FISICA ELECTRONICA TRABAJO COLABORATIVO 2

Presentado por: JAIR ALEXANDER CARVAJAL

CODIGO: 86.062.941 HUVER ALEXANDER MUOZ ORDOEZ

CODIGO: 87.029.888 JHON BAIRON CAICEDO MORA

CODIGO: 87.217.446 ADOLFO RODRGUEZ IRIARTE

CODIGO: 86.055.101

GRUPO: 100414_93

Presentado a: JORJE LUIS ESTRADA

Tutor

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA CEAD PASTO

ABRIL 2014

INTRODUCCION

La electrnica1 es la rama de la fsica y especializacin de la ingeniera, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conduccin y el control del flujo de los electrones u otras partculas cargadas elctricamente.

Utiliza una gran variedad de conocimientos, materiales y dispositivos, desde los semiconductores hasta las vlvulas termoinicas. El diseo y la gran construccin de circuitos electrnicos para resolver problemas prcticos forma parte de la electrnica y de los campos de la ingeniera electrnica, electromecnica y la informtica en el diseo de software para su control. El estudio de nuevos dispositivos semiconductores y su tecnologa se suele considerar una rama de la fsica, ms concretamente en la rama de ingeniera de materiales.

De esta forma, mediante el siguiente trabajo realizamos la apropiacin textual y documentamos las prcticas realizadas del curso de Fsica Electrnica. Se establecen conceptos propios de la segunda unidad del curso de fsica electrnica y por medio de simulacin con la herramienta Electronics Workbench, se elaboran las prcticas del curso de acuerdo a la rbrica establecida

1 http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica

OBJETIVO GENERAL

Crear conocimiento del manejo de los elementos de un circuito elctrico donde se

puede aplicar y conocer leyes y fundamentos que hacen mejor el manejo y la

importancia de la electrnica y la electricidad en nuestras vidas.

Objetivos especficos:

Aplicar la herramienta Electronics Workbench, para la simulacin de

laboratorio y comprobacin del funcionamiento de los diodos rectificadores

y su aplicacin.

Aplicar la herramienta Electronics Workbench, para la simulacin de

laboratorio y comprobacin del funcionamiento de los transistores y su

aplicacin en los circuitos amplificadores y otros usos.

Conocer la teora bsica de los aisladores, conductores y semiconductores.

Analizar los diferentes tipos de diodos y su empleo en la electrnica.

Estudiar la evolucin y el funcionamiento del transistor, la forma en que

operan en los diferentes equipos electrnicos que los utilizan.

Estudiar mediante la simulacin de circuitos electrnicos las diferentes

variantes que nos permiten realizar en el momento de elaborar un circuito.

Conocer y aplicar los fundamentos bsicos de los semiconductores

FASE 1 Solucione los siguientes cuestionamientos relacionados con los Semiconductores. Por favor consulte otras fuentes adicionales al Mdulo del curso de Fsica Electrnica. 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. Entre menos electrones existan en la rbita de valencia de un tomo, mejor conductor ser, debido a que se requiere menos energa para liberar un electrn de valencia que para liberar un nmero mayor. Material conductor es el que permite de manera muy fcil el paso de cargas elctricas, generalmente son los metales, los conductores tienen cargas libres que pueden moverse con facilidad, el mejor conductor es la plata ag. Materiales Aislantes. Son aquellos cuyos tomos tienen 8 electrones de valencia o ms de cuatro. Entre ms electrones se tengan en la capa de valencia mejor aislante ser el material. La diferencia de los distintos materiales es que los aislantes son materiales que presentan gran resistencia a que las cargas que lo forman se desplacen. Materiales Semiconductores. Existe una clasificacin adicional para algunos elementos cuyo comportamiento no es totalmente el de un conductor, pero tampoco el de un aislante. Son aquellos materiales cuyos tomos tienen cuatro electrones de valencia, como el germanio y el silicio. Semiconductor2 es un elemento que se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo elctrico o magntico, la presin, la radiacin que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. 2. Cmo se obtiene un semiconductor tipo N y uno tipo P? Qu cualidades o

caractersticas adquiere este material con respecto al semiconductor puro?

Un Semiconductor tipo N3 se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado

aadiendo un cierto tipo de tomos al semiconductor para poder aumentar el

nmero de portadores de carga libres (en este caso negativos o electrones).

Cuando se aade el material dopante, 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.

2 http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor

3 http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor

El propsito del dopaje tipo n es el de producir abundancia de electrones

portadores en el material. Para ayudar a entender cmo se produce el dopaje tipo

n considrese el caso del silicio (Si). Los tomos del silicio tienen una valencia

atmica de cuatro, 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 15 de la tabla peridica (ej. fsforo (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.

