tema 2. dispositivos
TRANSCRIPT
1María Jesús Martín Martínez : [email protected]
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS
IEEE 125 Aniversary: http://www.flickr.com/photos/ieee125/with/2809342254/
http://www.tech-faq.com/wp-content/uploads/images/integrated-circuit-layout.jpg
2María Jesús Martín Martínez : [email protected]
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS
2.2. Diodo de UniDiodo de Unióón (n (UniUnióónn PP--N).N).
3.3. Transistor Bipolar de UniTransistor Bipolar de Unióón (BJT).n (BJT).
4.4. Transistor de Efecto de Campo MetalTransistor de Efecto de Campo Metal--OxidoOxido--Semiconductor (MOSFET).Semiconductor (MOSFET).
5.5. Diodo emisor de luz (LED).Diodo emisor de luz (LED).
6.6. Ejercicios propuestosEjercicios propuestos
www.esacademic.comees.wikispaces.com
upload.wikimedia.org
erenovable.com
3María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Es el dispositivo más sencillo y básico. Consiste en un semiconductor con impurificación no homogénea:
Un lado dopado con impurezas aceptadoras (Tipo P).
En el otro son impurezas donadoras (Tipo N). Tiene dos terminales externos (dos metales):
Ánodo (conectado a la región P) Cátodo (conectado a la región N)
Generalmente el cátodo se conecta a tierra, y se aplica al ánodo una tensión V
Si la tensión aplicada entre terminales V=0 La uniónestá en equilibrio.
Si la tensión aplicada entre terminales es diferente de cero Diodo polarizado
Si la tensión V>0 Polarización directa
Si la tensión V>0 Polarización inversa
2. El diodo de unión:
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.2. DIODO DE UNI2.2. DIODO DE UNIÓÓNN
http://romux.com/projects/electronics/monolithic-ic-component-fabrication
http://www.circuitstoday.com/semiconductor-diodes-and-diode-symbol
4María Jesús Martín Martínez : [email protected]
2.a. La unión PN en equilibrio (V=0)
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.2. DIODO DE UNI2.2. DIODO DE UNIÓÓNN
En el SC tipo P existen muchos huecos y pocos electrones, y en el SC tipo N hay muchos electrones y muy pocos huecos.
A temperatura ambiente, los huecos de la zona p pasan por difusión hacia la zona n y los e- de la zona n pasan a la zona p.
La difusión crea un exceso de carga negativa (electrones) en el lado P y exceso de carga positiva (huecos) en el lado N.
Debido a estos excesos de carga se crea, un campo eléctrico que produce corrientes de desplazamiento, que compensan a las de difusión Dando lugar a corriente total nula.
En equilibrio I = In + Ip =0en.wikipedia.org/wiki/P-n_junction
5María Jesús Martín Martínez : [email protected]
2.a. La unión PN en equilibrio (V=0)
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.2. DIODO DE UNI2.2. DIODO DE UNIÓÓNN
en.wikipedia.org/wiki/P-n_junction
6María Jesús Martín Martínez : [email protected]
En polarización Directa: El potencial aplicado externo se opone al campo
eléctrico que limita la difusión Disminuye el efecto del arrastre) y aumenta la difusión de portadores.
De electrones del lado N al P De huecos del lado P al N El resultado es una corriente neta elevada de
portadores mayoritarios hacia donde son minoritarios.
En polarización Inversa: El potencial externo refuerza el campo eléctrico de
arrastre. Las componentes de difusión son nulas. Aumentan las componentes de arrastre (trasladan
los minoritarios): son corrientes muy pequeñas que puede considerarse despreciables.
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.2. DIODO DE UNI2.2. DIODO DE UNIÓÓNN
2.b. La unión PN polarizada (V ≠ 0)
P N
V > 0
P N
V < 0
I
I=0x
7María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Directa Inversa
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.2. DIODO DE UNI2.2. DIODO DE UNIÓÓNN
2.b. La unión PN polarizada (V ≠ 0)
ees.wikispaces.com ees.wikispaces.com
Explicación interactiva del funcionamiento del diodohttp://www-g.eng.cam.ac.uk/mmg/teaching/linearcircuits/diode.html
8María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Analíticamente se puede encontrar una relación entre la corriente que circula por el mismo y la tensión externa que se aplica:
En polarización directa: V>0 podemos admitir que la exponencial es muy superior al “1”
En polarización inversa: V<0 podemos despreciar la exponencial frente al “1”.
