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ESCUELA DE EDUCACIÓN TÉCNICA N° 1 Gral. M. BELBRANO
TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
Manual de consulta, de utilidad en electricidad, electrónica y automatización
UNIDAD VI.-
SEMICONDUCTORES Y CIRCUITOS INTEGRADOS
Ed. 02 – Febrero 2011
Expectativas de logro:
El alumno deberá conocer la estructura, composición, características
constructivas y aplicación en circuitos electrónicos, de los componentes
semiconductores y circuitos integrados. Identificar su utilidad y aplicación en
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circuitos analógicos y digitales. Tomar conocimiento de las propiedades y
aplicaciones de materiales útiles para su fabricación.
CONTENIDO
COMPONENTES SEMICONDUCTORES 03
TERMISTOR / VARISTOR / DIODO DE JUNTURA / DIODO ZENER /TRANSISTOR / TIRISTOR / DIAC / TRIAC
COMPONENTES OPTOELECTRÓNICOS 09
DIODO EMISOR DE LUZ/ CELULA FOTOELÉCTRICA/ FOTODIODO /DIODO LÁSER / FOTOTRANSISTOR
CIRCUITOS INTEGRADOS 12
Materiales útiles para la elaboración de Semiconductores 12
REF. BIBLIOGRÁFICAS
www.simbología-electrónica.comhttp://es.wikipedia.org
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http://imáges.google.com.pehttp://www.google.com.ar www.simbología electrónica.com
COMPONENTES SEMICONDUCTORES
La circulación de corriente eléctrica a través de un material, semanifiesta en función de la cantidad de electrones libres con poder dedesplazamiento.
A los materiales que en presencia de un determinado suministro de
energía, liberan con facilidad electrones de su órbita exterior, se los consideracomo buenos conductores; mientras que aquellos, cuyos electrones seencuentran tan ligados al núcleo, que aún en presencia de un elevadosuministro de energía no se liberan, se los consideran como buenos aislantes.
Existe un grupo intermedio denominado semiconductores, para los
cuales la conducción de corriente eléctrica, depende de la cantidad deelectrones portadores libres que existan a la temperatura ambiente.
Se entiende por semiconductor, al “componente electrónico, que deacuerdo al tipo y forma de energía que recibe, maneja el paso de la corrienteeléctrica, dentro de los márgenes permitidos por los estados de conducción ycorte”. Se obtienen a partir de la mezcla de materiales semiconductores, talescomo el silicio y el germanio, entre otros.
TERMISTOR
Los componentes semiconductores denominados termistores, sonresistores de características no lineales, que varían su resistencia con latemperatura y cuyo coeficiente de temperatura es negativo. En el comercio sonconocidos como resistencias NTC.
Todos los resistores que emplean el carbono como elemento resistente,puro o en mezcla con otros productos, poseen un coeficiente de temperaturanegativo.
Los termistores se emplean especialmente para suprimir las sobrecargastransitorias de tensión y corriente, para mediciones de potencia, temperatura ygrado de vacío y para estabilizar temperaturas y tensiones.
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Aspecto físico de termistores.VARISTOR
Los elementos semiconductores denominados varistores, son resistores
de características no lineales con coeficiente de tensión negativo. Su
resistencia disminuye rápidamente al aumentar la tensión aplicada. Su nombrecomercial es, resistencia VDR.
Se fabrican básicamente con óxido de zinc, añadiéndoles otrosmateriales para agregarle las características no lineales deseables.
Varistor de óxido metálico para 385 V.
El material se comprime para formar discos de diferente tamaño y se leagrega un contacto metálico a cada lado para su conexión eléctrica.
Se utilizan para proteger los componentes más sensibles de los circuitoscontra variaciones bruscas de voltaje o picos de corriente que pueden ser originados, entre otros, por relámpagos conmutaciones y ruido eléctrico.
Son muy utilizados como limitadores de picos de voltaje.
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DIODO DE JUNTURA
El diodo de juntura, es un elemento físico que en presencia de unaenergía eléctrica aplicada entre sus bornes, permite la circulación de corrienteen una dirección determinada y se opone a dicha circulación cuando la
corriente tiende a circular en sentido opuesto.
Se utiliza en electrónica, fundamentalmente para convertir corrientealternada, que fluye cíclicamente en ambas direcciones a través de un circuitoeléctrico, en corriente continua con una energía de flujo constante y en unasola dirección.
Imagen y símbolo del diodo de juntura
Se construye, uniendo dos trozos de materiales semiconductores, uno
del tipo P y otro del tipo N, en una juntura elaborada de manera tal, que en lasuperficie de contacto, no se alteren ni la propiedad donadora del material tipoN, ni la propiedad aceptadora del material del tipo P. Esto significa que en undiodo con juntura ideal se cumple que:
para V menor que 0 no circula corrientepara V mayor que 0 circula corriente
Si el diodo se comportara como un elemento ideal, polarizado en sentidoinverso presentará resistencia infinita al pasaje de la corriente eléctrica ypolarizado en sentido directo, presentará resistencia nula.