Semiconductor tipo P

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

aadiendo un cierto tipo de tomos al semiconductor para poder aumentar el

nmero de portadores de carga libres (en este caso positivos o huecos).

Cuando se aade el material dopante libera los electrones ms dbilmente

vinculados de los tomos del semiconductor. Este agente dopante es tambin

conocido como material aceptor y los tomos del semiconductor que han 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 14 de la tabla peridica) se le

une un tomo con tres electrones de valencia, tales como los del grupo 13 de la

tabla peridica (ej. Al, Ga, B, In), y se incorpora a la red cristalina en el lugar de un

tomo de silicio, entonces ese tomo tendr tres enlaces covalentes y un hueco

producido que se encontrar en condicin de aceptar un electrn libre.

As los dopantes crean los "huecos". 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 como una cierta carga positiva. Cuando

un nmero suficiente de aceptores son aadidos, los huecos superan ampliamente

la excitacin trmica de los electrones. As, los huecos son los portadores

mayoritarios, mientras que los electrones son los portadores minoritarios en los

materiales tipo P. Los diamantes azules (tipo IIb), que contienen impurezas de

boro (B), son un ejemplo de un semiconductor tipo P que se produce de manera

natural.

3. Consulte sobre otros tipos de diodos, diferentes al rectificador, el LED, el zner y el fotodiodo.

DIODO LSER4 Los diodos lser, tambin conocidos como lseres de inyeccin o ILDs. Son LEDs que emiten una luz monocromtica, generalmente roja o infrarroja, fuertemente concentrada, enfocada, coherente y potente. Son muy utilizados en computadoras y sistemas de audio y video para leer discos compactos (CDs) que contienen datos, msica, pelculas, etc., as como en sistemas de comunicaciones para enviar informacin a travs de cables de fibra ptica. Tambin se emplean en marcadores luminosos, lectores de cdigos de barras y otras muchas aplicaciones. DIODO ESTABILIZADOR Est formado por varios diodos en serie, cada uno de ellos produce una cada de tensin correspondiente a su tensin umbral. Trabajan en polarizacin directa y estabilizan tensiones de bajo valores similares a lo que hacen los diodos Zner. DIODO TNEL Los diodos tnel, tambin conocidos como diodos Esaki. Se caracterizan por poseer una zona de agotamiento extremadamente delgada y tener en su curva una regin de resistencia negativa donde la corriente disminuye a medida que aumenta el voltaje. Esta ltima propiedad los hace muy tiles como detectores, amplificadores, osciladores, multiplicadores, interruptores, etc., en aplicaciones de alta frecuencia. DIODO SCHOTTKY Los diodos Schottky tambin llamados diodos de recuperacin rpida o de portadores calientes, estn hechos de silicio y se caracterizan por poseer una cada de voltaje directa muy pequea, del orden de 0.25 V o menos, y ser muy rpidos. Se emplean en fuentes de potencia, sistemas digitales y equipos de alta frecuencia. 4. Cules son las principales caractersticas y diferencias existentes entre un

transistor NPN y uno PNP. TRANSISTORES BIPOLARES NPN Y PNP Es un componente semiconductor que tiene tres terminales BASE (b), EMISOR (e), COLECTOR (c)

4 https://sites.google.com/site/electronica4bys/tipos-de-diodos

Internamente est formado por un cristal que contiene una regin P entre dos N (transistor NPN) O una regin N entre dos regiones P, (transistor PNP ) La diferencia que hay entre un transistor NPN y otro PNP radica en la polaridad de sus electrodos. Una forma de identificar un transistor NPN o PNP es mediante un polmetro: Este dispone de dos orificios para insertar el transistor, uno para un NPN y otro para el PNP. Para obtener la medida de la ganancia es necesario insertarlo en su orificio apropiado, con lo que queda determinado si es un NPN o un PNP. Zonas de funcionamiento del transistor bipolar: 1. ACTIVA DIRECTA: El transistor slo amplifica en esta zona, y se comporta

como una fuente de corriente constante controlada por la intensidad de base (ganancia de corriente).Este parmetro lo suele proporcionar el fabricante dndonos un mximo y un mnimo para una corriente de colector dada (Ic); adems de esto, suele presentar una variacin acusada con la temperatura y con la corriente de colector, por lo que en principio no podemos conocer su valor. Algunos polmetros son capaces de medir este parmetro pero esta medida hay que tomarla solamente como una indicacin, ya que el polmetro mide este parmetro para un valor de corriente de colector distinta a la que circular por el BJT una vez en el circuito.

2. SATURACIN: En esta zona el transistor es utilizado para aplicaciones de conmutacin (potencia, circuitos digitales, etc.), y lo podemos considerar como un cortocircuito entre el colector y el emisor.