e
BT
q
TkV =
VT(300 K) = 25.85 mV
kB (Cte de Boltzmann) = 1.38·10-23 JK-1
−=
−= 11 00
TKeV
VV
BT eIeII
I0: Corriente inversa de saturación (pocos nA)
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.2. DIODO DE UNI2.2. DIODO DE UNIÓÓNN
2.b. Unión PN polarizada. Curva Caracteristica (I-V)
VT : denominado potencial térmico
Característica estática (I-V) del diodo
TKeV
BeII 0=
0II −=
I
V
Curva analítica
I0
Inversa Directa
9María Jesús Martín Martínez : [email protected]
La característica I-V de un diodo real es ligeramente diferente:
La corriente en inversa es prácticamente nula.
En directa existe un voltaje umbral Vγγγγ, que es una polarización mínima que hay que aplicar para que la unión esté en directa Característica desplazada hacia la derecha.
Para polarizaciones muy elevadas en inversa (inferiores a –VR) aparecen fenómenos de multiplicación de portadores la corriente se hace muy elevada
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.2. DIODO DE UNI2.2. DIODO DE UNIÓÓNN
2.b. Unión PN polarizada. Curva Caracteristica (I-V)
Característica REAL estática (I-V) del diodo
I
V
Curva REAL
Inversa Directa
VγγγγVR
10María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Influencia de la temperatura
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.2. DIODO DE UNI2.2. DIODO DE UNIÓÓNN
2.b. Unión PN polarizada. Curva Caracteristica (I-V)
ees.wikispaces.com
11María Jesús Martín Martínez : [email protected]
2.c. Comparativas de Curvas I-V de diodos reales
V [Volt.]
0
1
0.25-0.25
i [mA]
0.5
Ge Si
0 1-4
30
i [mA]
V [Volt.]
Ge
Si
-0.8
-0.5 0
i [µµµµA]
V [Volt.]
-10
-0.5 0
i [pA]
V [Volt.]
Ge Si
Ge: mejor en conducciónSi: mejor en corte
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.2. DIODO DE UNI2.2. DIODO DE UNIÓÓNN
www.uniovi.es/ate/manuel
12María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Si la tensión de polarización inversa VVVVRRRRen la que se produce el fenómeno de conducción por avalancha es pequeña (en módulo) hablamos del diodo ZenerPara una tensión inversa dada, llamada tensión Zener, ésta se mantiene constante aunque la corriente varíe.En polarización directa funciona como un diodo normal.Su símbolo circuital:
2.d. Diodo Zener
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.2. DIODO DE UNI2.2. DIODO DE UNIÓÓNN
V
Tensión Zener
Tensión Zener
Vz
I
FFI-UPV.es
13María Jesús Martín Martínez : [email protected]
En el modelo del diodo ideal se equipara éste a un cortocircuito o a un circuito abierto, según cómo estéconectado.
R
I I
I
1ª aproximación: diodo ideal
R
V
I
I. Curva Caracteristica (I-V). Modelos
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.2.b Modelado DIODO DE UNI2.2.b Modelado DIODO DE UNIÓÓNN
DIRECTA INVERSA
FFI-UPV.esFFI-UPV.es
14María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Se considera que el diodo conduce sin resistencia por encima de la tensión umbral, y no conduce por debajo de la misma. Esto equivale a considerar un diodo como un interruptor o un diodo ideal en serie con un receptor.
VO= 0.3 V para el diodo de Ge
VO= 0.7 V para el de Si.
mA3.51
7.06=
−=
−=
kR
VVI
Of
VO V
I
R=1kΩVf = 6V
I VO=0.7 V
R=1kΩ
I
Vf = 6V
I. Curva Caracteristica (I-V). Modelos
2ª aproximación lineal
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.2.b Modelado DIODO DE UNI2.2.b Modelado DIODO DE UNIÓÓNN
DIRECTA
FFI-UPV.es
15María Jesús Martín Martínez : [email protected]
La 3ª aproximación es un diodo ideal con una resistencia en serie y una fuente de tensión.
