ACT 10 TRABAJO COLABORATIVO NO. 2

DANIEL EDUARDO SANCHEZ

CODIGO: 1.075.229.623

HERNANDO ASMED QUINTERO MOLINA

CODIGO 1075.212.323

TUTOR:

WILMER HERNN GUTIRREZ

CURSO: FISICA ELECTRONICA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TEGNOLOGIA E INGENIERIA ECTBI

PROGRAMA DE INGENIERIA INDUSTRIAL

FLORENCIA 20 DE ABRIL 2014 I

OBJETIVO GENERAL

Poner en prctica los conocimientos adquiridos en el modulo del curso Fsica

Electrnica vistos en la unidad 2 fundamentos de los semiconductores, para dar

solucin a la gua de actividades 2.

Objetivo Especifico.

Aplicar los conocimientos vistos en la unidad 2 fundamentos de los

semiconductores.

Reconocer la estructura atmica de los elementos.

Solucionar los cuestionamientos relacionados con los semiconductores.

Identificar los tipos de materiales tipo N Y P

Simular por medio del programa Electronics Workbench la polaridad de un diodo

comn, la rectificacin de un diodo y ampliacin de un transistor como

amplificador.

Anexar graficas obtenida por medio de pantallazos al trabajo realizado.

Obtener conclusiones de la prctica.

FASE 1

1. Enuncie las principales caractersticas y diferencias existentes entre un

material aislante, un conductor y un semiconductor. De algunos Ejemplos de

cada grupo.

Materiales Conductores:

Son aquellos a travs de los cuales la corriente circula con facilidad y sin

descomponerse. Entre los materiales tenemos todos los metales. Los mejores

conductores son la plata (Ag), el oro (Au) y el cobre (Cu), este ltimo se emplea con

mayor frecuencia por ser econmico. Todo material conductor posee entre uno y tres

electrones en su ltima orbita. A estos electrones se les llama Electrones Libres

porque el tomo los puede perder o robar fcilmente y as permite el flujo de la

corriente.

Materiales Semiconductores

Un semiconductor es un componente que no es directamente u conductor de corriente,

pero tampoco es un aislante. La conduccin de corriente es debida al movimiento de

las cargas negativas. Los semiconductorestienen cuatro electrones en su ltima orbita,

por estar en la mitad del octeto se puede convertir en aislante o en conductor mediante

procedimientos de laboratorio llamados DOPING, el Germanio (Ge) y el silicio (Si) son

los semiconductores de mayor uso.

Materiales Aislantes

Los materiales aislantes no conducen corriente, pero hay que tener en cuenta que NO

existen materiales completamente aislantes, la principal funcin es la de evitar el

contacto entre las diferentes conductores, la mayor de los aislantes tienen una

resistividades muy altas, esto porque no pose electrones libres tienen desde cinco a

ocho electrones en su ltima orbita, y como no cede electrones no permite el flujo de

corriente. El caucho, la porcelana, el plstico, el vidrio, la fibra de vidrio son algunos de

los ejemplos aislantes.

2. Como se obtiene un semiconductor tipo N y uno tipo P? Qu cualidades o

caractersticas adquiere este material con respecto al semiconductor puro?

Semiconductor N

Tanto el semiconductor tipo N como el tipo P se forma mediante la adiccin de un

nmero determinado de tomos o impurezas al germanio o al silicio, el tipo N se crea a

travs de la introduccin de elementos de impureza que poseen cinco electrones de

valencia (pentavalentes). A las impurezas difundidas con cinco electrones de valencia

se les llama tomos donadores.

Un semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, aadiendo

un cierto tipo de tomo al semiconductor para poder aumentar el nmero de portadores

de cargas libres (en este caso negativo o electrones), cuando el material dopante es

aadido, este aporta sus electrones ms dbilmente vinculados a los tomos del

semiconductor, Este tipo de agente dopante es tambin conocido como material

donante ya que da algunos de sus electrones.

El propsito del dopaje tipo N es el de producir abundancia de electrones portadores en

el material. Un ejemplo en el caso del silicio (Si). Los tomos tienen una valencia de

cuatro (4), por lo que se forma un enlace covalente con cada uno de los tomos de

silicio adyacentes. Si un tomo con cinco electrones de valencia, tales como los del

grupo VA de la tabla peridica (ejemplo: fosforo (P), arsnico (As) o antimonio (Sb)), se

incorpora a la red cristalina en el lugar de un tomo de silicio, entonces ese tomo

tendr cuatro enlaces covalentes y un electrn no enlazado. Este electrn extra da

como resultado la formacin de electrones libres, el nmero de electrones en el

material supera ampliamente el nmero de huecos, en ese caso los electrones son los

portadores mayoritarios y los huecos son los portadores minoritarios.

A causa de que los tomos con cinco electrones de valencia tienen un electrn extra

que dar, son llamados tomos donadores. Ntese que cada electrn libre en el

semiconductor nunca est lejos de un ion dopante positivo inmvil y el material dopado

tipo N generalmente tiene una carga elctrica neta final de cero

En cuanto a la conductividad del material, esta aumenta de una forma muy elevada, por

ejemplo; introduciendo solo un tomo donador por cada 100 tomos de silicio, la

conductividad es 24100 veces mayor que la del silicio puro.

Semiconductor P

Un semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, aadiendo

un cierto tipo de tomo al semiconductor para poder aumentar el nmero de portadores

de carga libre (en este caso positivos).

Cuando el material dopante es aadido, este libera los electrones ms dbilmente

vinculados de los tomos del semiconductor que ha perdido un electrn son conocidos

como huecos.

El propsito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos. En el caso del

silicio un tomo tetravalente (tpicamente del grupo IVA de la tabla peridica) de los

tomos vecinos se le une completando sus cuatro enlaces. As los dopantes crean los

huecos. Cada hueco est asociado con un ion cercano cargado negativamente, por lo

que el semiconductor se mantiene elctricamente neutro en general. No obstante,

cuando cada hueco se ha desplazado por la red, un protn del tomo situado en la

posicin del hueco se ve expuesto y en breve se ve equilibrado por un electrn, Por

esta razn un hueco se comporta como una cierta carga positiva. Cunado un nmero

suficiente de aceptadores son aadidos, los huecos superan ampliamente la excitacin

trmica de los electrones. As, los huecos son los portadores mayoritarios, mientas que

los electrones son los portadores minoritarios en los materiales de tipo P. Los diamante

azules son semiconductores de tipo P que se producen de forma natural.

3. Consulte sobre otros tipos de diodos, diferentes al rectificador, el LED, el zener

y el fotodiodo.

Diodo Schottky

Tambin denominado diodo de recuperacin rpida o de portadores calientes, estn

hechos de silicio y se caracterizan por posees un cada de voltaje directa (VF) muy

pequea, del orden de 0,25V o menos, y ser muy rpidos. Se utilizan en fuentes de

potencia de conmutacin o suicheo, en sistemas digitales y en equipos de alta

frecuencia.

Diodo Varicap

Tambin llamados varactores o diodos de sintona, trabajan polarizaos inversamente y

actan como condensadores variables controlados por voltaje, Esta caracterstica los

hace muy tiles como elementos de sintona en receptores de radio y televisin. Son

tambin muy utilizados en osciladores, multiplicadores, amplificadores, generadores de

FM y otros circuitos de alta frecuencia.

Diodo Laser

Tambin llamados lseres de inyeccin p ILD son diodos LED que emiten una luz

monocromtica, generalmente roja o infrarroja, fuertemente concentrada, enfocada,

coherente y potente. Son muy utilizado en computadores y sistemas de audio y video

para leer los CD que contiene datos, msica, pelicular, etc.

Diodo Tnel

Tambin denominados diodos Esaki, se caracterizan por poseer una zona de

agotamiento extremadamente delgada y tener un su curva V-I una regin de resistencia

negativa, donde la corriente disminuye a medida que aumenta el voltaje. Esta ltima

propiedad los hace tiles como detectores, amplificadores, osciladores, multiplicadores,

interruptores, etc., en tareas de alta frecuencia.

4. Cules son las principales caractersticas y diferencias existentes entre un

transistor NPN y uno PNP.

