidad.

g. Resuelve las prácticas.

h. Resuelve la prueba formativa

i. Si después de estudiar el módulo y de repasarlo aún tienes dudas, consulta

con tú facilitador o tutor.

j. Resuelve en clase una prueba escrita

TEXTO PARALELO

(41)

BIBLIOGRAFÍA

 KUFMAN, Milton – SEIDMAN, Arthur. Manual para ingenieros y técnicos en Electrónica. Editorial McGraw-Hill.

 EDMINISTER, Joseph. Circuitos Eléctricos. Editorial McGraw-Hill.

 MILEAF, Harry. Electricidad serie uno siete. Tomo tres. Editorial McGraw-Hill.

 SLURZBERG Y OSTERHELD. Fundamentos de Electricidad y Electrónica. Editorial McGraw-Hill.

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ELECTRÓNICA V AÑO

UNIDAD DE APRENDIZAJE N° 5

CONOCIMIENTOS PREVIOS

CONTENIDOS

A manera de introducción

El transistor es uno de los adelantos más significativos de nuestra era y uno de los componentes más versátiles de la electrónica moderna.

La palabra transistor se deriva del término transferencia de resistencia y designa, en forma genérica, a un componente electrónico de tres terminales cuya resistencia es una función del nivel de corriente o voltaje aplicado a uno de sus terminales.

Fundamentalmente, el transistor es una válvula que controla el flujo de los portadores de corriente o cargas eléctricas en movimiento a través del semiconductor, ya sea de silicio o germanio u otro material semiconductor, del cual esta fabricado.

Transistores

CASI TODOS LOS INSTRUMENTOS Y APARTOS QUE UTILIZA NUESTRA SOCIEDAD ESTAN FABRICADOS CON TRANSISTORES.

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Breve historia

En 1948 se anunció la producción del transistor de punto de contacto fig.1, en los laboratorios de la Bell por un grupo de científicos encabezados por John Bardenen, William Shockley, Walter Brattainn.

En 1949 se anunció la producción del transistor de unión o empalme, fig. 2 paralelamente con el diodo de unión.

Base semiconductor alambre emisor

Fig. 1 transistor de punto de contacto

Alambre colector

metal

Emisor base colector

(44)

ELECTRÓNICA V AÑO

Funciones o utilización del transistor

Tienen una serie de aplicaciones entre ellas tenemos:

La amplificación: como amplificadores de voltaje, corriente, potencia

Oscilación: convierte la energía de corriente continua en energía de corriente alterna, el transistor extrae energía de la fuente dc y conjuntamente con un arreglo adecuado genera un voltaje de corriente ac.

Modulación y demodulación: el transistor en distintos arreglos proporciona modulación en amplitud (AM) que es la variación de la señal de radiofrecuencia (rf) , o de la modulación en frecuencia (FM) ; al igual para la demodulación o detección de señales de AM y FM.

Otras: también se usa para modificar la forma de las ondas, como mezcladores, interruptores.

Existen básicamente dos grandes familias de transistores, los bipolares o BJT (transistores de juntura bipolar) y los FET (transistores de efecto de campo.

+ =

fig. 3 Q

+ =

ac

0 dc

fig. 4 Q

(45)

Designaciones y símbolos de los transistores bipolares

Existen dos tipos de transistores bipolares los PNP y NPN, según como se unan sus diodos fig. fig. 5

Los transistores se representan muchas veces por medio de la letra Q las representaciones cuando estos transistores se usan como elementos de un circuito y con utilización de los símbolos internacionales PNP y NPN se muestran en la fig. 6.

Los transistores se relacionan con los diodos ya que un transistor es la unión de dos diodos, o un

diodo PN seguido por otro diodo NP, fig. 7, por lo tanto se aplica la teoría del diodo de unión para explicar el comportamiento del transistor cuando se aplica polarización externa.

P N P

B Fig. 5 B

N P N

C E _C

E

colector colector

base base

emisor emisor

NPN PNP

Fig. 6

N P N P N P

emisor colector emisor colector

base base

fig. 7

E VCE C E VCE

Ie Ic Ie Ic

VEB VCB VEB

Ib Ib

(46)

ELECTRÓNICA V AÑO

Las tres porciones de un transistor se conocen como emisor, base, colector. La fecha en el terminal del emisor específica la dirección del flujo de corriente cuando la unión emisor – base esta polarizada en directa en el sentido convencional de la corriente, en ambos casos tanto para el transistor PNP como NPN las corrientes Ie , Ib , Ic . los voltajes VEB, VCB, VCE. Fig. 8.

Encapsulado, identificación y especificaciones

Los transistores se fabrican en serie, y las técnicas de fabricación más usadas son las de aleación, difusión, proceso planar, y el de crecimiento epitaxial; ya fabricados los transistores se insertan en cápsulas plásticas o metálicas, las cuales protegen al transistor de la humedad, contaminantes, sirven como disipador de calor, facilita la inserción de los pines de acceso y a la vez su manipulación e identificación. Los transistores se identifican por códigos o referencias que representan sus características; existen tres sistemas básicos de identificación:

 El americano en la cual la referencia empieza con 2N

 El europeo empieza con BC BS BF

 El japonés empieza con 2SA 2SB

2SC 2SD

Existen otras referencias como la ECG, CA, TIP, MP.