R=1kΩ
Vf = 6V IRd = 500 Ω
VO=0.7 V
mA5.35001000
7.06=
+
−=
−=
R
VVI
Of
R=1kΩ
Vf = 6V I
-0,05
0,05
0,15
V (V)
I (m
A)
Io-0,05
0,05
0,15
V (V)
I (m
A)
Io0,4 0,6 0,80,2 VO
V = Vo + IRd
∆V
∆IRd = ∆V/∆I
I. Curva Caracteristica (I-V). Modelos
3ª aproximación lineal
f
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.2.b Modelado DIODO DE UNI2.2.b Modelado DIODO DE UNIÓÓNN
DIRECTA
FFI-UPV.es
16María Jesús Martín Martínez : [email protected]
I. Curva Caracteristica (I-V). Modelos
I
V
Solo tensión de codoGe = 0.3Si = 0.6
I
V
Tensión de codo yResistencia directa
I
V
Ideal
I
V
Curva real(simuladores, análisis gráfico)
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.2.b Modelado DIODO DE UNI2.2.b Modelado DIODO DE UNIÓÓNN
www.uniovi.es/ate/manuel
17María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Ejercicios propuestos.
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.2. DIODO DE UNI2.2. DIODO DE UNIÓÓNN
D. Pardo, et al. 1999
18María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Ejercicios propuestos.
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.2. DIODO DE UNI2.2. DIODO DE UNIÓÓNN
D. Pardo, et al. 1999
19María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Ejercicios propuestos.
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.2. DIODO DE UNI2.2. DIODO DE UNIÓÓNN
D. Pardo, et al. 1999
20María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Rectificador de media onda
Visualización de la característica
I-V de un diodo real
2.e. PRACTICA Nº 1. Laboratorio
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.2.b DIODO DE UNI2.2.b DIODO DE UNIÓÓNN
+UE R
iS
UE
Baja frecuencia
iS
iS
VR =is.R
VD
VR
VD
I
V
Curva REALVγγγγVR
VR =is.R
VD
21María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Los transistores son:
Dispositivos de tres terminales La corriente o la tensión en un terminal
(terminal de entrada) Controla el flujo de la corriente entre los
otros dos terminales.
a. Introducción
3. El transistor bipolar de unión:
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNI2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNIÓÓN (BJT)N (BJT)
ees.wikispaces.com
22María Jesús Martín Martínez : [email protected]
3. El transistor bipolar de unión:
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNI2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNIÓÓN (BJT)N (BJT)
www.alcatel-lucent.com
EmisorColector
Base
bellsystemmemorial.com
bellsystemmemorial.com
23María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Colector Emisor Base
N P N
Colector Emisor Base
P N P
ColectorEmisor
Base
ColectorEmisor
Base
Base poco dopadaBase poco dopada
Emisor mEmisor máás dopado que colectors dopado que colector
b. Tipos de transistores bipolares
3. El transistor bipolar de unión:
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNI2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNIÓÓN (BJT)N (BJT)
24María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Las corrientes entre terminales dependen de las tensiones que se apliquen. Para un transistor NPN y tomando el terminal de emisor como referencia de tensión (el más usual):
c. Tensiones y corrientes
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNI2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNIÓÓN (BJT)N (BJT)
VBE= VB – VE
VCE= VC- VE
B
E
C
IC
IE
IB
C
EVBE
VCEAplicando la ley de Kirchoff (corrientes que entran = corrientes que salen):
Se puede calcular la relación entre las corrientes de colector y de base:
IE= IB + IC
βF
: factor de ganancia en corriente BFCFBFC IIII βββ ≈++= 0)1(
Indica que la corriente de colector es proporcional a la de base
βF : 150-200 en transistores comerciales
25María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Región de saturación
Región activa
Región de corte
IB = 0 µA
IB = 40 µA
IB = 20 µA
I C(
mA
)
VCE (V)
IB = 80 µA
IB = 60 µA
Ruptura
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNI2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNIÓÓN (BJT)N (BJT)
c. Características de salida de un transistor NPN
La representación gráfica de la ecuación anterior:
0)1( CFC II β+=
FFI-UPV.es
26María Jesús Martín Martínez : [email protected]
VBB= VBE + IB RB
VBE ≈ 0,7 V
VCC=VCE+ IC RC
A25,8116000
7,02µ=
−=
−=
B
BEBBB
R
VVI
Ic = βIB = 8,125 mA
RC =1 kΩ
RB=16 kΩ
VBE VCC=10 V
VBB = 2 VVCE
β = 100
IC
IB
d. Línea de carga: Cálculo del punto de operación
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNI2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNIÓÓN (BJT)N (BJT)
VCE = VCC - IC RC =
10 - 8,125 = 1,875 V
Línea de carga
Si un transistor trabaja dentro de un circuito Se dice que el transistor está polarizado.