Respuesta de un diodo ideal
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Los diodos especialmente realizados para ser empleados como diodosZener, son muy útiles como elementos estabilizadores de tensión o comofuentes de tensión de referencia. Para emplearlos como tales debe hacerse
pasar la corriente en sentido opuesto.
Por tratarse de diodos de silicio, se comportarán como diodos deacoplamiento normales en sentido directo. Esto implica que entre susterminales la caída de tensión será de aproximadamente 0,7 V.
TRANSISTOR
El transistor es un componente electrónico que cumple funciones deamplificador , oscilador , conmutador o rectificador .
Imágen real y símbolo del transistor Distintos tipos de transistores
Un transistor PNP se construye de la siguiente manera:
Una de las zonas P se conecta con la zona N a través de una fuente decorriente continua que polariza la juntura en forma directa, dando origen a undiodo que emite portadores. La otra se conecta también con la zona N a travésde otra fuente de corriente continua, que polariza la juntura en forma inversa,dando origen a otro diodo que colectará los portadores emitidos por el primero.
Al electrodo correspondiente a la zona P del diodo inyector se lodenomina "emisor"; al correspondiente a la zona P del diodo inverso, "colector"y al electrodo de la zona central N, "base". También se designa así a las zonascorrespondientes.
Forma de conectar un transistor a un circuito eléctrico
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Cabe destacar que así como se elabora un transistor del tipo PNP, sepuede elaborar uno del tipo NPN que responde a los mismos principios.
TIRISTOR
El tiristor, es un componente electrónico, construido con materialessemiconductores, que utiliza realimentación interna para producir unaconmutación.
Imagen real y símbolo de un tiristor
De construye cos materiales que pueden actuar como conductores oaislantes, dependiendo de la temperatura a la cual estén expuestos.
Se comporta como dispositivo unidireccional, permitiendo la circulación decorriente eléctrica en una sola dirección. Se utiliza por lo general comocontrolador de potencia eléctrica.
DIAC
Imagen real y símbolo de un diac
El DIAC, es un componente electrónico, que se comporta como un diodobidireccional que se dispara y conduce la corriente sólo tras alcanzar la tensiónde disparo, siempre y cuando la corriente circulante no sea inferior a la de suvalor característico.
El comportamiento es el mismo, para ambas direcciones de la corrienteeléctrica en circulación.
Se trata de una clase de tiristor, que se construye con materialessemiconductores, cuya tensión de disparo se encuentra situada entre los 20 y
30V y que se utiliza por lo general para disparar tiristores y triacs.
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Se lo caracteriza como un componente semiconductor bidireccional, dedos terminales, (Ánodo y cátodo) que actúa como interruptor de corriente.
TRIAC
El TRIAC, es un componente electrónico semiconductor, de la familia delos transistores.
Imagen real y símbolo de un triac.
A diferencia del tiristor, que conduce la corriente eléctrica en una soladirección, el triac es de conducción bidireccional. Esta condición, es el motivofundamental que lo habilita para comportarse como un elemento interruptor capaz de conmutar en corriente alterna. En baja potencia, se lo utiliza comoatenuador de luz, control de velocidad de motores y en sistemas de controlcomputerizados. La construcción del TRIAC. Como interruptor estático ofrecemuchas ventajas sobre los interruptores mecánicos convencionales y los relés..
COMPONENTES OPTOELECTRÓNICOS
Se entiende por optoelectrónico, al tipo de componente, que conectadoen un circuito eléctrico, transforma la energía eléctrica en luminosa y viceversa.
Según su utilidad, se construyen utilizando materiales semiconductores,en especial, silicio o germanio.
DIODO EMISOR DE LUZ
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Características constructivas de un Diodo emisor de luz LED.El diodo emisor de luz, también conocido como LED, es un componente
optoelectrónico que, por transformación de energía electro lumínica, emite luzincoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la uniónPN del mismo y circula por él una corriente eléctrica.
Se construye, encapsulado en una cubierta de plástico más resistenteque las de vidrio, que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes.
Se utiliza comúnmente, en mandos a distancia y señalización de equipos detelevisión, audio, acondicionadores de aire y electrodomésticos en general, asícomo en dispositivos transmisores de datos.
CELULA FOTOELÉCTRICA
Imagen de una célula fotoeléctrica
La célula fotoeléctrica, es un semiconductor electrónico cuya resistenciadisminuye con el aumento de intensidad de luz incidente. Se lo conoce tambiéncomo fotorresistencia. Su cuerpo está formado por una célula o celda y dospatillas. El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luzincidiendo en él (puede descender hasta 50 ohms) y muy alto cuando está a
oscuras (varios mega ohms). Está construido con sulfuro de cadmio, que es unsemiconductor de muy alta resistencia.
