Dispositivos Semiconductores

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1 Dispositivos Semiconductores
Fundamentos de Electricidad y Electrónica Corriente y Voltaje Energía y Potencia Resistencias Divisor de Voltaje Materiales Eléctricos Corriente Alterna Condensador Análisis de Carga y Descarga RC Diodos Transistores Amplificadores Operacionales Elementos Lineales o Pasivos : Hay una relación proporcional entre algunas variables eléctricas (V= RI; Q=CV) Ejemplos: R y C. Elementos No lineales o Activos: El dispositivo no tiene un comportamiento lineal. Permiten tener comportamientos interesantes de la corriente y voltaje. En general están hechas en base a materiales semiconductores. Ej: Diodo, Transistores, Amplificadores Operacionales. SD20A – Electrotecnologías para el Siglo XXI

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Diodos Fundamentos de Electricidad y Electrónica Corriente y Voltaje Energía y Potencia Resistencias Divisor de Voltaje Materiales Eléctricos Corriente Alterna Condensador Análisis de Carga y Descarga RC Diodos Transistores Amplificadores Operacionales Elemento No lineal Conduce corriente en la dirección de la flecha Curva Característica: + – VD ID VD ID Curva Real Curva Idealizada Voltaje de Polarización SD20A – Electrotecnologías para el Siglo XXI

3 Circuito Rectificador
Fundamentos de Electricidad y Electrónica Corriente y Voltaje Energía y Potencia Resistencias Divisor de Voltaje Materiales Eléctricos Corriente Alterna Condensador Análisis de Carga y Descarga RC Diodos Transistores Amplificadores Operacionales Permite convertir corriente alterna en corriente continua. Ej: Rectificador de Media Onda V VCarga  RCarga t SD20A – Electrotecnologías para el Siglo XXI

4 Circuito Rectificador
Fundamentos de Electricidad y Electrónica Corriente y Voltaje Energía y Potencia Resistencias Divisor de Voltaje Materiales Eléctricos Corriente Alterna Condensador Análisis de Carga y Descarga RC Diodos Transistores Amplificadores Operacionales Aplicación: Circuito Rectificador Ej: Rectificador de Onda Completa  RCarga V t Vcarga SD20A – Electrotecnologías para el Siglo XXI

5 Puente Rectificador de Onda Completa
Fuente de Voltaje Fundamentos de Electricidad y Electrónica Corriente y Voltaje Energía y Potencia Resistencias Divisor de Voltaje Materiales Eléctricos Corriente Alterna Condensador Análisis de Carga y Descarga RC Diodos Transistores Amplificadores Operacionales Es una aplicación del Circuito Rectificador de Onda Completa: V t  R Puente Rectificador de Onda Completa C + – Vcarga SD20A – Electrotecnologías para el Siglo XXI

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Diodo Zener Fundamentos de Electricidad y Electrónica Corriente y Voltaje Energía y Potencia Resistencias Divisor de Voltaje Materiales Eléctricos Corriente Alterna Condensador Análisis de Carga y Descarga RC Diodos Transistores Amplificadores Operacionales + – VD ID Diodo Zener: Tipo especial de diodo que conduce en ambas direcciones, pero siempre con una carcacterística no lineal. VD ID Curva Real Curva Idealizada Voltaje de Polarización Voltaje de quiebre del Zener SD20A – Electrotecnologías para el Siglo XXI

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LED Fundamentos de Electricidad y Electrónica Corriente y Voltaje Energía y Potencia Resistencias Divisor de Voltaje Materiales Eléctricos Corriente Alterna Condensador Análisis de Carga y Descarga RC Diodos Transistores Amplificadores Operacionales Diodo Led: Tipo especial de diodo que con una curva característica similar a la de los diodos tradicionales. Su principal característica es que cuando conduce emite luz (efecto fotoeléctrico). + – VD ID SD20A – Electrotecnologías para el Siglo XXI

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Transistores Fundamentos de Electricidad y Electrónica Corriente y Voltaje Energía y Potencia Resistencias Divisor de Voltaje Materiales Eléctricos Corriente Alterna Condensador Análisis de Carga y Descarga RC Diodos Transistores Amplificadores Operacionales Inventado en 1950 en los laboratorios Bell (USA). Su nombre se deriva de “transfer resistor”, primera denominación que recibieron. Su principal característica es que permiten amplificar voltaje o corriente. Antes esta labor podía ser realizada solamente mediante tubos al vacío. Los transistores se encuentran hoy en día en forma “discreta” o formando parte de todo circuito integrado existente. SD20A – Electrotecnologías para el Siglo XXI