El conjunto de fuentes de tensión y resistencias se le denomina RED DE POLARIZACIÓN
Para resolverlo, se deben cumplir: Las características de salida Las ecuaciones de las mallas del circuito en que se encuentre:
FFI-UPV.es
27María Jesús Martín Martínez : [email protected]
VBB (V) VCE (V) Ic (mA) IB (µµµµA)
0,7 10 0 00,8 9,375 0,625 6,250,9 8,75 1,25 12,5
1 8,125 1,875 18,751,2 6,875 3,125 31,251,4 5,625 4,375 43,751,6 4,375 5,625 56,251,8 3,125 6,875 68,75
2 1,875 8,125 81,252,2 0,625 9,375 93,752,3 0 10 100 Saturación
Corte
Reg
ión
activ
a
IC
VCEVCC = 10 V
C
CC
R
V
IB1
IB2
IB4
IB3
Q
Q
Q
línea de carga
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNI2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNIÓÓN (BJT)N (BJT)
d. Línea de carga: Cálculo del punto de operación (II)
A25,81 µ=BI
Ic = 8,125 mA
VCE = 1,875 V
Punto de Operación Estacionario:
FFI-UPV.es
28María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Ejercicio 4.
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNI2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNIÓÓN (BJT)N (BJT)
d. Línea de carga: Cálculo del punto de operación (III)
D. Pardo, et al. 1999
29María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Ejercicio 6.
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNI2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNIÓÓN (BJT)N (BJT)
d. Línea de carga: Cálculo del punto de operación (III)
D. Pardo, et al. 1999
30María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Ejercicio 7.
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNI2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNIÓÓN (BJT)N (BJT)
d. Línea de carga: Cálculo del punto de operación (III)
D. Pardo, et al. 1999
31María Jesús Martín Martínez : [email protected]
e. BJT en aplicaciones analógicas: Amplificador.
Circuito equivalente de pequeña señal:
BR
CR
CCV
BBV
)(tvi
)(tVBE
)(tVCE
)(tIC
)(tIB
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNI2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNIÓÓN (BJT)N (BJT)
Para variaciones sobre el POE (amplificación de señales variables en el tiempo) debemos tener en cuenta: Que entre base y emisor tenemos una unión en directa. En colector las variaciones de corriente son proporcionales a la corriente de base. El conjunto de fuentes de tensión y resistencias se le denomina RED DE POLARIZACIÓN
Cuando usemos el BJT en un circuito como amplificador sustituiremos su símbolo por un “circuito equivalente” y el análisis resultará muy sencillo.
B
B
)(tvi
BR CR
πr
ci
−
+
bev
bi
bF i⋅β
E
CC
E
rππππ y ββββ (ganancia) son los parámetros del circuito.
Sedra/Smith 2004
32María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Ejercicio 5.
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNI2.3. TRANSISTOR BIPOLAR DE UNIÓÓN (BJT)N (BJT)
d. Línea de carga: Cálculo del punto de operación (III)
D. Pardo, et al. 1999
33María Jesús Martín Martínez : [email protected]
La corriente ID entre el contacto de fuente y el de drenador (la conductancia o resistencia del semiconductor), puede ser modulada:
Mediante la variación de tensión en el electrodo de “puerta”. El electrodo de puerta está aislado eléctricamente del Silicio mediante un óxido (SiO2).
Transistor MOSFET de Canal N (NMOSFET)
El transistor de efecto de campo se comporta como un interruptor controlado por tensión, donde el voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenador y fuente.
a. Estructura de un transistor MOSFET
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.4. TRANSISTOR MOSFET2.4. TRANSISTOR MOSFET
http://en.wikipedia.org/wiki/File:MOSFET_functioning_body.svg
34María Jesús Martín Martínez : [email protected]
DS G
p
DS G
n
Metal
Óxido
Semiconductor
MetalTipo N Tipo P
Formado por una placa de metal y un semiconductor, separados por una zona de óxido del semiconductor - por ejemplo SiO2 - de unos 100 nm de espesor. Dos regiones dopadas de dopaje contrario al semiconductor que forma el substrato.Posee tres electrodos:
Puerta, gate en inglés, simbolizado con G; que se conecta a la placa metálica. La corriente en la puerta es nula siempre
Fuente (Source) y drenador (Drain), ambos simétricos, que se internan en el sustrato.
nn p p
b. Tipos de transistores MOSFET
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.4. TRANSISTOR MOSFET2.4. TRANSISTOR MOSFET
FFI-UPV.es
35María Jesús Martín Martínez : [email protected]
d. Modo de operación : tensión umbral
VT=valor de en el que comienza a haber unacorriente no nula de drenador.
