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Semiconductores

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Semiconductores

  1. 1. Ministerio de EducaciónColegio: Instituto profesional y técnico deDavid.Electrónica AplicadaNombre De Trabajo: Los semiconductoresNombre Del Estudiante: Milciades PatiñoGrupo: XII°E ElectricidadProfesor Cesar Augusto Serracín Cano
  2. 2. Índice:Introducción¿Cuáles son los elementos de los semiconductores químicos?¿En que se basa sus funcionamientos de los elementos semiconductoresquímicos?¿Qué Dispositivos eléctricos basan su funcionamiento en estos elementosquímicos?¿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.ConclusiónBibliografía
  3. 3. 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 vamosa empezar nuestro estudio examinando las propiedades físicas de dichos elementos.Estudiaremos las características de los materiales que nos permiten distinguir unsemiconductor de un aislante y de un conductor. Veremos, además, el dopado de unsemiconductor con impurezas para controlar su funcionamiento.El estudio anterior puede abordarse desde dos puntos de vista:  Basándonos en laestructura cristalina de los semiconductores y, más concretamente, en el enlacecovalente. Desde el punto de vista energético, es decir, a través del modelo de las bandasde energía.En este capítulo se abordarán ambos puntos de vista.
  4. 4. ¿Cuáles son los elementos de los semiconductores químicos?Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como aislantedependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, lapresión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Loselementos 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 idénticocomportamiento presentan las combinaciones deelementos de los grupos 12 y 13 con los de los grupos14 y 15 respectivamente (GaAs, PIn, AsGaAl, TeCd,SeCd y SCd). Posteriormente se ha comenzado aemplear también el azufre. La característica común atodos ellos es que son tetravalentes, teniendo el siliciouna configuración electrónica s²p².¿En que se basa el funcionamiento de los elementos semiconductores químicos?Bueno, los semiconductores están hechos principalmente desilicio. Los semiconductores son capaces conducir corriente ya la vez de no conducir (por eso el nombre "semi" conductor).A temperaturas normales no conducen electricidad, pero si seaumenta la temperatura un poco, pues conducirán. Tambiénse puede lograr que conduzcan electricidad por medio de unmétodo 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”, mientrasque los "N" provocan un exceso de carga negativa.
  5. 5. ¿Qué dispositivo eléctrico basa su funcionamiento?El dispositivo semiconductor mas simple es el diodo. Como se muestra en la figura 1.1 abajo ala 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 materialestales como el germanio y el arseniato de galio, pero su forma de operar es esencialmente lamisma.Un diodo semiconductor es básicamente un interruptor controlado eléctricamente. Comoejemplo considere el diodo de silicio mostrado en la figura 1.1. La parte operacional del diodoes 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 circularlas cargas eléctricas en una dirección pero impide el pasoen dirección contraria. La dirección de conducción esaquella cuando el ánodo es mas positivo que el cátodo yse sobrepasa el umbral de voltaje de alrededor de 0.7voltios de esta forma se establece la corriente.En la dirección inversa el cátodo es mas positivo que elánodo es decir la corriente está tratando de circular ensentido contrario lo que no es permitido por el diodo. Demanera que podemos resumir el diodo como una formaautomática de interruptor, cuando la corriente está en el sentido de la conducción esta sepermite, en sentido contrario se impide.La permutación ocurre en respuesta a señales eléctricas (el voltaje a que está sometido eldiodo) y ocurre a muy alta velocidad. El proceso de permitir el paso de la corriente en unadirección e impedirla en la otra se denomina rectificación. Algunos diodos pueden rectificarcorrientes en el orden de los miles de millones de hertz, lo que significa miles de millones deciclos por segundo.
  6. 6. ¿Qué es una resistencia no lineal?Estas resistencias se caracterizan porque su valor óhmico, que varía de forma no lineal, esfunción de distintas magnitudes físicas como puede ser la temperatura, tensión, luz, camposmagnéticos, 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 latemperatura.-Varistores o resistencias VDR. En ellas la resistencia esfunción de la tensión.-Fotoresistencias o resistencias LDR. En estas últimas la resistencia es funciónde la luz.TERMISTORESEn estas resistencias, cuyo valor óhmico cambia con la temperatura, además de lascaracterísticas 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 temperaturaambiente de 25ºC:Auto calentamiento: este fenómeno produce cambios en el valor de la resistencia al pasaruna corriente eléctrica a su través. Hemos de tener en cuenta que también se puede producirpor 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
  7. 7. Esta resistencia se caracteriza por su disminución del valor resistivo a medida que aumenta latemperatura, 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 entresus aplicaciones: regulación, compensación y medidas de temperaturas, estabilización detensión, alarmas, etc.RESISTENCIAS PTCEstas, s diferencia de las anteriores, tiene un coeficiente de temperatura positivo, de formaque su resistencia aumentará como consecuencia del aumento de la temperatura (aunqueesto sólo se da en un margen de temperaturas).VARISTORESEstos dispositivos (también llamados VDR) experimentan una disminución en su valor deresistencia a medida que aumenta la tensión aplicada en sus extremos. A diferencia de lo queocurre con las NTC y PTC la variación se produce de una forma instantánea.Las aplicaciones más importantes de este componente se encuentran en: protección contrasobretensiones, regulación de tensión y supresión de transitorios.FOTORESISTENCIASEstas resistencias, también conocidas como LDR, se caracterizan por su disminución deresistencia a medida que aumenta la luz que incide sobre ellas.Las principales aplicaciones de estos componentes: controles de iluminación, control decircuitos con relés, en alarmas, etc...
