LABORATORIO 4 FISICA ELECTRONICA

JUDITH MARCELA CRUZ SIERRA CODIGO DE ESTUDIANTE: 53.159.816

CODIGO DEL CURSO: 100414 GRUPO: 53

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA “UNAD” FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL

FISICA ELECTRONICA TUNJA 2014

LABORATORIO 4 FISICA ELECTRONICA

JUDITH MARCELA CRUZ SIERRA CODIGO ESTUDIANTE: 53.159.816

TUTOR PRENSENCIAL PEDRO SAAVEDRA

INGENIERO DE ELECTRÓNICO TUTOR VIRTUAL FREDY TELLEZ

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA “UNAD” FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL

FISICA ELECTRONICA TUNJA 2014

Objetivos Objetivo General

Conocer el funcionamiento general y la principal aplicación de tres de los componentes electrónicos más utilizados dentro de los circuitos y equipos electrónicos de hoy en día.

Objetivos Específicos

Identificar los componentes electrónicos y el equipo de laboratorio que se utilizará en esta práctica.

Almacenar energía en un condensador construyendo un circuito, y explicar lo que sucede con cada uno de los dos condensadores utilizados en esta experiencia.

Identificar los terminales del potenciómetro y saber medir los valores de resistencia entre ellos.

Identificar los terminales del diodo rectificador y saber colocarlos en un circuito en forma de polarización directa o inversa.

Observar la corriente de entrada y de salida en función del brillo de los leds al construir un circuito de transistor como amplificador

Práctica N° 4: Componentes electrónicos El condensador, el diodo y el transistor

Objetivo: Conocer el funcionamiento general y la principal aplicación de tres de los componentes electrónicos más utilizados dentro de los circuitos y equipos electrónicos de hoy en día Marco teórico: En electricidad y electrónica, un condensador o capacitor es un dispositivo que almacena energía eléctrica, es un componente pasivo. Está formado por un par de superficies conductoras en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra), generalmente en forma de tablas, esferas o láminas, separados por un material dieléctrico (siendo este utilizado en un condensador para disminuir el campo eléctrico, ya que actúa como aislante) o por el vacío, que, sometidos a una diferencia de potencial (d.d.p.) adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de las placas y negativa en la otra (siendo nula la carga total almacenada).

LOS CONDENSADORES

Es un componente electrónico que almacena cargas eléctricas para utilizarlas en un circuito en el momento adecuado. Está compuesto, básicamente, por un par de armaduras separadas por un material aislante denominado dieléctrico. La capacidad de un condensador consiste en almacenar mayor o menor número de cargas cuando está sometido a tensión.

Condensador básico Símbolos del condensador

Características Técnicas Generales

Capacidad nominal.- Es el valor teórico esperado al acabar el proceso de fabricación. Se marca en el cuerpo del componente mediante un código de colores o directamente con su valor numérico.

Tolerancia.- Diferencia entre las desviaciones, de capacidad, superior o inferior según el fabricante.

Tensión nominal.- Es la tensión que el condensador puede soportar de una manera continua sin sufrir deterioro

Clasificación:

Condensador de Mica

(electrodos de baño de plata) Tolerancia: ± 0.5 pF 1% (>56 pF) Tensión Máx.: 500 V d.c. Gama Temp.: -40 ºC a 85 ºC

Condensador de Polystyrene

(película) Tolerancia: ± 1% Coef. Temp.: -125 ± 60 ppm/ºC Resistencia Isol.: 100 Gð

Condensador de Polypropilene

(película) Tolerancia: ± 20% Coef. Temp.: -200 ppm/ºC Resistencia Isol.: 100 Gð Tensión Máx.: 1000 V d.c. Gama Temp.: -55 ºC a 100 ºC

Condensador de Policarbonato (película) Tolerancia: ± 5% Coef. Temp.: ± 100 ppm/ºC Gama Temp.: -55 ºC a 125 ºC

Condensador de Papel Tolerancia: ± 20% Tensión Máx.: 250 V a.c. 630 V d.c.