Valores típicos de VT: 0.3 to 0.8 volts.
Existe un potencial en la puerta mínimo que debe superarse para que la corriente de drenador sea distinta de cero:
Por debajo del valor umbral (VGS<VT) no hay carga en el canal No hay conducción no hay corriente. ID=0.
Para valores de (VGS>VT) . Aparece la capa de inversión Es posible la conducción entre fuente y drenador
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.4. TRANSISTOR MOSFET2.4. TRANSISTOR MOSFET
Característica de transferencia
www.romux.com
36María Jesús Martín Martínez : [email protected]
c. Transistor MOSFET: símbolo circuital
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.4. TRANSISTOR MOSFET2.4. TRANSISTOR MOSFET
Diferentes transistores MOSFET: signos de corriente en terminales, tensiones en terminales, etc.
D. Pardo, et al. 1999
37María Jesús Martín Martínez : [email protected]
IB = 0 µA
IB = 40 µA
IB = 20 µA
I C(
mA
)
VCE (V)
IB = 80 µA
IB = 60 µA
d. Comparación de características de salida de BJT y MOSFET
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.4. TRANSISTOR MOSFET2.4. TRANSISTOR MOSFET
En la forma las características de los MOSFETs son análogas a las de los BJTs.
Eje x
BJT: tensión entre emisor y colector (VCE) MOSFET: tensión entre fuente y drenador (VDS)
Sin embargo, la diferencia está en el tercer terminal o terminal de control: BJT: controla la corriente de base MOSFET: controla la tensión de puerta.
Eje y
BJT: corriente de colector (IC) MOSFET: corriente de drenador (ID)
BJT MOSFET
FFI-UPV.es
38María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Polarización. Análisis de la recta de carga.
Igual que ocurre en el BJT, debemos polarizar el MOSFET para tener entre sus terminales unas diferencias de potencial y unas corrientes determinadas.
e. Cálculo del Punto de Operación Estacionario (POE)
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.4. TRANSISTOR MOSFET2.4. TRANSISTOR MOSFET
Sedra/Smith 2004
laimbio08.escet.urjc.es/
39María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Ejercicio 8.
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.4. TRANSISTOR MOSFET2.4. TRANSISTOR MOSFET
d. Línea de carga: Cálculo del punto de operación (II)
D. Pardo, et al. 1999
40María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Circuito equivalente de pequeña señal:
Di+
GSv
DR
−
GGV
)(tvi
DR
DDV
)(tVGS)(tVDS
)(tID
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.4. TRANSISTOR MOSFET2.4. TRANSISTOR MOSFET
e. MOSFET en aplicaciones analógicas: Amplificador. Igual que en el caso del BJT, para variaciones sobre el POE (amplificación de señales
variables en el tiempo) debemos tener en cuenta:
Si aplicamos un incremento ∆∆∆∆VGS en la tensión de puerta, provocará un incremento fijo en la corriente de drenador: ∆ ∆ ∆ ∆ ID.
Podemos definir el parámetro TRANSCONDUCTANCIA:
Cuando usemos el MOSFET en un circuito como amplificador sustituiremos su símbolo por un “circuito equivalente” y el análisis resultará muy sencillo.
GS
Dm
V
Ig
∆
∆=
GSvgm
G
S
D
G
D
S
)(tvi
Sedra/Smith 2004
41María Jesús Martín Martínez : [email protected]
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS
a. Diodo emisor de luz: LED
2.5. DIODO LED2.5. DIODO LED
Como hemos estudiado, en una Unión P-N, en polarización Directa: Aumenta la difusión de portadores (desde
donde son mayoritarios, hasta donde son minoritarios).
En torno a la unión, aparecen unos excesos de portadores, que serán mayores cuanto más polarización en directa se aplique.
P N
V > 0
El exceso de portadores va a dar lugar PROCESOS DE RECOMBINACIÓN:
Tiene lugar una radiación de los electrones (al pasar de la BC a la BV) que pasa al exterior como radiación : fotones de energía: hυυυυ =GAP
El color de la luz del LED lo marca el GAP del semiconductor.
