PLAN DE CLASE

ASIGNATURA : Electrónica Básica (Semana 4)TIPO DE CLASE: TEÓRICA PRÁCTICA TEÓRICA-

PRÁCTICAx

DOCENTE: Lic. Uriel Javier González Pérez

LUGAR: Aula 1 – SIE2 HORARIO: 08:00 a 13:00FECHA: 05/03/06 N. DE ALUMNOS 13

OBJETIVO DE LA CLASE: El alumno conocerá los dispositivos semiconductores de manera como el diodo.

CONTENIDO ESTRATEGIAS RECURSOS DIDÁCTICOS

4. Dispositivos semiconductores 4.1. Introducción 4.2. Diodos rectificadores 4.3. Diodos zener 4.4. Diodo LED 4.5. Comprobación de diodos

ENSEÑANZA APRENDIZAJE Equipo de

Computo Marcadores Pizarrón Borrador

Apertura:Que son los materiales extrínsecos que utilizan los semiconductores.

Conocer los materiales tipo N y tipo P.

Desarrollo: Se realizara una practica con la finalidad de que el alumno entienda la aplicación real de un diodo

El Educando prestara atención la explicaron del maestro. Elaborará la practica que el Educador le asigne

Cierre: Se reparan los puntos más importantes de la Clase. Se revisara la practica

EL alumno preguntara sobre dudas que le hayan quedado en clases y entregara la practica

TIPO DE EVALUACIÓN:

TAREAS PARTICIPACIÓN x APUNTES x INVESTIGACIÓN PRÁCTICAS DE LABORATORIO

x

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:Memorias Prof. Manuel Haw CG Campeche

COMPUTACIÓN DEL GOLFOLa imagen moderna de la computación

Materiales Extrínsecos tipo N y tipo P

Las características de los materiales semiconductores pueden ser alteradas por la adición de ciertos átomos de impureza. Estas impurezas, aunque sólo haya sido añadida 1 parte en 10 millones, pueden alterar en forma suficiente la estructura de la banda y cambiar totalmente las propiedades eléctricas del material.

Un material semiconductor que haya sido sujeto de dopado se denomina un material extrínseco.

Existen dos materiales extrínsecos de gran importancia para la fabricación de dispositivos semiconductores: el tipo n y el tipo p.

Cristal de Silicio

Material tipo N

Tanto el material tipo n como el tipo p se forman mediante la adicción de un número predeterminado de átomos de impureza al germanio o al silicio. El tipo n se crea a través de la introducción de elementos de impureza que poseen cinco electrones de valencia (pentavalentes), como el antimonio, arsénico y fósforo.

A las impurezas difundidas con cinco electrones de valencia se les llaman átomos donadores.

 

Material Intrínseco Tipo N

Cristal de Silicio "dopado" con átomos de Arsénico. Átomos "Donadores"

Material tipo P

El material tipo p se forma mediante el dopado de un cristal puro de germanio o de silicio con átomos de impureza que poseen tres electrones de valencia. Los elementos que se utilizan con mayor frecuencia para este propósito son el boro, galio e indio.

A las impurezas difundidas con tres electrones de valencia se les conoce como átomos aceptores.

El material resultante tipo p es eléctricamente neutro, por las mismas razones descritas para el material tipo n.  

Material Extrínseco Tipo P

 Cristal de Silicio "Dopado" con átomos o impurezas de Galio. Átomos "Aceptores"

Diodos

Los diodos son la unión de dos materiales semiconductores extrínsecos tipos p y n, por lo que también reciben la denominación de unión pn.

Formación de la zona de carga espacial

Al unir los cristales p y n, se manifiestan dos procesos:

1. La difusión de huecos del cristal p al n ( Jh ), y 2. Una corriente de electrones del cristal n al p ( Je ).

Al establecerse estas corrientes aparecen cargas fijas en una zona a ambos lados de la unión, que recibe el nombre de zona de carga espacial, de agotamiento, de deflexión, de vaciado, etc.

A medida que progresa el proceso de difusión, la zona de carga espacial va incrementando su anchura, la acumulación de cargas induce una diferencia de tensión (V) que actuará sobre los electrones con una determinada fuerza de desplazamiento que se opondrá a la difusión de huecos y a la corriente de electrones y terminará deteniéndolos.

Esta diferencia de tensión de equilibrio (V0) es de 0.7 V en el caso del silicio y 0.3 V si los cristales son de germanio.

Representación simbólica del Diodo

Al extremo p, donde se acumulan cargas negativas se le denomina ánodo, representándose por la letra A, mientras que la zona n, el cátodo, se representa por la letra C (o K).

