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1
Semiconductores
http://einstein.ciencias.uchile.cl/Instrumentacion2008/Clases/
DiodosyTransistores.ppt
2008
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2
Pregunta.¿Cuántas cargas eléctricas atraviesan la ventana de área a durante un tiempo t?
vt
a
Respuesta. Las contenidas en el volumen avt.
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3
Las contenidas en el volumen son cavt.
c = cargas por unidad de volumen ( Cm-3)
a = Área de la ventana ( m2 )
v = velocidad de las cargas ( ms-1 )
t = intervalo de tiempo ( s )
Unidades de cAvt? C m-3 m2 m s-1 s
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4
Número de cargas que atraviesan la ventana en un tiempo t es cAvt coulomb.
Densidad de corriente = J = Número de cargas que pasan la ventana por unidad de área y por unidad de tiempo = cv (C m-3 m s-1 = amper m-2).
La velocidad es el producto de la movilidad de las cargas multiplicada por la fuerza que las impulsa
cvJ
fuerzamovilidadcJ
Am-2
Am-2
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5
La movilidad es la velocidad que toman las cargas cuando se les aplica una fuerza de 1 newton por coulomb.(m C s-1N-1)
cvJ fuerzamovilidadcJ
Am-2
Am-2
La conductividad, , el producto de la movilidad por la concentración de las cargas (m C s-1N-1 C m-3 )
fuerzaJ m-2 C2 s-1N-1 N C-1 Am-2
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6
fuerzaJ m-2 C2 s-1N-1 N C-1 Am-2
La unidad de potencial eléctrico, V, es el voltio o volt, V, igual a 1 joule por coulomb.
La fuerza aplicada a cada coulomb es menos el gradiente de potencial eléctrico, V. (joule C-1m-1= N C-1 ).
1-NC dx
dVfuerza
En una sola dimensión:
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7
La intensidad de la corriente, i, en un conductor de área a es:
m
A
2
dx
dVJ q
Adx
dVai
Donde V es la diferencia de potencial entre los extremos del conductor.
AVl
ai
En una dimensión la densidad de corriente:
Para un conductor de área y composición homogénea, de largo l la corriente es:
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8
AV 1l
aG
Conductancia, G, siemens, S.
VA 1al
R Resistencia, R, ohm,
a
lR
Resistividad, , cm
A Vla
i Intensidad de
corriente, i , amper
Conductividad, , Scm-1
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9
Semiconductores
http://en.wikipedia.org/wiki/Semiconductors
![Page 10: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Silicio (Si) puro es muy poco conductor
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11
Silicio (Si) puro es muy poco conductor
![Page 12: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/12.jpg)
12
P, As, Sb
Si con impurezas es buen conductor
![Page 13: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/13.jpg)
13
B, Ga, In, Al
Si con impurazas es buen conductor
![Page 14: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Diodos
![Page 15: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/15.jpg)
15
E de los electrones
E de los huecos
0
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16
E de los electrones
E de los huecos
0
![Page 17: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/17.jpg)
17
E de los electrones
E de los huecos
0
![Page 18: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/18.jpg)
18
E de los electrones
E de los huecos
0
![Page 19: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/19.jpg)
19
+
-
E de los electrones
E de los huecos
0
http://en.wikipedia.org/wiki/Diode
http://en.wikipedia.org/wiki/Light_emiting_diode
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20
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21
1 volt en el nodo 2 equivale a una intensidad de corriente de 1 amper
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22
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23
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24
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25
![Page 26: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/26.jpg)
26AV
101.510500
13
3
R R 1012 ohm @ V < 0
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27
![Page 28: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/28.jpg)
28
-5.0E-12
0.0E+00
5.0E-12
1.0E-11
1.5E-11
2.0E-11
2.5E-11
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2
Voltaje, volt
Co
rrie
nte
, am
per
![Page 29: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/29.jpg)
29
1,0E-14
1,0E-13
1,0E-12
1,0E-11
1,0E-10
0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,17 0,19
Voltaje, volt
Co
rrie
nte
, am
per
)ln(ibaV
)ln(ibaV
ie baV /
volt028.0)100ln(05.018.0 b
RTFVVei /00,05
0,10
0,15
0,20
1E-13 1E-12 1E-11
Corriente, amper
Vo
lata
je, v
olt
![Page 30: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/30.jpg)
30
1.0E-13
1.0E-11
1.0E-09
1.0E-07
1.0E-05
1.0E-03
1.0E-01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Voltaje, volt
Co
rrie
nte
, am
per
![Page 31: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/31.jpg)
31
y = 37.842x + 0.6188
0.636
0.638
0.640
0.642
0.644
0.646
0.648
0.650
0.652
0.654
0.0005 0.0006 0.0007 0.0008 0.0009 0.001
Corriente, amper
Vo
late
je, v
olt
![Page 32: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/32.jpg)
32
Circuito para el análisis de un diodo
![Page 33: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/33.jpg)
33
Diodo rectificador
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34
Diodo zener
http://en.wikipedia.org/wiki/Zener_diode
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35
![Page 36: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/36.jpg)
36
![Page 37: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/37.jpg)
37