Este proceso se denomina Electroluminiscencia http://micro.magnet.fsu.edu/primer/lightandcolor/ledsintro.html
42María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Cuando hay suficiente voltaje en directa aplicado entre extremos de la unión fluye la corriente:
Los electrones (y huecos) pasan de la región n (p) a la región p (n) por difusión
El LED se asemeja a un diodo normal, pero con importantes diferencias:
Un empaquetado transparente permitiendo que la energía (luz en el espectro del visible o el IR) pase a su través.
Area de la unión P-N muy grande.
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.5. DIODO LED2.5. DIODO LED
a. Diodo emisor de luz: LED Luego un LED es un dispositivo que consume energía eléctrica y nos devuelve
energía electromagnética.
http://static.howstuffworks.com/gif/led-diagram.jpghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7c/PnJunction-LED-E.PNG
43María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Longitudes de onda de interés: Espectro electromagnético
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.5. DIODO LED2.5. DIODO LED
a. Diodo emisor de luz: LED
Imagen de dominio público
44María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Para poder crear dispositivos en el rango del visible ha sido necesario “fabricar” semiconductores con gaps elevados.
hν (eV)3 1.6 0.8
λ (µm)0.4 0.7 1.6
visible comunicación
UV NIR MIR
sensores y procesado IRtérmico
GaPSiC GaAs Si GeEg (eV)
υε h=
λ
cf =
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.5. DIODO LED2.5. DIODO LED
b. Color de la luz de un LED
45María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Para poder crear dispositivos en el rango del visible ha sido necesario “fabricar” semiconductores con gaps elevados.
IRtérmico
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.5. DIODO LED2.5. DIODO LED
b. Color de la luz de un LED
http://micro.magnet.fsu.edu/primer/lightandcolor/ledsintro.htmlhttp://micro.magnet.fsu.edu/primer/lightandcolor/ledsintro.html
46María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Los diodos infrarrojos (IRED) se emplean desde mediados del siglo XX en mandos a distancia de televisores (hoy por hoy su uso se ha generalizado en general para aplicaciones de control remoto).
Fuentes de luz para aplicaciones de comunicacionesde fibra óptica
Los LEDs se emplean con profusión:
Indicadores de estado (encendido/apagado)
Dispositivos de señalización (de tránsito, de emergencia, etc.)
Paneles informativos (uno de los mayores del mundo, del NASDAQ,
36,6 metros de altura y está en Times Square, Manhattan).
c. Aplicaciones de los LEDs
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.5. DIODO LED2.5. DIODO LED
http://es.wikipedia.org/wiki/Led
47María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Calculadoras
Alumbrado de pantallas LCD de teléfonos móviles
Agendas electrónicas, etc.
Fotodetectores para lecturas de códigos de barras.
Displays de 7 segmentos
Display LEDs para aplicaciones numéricas y alfanuméricas (a): Aplicación numérica de 7 barras
c. Aplicaciones de los LEDs
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.5. DIODO LED2.5. DIODO LED
http://alcancepublicitario.com/LED_Displays.jpg
http://www.robotroom.com/PWM/DisplayBrightnessLameSchematic.gif
48María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Si en vez de usar una unón p-n, se utiliza una estructura semiconductora de heterouniones, podemos crear un LASER.
Cuando se inventó en 1960, se denominaron como "una solución buscando un problema a resolver". Desde entonces se han vuelto omnipresentes.
Las propiedades más importantes: Corriente umbral Eficiencia Potencia Rapidez “Monocromáticidad” Estabilidad Fiabilidad
d. LASER Semiconductor
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.5. DIODO LED2.5. DIODO LED
http://farm5.static.flickr.com/4122/4755943633_c35273a350_o.jpg
49María Jesús Martín Martínez : [email protected]
El tamaño de los láseres varía ampliamente Diodos láser microscópicos
Láser de cristales de neodimio (tamaño similar al de un campo de fútbol): investigación sobre armas nucleares u otros experimentos físicos con altas densidades de energía
En bastantes aplicaciones, los beneficios de los láseres se deben a sus propiedades físicas:
la coherencia la alta monocromaticidad la capacidad de alcanzar potencias extremadamente
altas.