A (p) C ó K (n)

Representación simbólica del diodo pn.

Cuando se somete al diodo a una diferencia de tensión externa, se dice que el diodo está polarizado, pudiendo ser la polarización

inversa: Vp > Vn, o directa: Vp < Vn.

Polarización inversa.

Polarización inversa del diodo pn.En este caso, el polo negativo de la batería se conecta a la zona p (la de menor tensión) lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y por lo tanto la tensión en dicha zona hasta que se alcanza el valor de la tensión de la batería.

El diodo no debería conducir la corriente; sin embargo, debido al efecto de la temperatura se produce una pequeña corriente (del orden de 1 μA) denominada corriente inversa de saturación.

Polarización directa.

Polarización directa del diodo pn.

En este caso, la batería disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial, permitiendo el paso de las corrientes de electrones y huecos a través de la unión; es decir, el diodo polarizado directamente conduce la electricidad.

En la representación simbólica del diodo, la flecha indica el sentido de la polarización directa.

Polarización directa Polarización inversa

DIODOS ZENER

La corriente en la región Zener tiene una dirección opuesta a la de un diodo polarizado directamente.

 

Se puede decir que el diodo Zener ha sido diseñado para trabajar con voltajes.

Los Tener tienen potencia o voltaje Zener desde -1.8 V a -200 V y potencias de 1/4 a 50 W.

El diodo Zener se puede ver como un dispositivo el cual cuando ha alcanzado su potencial VZ se comporta como un corto. Es un "switch" o interruptor que se activa con VZ volts. Se aplica en reguladores de voltaje o en fuentes.

 

En el circuito anterior se desea proteger la carga contra sobrevoltajes, el máximo voltaje que la carga puede soportar es 4.8 volts. Si se elige un diodo Zener cuyo VZ sea 4.8 volts,b se activará cuando el voltaje en la carga sea 4.8 volts, protegiéndola de esta manera.

 

EL DIODO EMISOR DE LUZ (LED)

 El LED es un diodo que produce luz visible (o invisible, infrarroja) cuando se encuentra polarizado.

El voltaje de polarización de un LED varía desde 1.8 V hasta 2.5 V, y la corriente necesaria para que emita la luz va desde 8 mA hasta los 20 mA.

Principio de Funcionamiento:

En cualquier unión P-N polarizada directamente, dentro de la estructura y principalmente cerca de la unión, ocurre una recombinación de huecos y electrones (al paso de la corriente). Esta recombinación requiere que la energía que posee un electrón libre no ligado se transfiera a otro estado. En todas las uniones P-N una parte de esta energía se convierte en calor y otro tanto en fotones. En el Si y el Ge el mayor porcentaje se transforma en calor y la luz emitida es insignificante. Por esta razón se utiliza otro tipo de materiales para fabricar los LED's, como Fosfuro Arseniuro de Galio (GaAsP) o fosfuro de Galio (GaP).

 

DIODOS LED ( Light Emitting Diode).-Es un diodo que presenta un comportamiento parecido al de un diodo rectificador sin embargo, su tensión de umbral, se encuentra entre 1,3 y 4v dependiendo del color del diodo. 

Color Tensión en directo

Infrarrojo 1,3v

Rojo 1,7v

Naranja 2,0v

Amarillo  2,5v

Verde 2,5v

Azul 4,0v

El conocimiento de esta tensión es fundamental ya normalmente se le coloca al led una resistencia en serie que limita la intensidad que circulará por el. Cuando se polariza directamente se comporta como una lamparita que emite una luz, cuando se polariza inversamente no se enciende y además no deja circular la corriente. La intensidad mínima para que un LED emita luz visible es de 4mA ycomo máximo debe aplicarse 50mA.

Para identificar las terminales del diodo LED el cátodo será el terminal más corto, siendo el más largo el ánodo. Además en el encapsulado, se observa un chaflán en el lado en el que se encuentra el cátodo.

Se utilizan como señal visual y en el caso de los infrarrojos en los mandos a distancia.

Se fabrican algunos LEDs especiales:

LED bicolor.- Están formados por dos diodos conectados en paralelo e inverso. Se suele utilizar en la detección de polaridad.

LED tricolor.- Formado por dos diodos LED (verde y rojo) montado con el cátodo común. El terminal más corto es el ánodo rojo, el del centro, es el cátodo común y el tercero es el ánodo verde.

Display.- Es una combinación de diodos LED que permiten visualizar letras y números. Se denominan comúnmente displays de 7 segmentos. Se fabrican en dos configuraciones: ánodo común y cátodo común.

