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TRABAJO COLABORATIVO 2Semiconductores y Análisis de circuitos A. y C.

Integrantes:

Henry Leonardo Lopez, Código: 1049629310

Ronald Adrián Ayaso, Código: 1140829967

Edwin Fabián Jiménez, Código: 1049625884

Ingrith Vanessa Blanco, Código: 1049620096

Grupo:

100414_61

Tutor:Freddy Tellez

Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD

Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería

Curso de Física Electrónica

Abril 17 de 2016


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INTRODUCCIÓN

El elemento semiconductor más sencillo y de los más utilizados en la electrónica es el diodo. Está

constituido por la unión de un material semiconductor tipo N y otro tipo P. Como se puede ver, el

diodo idealmente se comporta como un interruptor, al polarizarlo directamente actúa como un

corto (conductor) y al polarizarlo de forma inversa actúa como un circuito abierto (aislante).

El diodo funciona con la unión de dos materiales (N y P), Cuando se unen estos dos materiales los

electrones libres del material N tratan de mezclarse con los huecos del material P, lo cual generan

pares electron-hueco en la superficie de contacto de la unión. Debido a esto aparece una franja

muy estrecha conocida como barrera de potencial que debe ser superada para que el diodo entre

en conducción. La barrera de potencial es de 0.6 voltios aproximadamente para los diodos de silicio

y de aproximadamente 0.3 voltios para los diodos de germanio.

Cuando el diodo se polariza en forma directa, es decir con el potencial positivo hacia el ánodo y

el potencial negativo hacia el cátodo, con un voltaje mayor al de barrera, dicha barrera se rompe y

el diodo empieza a conducir. Pero cuando se le polariza inversamente, se refuerza la barrera de

potencial haciendo que el diodo no conduzca comportándose como un circuito abierto.


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OBJETIVOS

General:

Mediante la práctica con un simulador comparar resultados y así afianzar conceptos acerca de

los semiconductores

Específicos:

Manejar el simulador para montar circuitos compuestos por diodos y transistores Montar circuitos independientes probando cada una de sus funciones Manejar las distintas herramientas del simulador


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MARCO TEÓRICO

Antes que nada, para hablar de los semiconductores se debe tener clara la diferencia de estos con

los conductores y aislantes, es por esto que realizaremos una tabla comparativa para señalar las

características de cada uno.

TIPO DEMATERIAL

Nombre delelemento

CARACTERÍSTICAS

Conductor

Metales Materiales de alta conductividad, se usa principalmente parael transporte de corriente eléctrica con poca pérdida.

Resistores Material con alta resistividad, se usa principalmente para

producir una caída de potencial.

Semiconductor

Semiconductor Tipo

N

Este tipo de semiconductor trata de emparejar los materiales

con respecto a sus cargas y lo realiza con enlace de impurezasa ambos materiales. Por lo tanto, la impureza puede donarcargas con carga negativa al cristal, lo cual nos explica elnombre de tipo

Semiconductor TipoP

Conocidos como aceptores el cual contiene espacios y necesitaque sean llenados para emparejar el material.

SemiconductorUnion Pn

Al combinar los materiales de tipo P y N se obtienen datos ycosas muy curiosas pero lo más importante y relevante es la

formación del tipo unión PN. Una unión se compone de tresregiones semiconductoras, la región tipo P, una región de

agotamiento y la región tipo N.

La región de agotamiento se forma al unir estos dos materiales

y aquí es donde los átomos que le sobran al tipo N pasan allenar los espacios que deja el tipo P así complementándoseuno con otro. Lo más importante de la unión es su capacidad

para pasar corriente en una sola dirección.

Aislante

Aislantes térmicos Los materiales de aislamiento térmico se emplean para reducirel flujo de calor entre zonas calientes y frías. Por ejemplo, el

revestimiento que se coloca frecuentemente alrededor de lastuberías de vapor o de agua caliente reduce las pérdidas de

calor, y el aislamiento de las paredes de una nevera orefrigerador reduce el flujo de calor hacia el aparato y permite

que se mantenga frío.

Aislantes eléctricos Es un material con escasa capacidad de conducción de laelectricidad debido a que sus átomos tienen 8 electrones devalencia, o por lo menos más de 4, esto hace que los electrones

en los átomos se encuentren en una posición más estable


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FASE 1: Profundización

Solucione los siguientes cuestionamientos relacionados con los Semiconductores y el Análisis de

Circuitos en A. C. Apoye su investigación en las fuentes bibliográficas recomendadas en el curso

y haga uso de la biblioteca virtual de la Universidad.