3. CORTE: el transistor es utilizado para aplicaciones de conmutacin (potencia, circuitos digitales, etc.), y podemos considerar las corrientes que lo atraviesan prcticamente nulas (y en especial Ic).

4. ACTIVA INVERSA: Esta zona se puede considerar como carente de inters. 5. Cul es la importancia de los elementos semiconductores en el actual

desarrollo tecnolgico?

A partir5 de la dcada de 1950, los dispositivos semiconductores -conocidos tambin como dispositivos de estado slido- remplazaron los tubos electrnicos de la industria tradicional. Por la enorme reduccin de tamao, consumo de energa y costo, acompaada de una mucha mayor durabilidad y confiabilidad, los dispositivos semiconductores significaron un cambio revolucionario en las telecomunicaciones, la computacin, el almacenamiento de informacin, etc.

5 http://www4.ujaen.es/~egimenez/FUNDAMENTOSFISICOS/semiconductores.pdf

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.

POLARIZACIN DIRECTA DE UN DIODO (Como conductor o cortocircuito)

En este caso, la batera disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial, permitiendo el paso de la corriente de electrones a travs de la unin; es decir, el diodo polarizado directamente conduce la electricidad.

COMO INTERRUPTOR : al polarizarlo de forma inversa acta como un circuito

abierto ( aislante ). En este caso no hay paso de corriente electrica.

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:

Este sistema de rectificacin permite transformar una seal alterna (compuesta por dos semiciclos, uno positivo y otro negativo) en una seal con un slo semiciclo.

Para este ejercicio con corriente de 12 V/60 Hz, no se alcanza a observar los

semiciclos puesto que la frecuencia es muy alta y solo se observa una lnea de

puntos en movimiento, por ello disminuimos la corriente elctrica 4V/1Hz y nos da

la siguiente imagen donde se muestra el semiciclo que presenta una corriente

rectificada en media onda:

b) Rectificador de Onda Completa con Puente de Greatz

Rectificador de onda completa con puente de Greatz. La ventaja de este montaje es que no requiere de transformador con TAP central pero requiere de cuatro diodos que se pueden montar por separado o encapsulados en un solo puente rectificador.

Para este ejercicio con corriente 12 V/60 Hz, no se alcanza a observar los

semiciclos puesto que la frecuencia es muy alta y solo se observa una lnea de

puntos en movimiento, por ello disminuimos la corriente elctrica 4V/2Hz y nos da

la siguiente imagen donde se muestran los semiciclos que presenta una corriente

rectificada en onda completa:

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.

TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR6

Un caso intermedio entre corte y saturacin se produce cuando la corriente en la

base no es tan pequea como para cortar la corriente en los otros terminales, pero

tampoco tan grande como para permitirla pasar completamente.

En ese caso el transistor funciona como un amplificador que nos proporciona entre

el colector y el emisor un mltiplo de la corriente que pasa por la base.

En la prctica podemos ver la seal de entrada como la onda pequea(picos muy

juntos y pequeos negrilla) y la seal de salida se aprecia como una onda ms

grande (picos grandes).

6 http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena4/4q2_contenidos_5c.htm

CONCLUSIONES

Despus de realizar el presente trabajo colaborativo se pueden sacar las

siguientes conclusiones:

Un conductor es un material a travs del cual se transfiere fcilmente la carga.

Un aislante es un material que se resiste al flujo de carga.

Un semiconductor es un material intermedio en su capacidad para transportar carga.

Un semiconductor tipo N contiene impurezas donadoras y electrones libres.

Un semiconductor tipo P est formado por tomos aceptores y por huecos faltantes de electrones.

Los tipos de aislantes son dos: Elctricos y Trmicos.

BIBLIOGRAFIA

Tllez F.(2008) Mdulo De Fsica Electrnica Universidad Nacional Abierta y a Distancia, UNAD.

(2014) Gua de Trabajo Colaborativo 2 Escuela de Ciencias Bsicas, Tecnologa e Ingeniera, Universidad Nacional Abierta y a Distancia, UNAD.

http://www.infoab.uclm.es/labelec/Solar/Componentes/Diodo_I/aplicacionesdiodorec.htm

http://www.garciacuervo.com/picmania.garciacuervo.net/recursos/RedPicTutorials/Electronica%20Basica/Transistores%201.pdf

http://www.wikiciencia.org/electronica/teoria/introduccion/index.php

http://lc.fie.umich.mx/~ifranco/mis_materias/materia1/apuntes/capitulo_4/Tipos_de_diodos.pdf

http://www.mitecnologico.com/Main/SemiconductorPYSemiconductorN

http://html.rincondelvago.com/conductores-semiconductores-y-aislantes_1.html

https://sites.google.com/site/andreshere/fisica-electronica