Condensador de Polypropilene(película) Tolerancia: ± 20% Coef. Temp.: -200 ppm/ºC Resistancia Isol.: 100 Gð Tensión Máx.: 1000 V d.c. Gama Temp.: -55 ºC a 100 ºC

Condensador de Policarbonato (película) Tolerancia: ± 5% Resistancia Isol.: 100 Gð

Condensador de Polyester (película) Tolerancia: ± 10% Resistencia Isol.: 30 Gð Tensión Máx.: 100 a 400 V Gama Temp.: -40 ºC a 85 ºC

Condensador de Polyester (película) Tolerancia: ± 5% Resistencia Isol.: 30 Gð

Condensador de Polyester (película) Tolerancia: ± 10% Resistencia Isol.: 10 Gð Tensión Máx.: 63 V

Condensador Cerâmico (Placa) Tolerancia: 0.25 pF (<10pF) ± 2% (≥ 10 pF) Resistencia Isol.: 10 Gð Tensión Máx.: 100 a 400 V Gama Temp.: -40 ºC a 85 ºC

Condensador Cerâmico (Multicamada) Tolerancia: ± 10% Coef. Temp.: ± 20% Gama Temp.: -55 ºC a 125 ºC Resistencia Isol.: > 100 Gð

Condensador Cerâmico Tolerancia: - 20%

Condensador Electrolítico (alumínio; polarizado) Tolerancia: ± 20% (≥ 10

Condensador Electrolítico (alumínio; não-polarizado) Tolerancia: ± 20%

Condensador de Sulfito de Poliphenylene (película; montagem superficial) Tolerancia: ± 2% Tensión Máx.: 50 V (d.c.) Resist. Isol.: 3Gð Gama Temp.: -55 ºC a 125 ºC

Condensador Variable de Polipropileno 1 volta: 2 pF a 10 pF Dimensión: 5 mm Tensión Máx.: 100 V d.c Gama Temp.: -40 ºC a 70 ºC

Resistência Isol.: 10 Gð pF) Tensión Máx.: 35 V (esq.) 63 V (dto.) Iperdas: 3 ðA ou I=0.01*C*V (o maior valor) Gama Temp.: -40 ºC a 85 ºC

Tensión Máx.: 6.3 V Iperdas: I=0.03*C*V Gama Temp.: -40 ºC a 85 ºC

Condensador Electrolítico (tántalo sólido seco; polarizado) Tolerancia: ± 20% Tensión Máx.: 35 V Iperdas: 1 ðA ou I=0.02*C*V (o maior valor) Gama Temp.: -55 ºC a 85 ºC

Condensador Electrolítico (aluminio; polarizado; montagem superficial) Tolerancia: ± 20% Tensión Máx.: 50 V (esq.) 10 V (dto.) Iperdas: 3 ðA ou I=0.01*C*V (o maior valor) Gama Temp.: -40 ºC a 85 ºC

Condensador Electrolítico (tántalo sólido; polarizado; montagem superficial) Tolerancia: ± 10% Tensión Máx.: 16 V Iperdas: 0.5 ðA Gama Temp.: -55 ºC a 85 ºC

DIODO

El diodo ideal es un componente discreto que permite la circulación de corriente entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la bloquea en el sentido contrario.

En la Figura 1 se muestran el símbolo y la curva característica tensión-intensidad del funcionamiento del diodo ideal. El sentido permitido para la corriente es de A a K.

Figura 1. Símbolo y curva característica tensión-corriente del diodo ideal. El funcionamiento del diodo ideal es el de un componente que presenta resistencia nula al paso de la corriente en un determinado sentido, y resistencia infinita en el sentido opuesto. La punta de la flecha del símbolo circuital, representada en la figura 1, indica el sentido permitido de la corriente.

presenta resistencia nula.

presenta resistencia infinita.

Clases de diodos Existen varios tipos de diodos. Los Diodos rectificadores, Diodos zener. Diodos emisores de luz y Diodos de swichado o conmutación rápida.