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Los valores típicos de resistencia varían entre 1 MΩ, o más, en laoscuridad y 100 Ω con luz brillante. Se fabrican en diversos tipos y puedenencontrarse en muchos artículos de consumo, como por ejemplo en medidoresde luz, relojes con radio, alarmas de seguridad o sistemas de encendido yapagado del alumbrado de calles.
FOTODIODO
Imagen de dos fotodiodosEl fotodiodo, es un componente optoelectrónico, sensible a la incidencia
de la luz visible o infrarroja, que se construye con una unión de materiales PN.Para su funcionamiento, se lo polariza en sentido inverso, de manera tal
que la circulación de corriente eléctrica se active cuando es excitado por la luz.
Por lo general se lo construye con silicio, sensible a la luz común o degermanio para luz infrarroja. Responde a los cambios de oscuridad eiluminación, con mucha más velocidad que una célula fotoeléctrica, siendo muyútil en circuitos con tiempo de respuesta muy pequeño.
Se lo utiliza en lectores de CD, para la recuperación de los datos garbados enel surco, mediante la luz del haz láser reflejada en el mismo, en impulsoseléctricos, que procesa el sistema para obtener la información grabada.
DIODO LÁSER
Imagen de diodos láser emitiendo luz
El diodo láser, es un componente optoeléctrónico emisor de luzcoherente. Esto significa que todas las ondas luminosas están en fase entre sí.
Su construcción se basa en utilizar una cámara resonante con espejosque refuerza la emisión de ondas luminosas a la misma frecuencia y fase.Debido a la resonancia, produce un haz de luz estrecho que es muy intenso,
enfocado y puro. Produce luz visible (roja, verde o azul) e invisible (infrarroja).
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Se lo utiliza, en los sistemas de telecomunicaciones, como fuente dealimentación lumínica y en general en sistemas digitales en banda ancha.
FOTOTRANSISTOR
Imagen de un fototransistor
Si la luz incide sobre la región de base, se generan en ella portadoresque llevan al transistor al estado de conducción. Se utiliza en lectores de cinta y
tarjetas perforadas y lápices ópticos, para comunicaciones con fibra óptica ypara la detección de objetos cercanos cuando forman parte de un censor deproximidad.
CIRCUITOS INTEGRADOS
Circuito integrado.
El circuito integrado, es un componente electrónico que consiste en unapastilla pequeña de material semiconductor, que contiene una serie decircuitos, creados por el método de fotolitografía y protegidos dentro de unencapsulado de plástico o cerámica.
Posee conductores metálicos apropiados para conectarlo a un circuitoimpreso. Su capacidad de contener una gran cantidad de componentes en undiminuto chip es el principal beneficio, en materia de reducción de costos yespacios.
Su bajo costo se debe a que se fabrica impreso en una sola pieza, apartir de una oblea de silicio. Esto permite su producción en cadena, degrandes cantidades con una tasa de defectos muy baja.
Es de gran utilidad, como componente electrónico de los equipos detecnóloga digital.
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Materiales útiles en la elaboración de Semiconductores
ORO
El oro es un metal de transición blando, brillante, amarillo, pesado,maleable y dúctil. El oro no reacciona con la mayoría de los productosquímicos.
Como metal se encuentra normalmente en estado puro y en forma depepitas. Ejerce funciones críticas en comunicaciones, naves espaciales ymuchos productos. Se emplea como recubrimiento protector en satélites,debido a que es un buen reflector de la luz infrarroja.
GRAFITO
El grafito es un material de color negro con brillo metálico, refractario yse exfolia con facilidad.
Presenta una conductividad baja de la electricidad, que aumenta con latemperatura, comportándose como un semiconductor. A lo largo de las capasla conductividad es mayor y aumenta proporcionalmente a la temperatura,comportándose como un conductor.
GRAFENO
El grafeno es una estructura laminar plana, compuesta por átomos de carbono densamente empaquetados en una red cristalina en formade panal de abeja mediante enlaces covalentes que se formarían a partir de lasuperposición de los carbonos enlazados.
Tiene propiedades ideales para ser utilizado como componente encircuitos integrados. Presenta alta movilidad de portadores, así como bajo nivelde ruido, lo que permite que sea utilizado como canal en transistores de efectode campo (FET).
GERMANIO
Es un metaloide sólido, duro, cristalino, de color blanco grisáceolustroso, quebradizo, que conserva el brillo a temperaturas ordinarias. Presentala misma estructura cristalina que el diamante y resiste a los ácidos y álcalis.
Es un material muy importante para la elaboración de semiconductores,transistores, fotodiodos circuitos integrados de alta velocidad y también encompuestos sandwich Si/Ge para aumentar la movilidad de los electrones en elsilicio. Responde de forma eficaz a la radiación infrarroja y puede usarse en
amplificadores de baja intensidad. Se utiliza también de sistemas con fibrasópticas y en circuitos electrónicos con radares.
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