1. Mediante un ejemplo práctico muestre la diferencia entre la Potencia activa y laPotencia aparente.

Potencia activa (P), que es la que se aprovecha como potencia útil. También se llama potencia

media, real o verdadera y es debida a los dispositivos resistivos. Su unidad de medida en el vatio

(W).

Potencia reactiva (Q), que es la potencia que necesitan las bobinas y los condensadores para

generar campos magnéticos o eléctricos, pero que no se transforma en trabajo efectivo, sino que

fluctúa por la red entre el generador y los receptores. Su unidad de medida es el voltamperio

reactivo (VAr).

Potencia aparente(S), es la potencia total consumida por la carga y es el producto de los valores

eficaces de tensión e intensidad. Se obtiene como la suma vectorial de las potencias activa y

reactiva y representa la ocupación total de las instalaciones debidas a la conexión del receptor. Su

unidad de medida es el voltamperio (VA).1

El ángulo formado en el triángulo de potencias por P y S equivale al desfase entre la corriente y la

tensión y es el mismo ángulo de la impedancia; por lo tanto el cosφ depende directamente del

desfase

Figure 1. Relación entre Potencia activa y aparente. 2

1 Corriente Alterna. Sitio web: http://www.proyecto987.es/corriente_alterna_11.html2 O.Prias. Corrección del factor de potencia y control de la demanda. Universidad Autónoma de Occidente.


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2.

Defina el Factor de potencia y explique cómo optimizarlo. Para esto haga uso de unmapa mental, el cual debe estar identificado con su nombre y código.

Las definiciones anteriores están conectadas por el factor de potencia. El factor de potencia, FP,

se define como la relación entre la potencia media o activa, P, y la potencia aparente

=

Un ejemplo práctico puede ser un electrodoméstico ya que está constituido por devanados o

bobinas, estos necesitan la denominada corriente reactiva para establecer campos magnéticos

necesarios para su operación. La corriente reactiva produce un desfase entre la onda de tensión y

la onda de corriente, si no existiera la corriente reactiva la tensión y la corriente estarían en fase y

el factor de potencia seria la unidad.

Figure 2. Motor de inducción sin compensación

El desfase entre las ondas de tensión y corriente, producido por la corriente reactiva se anula con

el uso de condensadores de potencia, lo que hace que el funcionamiento del sistema sea más eficazy, por lo tanto, requiera menos corriente lo que técnicamente se denomina compensación. La figura

1 corresponde a un motor de inducción sin ninguna compensación y la figura 2 muestra el mismo

motor de la figura 1 con el factor de potencia corregido, es decir, con una mejor relación entre las

potencias.

Figure 3. Motor de inducción, factor de potencia corregido


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3.

Realice el montaje del siguiente circuito y tras analizarlo y describir sucomportamiento nombre aplicaciones prácticas en las que podría ser empleado ¿Cuáles el objetivo de colocar los 4 diodos en serie?

Para realizar el montaje usamos el simulador CircuitMaker

La idea de conectar diodos en serie, es tener una caída de potencial mayor, ya que cada diodo

colaborará con una caída de potencial de 0,7V (silicio) o 0,3V (germanio)

Por lo tanto la caída de potencial será igual a la consumida por la resistencia de 1k Ohm y los

diodos en serie


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Por lo tanto, para compartir voltaje con la resistencia conectada al circuito se debe reducir el

potencial a cero por lo que se conectan cuatro diodos de silicio en serie, esto nos da una caída de

potencial de:

= 0,7 ∗ 4 () = 2,8

Corroboramos con el simulador

APLICACIONES PRÁCTICAS:

Este circuito puede ser empleado en iluminación (cuando se requiere conectar varios diodos

led en serie).

También se puede para disminuir el voltaje de entrada (aunque es poco práctico).

También al conectar los diodos en serie se aumenta el voltaje que estos pueden soportar.


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4.

Realice y simule un circuito en el que se evidencie el uso de un diodo como elementode protección y explique paso a paso su funcionamiento indicando que elementosestaría protegiendo y cuáles serían las limitaciones de dicha protección.

Sistema 1. Cuando se conecta el diodo de esta manera protege la fuente de alimentación y al equipo

de corrientes inversas o polarización incorrecta. La desventaja es que existe una caída de tensiónde 0.7 voltios si es diodo de silicio o de 0.3 V si es diodo de Germanio.