Diodo Rectificador

El ánodo equivale a la pata de entrada de la corriente o señal, y el cátodo, a la salida de corriente o señal. Los diodos se consiguen en diferentes tamaños, lo que representa también su potencia. Entre más grandes, soportan más corriente. Al comprarlos se piden en vatios que equivale a la cantidad de voltios y amperios que pueden soportar. Los diodos se dividen en diferentes clases: diodo rectificador, LED (diodo emisor de luz), diodo zener (permite el paso hasta cierto voltaje), SCR (diodo rectificador de silicio) y fotodiodos.

Diodo Zener

El Diodo Zener, permite el paso de un voltaje determinado. Se usan en los circuitos que necesitan diversos voltajes, para evitar hacer una fuente para cada voltaje. El diodo zener siempre va acompañado de una resistencia, llamada Resistencia de polarización del zener (RZ). El diodo zener se coloca en paralelo, mientras que la resistencia va en serie, antes del zener. Esto se calcula, restando del voltaje total de la fuente, el voltaje del diodo zener, y este resultado lo dividimos entre los miliamperios de consumo del circuito que vamos a alimentar. Es de notar que si el circuito consume más de 40 miliamperios (0.04 amp), se recomienda colocar un transistor a la salida del zener para quitarle trabajo a este y evitar recalentamiento del zener o de la resistencia. Los LEDs (diodos emisores de luz) La sigla LED significa (Light-Emitting Diode), que en español es diodo emisor de luz. Es como su nombre lo indica un diodo. Quiere decir que su comportamiento es muy similar al diodo común, solo que este emite luz y no soporta más de unos pocos voltios, que oscilan entre 2.8 y 3.4 voltios. Los materiales usados para estos varían dependiendo del color pero en general contienen Indio, Galio, Seleniuro de Zinc y Carburo de silicio.

Por muchos años fueron usados como indicadores en vúmetros y pilotos de encendido, entre otros. Hoy en día se utilizan en iluminación casera e industrial. Esto debido a su muy bajo consumo de corriente y poca emisión de calor.

-Tipos de LEDs Los LEDs se encuentran en muchos tipos que se clasifican desde su forma, ángulo de iluminación, potencia y tipo de conexión. Por ejemplo hay LEDs comunes de 4.8mm y 5mm, que se subdividen en expansivos y de chorro. Los LEDs expansivos son aquellos que tienen un ángulo de luz de más de 120°. En cambio los LEDs de chorro son unidireccionales y tiene un ángulo de apertura de entre 30° y 90°. Otros tipos de LEDs son los de potencia. Por lo general el LED común solo consume entre 0.02 amperios (20 miliamperios) y 0.03Amp (30 miliamperios). Cuando ya hablamos de LEDs de potencia encontramos que hay unos que consumen hasta 1 amperio y un solo LED es capas de iluminar una calle. Un Ejemplo de LED de potencia son los de 1W. Estos consumen 300 miliamperios a 3 voltios. Con unos 6 de estos podemos iluminar una habitación normal. - Como conectar los LEDs Los LEDs se pueden conectar de dos formas, en paralelo o en serie. Alimentación de LEDs en paralelo La conexión de LEDs en paralelo consiste en que a cada LED llega el voltaje por su polo positivo independientemente de los otros. Esto tiene un

mayor consumo de amperios, ya que cada LED requieres sus propios electrones.

Alimentación de LEDs en Serie Los Circuitos de series de LEDs dan un menor consumo pero tiene la pequeña desventaja que cuando un LED se daña, los demás no prenden hasta que no se cambie el LED averiado.

Este circuito es el mismo usado en los bombillos y lámparas caseras de LEDs. Consiste en un circuito tanque formado por un condensador de 2.2 uF y una resistencia de 100K estos dos componentes restringen el paso de la corriente y sólo dejan pasar 60 miliamperios. Luego sigue un puente rectificador que separa los semiciclos positivos de los negativos, permitiendo que los LEDs vean un voltaje aparentemente continuo. Ahora tomamos el voltaje de la Red pública que en este caso es de 120 voltios AC y lo dividimos por 3 voltios de un LED. Esto nos da 40 LEDs en serie. Si el voltaje de la red pública es de 220 voltios tendremos que hacer una serie de 73 LEDs, pero en la práctica se pueden colocar 80 LEDs, dando