![Page 38: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/38.jpg)
38
D1 D3
R3
1Mohm
A BT
G
XSC1
V3
1V 1kHz 0Deg R1
10kohm
![Page 39: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/39.jpg)
39
R3
1Mohm
A BT
G
XSC1
V3
1V 1kHz 0Deg R1
10kohm D2
02DZ4.7D1
02DZ4.7
![Page 40: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/40.jpg)
40
R3
1Mohm
A BT
G
XSC1
V3
1V 1kHz 0Deg R1
10kohm D2
02DZ4.7D1
02DZ4.7
D3 D4
![Page 41: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/41.jpg)
41
R3
1Mohm
A BT
G
XSC1
V3
10V 1kHz 0Deg R1
10kohm D2
02DZ4.7D1
02DZ4.7
D3 D4
![Page 42: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/42.jpg)
42
R1
10kohm
R2
10kohm
V1
12V
V2
12V
J1
Key = Space
J2
Key = Space
D1D2
D3D4R3
10kohm
A BT
G
XSC1
V3
1V 1kHz 0Deg
![Page 43: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/43.jpg)
43
R1
10kohm
R2
10kohm
V1
12V
V2
12V
J1
Key = Space
J2
Key = Space
D1D2
D3D4R3
10kohm
A BT
G
XSC1
V3
1V 1kHz 0Deg
![Page 44: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/44.jpg)
44
R1
10kohm
R2
10kohm
V1
12V
V2
12V
J1
Key = Space
J2
Key = Space
D1D2
D3D4R3
10kohm
A BT
G
XSC1
V3
1V 1kHz 0Deg
![Page 45: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/45.jpg)
45
R1
10kohm
R2
10kohm
V1
12V
V2
12V
J1
Key = Space
J2
Key = Space
D1D2
D3D4R3
10kohm
A BT
G
XSC1
V3
1V 1kHz 0Deg
![Page 46: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/46.jpg)
46
Transistores
![Page 47: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/47.jpg)
47
colector base emisor
N NP
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48
colector base emisor
+
N NP
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49
colector base emisor
++
N NP
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50
colector base emisor
P PN
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51
colector base emisor
-
P PN
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52
colector base emisor
- -
P PN
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53
baseemisor
colector
baseemisor
colector
Transistor NPN Transistor PNP
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54
12V 1kohm
I1
1ohm
Corriente de base, AC
orrie
nte
de c
olec
tor,
A
Corriente de base, A
Cor
rient
e de
col
ecto
r, A
Ganancia de corriente del transistor. icolector/ibase
![Page 55: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/55.jpg)
55
Ganancia de corriente del transistor. icolector/ibase
ibase
icolector
Transistor como amplificador de potencia.
W = iV = V2/R = i2R
![Page 56: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/56.jpg)
56
![Page 57: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/57.jpg)
57
100V 1kohm
1ohm
1kohm
V2
Voltaje V2, VV
olta
je c
olec
tor,
V
Transistor como amplificador de voltaje.
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58
100V 1kohm
10kohm
V2
Voltaje base, VV
olta
je b
ase,
VV
olta
je e
mis
or,
V
Transistor como seguidor de emisor.
![Page 59: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/59.jpg)
59
Fuente de Voltaje constante
Q1BJT_NPN_VIRTUAL
R1
4kohm
+ -D1BZV55-B2V7
R33kohm
+
-0.501mA
2.000 V
2.7 V
![Page 60: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/60.jpg)
60
Q1BJT_NPN_VIRTUAL
R1
4kohm
+ -D1BZV55-B2V7
R33kohm
+
-
Fuente de Voltaje constante
400 ohm
4.810mA
1.941V
![Page 61: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/61.jpg)
61
Fuente de Voltaje constante
V30V
Q1BJT_NPN_VIRTUAL
R1
4kohm
+ -D1BZV55-B2V7
R33kohm
+
-
40 Kohm40 Kohm
0.057mA
2.058V
![Page 62: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/62.jpg)
62
R2
+-
+
-
Q1BJT_NPN_VIRTUAL
R1
2kohm
+ -D1BZV55-B2V7
R33kohm
Fuente de Corriente constante
200 ohm
1.983V
0.197V
0.984mA
![Page 63: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/63.jpg)
63
R2
+-
+
-
Q1BJT_NPN_VIRTUAL
R1
2kohm
+ -D1BZV55-B2V7
R33kohm
Fuente de Corriente constante
20 ohm
1.983V
0.020V
0.981mA
![Page 64: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/64.jpg)
64
R2
+-
+
-
Q1BJT_NPN_VIRTUAL
R1
2kohm
+ -D1BZV55-B2V7
R33kohm
Fuente de Corriente constante
2000 ohm
1.983V
1.965V
0.984mA
![Page 65: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/65.jpg)
65
N NP
Transistor de efecto de camposource gate drain
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66
N NP
source gate drain
![Page 67: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/67.jpg)
670
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 1 2 3 4 5
source gate drain
N NP
VDS, volt
I DS,
mic
ro a
mpe
r
![Page 68: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/68.jpg)
68
N NP
source gate drain
V1
R1
1ohm
Q1
0V
0 V
![Page 69: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/69.jpg)
69
N NP
source gate drain
-0.5 V
V1
R1
1ohm
Q1
-0.5V
![Page 70: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/70.jpg)
70
N NP
source gate drain
-1 V
V1
R1
1ohm
Q1
-1V
![Page 71: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/71.jpg)
71
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 1 2 3 4 5
Vds
R1
1ohm
Q1
Vgs
VDS, volt
I DS,
mic
ro a
mpe
r
VGS = 0 volt
VGS = -0.5 volt
VGS = -1 volt
Relación corriente DS vs voltaje DS.
![Page 72: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/72.jpg)
72
Vds
R1
1ohm
Q1
Vgs
0
50
100
150
200
250
300
350
400
-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0
VGS, volt
I DS,
mic
ro a
mpe
r
Relación corriente DS vs voltaje GS.
![Page 73: 1 Semiconductores Instrumentacion2008/Clases/ DiodosyTransistores.ppt 2008](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062305/5665b4341a28abb57c8ff5f0/html5/thumbnails/73.jpg)
73
y = -28x - 11
0
5
10
15
20
25
30
-1.5 -1.25 -1 -0.75 -0.5
..
VGS, volt
VDS,
volt
Transistor como amplificador de voltaje.