Las especificaciones de los transistores se dan por:

 la máxima corriente de colector que se puede manejar en forma segura

(47)

 el máximo voltaje de polarización inversa que se puede aplicar entre colector y emisor sin entrar en avalancha o VCEO

 la ganancia de corriente beta o hFE,

Estructura de los transistores bipolares

Son dispositivos controlados por corriente. La base es sumamente estrecha en comparación con el emisor y colector, por lo tanto esta poco dopado, en consecuencia tiene una concentración muy baja de portadores. El emisor esta fuertemente dopado y la concentración de portadores mayoritarios supera a la base. El colector es amplio y tiene una alta concentración de portadores minoritarios en comparación con la base, y muy pocos portadores mayoritarios en comparación con el emisor.

.

En el caso de transistor PNP la base no contiene la suficiente cantidad de electrones para combinarse con todos los huecos que pueda suministrar el emisor. Para el NPN la base no contiene la suficiente cantidad de huecos para combinarse con todos los electrones que pueda suministrar el emisor y la mayoría de los electrones atraviesan la base hacia el colector.

En el material del tipo P, la mayor parte del flujo de corriente se debe a los portadores de carga positiva o huecos. El otro material tipo N, la mayor parte de los portadores de carga son electrones.

Un componente bipolar, para su funcionamiento depende de los huecos como de los electrones; siempre que la corriente fluya en un material, hay dos tipos de flujo, el de electrones y el de huecos. En los materiales tipo P, la corriente consiste en un flujo de huecos, aunque existe un pequeño flujo de electrones, en este tipo de material a los huecos se les conoce como portadores mayoritarios y a los electrones portadores minoritarios de carga. En el tipo N los electrones son los portadores mayoritarios y los huecos los portadores minoritarios.

(48)

ELECTRÓNICA V AÑO

Se forman dos regiones de agotamiento cuando las tres secciones están combinadas. Se requiere que una unión se polarice en dirección directa (emisor – base) y la otra en dirección inversa (colector – base). El transistor siempre estará en polarización directa entre base- emisor y siempre en inversa entre base y colector.

Circuitos básico de polarización NPN y práctico

Circuito básico de polarización PNP y práctico

Como resultado de la polarización, en un transistor se producen tres corrientes la de base la emisor y la de colector, debido a que la unión base emisor está polarizada directamente, los portadores mayoritarios de ambas regiones son obligados por el voltaje de fuente a cruzar la unión y combinarse. Para un transistor NPN una parte de los electrones se combinan con los huecos disponibles en la base, provocando una corriente de base pequeña; el resto de los electrones son atraídos hacia el colector por el fuerte voltaje de polarización inversa VCC de la

unión BC; estos electrones cruzan la unión BC y se dirigen hacia el polo positivo de la fuente VCC, creando una corriente de colector IC muy intensa. La corriente de emisor Ie se puede

determinar por Ley de Kirchoff.

Las siguientes generalidades son útiles al analizar el desenvolvimiento cualitativo de los circuitos con transistores.

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a. La primera letra del tipo de transistor indica la polaridad del voltaje del emisor con respecto a la base. Un transistor PNP tiene un voltaje (+) de cc aplicada al emisor. Un transistor NPN un voltaje (-) de cc aplicado al emisor.

b. La segunda letra del tipo de transistor indica la polaridad del colector con respecto a la base. Un transistor PNP tiene un voltaje (-) de cc aplicado al colector. Un transistor NPN tiene un voltaje (+) de cc aplicado al colector.

c. La dirección de la cc en su forma convencional siempre estará en la dirección de la flecha en el emisor según su símbolo esquemático.

d. La unión de base-emisor siempre está polarizada en forma directa. e. La unión de base-colector siempre está polarizada inversamente.

f. Un voltaje de entrada que ayuda (aumenta) a la polarización directa, aumenta las corrientes del emisor y del colector; o lo contrario.

Funcionamiento estático y dinámico del transistor

Un voltaje de señal puede ser por ejemplo el voltaje de corriente alterna que se obtiene de un micrófono cuando se le aplica sonido, pues un transistor tiene como principal propiedad amplificar o agrandar los voltajes de señal, de modo que si aplicamos el voltaje de señal de un micrófono a un transistor, éste puede amplificarlo o agrandarlo.

Aunque el transistor es el dispositivo o componente que amplifica, éste no puede funcionar por sí sólo, un transistor para poder funcionar requiere de otros componentes auxiliares y sobre todo de una energía eléctrica dinámica que constantemente lo esté alimentando. Los componentes auxiliares son las piezas que ya conocemos: resistores, capacitores y bobinas. Mientras tanto, la energía de alimentación puede ser suministrada por una pila, batería o un rectificador cualquiera.