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Transistores Fundamentos de Electricidad y Electrónica Corriente y Voltaje Energía y Potencia Resistencias Divisor de Voltaje Materiales Eléctricos Corriente Alterna Condensador Análisis de Carga y Descarga RC Diodos Transistores Amplificadores Operacionales En este último caso su tamaño es de sólo algunos micrómetros, de tal forma que millones de ellos pueden ser incluidos al interior de un circuito integrado, no más grande que una estampilla. Los transistores están formados por 3 regiones dopadas de tipo p y n. Existen 2 configuraciones posibles pnp y npn. SD20A – Electrotecnologías para el Siglo XXI

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Estructura Fundamentos de Electricidad y Electrónica Corriente y Voltaje Energía y Potencia Resistencias Divisor de Voltaje Materiales Eléctricos Corriente Alterna Condensador Análisis de Carga y Descarga RC Diodos Transistores Amplificadores Operacionales Cada una de las regiones posee un contacto. Estos se denominan base, emisor y colector. A continuación se muestra un diagrama equivalente hidráulico de su funcionamiento. SD20A – Electrotecnologías para el Siglo XXI

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Modelo Hidráulico Fundamentos de Electricidad y Electrónica Corriente y Voltaje Energía y Potencia Resistencias Divisor de Voltaje Materiales Eléctricos Corriente Alterna Condensador Análisis de Carga y Descarga RC Diodos Transistores Amplificadores Operacionales La principal característica del transistor es que el flujo de una pequeña corriente desde la base al emisor, permite controlar una corriente mucho más grande desde el colector al emisor. SD20A – Electrotecnologías para el Siglo XXI

12 Aplicación: Amplificador
Fundamentos de Electricidad y Electrónica Corriente y Voltaje Energía y Potencia Resistencias Divisor de Voltaje Materiales Eléctricos Corriente Alterna Condensador Análisis de Carga y Descarga RC Diodos Transistores Amplificadores Operacionales Para que el transistor pueda amplificar señales, debe estar “polarizado”. Esto implica que debe estar funcionando en algún punto de operación. Para que opere deben ser proveídos voltajes de encendido (turn-on) de tal forma que la corriente pueda fluir desde o hacia la base. A continuación se muestra la configuración básica de un amplificador construido mediante transistores. SD20A – Electrotecnologías para el Siglo XXI

13 Aplicación: Amplificador
Fundamentos de Electricidad y Electrónica Corriente y Voltaje Energía y Potencia Resistencias Divisor de Voltaje Materiales Eléctricos Corriente Alterna Condensador Análisis de Carga y Descarga RC Diodos Transistores Amplificadores Operacionales SD20A – Electrotecnologías para el Siglo XXI

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Funcionamiento Fundamentos de Electricidad y Electrónica Corriente y Voltaje Energía y Potencia Resistencias Divisor de Voltaje Materiales Eléctricos Corriente Alterna Condensador Análisis de Carga y Descarga RC Diodos Transistores Amplificadores Operacionales La base y el emisor funcionan como un diodo pn de silicio. Luego el voltaje base emisor VBE: La corriente en el colector (IC) es un múltiplo de la corriente en la base (IB), que depende de la ganancia del transistor . Esta ganancia es una característica estructural del transistor, que tiene valores típicos de entre 50 y 200. SD20A – Electrotecnologías para el Siglo XXI

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Funcionamiento Fundamentos de Electricidad y Electrónica Corriente y Voltaje Energía y Potencia Resistencias Divisor de Voltaje Materiales Eléctricos Corriente Alterna Condensador Análisis de Carga y Descarga RC Diodos Transistores Amplificadores Operacionales Al aplicar ley de Kirchhoff de la corriente se obtiene: Los condensadores C1 y C2 bloquean la corriente continua y dejan pasar la alterna, la cual se desea amplificar. C1 y C2 se denominan condensadores de acoplamiento. SD20A – Electrotecnologías para el Siglo XXI

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Funcionamiento Fundamentos de Electricidad y Electrónica Corriente y Voltaje Energía y Potencia Resistencias Divisor de Voltaje Materiales Eléctricos Corriente Alterna Condensador Análisis de Carga y Descarga RC Diodos Transistores Amplificadores Operacionales Considerando que la corriente en la base es mucho más chica que la corriente en R2 : El voltaje en R2 se puede calcular en forma exacta aplicando las leyes de Kirchhoff del voltaje y la corriente. SD20A – Electrotecnologías para el Siglo XXI

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Funcionamiento Fundamentos de Electricidad y Electrónica Corriente y Voltaje Energía y Potencia Resistencias Divisor de Voltaje Materiales Eléctricos Corriente Alterna Condensador Análisis de Carga y Descarga RC Diodos Transistores Amplificadores Operacionales La característica de amplificación del transistor viene dada por su curva característica: SD20A – Electrotecnologías para el Siglo XXI