Trabajo Colaborativo No 2FASE 1: Profundización

Solucione los siguientes cuestionamientos relacionados con los Semiconductores. Consulte otras fuentes adicionales a las presentadas en el curso en Campus.

1. Elija 3 elementos conductores, 3 aislantes y 3 semiconductores y enuncie las principales características físicas y eléctricas que permiten clasificarlos de esta forma. (Use la siguiente tabla como formato para la respuesta).

Tipo de material Nombre del elemento CaracterísticasConductor Hierro

Aluminio

Un conductor eléctrico está formado primeramente por el conductor propiamente tal, usualmente de cobre. Este puede ser alambre, es decir, una sola hebra o un cable formado por varias hebras o alambres retorcidos entre sí. Los materiales más utilizados en la fabricación de conductores eléctricos son el cobre y el aluminio. Aunque ambos metales tienen una conductividad eléctrica excelente, el cobre constituye el elemento principal en la fabricación de conductores por sus notables ventajas mecánicas y eléctricas. El uso de uno y otro material como conductor, dependerá de sus características eléctricas (capacidad para transportarla electricidad), mecánicas (resistencia al desgaste, maleabilidad), del uso específico que se le quiera dar y del costo. Estas características llevan a preferir al cobre en la elaboración de conductores eléctricos. El tipo de cobre que se utiliza en la fabricación de conductores es el cobre electrolítico de alta pureza, 99,99%.Dependiendo del uso que se le vaya a dar, este tipo de cobre se presenta en los siguientes grados de dureza o temple: duro, semi duro y blando o recocido.Los electrones de ultima orbitaSon todos aquellos que permiten que una corriente eléctrica circule

Latón fácilmente a través de ellos. Entre estos materiales tenemos todos los metales. Los mejores conductores son La Plata, El Oro y el Cobre. Se emplea mucho éste último por ser barato. Todo material conductor posee entre Uno y Tres electrones en su última órbita. A estos electrones se les llama "Electrones Libres" porque el átomo los puede perder o robar fácilmente y así permite la conducción de una corriente.

Semiconductor Silicio

Germanio

Selenio

Un semiconductor es un componente que no es directamente un conductor de corriente, pero tampoco es un aislante. En un conductor la corriente es debida al movimiento de las cargas negativas.En los semiconductores se producen corrientes producidas por el movimiento de electrones como de las cargas positivas. Los semiconductores son aquellos elementos pertenecientes al grupo IV de la Tabla Periódica.Los electrones de ultima orbitaTienen Cuatro electrones en su última órbita. Por estar en la mitad del octeto se pueden convertir en aislantes o en conductores mediante procedimientos de laboratorio llamados DOPING. El Germanio (Ge) y el Silicio (Si) son los semiconductores de mayor uso.

Aislante Vidrio

Porcelana

Corcho

Los materiales aislantes tienen la función de evitar el contacto entre las diferentes partes conductoras y proteger a las personas frente a las tensiones eléctricas.La mayoría de los no metales son apropiados para esto pues tienen resistividades muy grandes. Esto se debe a la ausencia de electrones libres.Los materiales aislantes deben tener una resistencia muy elevada, requisito del que pueden deducirse las demás características necesarias.Los electrones de ultima orbitaLos materiales aislantes tienen desde cinco hasta ocho electrones en su última órbita. Ellos no ceden sus electrones y por lo tanto no permiten paso de corriente. El caucho, la porcelana, el plástico, el vidrio, son materiales aislantes.

2. Explique el proceso de obtención de un semiconductor tipo N y uno tipo P. Debe tener en cuenta que el proceso comience con un semiconductor puro y llegue a cada uno de los tipos solicitados. (Puede utilizar un diagrama o imágenes de apoyo para la explicación).

Semiconductor tipo N: Se emplean como impurezas elementos pentavalentes (con 5 electrones de valencia) como el Fósforo (P), el Arsénico (As) o el Antimonio (Sb). El donante aporta electrones en exceso, los cuales al no encontrarse enlazados, se moverán fácilmente por la red cristalina aumentando su conductividad. De ese modo, el material tipo N se denomina también donador de electrones.

Semiconductor tipo P: se emplean elementos trivalentes (3 electrones de valencia) como el Boro (B), indio (In) o Galio (Ga) como dopantes. Puesto que no aportan los 4 electrones necesarios para establecer los 4 enlaces covalentes, en la red cristalina éstos átomos presentarán un defecto de electrones (para formar los 4 enlaces covalentes). De esa manera se originan huecos que aceptan el paso de electrones que no pertenecen a la red cristalina. Así, al material tipo P también se le denomina donador de huecos (o aceptador de electrones).

3. Consulte las etapas que conforman una fuente de alimentación regulada. Explique la función de cada etapa, los elementos que la conforman y la forma de la señal que se obtiene en cada etapa. (Recuerde que una fuente de alimentación recibe una señal alterna de la red eléctrica y entrega al usuario una señal continua para la alimentación de diversos circuitos o dispositivos).

Transformación: En esta etapa, se hace una conversión entre niveles de tensión, un ejemplo, son las líneas eléctricas que cubren el país, suelen estar en valores de tensión de unos cientos de kilo voltios, sin embargo, por medio de subestaciones y transformadores se bajan los niveles hasta obtener los conocidos 110v/220v para uso en equipos domésticos. Un ejemplo común de transformadores, son las bobinas de inducción mutua, las cuales por medio de dos inductores, embobinados a un núcleo común, normalmente de hierro, suben o bajan niveles de tensión; necesariamente las tensiones de entrada deben ser AC para poder inducir el campo electro-magnético entre los embobinados.