Estructura de un LED bicolor Estructura de un LED tricolor Display

Display de cátodo común Display de ánodo comúnDisposición de los pines

en un display

El rectificador de onda completa (R.O.C.)

 

Se conocen y se utilizan dos configuraciones para rectificadores de onda completa. La primera de ellas es el "Puente" rectificador de onda completa:

 

 

 

 

SIMBOLOGÍA

Diodo rectificador Diodo Schottky Diodo zener

Diodo varicap Diodo Pin Diodo túnel Diodo LED

Fotodiodo Puente rectificador

Otros tipos de diodos semiconductores.

Diodo avalancha Diodo varicap Fotodiodo Diodo Schottky Diodo túnel Diodo láser

Aplicaciones del diodo.

Rectificador de media onda. Rectificador de onda completa. Filtro de condensador. Estabilizador zener. Circuito recortador. Integrador y diferenciador RC. Circuito fijador. Multiplicador.

Nomenclatura De Diodos

Todos los semiconductores tienen serigrafiados números y letras que especifican y describen de que tipo de dispositivo se trata. Existen varias nomenclaturas o códigos

que pretenden darnos esta preciada información. De todas destacan tres: PROELECTRON (Europea) que consta de dos letras y tres cifras para los componentes

utilizados en radio, televisión y audio o de tres letras y dos números para dispositivos industriales. La primera letra precisa el material del que está hecho el dispositivo y la segunda letra el tipo de componente. El resto del código, números generalmente, indica la aplicación general a la que se aplica. Para la identificación de estos dispositivos se utiliza la tabla que

sigue a continuación.

La primera letra indica el material semiconductor utilizado en la construcción del dispositivo

A Germanio

B Silicio

C Arseniuro de Galio

D Antimoniuro de Indio

R Material de otro tipo

La segunda letra indica la construcción y utilización principal del dispositivo

A Diodo de señal (diodo detector, de conmutación a alta velocidad, mezclador).

B Diodo de capacidad variable (varicap).

C Transistor, para aplicación en baja frecuencia.

D Transistor de potencia, para aplicación en baja frecuencia

E Diodo túnel.

F Transistor para aplicación en alta frecuencia.

L Transistor de potencia, para aplicación en alta frecuencia

P Dispositivo sensible a las radiaciones.

RDispositivo de conmutación o de control, gobernado eléctricamente y teniendo un

efecto de ruptura (tiristor).

S Transistor de aplicación en conmutación.

TDispositivo de potencia para conmutación o control, gobernado eléctricamente y

teniendo un efecto de ruptura (tiristor).

U Transistor de potencia para aplicación en conmutación

X Diodo multiplicador (varactor).

Y Diodo de potencia (rectificador, recuperador).

Z Diodo Zener o de regulación de tensión.

La serie numérica consta:

a) De tres cifras (entre 100 a 999) para dispositivos proyectados principalmente en aparatos de aplicación doméstica (radio, TV, registradores, amplificadores). b) Una letra (X,Y,Z), seguida de dos cifras (de 10 a 99) para los dispositivos proyectados para usos principales en aplicaciones industriales y profesionales.Ejemplos:

BC107 Transistor de silicio de baja frecuencia, adaptado principalmente para usos generales.

BSX 51 Transistor de silicio de conmutación, adaptado principalmente para aparatos

industriales.

En algunos casos, para indicar variaciones de un tipo ya existente, la serie numérica puede ir seguida de una letra:

BSX51A Transistor similar al BSX51, pero especificado para una tensión más alta.

En Estados Unidos se utiliza la nomenclatura de la JEDEC ( Joint Electronic Devices Engineering Council) regulado por la EIA (Electronic Industries Association), que consta  de un número, una letra y un número de serie (este último sin significado técnico). El significado de

los números y letras es el siguiente:

1N Diodo o rectificador 2N Transistor o tiristor3N Transistor de Efecto de

Campo FET o MOSFET

Los fabricantes japoneses utilizan el código regulado por la JIS (Japanese Industrial Standards), que consta de un número, dos letras y número de serie (este último sin

ningún significado técnico). El número y letras tienen el siguiente significado:

Número Primera letra Segunda letra

0 Foto transistor S Semiconductor A Transistor PNP de A.F.

1Diodo, rectificador o

varicap    B Transistor PNP de B.F.

2 Transistor, tiristor     C Transistor NPN de A.F.

3Semiconductor con

dos puertas    D Transistor NPN de B.F.

        F Tiristor de puerta P

        G Tiristor de puerta N

        J FET de canal P

        K FET de canal N

Ejemplo.- 2SG150: Tiristor de puerta N