Ejemplo: un haz láser altamente coherente puede ser enfocado a unos pocos nanómetros. Esta propiedad permite al láser:
Grabar gigabytes de información en las microscópicas cavidades de un DVD o CD.
También permite a un láser de media o baja potencia alcanzar intensidades muy altas y usarlo para cortar, quemar o incluso sublimar materiales.
d. Aplicaciones del LASER
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.5. DIODO LED2.5. DIODO LED
http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1ser
50María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Se pueden encontrar en miles de variadas aplicaciones en cualquier sector de la sociedad actual:
Industrial Sistemas de alineamiento o localización (posicionamiento) Detección de bordes y medida de distancias. Mecanizado, soldadura o sistemas de corte. Tratamientos de calor para endurecimiento o recocido de superficies en
metalurgia o en chasis de automóviles.
Aplicaciones de diodos láser de alta potencia
d. Aplicaciones del LASER
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.5. DIODO LED2.5. DIODO LED
http://www.mtiinstruments.com/img/images/MicrotrakSpecDiagrams3Fig3.jpg
http://images.industrial.omron.eu
http://blog.photonic-products.com/wp-content/uploads/2007/11/laser_engraving_big.jpg
51María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Científico: Contadores de partículas, Dispersión de luz, Análisis químicos,
Física atómica
Médico: Métodos de diagnóstico, Análisis de sangre
Posicionamiento de pacientes en sistemas de captación de imágenes médicas.
Como instrumento de corte y cauterización o para realizar fotocoagulación.
La electrónica de consumo
Tecnologías de la información (informática)
Artes gráficas: impresoras láser y equipos de oficinas
d. Aplicaciones del LASER
TEMA 2. DISPOSITIVOSTEMA 2. DISPOSITIVOS 2.5. DIODO LED2.5. DIODO LED
http://es.wikipedia.org/wiki/Disco_compacto
http://optima-prec.com/images/ldo.jpg
52María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Referencias Pardo Collantes, Daniel; Bailón Vega, Luís A., “Elementos de
Electrónica”.Universidad de Valladolid. Secretariado de Publicaciones e Intercambio Editorial.1999.
http://www.esacademic.com/pictures/eswiki/68/Diode-photo.JPG http://ees.wikispaces.com/diodos http://en.wikipedia.org/wiki/P-n_junction http://www-g.eng.cam.ac.uk/mmg/teaching/linearcircuits/diode.html http://www.circuitstoday.com/semiconductor-diodes-and-diode-symbol http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/64/Electronic_component_tran
sistors.jpg http://www.uniovi.es/ate/manuel (Manuel Rico Secades, Javier Ribas Bueno).
Area de tecnología electrónica. Universidad de Oviedo.
Universidad de Oviedo. Area de tecnología Electrónica (ATE). Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica, de Computadores y de Sistemas. Area de Tecnologia Electrónica. www.ate.uniovi.es/354/Trans01.ppt
http://erenovable.com/wp-content/uploads/2010/12/VarianteLED.jpg
http://www.alcatel-lucent.com/wps/portal/BellLabs
www.bellsystemmemorial.com/belllabs_transistor.html
Jose Antonio Gómez Tejedor. Apuntes Fundamentos Físicos de la Informática (FFI). Universidad Politécnica de Valencia. http://personales.upv.es/jogomez/ffi.html
53María Jesús Martín Martínez : [email protected]
Referencias Microelectronic Circuits - Fifth Edition Sedra/Smith. Copyright 2004 by
Oxford University Press, Inc. http://en.wikipedia.org/wiki/File:MOSFET_functioning_body.svg www.romux.com/_files/image/projects/electronics/e-mosfet-tranfer-
characteristics-218x300.jpg http://romux.com/projects/electronics/monolithic-ic-component-fabrication http://laimbio08.escet.urjc.es/assets/files/docencia/AFE/Tema5FETAFE0910.pdf http://www.tech-faq.com/wp-content/uploads/images/integrated-circuit-layout.jpg http://static.howstuffworks.com/gif/led-diagram.jpg http://alcancepublicitario.com/LED_Displays.jpg http://www.robotroom.com/PWM/DisplayBrightnessLameSchematic.gif
http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1ser
Computer desktop encyclopedia.
http://farm5.static.flickr.com/4122/4755943633_c35273a350_o.jpg
http://es.wikipedia.org/wiki/Disco_compacto
http://optima-prec.com/images/ldo.jpg