Rectificación: Esta etapa normalmente está conformada por diodos, que se encargan de rectificar la señal sinusoidal de las tomas de corriente de uso convencional y suelen existir dos configuraciones, media onda y onda completa. El diodo, al conducir corriente en un sentido, permite tomar parte de la señal de entrada, en el caso del rectificador de media onda, solo se tomaría un semiciclo de la señal; el rectificador de onda completa toma ambos semiciclos.

Filtrado: Como la etapa de rectificación no elimina la forma AC de la señal entrante, es necesaria una etapa de filtrado, esta suele estar conformada por capacitores que se encargaran de esta tarea. Los capacitores, se cargan al valor máximo que entrega la etapa de rectificación, así, cuando baja la tensión, estos se descargaran lentamente cuando la tensión baje y se cargara nuevamente cuando vuelva subir, logrando una señal lo más similar a una señal DC. Hay que tomar en cuenta, que es muy difícil eliminar del todo la componente AC, quedando siempre

un residuo conocido como riple o rizado. A mayor eliminación de riple más compleja será la etapa de filtrado.

Regulación: Normalmente, el nivel de tensión con él se quiere trabajar es diferente al que se posee, para este fin, existen componentes integrados que mantienen el nivel de tensión estable y, en lo posible, mantienen el estado de salida, independiente de la entrada. Existen distintos tipos de reguladores:

Reguladores Lineales: son reguladores de baja potencia y eficiencia que permiten la regulación de voltaje ajustando la caída de tensión en un transistor entre la entrada y la salida. Esto implica que la tensión de entrada siempre ha de ser mayor o a lo sumo igual que la tensión deseada, además de disipar en forma de calor la energía que no es utilizada. Estos dispositivos suelen consumir energía aún si no existe carga a la salida. Una ventaja es la poca cantidad de componentes que necesitan para funcionar, siendo una solución económica respecto a los materiales.

Reguladores Conmutados: los reguladores lineales poseen una eficiencia aceptable para rangos de potencia bajos, sin embargo, para mayores niveles es necesario el uso de fuentes conmutada. Una fuente conmutada suele utilizar un transistor en configuración switch, siendo exitado por una señal PWM. Así, el transistor permite momentos con tensión y corriente nula. Según la configuración que se puede elevar, bajar e invertir la tensión de entrada.

4. Explique el funcionamiento de un optoacoplador, destacando los elementos lo componen y el propósito de su uso. Enuncie algunas aplicaciones prácticas de este dispositivo.

Optoacopladores

Un optoacoplador combina un dispositivo semiconductor formado por un fotoemisor, un fotoreceptor y entre ambos hay un camino por donde se transmite la luz. Todos estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP.

Funcionamiento del Optoacoplador

La señal de entrada es aplicada al fotoemisor y la salida es tomada del fotoreceptor. Los optoacopladores son capaces de convertir una señal eléctrica en una señal luminosa modulada y volver a convertirla en una señal eléctrica. La gran ventaja de un optoacoplador reside en el aislamiento eléctrico que puede establecerse entre los circuitos de entrada y salida.

Los fotoemisores que se emplean en los optoacopladores de potencia son diodos que emiten rayos infrarrojos (IRED) y los fotoreceptores pueden ser tiristores o transistores.Cuando aparece una tensión sobre los terminales del diodo IRED, este emite un haz de rayos infrarrojo que transmite a través de una pequeña guía-ondas de plástico o cristal hacia el fotorreceptor. La energía luminosa que incide sobre el fotorreceptor hace que este genere una tensión eléctrica a su salida. Este responde a las señales de entrada, que podrían ser pulsos de tensión.

Diferentes tipos de Optoacopladores

Fototransistor: se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un transistor BJT.Fototriac: se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un triacFototriac de paso por cero: Optoacoplador en cuya etapa de salida se encuentra un triac de cruce por cero. El circuito interno de cruce por cero conmuta al triac sólo en los cruce por cero de la corriente alterna.

5. De forma breve explique el funcionamiento de un transistor como amplificador de señales. Enuncie otras aplicaciones de este dispositivo.

Funcionamiento del Transistor

   Un transistor puede tener 3 estados posibles en su trabajo dentro de un circuito:

   - En activa: deja pasar más o menos corriente.

   - En corte: no deja pasar la corriente.

   - En saturación: deja pasar toda la corriente.

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

http://es.slideshare.net/veronicasilva1485537/materiales-conductores-semiconductores-y-aislantes

http://experienciasdeelectrodinamica-rosario.blogspot.com.co/2012/09/guia-de-experiencia-2_30.html

http://www.mupiel.es/elect/ley/semi.html

http://abdi-electro.blogspot.com.co/2009/02/caracteristicas-de-los-aislantes_07.html

http://pelandintecno.blogspot.com.co/2014/04/semiconductores-intrinsecos-y.html

http://wikitronica.labc.usb.ve/index.php/Fuentes_de_alimentaci%C3%B3n

http://www.ugr.es/~amroldan/enlaces/dispo_potencia/opto.htm

http://www.areatecnologia.com/TUTORIALES/EL%20TRANSISTOR.htm