  8. 8. ¿Qué es un diodo y cuáles son sus partes?Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de lacorriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este término generalmente se usa parareferirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza decristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (queactualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío condos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo.De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: pordebajo de cierta diferencia de potencial, se comporta comoun circuito abierto (no conduce), y por encima de ella comoun circuito cerrado con una resistencia eléctrica muypequeña. Debido a este comportamiento, se les sueledenominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces desuprimir la parte negativa de cualquier señal, como pasoinicial para convertir una corriente alterna en corrientecontinua. Su principio de funcionamiento está basado en losexperimentos de Lee De Forest.¿Qué es un transistor?El transistor es un dispositivo electrónicosemiconductor que cumple funciones deamplificador, oscilador, conmutador orectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transferresistor («resistencia de transferencia»). Actualmente se encuentranprácticamente 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.
  9. 9. El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partesdopadas artificialmente (contaminadas con materiales específicos encantidades específicas) que forman dos uniones bipolares, el emisorque emite portadores, el colector que los recibe o recolecta y latercera, que está intercalada entre las dos primeras, modula el pasode dichos portadores (base). A diferencia de las válvulas, el transistores un dispositivo controlado por corriente y del que se obtienecorriente amplificada. En el diseño de circuitos a los transistores seles considera un elemento activo, a diferencia de los resistores,condensadores e inductores que son elementos pasivos. Sufuncionamiento 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 desdeuna 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 entrecorriente de base y corriente de colector, se denomina Beta del transistor. Otros parámetrosa tener en cuenta y que son particulares de cada tipo de transistor son: Tensiones de rupturade 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 comocorriente de base, tensión Colector Emisor, tensión Base Emisor, corriente de Emisor, etc. Lostres tipos de esquemas básicos para utilización analógica de los transistores son emisorcomún, 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" paramodular la corriente de emisor o colector, sino la tensión presente en el terminal de puerta oreja 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 funciónamplificada de la Tensión presente entre la Puerta (Gate) y Fuente (Source). Sufuncionamiento es análogo al del tríodo, con la salvedad que en el tríodo los equivalentes aPuerta, Drenado y Fuente son Reja, Placa y Cátodo.
  10. 10. ¿Cómo se verifica un diodo transistor?Como probar un diodoDeterminar si un diodo está en buen estado o no esmuy importante en el trabajo de un técnico enelectrónica, pues esto le permitirá poner a funcionarcorrectamente 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, esindispensable saber en que estado se encuentran los componentes que utiliza.Hoy en día existen multímetros (VOM) digitales que permiten probar con mucha facilidad undiodo, 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 conun multímetro analógico (el que tiene una aguja).Para empezar, se coloca el selector para medir resistencias (ohmios / ohms), sin importar demomento 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 lafranja) 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 elproceso 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" ydeba 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, peroahora en sentido opuesto a la flecha de éste.- Si la resistencia leída es muy alta, esto nos indica que el diodo se comporta como seesperaba, 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" ydeba ser reemplazado.
  11. 11. 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 transistorPara probar transistores bipolares hay que analizar uncircuito equivalente de éste, en el que se puedeutilizar lo aprendido al probar diodos. Ver la figura.Se ve que los circuitos equivalentes de los transistores bipolares NPN y PNP estáncompuestos 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 seguiren el transistor NPN y PNP son opuestos.Al igual que con el diodo, si uno de estos "diodos del equivalente del transistor" no funcionancomo se espera hay que cambiar el transistor.Nota: Aunque este método es muy confiable (99% de los casos), hay casos en que, por lascaracterísticas del diodo o el transistor, esto no se cumple. Para efectos prácticos se sugieretomarlo como confiable en un 100%.
  12. 12. ConclusiónDe este tema aprendí sobre los semiconductores, de cómo funciona, como se configura ycuáles 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 delos circuitos electrónicos. Se puede comentar que con el invento de estos dispositivos handado un giro enorme a nuestras vidas, ya que en casi todos los aparatos electrónicos seencuentran presentes. Se conocieron los distintos tipos de transistores, así como su aspectofísico, su estructura básica y las simbologías utilizadas, pudiendo concluir que todos sondistintosyque por necesidades del hombre se fueron ideando nuevas formas o nuevos tiposde transistores. Además de todos esto, ahora si podremos comprobar o hacer la prueba delos transistores para conocer si se encuentra en buenas condiciones para su uso.
  13. 13. Bibliografíahttp://www.unicrom.com/tut_como_probar_diodo_transistor.asphttp://guia.mercadolibre.com.mx/que-es-un-transistor-cual-funcion-y-hecho-45906-VGPhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transistorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Diodohttp://pendientedemigracion.ucm.es/info/electron/laboratorio/componentes/codigos/resisno.htmhttp://www.sabelotodo.org/electrotecnia/dispossemicond.html

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