Sistema 2. Cuando se conecta en paralelo a la fuente de alimentación protege tanto a ésta como alequipo de polarización incorrecta.


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Sistema 2. Polarización correcta

Polarización incorrecta: La corriente pasa por diodo protegiendo al equipo y cuando se funde elfusible protege a la fuente de alimentación al desconectarse.


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FASE 2: Diseño y Simulación de Circuitos Electrónicos

1. Diseñe un circuito que permita ser conectado al puerto USB de un computador y controlado por una fotorresistencia, y si es de noche encienda un LED que permita iluminar una

determinada zona. Tenga en cuenta que:

El circuito no puede consumir más de 500mA.El voltaje de alimentación es de 5V.

Antes de conectar el circuito al puerto USB del computador debe probarlo con una fuente

de alimentación de 5V.

Debe garantizar que la luz producida por el circuito no termine afectando la

fotorresistencia, haciendo que se genere un ciclo de encendido y apagado.

El circuito debe ser explicado en su totalidad, evidenciando el papel de cada uno de los

elementos.

Se debe presentar la simulación del circuito y si no es posible encontrar alguno de los

componentes en el simulador pueden reemplazarlo por otro especificando la forma como

se establecería la equivalencia.

Tenga en cuenta la siguiente imagen:

Fotorresistencia y diodo led: con el siguiente circuito se controla el encendido de un led con una

fotorresistencia, lo cual es útil para el encendido automático al oscurecer.


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Simulación Cuando la luminosidad es alta.

Cuando la luminosidad es baja.

El transistor identificado como Q1 BC548 funciona como interruptor.

La foto resistencia varía su valor de resistencia dependiendo la luminosidad.La resistencia identificada como R2 de 220 Ohm limita la corriente que pasa por el led D1La resistencia identificada como R1 de 10 K Ohm junto con la fotorresistencia hacen undivisor de voltaje, cuando detecta ausencia de luz se satura el transistor permitiendo el paso

de corriente para activar el led.


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2.

Diseñe un circuito, que haciendo uso de una fotocelda, permita abrir la persiana de unaventana con el accionar de un motor. Tenga en cuenta que la única condición es abrir lapersiana, por lo que puede ser cerrada manualmente.

Debe incluir el diseño del circuito para cada una de las etapas.

Debe simular cada etapa resaltando el funcionamiento de los componentes que forman

parte de estas.

Debe realizarlo posteriormente en laboratorio.


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CONCLUSIONES

Por medio de este trabajo pudimos poner en práctica los conocimientos y conceptos

adquiridos en la unidad 2 sobre los semiconductores los cuales juegan un papel importante

en la industria electrónica ya que casi todos los dispositivos electrónicos funcionan

mediante dispositivos semiconductores.También se mejoró nuestra capacidad para realizar simulaciones de los diferentes circuitos

propuestos en el taller y con estas simulaciones podemos comprender por medio de la

práctica el funcionamiento y comportamiento de cada uno de estos.

Es importante saber también que los semiconductores tienen la ventaja de ser buenos

fotoconductores, o transportadores de luz. Son sustancias aislantes conformadas

principalmente por silicio y germanio.

Los semiconductores poseen características como: la corriente fluye con alguna facilidad,

pero ofreciendo resistencia, no se descomponen químicamente, y la mayoría son portadores

de cargas negativas.

A través de la fase de consulta teórica y de las simulaciones realizadas en el software se

logró la aprehensión de conceptos del tema de semiconductores.

Para que un diodo esté polarizado directamente, se debe conectar el polo positivo de la

batería al ánodo del diodo y el polo negativo al cátodo, si la conexión se realiza al contrario

se dice que el diodo esta polarizado inversamente y por lo tanto no conduce la electricidad.

Los diodos pueden actuar como conductores y/o rectificadores

El transistor actúa como amplificador, ya que bajo ciertas condiciones, pueden entregar a

una determinada carga una potencia de señal mayor de la que absorben.


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BIBLIOGRAFÍA

F.R. TELLEZ. Módulo de física electrónica. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA200. F.R. TELLEZ. Módulo de física electrónica. OVA circuitos eléctricos de

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/100414/OVA%20-%20Circuitos%20Electricos/index.html F.R. TELLEZ. Módulo de física electrónica. OVA semiconductores dehttp://datateca.unad.edu.co/contenidos/100414/OVA%20-%20Semiconductores/
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