una excelente iluminación. El puente de diodos rectificador

También hay agrupaciones de diodos que cumplen funciones específicas, como el Puente de diodos, que acompañado de un condensador, se usa para convertir corriente alterna en corriente directa. La posición e interconexión de los diodos en el puente de diodos, obligan a la corriente alterna a viajar por los diodos, separando los ciclos positivos de los ciclos negativos, para luego ser rectificados por un condensador. El voltaje AC, al ser convertido en voltaje DC, se incrementa en 1.4141 que es la raíz de 2. Los Display de siete segmentos, usados para contadores, también tienen diodos. Son formados por 7 LEDs, que forman un ocho (8) y dependiendo de los LEDs que se prendan, se forman los números del 0 al 9.

TRANSISTORES

El Transistor es un componente electrónico formado por materiales semiconductores, de uso muy habitual pues lo encontramos presente en cualquiera de los aparatos de uso cotidiano como las radios, alarmas, automóviles, ordenadores, etc. Los transistores son unos elementos que han facilitado, en gran medida, el diseño de circuitos electrónicos de reducido tamaño, gran versatilidad y facilidad de control. En la imagen siguiente vemos a la derecha un transistor real y a la izquierda el símbolo usado en los circuitos electrónicos. Existen 3 patillas y se llaman emisor, base y colector. Es muy importante saber identificar bien las 3 patillas a la hora de conectarlo. En el caso de la figura, la 1 sería el emisor, la 2 el colector y la 3 la base.

Un transistor es un componente que tiene, básicamente, dos funciones: - Deja pasar o corta señales eléctricas a partir de una PEQUEÑA señal de mando. Como Interruptor. - Funciona como un elemento AMPLIFICADOR de señales. Pero el Transistor también puede cumplir funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. Funcionamiento del Transistor Un transistor puede tener 3 estados posibles en su trabajo dentro de un circuito: - En activa: deja pasar mas o menos corriente. - En corte: no deja pasar la corriente. - En saturación: deja pasar toda la corriente.

En un transistor cuando no le llega nada de corriente a la base, no hay paso de corriente entre el emisor y el colector (en corte), funciona como un interruptor abierto entre el emisor y el colector, y cuando tiene la corriente de la base máxima (en saturación) su funcionamiento es como un interruptor cerrado, entre el emisor y el colector hay paso de corriente y además pasa la máxima corriente permitida por el transistor entre E y C. El tercer caso es que a la base del transistor le llegue una corriente más pequeña de la corriente de base para que se abra el transistor, entonces entre Emisor y Colector pasará una corriente intermedia que no llegará a la máxima.

Los transistores están formados por la unión de tres cristales semiconductores, dos del tipo P uno del tipo N (transistores PNP), o bien dos del tipo N y uno del P (transistores NPN). Hay una gama muy amplia de transistores por lo que antes de conectar deberemos identificar sus 3 patillas y saber si es PNP o NPN. En los transistores NPN se deba conectar al polo positivo el colector y la base, y en los PNP el colector y la base al polo negativo.

Tipos de transistor

Transistor de contacto puntual

Consta de una base de germanio, semiconductor para entonces mejor

conocido que la combinación cobre-óxido de cobre, sobre la que se

apoyan, muy juntas, dos puntas metálicas que constituyen el emisor y el

colector. La corriente de base es capaz de modular la resistencia que se

«ve» en el colector, de ahí el nombre de transfer resistor. Se basa en

efectos de superficie, poco conocidos en su día.

Transistor de unión bipolar

El transistor de unión bipolar, o BJT por sus siglas en inglés, se fabrica

básicamente sobre un monocristal de Germanio, Silicio o Arseniuro de

galio, que tienen cualidades de semiconductores, estado intermedio

entre conductores como los metales y los aislantes como el diamante.

Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en forma muy controlada tres

zonas, dos de las cuales son del mismo tipo, NPN o PNP, quedando

formadas dos uniones NP.

