Download 3031 Dispositivos Electrónicos

UNIVERSIDAD DE MENDOZA – FACULTAD DE INGENIERÍA
CARRERA
INGENIERÍA EN COMPUTACIÓN
ASIGNATURA
DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
CÓDIGO
3031
CURSO
3er Año
ÁREA
Tecnologías Básicas
ULTIMA REVISIÓN
8/11/2010
MATERIAS CORRELATIVAS:
3023 Tecnología
AÑO LECTIVO 2011
Profesor Titular: Dr. Ing. José Luís Puliafito
Profesor Asociado:
Profesores Adjuntos: Ing. Roberto Klein - Ing. Maria de loa Ángeles Olguín
Jefes de trabajos prácticos:
Carga Horaria Semanal:
6
Carga Horaria Total:
90
OBJETIVOS GENERALES:
Dotar al estudiante de los conocimientos teóricos y prácticos básicos relativos a
la física del estado sólido, los cuales le permitirán la interpretación del
funcionamiento de los dispositivos electrónicos y sus aplicaciones.
PROGRAMA ANALÍTICO:
CAPITULO 1: ELEMENTOS DE LA TEORIA CUANTICA DE LA MATERIA
TEMA A: Introducción histórica
I.A.1- Radiación del cuerpo negro. Solución cuántica de Planck, I.A.2- Efecto
fotoeléctrico, solución cuántica de Einstein. 1.A.3.- El átomo de Sommerfeld.
Espectro de radiación del Hidrógeno, Modelo atómico de Bohr. l.A.4- Teoría
ondulatoria de De Brogile, dualidad corpúsculo-onda. Principio de incertidumbre de
Heisemberg.
TEMA B: Mecánica Ondulatoria
1.B. 1.-Ecuación de ondas de Schrödringer. Interpretación de la función de ondas, 1.B.2
- Solución de la ecuación de Schrödringer para pozos de potencial finitos. Efecto túnel1 B 3,- Solución del átomo de hidrógeno, números cuánticos, comparación con el
modelo de Bohr. Principio de exclusión de Pauli, spin del electrón.
CAPITULO 2: MODELO DE BANDAS DE LOS SOLIDOS
TEMA A- Características Eléctricas del Estado Sólido
2.A.I.- Ligaduras atómicas. Enlaces covalentes desde el punto de vista de la Mecánica
Cuántica. 2.A.2.- Modelo energético del cristal. Teoría de bandas, desdoblamiento de
los niveles energéticos. Modelo de bandas de los sólidos. 2.A.3.- Propiedades básicas
de los metales, semiconductores y aislantes. 2.A.4- Conducción en los metales según la
teoría de bandas. Ley vectorial de Ohm, resistividad, movilidad. 2.A.5. Descripción
eléctrica del estado sólido, necesidad de determinar la concentración de portadores.
TEMA B: Descripción estadística de la concentración de portadores
2.B. 1.- Conceptos sobre funciones de distribución. Funciones de distribución y de
densidad de distribución. 2.B.2.- Comportamiento estadístico de las partículas. