RECOPILACION DE TRABAJOS semiconductores diodos transistores

7/23/2019 RECOPILACION DE TRABAJOS semiconductores diodos transistores

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INSTITUTO TECNOLGICO DE PUEBLA

CIRCUITOS ANALOGICOS Y DIGITALES

TRABAJOS DE INVESTIGACION

CATEDRTICO:

ING. HECTOR ROCHA PEA

ALUMNA:

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ING. MECANICA


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VARGAS SANCHEZ MA. GUADALUPE

CONTENIDO

TEMA 1.-

SEMICONDUCTORES (DIODOS). . . . . PAG. 3 -13

TEMA 2.-

TRANSISTORES. . . . . . . . . . . . . .PAG. 14 - 23

TEMA 3.-

TIRISTORES. . . . . . . . . . . . . . .PAG. 24 -35

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SEMICONDUCTORESUn semiconductor es un elemento material cuya conductividad elctrica puede

considerarse situada entre las de un aislante y la de un conductor, considerados en ordencreciente

Como todos los dems tomos, el tomo de silicio tiene tantas cargas positivas en elncleo, como electrones en las rbitas que le rodean. (En el caso del silicio este nmeroes de 14). El inters del semiconductor se centra en su capacidad de dar lugar a la

aparicin de una corriente, es decir, que haya un movimiento de electrones. Un electrnse siente ms ligado al ncleo cuanto mayor sea su cercana entre ambos. Por tanto loselectrones que tienen menor fuerza de atraccin por parte del ncleo y pueden serliberados de la misma, son los electrones que se encuentran en las rbitas exteriores(figura 2). Estos electrones pueden, segn lo dicho anteriormente, quedar libres alinyectarles una pequea energa.

Modelo completo del tomo de silicio y orbital exterior

SEMICONDUCTORES

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Si los conductores son materiales que disponen de electrones libres y los aislantescarecen de ellos, los semiconductores se encuentran en una situacin intermedia: a latemperatura de 0 K se comportan como aislantes, pero mediante una aportacin deenerga puede modificarse esta situacin, adquiriendo un comportamiento ms cercano alde los conductores.

El ms empleado actualmente es el silicio.

Entre los semiconductores comunes se encuentran elementos qumicos y compuestos,como el silicio, el germanio, el selenio, el arseniuro de galio, el seleniuro de cinc y eltelururo de plomo. Donde el ms empleado actualmente es el silicio.

Para incrementar el nivel de la conductividad se provocan cambios de temperatura,de la luz o se integran impurezas en su estructura molecular.

Estos cambios originan un aumento del nmero de electrones liberados (o bienhuecos) conductores que transportan la energa elctrica. El campo elctricoaplicado ejerce tambin una fuerza sobre los electrones asociados a los enlacescovalentes. Esa fuerza puede provocar que un electrn perteneciente a un enlacecercano a la posicin del hueco salte a ese espacio. As, el hueco se desplaza unaposicin en el sentido del campo elctrico. Si este fenmeno se repite, el huecocontinuar desplazndose. Aunque este movimiento se produce por los saltos deelectrones, podemos suponer que es el hueco el que se est moviendo por losenlaces.

La carga neta del hueco vacante es positiva y por lo tanto, se puede pensar en el huecocomo una carga positiva movindose en la direccin del campo elctrico. Obsrvese quelos electrones individuales de enlace que se involucran en el llenado de los espaciosvacantes por la propagacin del hueco, no muestran movimiento continuo a gran escala.Cada uno de estos electrones se mueve nicamente una vez durante el procesomigratorio. En contraste, un electrn libre se mueve de forma continua en la direccinopuesta al campo elctrico.

Anlogamente al caso de los electrones libres, la densidad de corriente de huecos viene

dada por:

Jh = hp (qE)

En donde:

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Jh = Densidad de corriente de huecos h = Movilidad de los huecos en el material p = Concentracin de huecos q = Carga elctrica del hueco: igual y de signo opuesto a la del electrn E = Campo elctrico aplicado

La movilidad h es caracterstica del material, y est relacionada con la capacidad demovimiento del hueco a travs de los enlaces de la red cristalina. La "facilidad" dedesplazamiento de los huecos es inferior a la de los electrones.

Consideremos ahora el caso de un semiconductor que disponga de huecos y electrones, alque sometemos a la accin de un campo elctrico. Hemos visto cmo los electrones semovern en el sentido opuesta a la del campo elctrico, mientras que los huecos lo harnen segn el campo. El resultado es un flujo neto de cargas positivas en el sentido indicadopor el campo, o bien un flujo neto de cargas negativas en sentido contrario. En definitiva,se mire por donde se mire, la densidad de corriente global es la suma de las densidadesde corriente de electrones y de huecos:

J = Jh + Je = hp(qE) + en(qE)

Los cuatro electrones de valencia (o electrones exteriores) de un tomo estn enparejas y son compartidos por otros tomos para formar un enlace covalente quemantiene al cristal unido.

Para producir electrones de conduccin, se utiliza energa adicional en forma de luzo de calor (se maneja como temperatura), que excita los electrones de valencia yprovoca su liberacin de los enlaces, de manera que pueden transportar su propiaenerga.

Cada electrn de valencia que se desprende de su enlace covalente deja detrs de sun hueco, o dicho en otra forma, deja a su tomo padre con un electrn de menos, loque significa entonces que en ese tomo existir unprotn de ms.

Las deficiencias o huecosque quedan contribuyen al flujo de la electricidad (se diceque estos huecos transportan carga positiva). ste es el origen fsico del incremento

de la conductividad elctrica de los semiconductores a causa de la temperatura.Los cristales semiconductores de dividen en intrnsecos y extrnsecos. Un cristalintrnseco es aqul que se encuentra puro (aunque no existe prcticamente un cristal100% puro); es decir, no contiene impurezas; mientras que un cristal extrnseco es aqulque ha sido impurificado con tomos de otra sustancia. Al proceso de impurificacinse lellama tambin dopado, y se utiliza para obtener electrones libres que sean capaces de

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transportar la energa elctrica a otros puntos del cristal. En un semiconductorintrnseco las concentraciones de huecos y de electrones pueden alterarse mediante laadicin de pequeas cantidades de elementos llamados impurezas o dopantes, a lacomposicin cristalina. Como vemos, es esta caracterstica de los semiconductores la quepermite la existencia de circuitos electrnicos integrados.

Si la introduccin de impurezas se realiza de manera controlada pueden modificarse laspropiedades elctricas en zonas determinadas del material. As, se habla de dopado tipoP N (en su caso, de silicio P N) segn se introduzcan huecos o electronesrespectivamente.

Centrmonos ahora en el silicio tipo P. En la prctica, a temperatura mayor que cero estematerial estar formado por:

Huecos procedentes del dopado. Huecos procedentes de la generacin trmica de pares e-/h+. Electrones procedentes de la generacin trmica de pares e-/h+. Electrones y huecos procedentes de impurezas no deseadas.

Habitualmente, a temperatura ambiente, el nivel de dopado es tal que los huecosprocedentes de l superan en varios rdenes de magnitud al resto de portadores. Elloconfiere el carcter global P del material. Sin embargo, ha de tenerse en cuenta queexisten electrones. En este caso, los huecos son los portadores mayoritarios, y loselectrones los minoritarios. Si se trata de un material de tipo N, los portadores

mayoritarios sern los electrones, y los minoritarios los huecos.

Material Portadores mayoritarios Portadores minoritariosSilicio Puro - -Silicio tipo P Huecos ElectronesSilicio tipo N Electrones Huecos

Hay que resaltar que el dopado no altera la neutralidad elctrica global del material.

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS SEMICONDUCTORES

Al presentar el concepto de portadores mayoritarios y minoritarios se ha asumido unahiptesis de trabajo: que a temperatura ambiente (25C) la concentracin de portadoresprovocada por generacin trmica es mucho menor que la causada por los dopados. Puesbien, si se eleva la temperatura sobre la de ambiente se aumentar la tasa de pareselectrn/hueco generados. Llegar un momento en el que, si la temperatura es lo

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suficientemente elevada, la cantidad de pares generados enmascare a los portadorespresentes debidos a la impurificacin. En ese momento se dice que el semiconductor esdegenerado, y a partir de ah no se puede distinguir si un material es de tipo N P: es latemperatura a la cual los dispositivos electrnicos dejan de operar correctamente. En elcaso del silicio, esta temperatura es de 125 C.

Conduccin elctrica en semiconductores

Dada la especial estructura de los semiconductores, en su interior pueden darse dostipos de corrientes:

CORRIENTE POR ARRASTRE DE CAMPO

Supongamos que disponemos de un semiconductor con un cierto nmero de electrones yde huecos, y que aplicamos en su interior un campo elctrico. Veamos que sucede con losportadores de carga:

Cada tomo de silicio tiene cuatro electrones de valencia. Se requieren dos para formarel enlace covalente. En el silicio tipo n, un tomo como el del fsforo (P), con cincoelectrones de valencia, reemplaza al silicio y proporciona electrones adicionales. En elsilicio tipo p, los tomos de tres electrones de valencia como el aluminio (Al) provocan unadeficiencia de electrones o huecos que se comportan como electrones positivos. Los

electrones o los huecos pueden conducir la electricidad.ESTRUCTURA DEL SILICIO

El silicio es un elemento con una gran cantidad de aplicaciones. Es el segundo elementoms abundante en la corteza terrestre (despus del oxgeno) con un porcentaje en pesodel 25,7%. Est presente en multitud de materiales, tan diversos como la arena, laarcilla, el vidrio o el hueso. El silicio puro no se encuentra en la naturaleza, pero bajo lascondiciones adecuadas pueden obtenerse en forma de estructuras monocristalinas. Enstas los tomos se disponen segn una red tipo diamante con simetra cbica, en dondecada tomo forma enlaces covalentes con otros cuatro adyacentes. As todos los tomostienen la ltima rbita completa con ocho electrones.

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Figura: Estructura cristalina del silicio puro

En la figura se aprecia que todos los electrones de valencia estn asociados a un enlacecovalente. Por tanto, al no existir portadores libres, el silicio puro y monocristalino a 0 Kse comporta como un material aislante.

Si un electrn atraviesa la zona en la que se encuentra el hueco puede quedar atrapadoen l. A este fenmeno se le denomina recombinacin, y supone la desaparicin de unelectrn y de un hueco. Sin embargo, como en el caso anterior, el material mantiene suneutralidad elctrica.

Electrones libres: Obviamente, la fuerza que el campo elctrico ejerce sobre loselectrones provocar el movimiento de estos, en sentido opuesto al del campo elctrico.

De este modo se originar una corriente elctrica. La densidad de la corriente elctrica(nmero de cargas que atraviesan la unidad de superficie en la unidad de tiempo)depender de la fuerza que acta (qE), del nmero de portadores existentes y de la"facilidad" con que estos se mueven por la red, es decir:

Je = en(qE) en donde:

Je = Densidad de corriente de electrones e = Movilidad de los electrones en el material n = Concentracin de electrones q = Carga elctrica E = Campo elctrico aplicado

La movilidad e es caracterstica del material, y est relacionada con la capacidad demovimiento del electrn a travs de la red cristalina.

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conduccin por difusin de portadores

Antes de entrar en el fenmeno de conduccin por difusin vamos a explicar el conceptode difusin. Si suponemos que tenemos una caja con dos compartimentos separados poruna pared comn. En un compartimiento introducimos un gas A, y en el otro un gas B.

La anterior figura nos muestra: Difusin de dos gases a travs de una membrana porosa

Si en un momento determinado se abre una comunicacin entre las dos estancias partedel gas A atravesar la pared para ocupar el espacio contiguo, al igual que el B. Elresultado final es que en ambas estancias tendremos la misma mezcla de gases A+B. Ladifusin de partculas es un mecanismo de transporte puramente estadstico, que llevapartculas "de donde hay ms, a donde hay menos", siempre que no haya ninguna fuerzaexterna que sea capaz de frenar dicho proceso. Matemticamente puede expresarseesta idea mediante la primera ley de Fick, que establece que el flujo de partculas queatraviesa una superficie (J partculas/s/m2) es proporcional al gradiente de concentracin(c partculas/m3) de dichas partculas:

A la constante de proporcionalidad se le denomina difusividad, y tiene dimensiones dem2/s.

Principalmente los semiconductores se diferencian:

de los aislantes:La energa para liberar un electrn es menor en el semiconductor

que en el aislante. As a temperatura ambiente el primero dispone ya de portadoreslibres.

de los conductores: Los semiconductores poseen dos tipos de portadores de carga: elelectrn y el hueco.

EL DIODO

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Cuando ciertas capas de semiconductores tipo p y tipo n son adyacentes, forman undiodo de semiconductor, y la regin de contacto se llama unin pn. Un diodo es undispositivo de dos terminales que tiene una gran resistencia al paso de la corrienteelctrica en una direccin y una baja resistencia en la otra.

Las propiedades de conductividad de la unin pndependen de la direccin del voltaje,

que puede a su vez utilizarse para controlar la naturaleza elctrica del dispositivoAlgunas series de estas uniones se usan para hacer transistores y otros dispositivossemiconductores como clulas solares, lseres de unin pny rectificadores.

Los dispositivos semiconductores tienen muchas aplicaciones en la ingeniera elctrica.Los ltimos avances de la ingeniera han producido pequeos chips semiconductores quecontienen cientos de miles de transistores. Estos chips han hecho posible un enormegrado de miniaturizacin en los dispositivos electrnicos. Observemos la siguientefigura:

Si unimos un semiconductor tipo "P" con uno tipo "N", obtendremos un "DIODO".

Existen los siguientes tipos de Diodos:

DIODO RECTIFICADOR

Estos diodos tienen su principal aplicacin en la conversin de corriente alterna AC, encorriente continua DC.

En las anteriores figuras le mostramos su smbolo, y su representacin fsica.A significa nodo (+) y la K significa Ctodo (-). En la imagen de su aspecto fsico

observamos una franja blanca, esta representa al ctodo.

Polarizacin directa y polarizacin inversa de un diodo rectificador.-

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1.- Polarizacin directa. El positivo de la batera va al nodo y el negativo al ctodo. Eldiodo conduce manteniendo en sus extremos una cada de tensin de 0.7 voltios.

2.- Polarizacin inversa. El positivo de la batera va al ctodo y el negativo al nodo. Eldiodo no conduce. Toda la tensin cae en el . Puede existir una pequea corriente de fuga

del orden de Amperios. PUENTE RECTIFICADOR

.- Los fabricantes han incluido dentro de una misma cpsula cuatro diodos rectificadorescon montaje llamado "en puente".

SIMBOLO ASPECTO FISICO

Observamos en el smbolo dos terminales de entrada de corriente alterna y dos de salidade corriente continua.Los terminales del puente rectificador pueden cambiar, dependiendo del fabricante.Vemos que pueden tener distintos aspectos, que dependen sobre todo de la potencia que

sea necesaria en el circuito al que van destinados.APLICACIONES.-

- Se utilizan en fuentes de alimentacin conectados a la salida de un transformador parapoder obtener en su salida, indicada por las patillas + y -, una corriente continua.

DIODO DE SEAL

Este tipo de diodo se utiliza para la deteccin de pequeas seales, o seales dbiles, por

lo que trabaja con pequeas corrientes. La tensin Umbral, o tensin a partir de la cual eldiodo, polarizado directamente, comienza a conducir, suele ser inferior a la del diodorectificador. O sea la V.Umbral es aproximadamente 0,3 voltios.

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El material semiconductor suele ser el Germanio.

APLICACIONES.-

- Se emplean, sobre todo el la deteccin de seales de Radio Frecuencia (RF). Seutilizan en etapas moduladoras, de moduladoras, mezcla y limitacin de seales.

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DIODO PIN.-

Este tipo de diodo que presenta una regin P fuertemente dopada y otra regin Ntambin fuertemente dopada,

Este diodo tiene aplicaciones en circuitos donde utilizan frecuencias muy altascomo VHF, UHF y circuitos de microondas.

Se le suele utilizar como interruptor o como modulador de amplitud en frecuenciasde microondas ya que para todos los propsitos se le puede presentar como uncortocircuito en sentido directo y como un circuito abierto en sentido inverso.

Cuando se le aplica una polarizacin directa al diodo PIN, conduce corriente y secomporta como un interruptor cerrado. Si se le aplica una polarizacin inversa secomporta como un interruptor abierto, no dejando pasar la seal.

DIODO ZENER.-

El diodo zener sirve para regular o estabilizar el voltaje en un circuito.Esto quiere decir que tiene la propiedad de mantener en sus extremos una tensin

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constante gracias a que aumenta la corriente que circula por el.

FOTODIODO.-

Es un dispositivo que tiene la propiedad de que estando polarizado directamente, conducecuando recibe luz.

Smbolo:

APLICACIONES.-

- Se utiliza en televisores, videos, y equipos de msica como censor de los mandos adistancia que utilizan diodos emisores de rayos infrarrojos.

DIODO LED.- ( Diodo Emisor de Luz )Es un diodo que realiza la funcin contraria al fotodiodo. Cuando se le aplica tensin,

polarizado directamente, emite luz.Se fabrica con un compuesto formado por Galio, Arsnico y Fsforo.

La zona plana, donde comienza una de las patillas, indica el ctodo.

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Aplicaciones.-

- Se emplean, en aparatos electrnicos como indicadores luminosos, por ejemplo:televisores, videos, mandos, etc.

Estas son algunas de las principales caractersticas de los semiconductores tambinconocidos con el nombre de diodos.

BIBLIOGRAFIA

http://www.elprisma.com

http://www.aputes.rincondelvago.com

TRANSISTORES

DEFINICIN

Dispositivo semiconductor activo que tiene tres o ms electrodos. Los tres electrodos

principales son emisor, colector y base. La conduccin entre estos electrodos se realizapor medio de electrones y huecos.

El germanio y el sicilio son los materiales ms frecuentemente utilizados para lafabricacin de los elementos semiconductores. Los transistores pueden efectuar

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prcticamente todas las funciones de los antiguos tubos electrnicos, incluyendo laampliacin y la rectificacin, con muchsimas ventajas.

Smbolo de un transistor

ELEMENTOS DE UN TRANSISTOR O TRANSISTORES:

El transistor es un dispositivo semiconductor de tres capas que consiste de dos capas dematerial tipo N y una capa tipo P, o bien, de dos capas de material tipo P y una tipo N. al

primero se le llama transistor NPN, en tanto que al segundo transistor PNP. EMISOR, que emite los portadores de corriente, (huecos o electrones). Su

labor es la equivalente al CATODO en los tubos de vaco o "lmparas"electrnicas.

BASE, que controla el flujo de los portadores de corriente. Su labor es laequivalente a la REJILLA ctodo en los tubos de vaco o "lmparas"

electrnicas.

COLECTOR, que capta los portadores de corriente emitidos por el emisor.Su labor es la equivalente a la PLACA en los tubos de vaco o "lmparas"electrnicas.

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TIPOS DE TRANSISTORES

TRANSISTORES BIPOLARES DE UNIN, BJT. ( PNP o NPN )

- BJT, de transistor bipolar de unin (del ingls, Bipolar Junction Transistor).

El trmino bipolar refleja el hecho de que los huecos y los electrones participan en elproceso de inyeccin hacia el material polarizado de forma opuesta.

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO. (JFET, MESFET, MOSFET )

- JFET, De efecto de campo de unin (JFET): Tambin llamado transistor unipolar, fueel primer transistor de efecto de campo en la prctica. Lo forma una barra de materialsemiconductor de silicio de tipo N o P.

En los terminales de la barra se establece un contacto hmico, tenemos as un

transistor de efecto de campo tipo N de la forma ms bsica. En los terminales de labarra se establece un contacto hmico, tenemos as un transistor de efecto de campotipo N de la forma ms bsica. Si se difunden dos regiones P en una barra de material Ny se conectan externamente entre s, se producir una puerta.

A uno de estos contactos le llamaremos surtidor y al otro ordenador. Aplicandotensin positiva entre el ordenador y el surtidor y conectando a puerta al surtidor,estableceremos una corriente, a la que llamaremos corriente de ordenador con

polarizacin cero.Con un potencial negativo de puerta al que llamamos tensin de estrangulamiento, cesa laconduccin en el canal.

- MESFET, transistores de efecto de campo metal semiconductor.

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- MOSFET, transistores de efecto de campo de metal-oxido semiconductor. En estoscomponentes, cada transistor es formado por dos islas de silicio, una dopada para serpositiva, y la otra para ser negativa, y en el medio, actuando como una puerta, unelectrodo de metal.

TRANSISTORES HBT y HEMT.

Las siglas HBT y HEMT pertenecen a las palabras Heterojuction BipolarTransistor (Bipolar de Hetereoestructura) y Hight Electrn Mobility Transistor(De Alta Movilidad). Son dispositivos de 3 terminales formados por la combinacin dediferentes componentes, con distinto salto de banda prohibida.

Observemos el siguiente ejemplo:

TRANSISTOR DE PUNTA DE CONTACTO:

El transistor primario. Consiste en electrodos de emisor y colector tocando unpequeo bloque de germanio llamado base, que poda ser de tipo N y del tipo P, siendo uncuadrado de 0.05 pulgada de lado. Era difcil de controlar, por lo que ya hoy se encuentra

sin uso por estar anticuado.

TRANSISTOR DE UNIN POR CRECIMIENTO:

Se obtienen sus cristales realizando un proceso de crecimiento, desde el germanioy el silicio fundidos de forma que presenten uniones con muy poca separacin incrustadas

en la pastilla.

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Las impurezas se transforman durante el crecimiento del cristal y producenlingotes PNP o NPN, de los que se obtiene pastillas individuales, de unin a su vez puedenser de unin de crecimiento, unin por alineacin o de campo interno, que es aqul en quela concentracin de impurezas se encuentra en una cierta zona de la base a fin demejorar el comportamiento en alta frecuencia del transmisor.

TRANSISTOR DE UNIN DIFUSA:

Utilizable en un margen amplio de frecuencias en el proceso de fabricacin seutiliza silicio, lo que favorece la capacidad de potencia.Se subdividen en los de difusin nica (hometaxial), doble difusin, doble difusin planary triple difusin.

TRANSISTORES EPITAXIALES:

Transistor de unin obtenido por el proceso de crecimiento en pastilla desemiconductor y procesos fotolitogrficos utilizados para definir las regiones de emisory de base durante el crecimiento.Se subdividen en transistores de base epitaxial, capa epitaxial y sobrecapa.

Observemos los siguientes diagramas de transistores:

TransistorNPN

TransistorPNP

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Transistor NPNcon colector unidoa la cubierta

TransistorNPN tnel

UJT-nUnin

UJT-pUnin

FototransistorNPN Multiemisor

NPN

Transistorde avalancha NPN

Transistor JFETcanal N *

TransistorSchottky NPN

Transistor JFETcanal P *

Transistor JFETcanal N

PUT

Unin Programable

Transistor JFETcanal P

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Darlingt on NPN*

Darlington NPN

En las siguientes hojas observaran algunas imgenes de los posiblestransistores que existen en el mercado:

TRANSISTORES DEL TIPO BC

TRANSISTORES

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TRANSISTORES DEL TIPO BU

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TRANSISTORES DE POTENCIA MOS-FET

Diodo supresor de transitorios K610-CE-9216, tensin de actuacin 26.7V,aguanta hasta 500W durante varios milisegundos, se conecta como un cener: 1.04;172 pts.

PUENTES RECTIFICADORES

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VALVULAS TERMOIONICAS

CONCLUSIONES

Como pudimos comprender en el texto anterior que un transistor es undispositivo mediante el cual podemos hacer fluir corriente para tener unmejor consumo de energa mediante un proceso el cual nos establece unarelacin de ventajas, como son:

El consumo de energa es sensiblemente bajo.

El tamao y peso de los transistores es bastante menor que los tubos de vaco.

Una vida larga til (muchas horas de servicio).

Puede permanecer mucho tiempo en deposito (almacenamiento).

No necesita tiempo de calentamiento.

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Resistencia mecnica elevada.

Los transistores pueden reproducir otros fenmenos, como la fotosensibilidad.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.-

1. PRINCIPIOS DE DISEO DIGITALDANIEL D. GAJSKI

EDT. PRENTICE HALL

2. DISEO DIGITALMORRIS MANOEDT. PRENTICE HALL

3. http://www.comunidadelectronica.com

4. http://www.mailingelectronica.com

TIRISTORES

INTRODUCCION

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http://www.comunidadelectronica.com/http://www.mailingelectronica.com/http://www.comunidadelectronica.com/http://www.mailingelectronica.com/


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Un tiristor es uno de los tipos ms importantes de los dispositivos semiconductoresde potencia. Los tiristores se utilizan en forma extensa en los circuitos electrnicos depotencia. Se operan como conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor aun estado conductor. Para muchas aplicaciones se puede suponer que los Tiristores soninterruptores o conmutadores ideales, aunque los tiristores prcticos exhiben ciertas

caractersticas y limitaciones.

EL TIRISTOR

GENERALIDADES Y SIMBOLOS

El tiristor es un interruptor electrnico fcil de conectar y algo menos sencillo dedesconectar. Por tiristor se entiende una vlvula de silicio bloqueada en su sentido depaso, pero que se hace conductora mediante la accin de un electrodo llamado de disparoo starter. Adems del starter (que normalmente permite el desbloqueo pero no elbloqueo al paso de la corriente), el tiristor tiene otros dos electrodos: nodo y un ctodo.La siguiente figura muestra el correspondiente smbolo.

SENTIDO DE PASO

NODO CTODO

ELECTRODO DE MANDO

SIMBOLO DE TIRISTOR CON SUS TRES TERMINALES. EL TRAMO PRINCIPAL EST ENTREANODO Y CATODO. EL TRAMO DE GOBIERNO UNA (ADICIONALMENTE) EL STARTER CON ELCATODO.

Al starter se le denomina tambin puerta, electrodo de mando o gate (del ingls). LO QUE NO ES PRECISO APRENDER PARA EL EMPLEO DE LOS TIRISTORES

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Para el usuario de tiristores resulta indiferente el saber cmo se ha construido elsistema tiristor, los procesos internos que provocan la conduccin o el bloqueo de lacorriente, as como la forma con que se sujeta el sistema a la caja.

Tampoco tiene una importancia decisiva el conocer cmo se desarrolla y fabrican

un tiristor y los recursos que se utilizan para que ste responda en sus caractersticas alos lmites y tolerancias indicados en sus respectivas tablas.

LO QUE SI DEBE SABER EL UTILIZADOR DE TIRISTORES

En primer lugar el prctico ha de conocer que existen diferentes tipos para una ampliagama de tensiones y corrientes: hay tiristores para tensiones algunas decenas de voltio ycorrientes de dcimas de amperio hasta tiristores con tensiones que actualmente yallegan hasta los 1600 V e intensidades hasta varios centenares de amperio.

Por otro lado, el usuario es importante que sepa las particularidades que presentanlos tiristores frente a los interruptores. En este sentido sera conveniente contrastarlos pequeos tiristores con los transistores de conmutacin y los transistores grandes ode potencia con los interruptores dotados de contactos mecnicos.

Adicionalmente conviene tener una orientacin acerca del comportamiento (externo) deltiristor, por lo que hay que adquirir unos ciertos conocimientos sobre las curvascaractersticas de estos componentes.

Al objeto de poder seleccionar correctamente el tipo adecuado de tiristor, espreciso conocer los datos esenciales a buscar de entre el sinnmero de valores lmites ycaractersticos que facilita el fabricante.

Finalmente, el usuario debera familiarizarte desde el principio con los circuitos tpicosde tiristores.

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TIPOS DE TIRISTORES.

Los tiristores se fabrican casi exclusivamente por difusin. La corriente del nodorequiere de un tiempo finito para propagarse por toda el rea de la unin, desde el puntocercano a la compuerta cuando inicia la seal de la compuerta para activar el tiristor.

Para controlar el di/dt, el tiempo de activacin y el tiempo de desactivacin, losfabricantes utilizan varias estructuras de compuerta.

Dependiendo de la construccin fsica y del comportamiento de activacin ydesactivacin, en general los tiristores pueden clasificarse en nueve categoras:

1. Tiristores de control de fase (SCR).2. Tiristores de conmutacin rpida (SCR).3. Tiristores de desactivacin por compuerta (GTO).4. Tiristores de triodo bidireccional (TRIAC).

5. Tiristores de conduccin inversa (RTC).6. Tiristores de induccin esttica (SITH).7. Rectificadores controlados por silicio activados por luz (LASCR)8. Tiristores controlados por FET (FET-CTH)9. Tiristores controlados por MOS (MCT)

TIRISTORES PEQUEOS

La caracterstica entre los transistores de conmutacin, y los pequeos tiristores es queeste ltimo ofrece la ventaja de que el trnsito del estado de bloqueo al de conduccin yviceversa, se realiza de un modo sbito o basculante. Esto supone una simplificacin en elcircuito y la exclusin de estados intermedios. La mencionada simplificacin de circuito,por otro lado, slo tiene lugar en corriente alterna ya que en ella el trnsito del estadode paso al de bloque se realiza de una forma muy sencilla.

Como ventajas a favor de los transistores de conmutacin, merece citarse: la menor

potencia de mando, la posibilidad de pasar del estado de conduccin al de bloqueooperando sobre el circuito de mando, la menor tensin residual en estado de conduccin yfinalmente una mayor sencillez de conexionado para el servicio en corriente continua.

Por este motivo se preferir el tiristor al transistor cuando: sea posible hallar eltipo adecuado de tiristor, el servicio sea en tensin alterna, los tiempos de conmutacin

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no deben ser muy reducidos, la tensin residual no resulte crtica y cuando los costes nolo hagan prohibitivo.

TIRISTOR DE POTENCIA

Cuando el tiristor haya de efectuar las funciones de un interruptor mecnico, presentafrente a ste las siguientes ventajas:

- tiempos de conexin notablemente inferiores,- conmutacin libre de rebotes,- ningn desgaste,- potencia de mando muy pequea,- interrupcin de la corriente alterna cercana al punto de paso cero.

Como inconvenientes del tiristor, merecen citarse:- aparicin de una tensin residual (1 2 voltios) en estado de conduccin.- circulacin de una corriente , que aunque pequea, se presenta en estado de

bloqueo,- menor capacidad para soportar sobrecargas elctricas,- no poder apreciarse a simple vista el estado de conmutacin.

Por otro lado el tiristor permite efectuar la conexin en un determinado y ajustable

instante o punto de las semiondas de paso, con lo que presenta la posibilidad de graduarel valor medio de la corriente de paso.

CARACTERISTICAS DE SALIDA DEL TIRISTOR

Dichas caractersticas hacer referencia al comportamiento del canal de corriente entrenodo y ctodo del tiristor. A este canal de corriente se de designa por tramo principal otramo de conmutacin.

Las caractersticas de salida de un tiristor dependen de tres aspectos en general:

- paso o conduccin,

- las curvas de bloqueo en sentido directo para una corriente constante del starter,

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- las curvas de bloqueo en sentido inverso, para una corriente constante del starter. CARACTERISTICA DE PASO

Esta curva caracterstica tiene un curso casi vertical y muy cerca del eje de ordenadas(corriente). Su principal caracterstica es que la tensin de paso del tiristor es muyreducida y a penas vara al aumentar la corriente de paso.

La curva caracterstica de paso se notar por que siempre esta o tendrcoordenadas (0,0). La corriente de paso tiene pues un definido valor mnimo, que edesigna por corriente de manteniendo. Al disminuir la corriente de paso hasta este valor,el tiristor bascula del estado de paso al de bloqueo. La corriente de mantenimiento es,por lo tanto, el mnimo valor de la corriente andica que todava conserva el estado deconduccin.

CARACTERISTICASDE BLOQUEO INVERSO

Cuando la corriente del starter es muy reducida o nula, esta curva coincideprcticamente con la caracterstica de bloqueo de cualquier vlvula de silicio equivalente.Al aumentar la corriente del starter, estas corrientes de bloqueo se hacen, a su vez,mayores, al igual que cuando aumenta la temperatura. Las tensiones de ruptura (tensionescorrespondientes al curso vertical de la caracterstica corriente andica-tensinctodo-nodo) caen algo ms arriba al aumentar la temperatura.

CARACTERISTICAS DE BLOQUEO Y LINEA BASCULANTE

Su curso o forma es muy parecida a las de las caractersticas de bloqueo inverso. En

realidad, esta coincidencia no es tan acentuada. A diferencia de las caractersticas debloqueo inverso, las curvas de bloqueo terminan aproximadamente en el punto dondeempiezan a ser verticales. El extremo de una caracterstica de bloqueo significa el puntoa partir del cual el tiristor pasar de su estado de bloqueo al de conduccin cuando seaumente la correspondiente corriente andica. Esta lnea que une estos puntos extremos,recibe el nombre de lnea basculante.

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El curso de la lnea basculante depende del tipo de tiristor y tambin de laspropiedades del circuito a l conectado. La transicin del estado de bloqueo al deconduccin viene determinada por la naturaleza del circuito de corriente, en el que eltiristor desempea el papel de un interruptor.

QUE SON LAS CARACTERISTICAS DE ENTRADA?

Una caracterstica de entrada muestra la dependencia entre la corriente y la tensin deentrada de un componente con dos terminales de entrada y dos de salida. A menudoentrada y salida tienen un terminal comn, como es el caso del tiristor y el triac.

La caracterstica de entrada se refiere al tramo de gobierno, que en los tiristores ytriacs es el tramo del starter (starter-ctodo). En relacin con el comportamiento de laentrada, que se refleja en la correspondiente caracterstica, hay que distinguir doscasos:

- cuando la entrada no es afectada por la salida y

- cuando la salida influye sobre la entrada.

En el primer caso, para mostrar el comportamiento de la entrada, basta una sola lneacaracterstica. Esto es lo que sucede con el tiristor y con el triac. Tanto en el tiristor

como en el triac, hay que contar con grandes discrepancias en los datos o propiedades deentradas.

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ANODO

TRAMO DE GOBIERNO O MANDO TRAMO DE CONMUTACIONCATODO

ENTRADA SALIDA

STARTER

ESTA FIGURA ILUSTRA LOS CONCEPTOS ENTRADA Y SALIDA - DE UN COMPONENTE GOBERNABLE,DOTADO DE TRES TERMINALES (AHORA APLICADO A UN TIRISTOR).

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CORRIENTE DE ENTRADA COMPONENTE

TENSION DE ENTRADA TRAMO DE CONMURACION ENTRADASALIDA

ESTA FIGURA ILUSTRA LOS CONCEPTOS ENTRADA Y SALIDA - DE UN COMPONENTE GOBERNABLE,DOTADO DE TRES TERMINALES (TRIAC).


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EL TRIAC

El triac es un tiristor que puede adoptar el estado de conduccin para ambos sentidos dela corriente. Consecuentemente tiene las mismas caractersticas esenciales y datos que

el tiristor.

DENOMINACIONES Y SIMBOLOS

L a palabra - triac - es una expresin que procede del ingls (triode alternating currentswitch). Esto significa que se trata de un interruptor de corriente alterna con tresterminales. Dos de estos terminales se intercalan en el circuito a controlar (como si de uninterruptor se tratara.

El tercer terminal (starter) sirve para el arranque del paso de la corriente. Para ladesignacin de estos terminales, anlogamente al tiristor, se emplean las siguientesexpresiones:

- para el terminal que provoca el paso de corriente (arranque): starter, puerta, gateo electrodo de mando;

- Para el terminal al que queda aplicada la tensin del starter: ctodo o terminal 1;

- para el otro terminal de un modo parecido: nodo o terminal 2.Observemos la siguiente figura:

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En la anterior figura utilice expresiones para la identificacin de los terminales: starter,terminal 1 y terminal 2.

El tramo starter-terminal 1 es el tramo del starter o de mando. El tramo terminal 1-

terminal 1 es el tramo del starter o de mando. En el tramo terminal 1-terminal 2 es eltramo de conexin o principal.

Debido a que en los esquemas de conexin el terminal del starter suele representarseprocedente de la izquierda se emplearn dos smbolos que se corresponden como objetose imagen en un espejo.

Para el triac se han propuesto otras denominaciones que, sin embargo, no se hanimpuesto: tiristor de doble sentido, tiristor bidireccional y tiristor de corriente alterna.

OBJETO DEL TRAIC

El triac puede considerarse como un contador de corriente alterna de pequeasdimensiones. A menudo se le emplea en combinacin con el diac para el ajuste del valor

eficaz de una corriente alterna. As, por ejemplo, un triac y un diac conectadosadecuadamente pueden servir para ajustar la luminosidad de una lmpara de corrientealterna. El reducido nmero de componentes y su pequeo volumen hacen que puedanincorporarse en una lmpara de sobremesa.

ENTRADA Y SALIDA DEL TRIAC

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ANODO (CATODO) CATODO (ANODO) TERMINAL 1 TERMINAL 2ELECTRODO DE STARTER

MANDOSIMBOLO DEL TRAIC, REPRESENTADO DE DOS FORMAS. CONVIENE EVITAR LAS DESIGNACIONES DE ANODO YCATODO, EMPLEANDO EN SU LUGAR LAS DE TERMINAL 1 Y TERMINAL 2.


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En la siguiente figura le mostrar anlogamente al tiristor, compuesto por el triac; cuyascaractersticas poseen entradas y salidas respectivamente. Empezar con el estudi delas caractersticas de salida.

TERMINAL 2 TRAMO DE MANDO ENTRADA SALIDA TRAMO PRINCIPAL O DE

STARTER TERMINAL 1 CONEXION

LADOS DE ENTRADA Y SALIDA DE UN TRIAC. EL LADO DE ENTRADA PUEDE DESIGNARSE COMO TRAMO PRINCPAL O DECONEXIN.

CARACTERISTICAS DE SALIDA DEL TRIAC

En el triac, las caractersticas de salida reflejan el comportamiento de la tensin entrelos terminales 1 y 2 en relacin con la corriente que recorre el tramo entre terminal 1 y2. En las caractersticas de salida aparece tambin la corriente del starter debido a la

influencia que tiene sobre las caractersticas de bloqueo: a cada valor de la corriente destarter corresponde un par de lneas caractersticas de bloqueo.

La diferencia sustancial entre el comportamiento de un triac y un tiristor estriba en queen el caso del triac no hay ningn sentido de bloqueo inverso. En el triac el estado deconduccin se presenta para ambos sentidos de la corriente.

En este sentido es curioso hacer constar cmo la corriente y tensin del tramo delstarter, puede tener el mismo signo para los dos sentidos de la corriente. Observemos el

siguiente esquema:

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En el anterior esquema el eje vertical es la tensin entre terminales 1 y 2 que sondesignados por UA1 A2. El eje horizontal, la tensin entre starter y terminal 1 U St A1, esdecir, es la tensin en el tramo del starter. Respecto A los signos de estas tensiones setiene que:

CUADRANTE TENSION USt A1 TENSION UA1 A2

I POSITIVO POSITIVOII NAGATIVO POISITIVOIII NEGATIVO NEGATIVOIV POSITIVO NEGATIVO

En el cuadrante IV no resulta ventajoso, mientras que el trabajo en los cuadrantesI, II y III no representan ninguna dificultad. Se arranca all donde con el signocambiante de la tensin UA1 A2, se obtiene una tensin UStA1 tambin de signo alternativo

(cuadrantes I y III). En el caso de tener que emplear impulsos de una sola polaridad parael arranque, se emplean impulsos negativos de la tensin UStA1 y se trabajar en loscuadrantes II y III

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CUADRANTE II CUADRANTE I

TENSION ENTRE TERMINALES 1 Y 2 0 0

TENSION STARTER-TERMINAL 1

CUADRANTE III CUADRANTE IV

PARA REPRESENTAR LA DEPENDENCIA ENTRE LAS TENSIONES DEL TRAMO PRINCIPAL YDEL STARTER, SE NECESIRTAN 4 CUADRANTES, SI SE QUIERE TOMAR ENCONSIDERACION LAS POLARIDADES DE DICHAS 2 TENSIONES.


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CARACTERISTICAS DE ENTRADA DE UN TRIAC

Inicia cuando el arranque o paso de la corriente puede desencadenarse tanto si la tensinstarter-terminal 1 es positiva como negativa. Dicho funcionamiento con tensionesnegativas de starter-terminal 1 y corrientes de starter tambin negativas ofrecen laventaja de tener un solo y definido margen de arranque seguro. Para los valores positivosde la tensin starter-terminal 1 y de la corriente de starter, se obtendrn dos mrgenes.

En el margen pequeo hace referencia al arranque con una tensin positiva delterminal 2 respecto del1. En el margen mayor corresponde al caso en que la tensin delterminal 1 sea positiva respecto al 2. Consecuentemente, en este tipo de triacs resultams conveniente trabajar con impulsos de arranque negativos respecto al terminal 1. Conesta disposicin resultan entonces suficientes tensiones del orden de 3 V para el tramostarter terminal 1, y corrientes de starter de por lo menos 100mA.

En las siguientes figuras podremos observar con precisin los tipos de tiristores queexisten:

Tiristor SCRSilicon controlledrectifier

Tiristor SCSSilicon controlledswitch

Diac Diac

Triac Tiristor SchottkyPNPN de 4 capas *

Tiristor SchottkyPNPN de 4 capas

Tiristor SchottkyPNPN de 4 capas

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Tiristor deconduccininversa, puertacanal N controladopor nodo

Tiristor deconduccininversa, puertacanal Pcontrolado por

ctodoTiristor de desconexinpuerta canal Ncontrolado por nodo

Tiristor dedesconexinpuerta control Pcontrolado porctodo

SBSSilicon bilateral switch

SUSSilicon unilateralswitch

Trigger Diac Fototiristor

Ditriac / Quadrac

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1.- CIRCUITOS PRACTICOS DE ELECTRONICATRIACS Y TIRISTORES

FRITZ BERGTOLDEDICIONES CEAC.

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2.- http://es.geocines.com

3.- http://www.arrakis.es
http://es.geocines.com/http://www.arrakis.es/http://es.geocines.com/http://www.arrakis.es/

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