Caractersticas:

Son de componentes semiconductores que tienen tres terminales. (Base, emisor

y colector.)

Es la unin de semiconductores

Un material P por 2 N

Un material N por 2 P

Encapsulados o variados

Se encuentra de potencia pequea, media baja, media alta, muy alta.

Puede trabajar como amplificador o interruptor.

Diferencias:

La diferencia entre que hay entre un transistor NPN a PNP, radica en la polaridad

de sus electrodos.

5. Cul es la importancia de los elementos semiconductores en el actual

desarrollo tecnolgico?

La importancia que los semiconductores en el actual desarrollo de la tecnologa actual

es bastante grande, pues con ellos ha evolucionado la electrnica de lo analgico a lo

digital, de lo grande de sus componentes a lo pequeo, pues las bases que ayudaron a

crear el diodo ya estn brindando nuevos conocimientos a la nano-electrnica; pues el

hombre quiere reducir al mximo sus inventos a punto de crear cosas tan pequeas

como un nano-transistor, que dar nuevos diseos a la estructura de los aparatos

electrnicos en un futuro no muy cercanos, el cual los aprovecharan nuestros hijos,

pues desde un punto de vista en una recta del tiempo si para nuestra poca del siglo

XXI los semiconductores han revolucionado la forma de cambiar la electrnica, no sera

de imaginar lo que ms adelante vendr para nuestros hijos.

FASE 2

Simulacin de Circuitos Electrnicos: realice la simulacin de los siguientes circuitos

y analice los resultados obtenidos.

1. Polarizacin del Diodo Comn. Construya los siguientes circuitos y realice su

simulacin por medio del software Workbench. Explique lo sucedido.

Sustentacin de esta prctica:

A esta polarizacin de un diodo comn se le denomina Diodo polarizado en directa,

ya que el extremo de la polaridad positiva de la batera de 12 v est conectado al nodo

del diodo, esto produce un flujo de cargas elctricas, creando una corriente de

electrones a travs del dispositivo actuando como un circuito cerrado. Cuando esto

sucede el diodo permite libremente el flujo de corriente elctrica a travs del circuito que

se trabaja; debido a ello se genera una incandescencia roja en la sonda, donde nos

advierte que el diodo est actuando correctamente.

Sustentacin de esta prctica:

A esta polarizacin de un diodo comn se le denomina Diodo polarizado en inversa,

ya que el extremo de la polaridad positiva de la batera de 12 v est conectado al

ctodo del diodo, esto produce que los electrones negativos que estn en la regin N

del diodo se atraigan con los electrones positivos de la batera, esto provoca en la zona

centro del diodo o barrera una zona de no conduccin o intercambio de electrones; por

tanto no hay corriente elctrica, actuando como un aislador o circuito abierto. Debido a

ello no se genera una incandescencia roja en la sonda, donde nos advierte que el diodo

no est actuando correctamente.

2. Aplicacin del Diodo como Rectificador. Construya los siguientes circuitos y

realice su simulacin por medio del software Workbench. Anexe al informe las grficas

obtenidas en el osciloscopio. Compare la seal de entrada con la seal de salida.

Explique lo sucedido.

a) Rectificador de Media Onda

Rta/ Grafica obtenida del osciloscopio.

Seal de entrada:

Anlisis de la grafica y sustentacin de la prctica seal de entrada al diodo:

Se puede evidenciar en caso la corriente elctrica altera est entrando al diodo, pues el

osciloscopio nos permite ver su seal resultante en forma sinosoidal. Pues la corriente

alterna cambia peridicamente su direccin y forma, los electrones en el conductor se

desplazan hacia adelante y hacia atrs.