La zona N con elementos donantes de electrones (cargas negativas) y la

zona P de aceptadores o «huecos» (cargas positivas). Normalmente se

utilizan como elementos aceptadores P al Indio (In), Aluminio (Al)

o Galio (Ga) y donantes N al Arsénico (As) o Fósforo(P).

Transistor de efecto de campo

El transistor de efecto de campo, o FET por sus siglas en inglés, que

controla la corriente en función de una tensión; tienen alta impedancia de

entrada.

Transistor de efecto de campo de unión, JFET, construido mediante

una unión PN.

Transistor de efecto de campo de compuerta aislada, IGFET, en el

que la compuerta se aísla del canal mediante un dieléctrico.

Transistor de efecto de campo MOS, MOSFET, donde MOS significa

Metal-Óxido-Semiconductor, en este caso la compuerta es metálica y

está separada del canal semiconductor por una capa de óxido.

Fototransistor

Los fototransistores son sensibles a la radiación electromagnética en

frecuencias cercanas a la de la luz visible; debido a esto su flujo de

corriente puede ser regulado por medio de la luz incidente. Un

fototransistor es, en esencia, lo mismo que un transistor normal, sólo que

puede trabajar de 2 maneras diferentes:

Como un transistor normal con la corriente de base (IB) (modo

común);

Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace

las veces de corriente de base. (IP) (modo de iluminación).

MATERIALES: - un protoboard - un multímetro - una fuente de alimentación - dos diodos LED

- resistencias: 100 Ω, 220 Ω 1 KΩ y 6,8 KΩ

- condensadores: 470 µF y 1000µF - semiconductores: un diodo rectificador y un transistor 2N2222 o 2N3904

PROCEDIMIENTO: 1. Identifique los componentes electrónicos y el equipo de laboratorio que utilizará en esta práctica. 2. ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA EN UN CONDENSADOR. Construya el siguiente circuito.

3. Conecte los terminales de alimentación a la fuente y desconéctelos después de algún tiempo. Repita para el otro condensador. Explique lo sucedido.

El condensador almacena energía durante pequeños lapsos de tiempo Condensador 100 µF: Dura 0,5 segundos aproximadamente encendidos el Led Condensador 1000 µF: Dura 4 segundos aproximadamente encendidos el Led Lo que quiere decir que entre mayor sea la capacidad de los condensadores hay mayor almacenamiento de energía y por ende el Led durara mayor tiempo encendido.

4. FUNCIONAMIENTO DEL DIODO EN CONTINUA. Construya el siguiente circuito. 5. Identifique los terminales del diodo y conéctelo en el circuito de tal forma que quede en polarización directa. Qué sucede ? Explique lo sucedido.

El diodo solo permite el paso de corriente en un sentido del ánodo al cátodo. Al conectar el circuito en polarización directa logra que este funcione bien y se encienda el Led.

6. Conecte el diodo ahora de tal forma que quede en polarización inversa. Qué sucede ? Explique lo sucedido.

Al conectar el diodo en polarización inversa este no permite el paso de corriente lo que hace que no funcione y por ende no encienda el Led

7. TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR. Construya el siguiente circuito. 8. Observe la corriente de entrada ( I base ) y de salida ( I colector ) en función del brillo en los LEDs. El transistor está amplificando la corriente de entrada ?.

La corriente de entrada la recibe por la base (0.41 mA) y la corriente de salida del colector (19.5 mA), creando una avalancha de electrones entre colector y emisor provocando una ganancia o amplificación de corriente en el sistema generando que el led se encienda.

9. Calcule la ganancia ( ) del transistor. = Ic / Ib

CONCLUSIÓN

Se conoció el funcionamiento general y la principal aplicación de tres de los componentes electrónicos más utilizados dentro de los circuitos y equipos electrónicos de hoy en día.

Se almacenó energía en un condensador construyéndolo en un circuito, y se explicó lo sucedido con cada uno de los dos condensadores utilizados en esta experiencia.

Se identificaron los terminales del diodo rectificador y se entendió como ubicarlos en un circuito en forma de polarización directa o inversa.

Se observó la corriente de entrada y de salida en función del brillo de los leds al construir un circuito de transistor como amplificador