Seal de entrada:

Anlisis de la grafica y sustentacin de la prctica seal de salida al diodo:

Se puede evidenciar que en el sentido de flujo de corriente de nodo a ctodo, solo

puede pasar la corriente de positivo a negativo, mas cuando es negativo trabajaba

como circuito abierto; As mismo en este caso la seal de salida de la practica en el

osciloscopio resultante es una seal de corriente continua pulsante o directa, ya que

los ciclos negativos de la onda senosoidal estn eliminados, funcin que fue realizada

por el diodo.

b) Rectificador de Onda Completa con Puente de Greatz

Anlisis de la grafica y sustentacin de la prctica seal de salida del rectificador de onda completa con puente de Greatz Estos rectificadores estn formados por cuatro diodos que forman un puente entre la entrada y la salida. Estos diodos estn conectados en paralelo con la sea de entrada, y no tienen ninguna toma central como ocurra en los de onda completa, segn podemos observar en la figura siguiente. Si el ciclo de tensin de la corriente alterna es el positivo circula corriente por los diodos 1 y 2, obteniendo en la salida una tensin igual que la de entrada. Si el ciclo de entrada es negativo circula corriente por los dios 3 y 4, y obtenemos a la salida una tensin igual en amplitud que la de entrada pero positiva en vez de negativa. Por tanto, en cada ciclo estamos obteniendo en la salida una tensin de corriente continua positiva y de igual amplitud que la de la entrada. Con estos rectificadores aprovechamos toda la tensin de entrada y conseguimos una rectificacin de onda completa, aunque su precio es un poco elevado

3. Aplicacin del Transistor como Amplificador. Construya el siguiente circuito y realice

su simulacin por medio del software Workbench. Anexe al informe las grficas

obtenidas en el osciloscopio. Compare la seal de entrada con la seal de salida.

Explique lo sucedido

Osebaciones: La seal de entrada se distingue por el color azul y la seal de salida por

el color rojo.

En este caso se registran en el ocsiloscopio la seal de entrada como la de salida con

sus respectivos colores como acbe de mensionar anteriormente.

SEAL DE ENTRADA EN EL OCSILOSCOPIO EN COLOR VERDE:

Anlisis de la grafica y sustentacin de la prctica seal de entrada:

Inicialmente se conecta la entrada del osciloscopio, en el circuito aportado por la

gua. Se identifica con color verde para mejorar la apreciacin y ser mas didctico

a la hora de interpretar su grafica. En este caso el osciloscopio nos registra una

seal alterna de corriente en color verde.

SEAL DE SALIDA EN EL OCSILOSCOPIO EN COLOR ROJO:

Anlisis de grafica y sustentacin de la prctica seal de salida:

Inicialmente se conecta a la salida del osciloscopio al circuito el cual estamos

analizando aportado por la gua en color rojo; En este caso el osciloscopio nos

registra una seal alterna amplificada y desfasada en 180 (Indefinidamente) con

respecto a la seal de entrada. Para nuestro caso la seal de entrada es de 2mVp

y la seal de salida aprox de 120 mVp, como lo registra el osciloscopio.

CONCLUSIONES

Con el desarrollo de la actividad ampliamos nuestros conocimientos que adquirimos con la informacin del mdulo y la consultada en otras fuentes, donde describimos las caractersticas y diferencias de los conductores, semiconductores y aislantes.

Asi mismo al reconocer la estructura atmica de los elementos qumicos de la tabla peridica, en este caso para el silicio y germanio en sus electrones de valencia, se genero las bases para poder entender el gran funcionamiento de los semiconductores.

Paralelo a ello, los cuestionamientos relacionados en la gua de actividades con respecto a los semiconductores, nos brindo un punto de partida para entender el gran mundo de los semiconductores, en este caso el ms importante, el diodo.

Se determina como se obtiene los diferentes semiconductores (Tipo P y N), mediante el dopaje del material que lo compone (Germanio o Silicio).

El simular por medio de Electronics Workbench la polaridad al que se somete un diodo correcta o inversamente nos otorga una mayor aclaracin acerca de la funcin a que es sometido un diodo comn; como tambin se les dio su respectivo anlisis a las graficas obtenidas atreves del osciloscopio

Para finalizar se observa que la aplicabilidad de los semiconductores en la

rectificacin de seales, diferencias y su utilidad, se utilizaran para la tecnologa

futura que se aproxima en cuanto a nano electrnica.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Forofrio. (2012). Foro frio es un punto de encuentro para frigoristas. Recuperado de:

http://www.youtube.com/watch?v=MhlPBzNkDeg.

Transistores.(2014)..Recuperadode:.http://platea.pntic.mec.es/~jalons3/SEMICON/htm/

npnpnp.htm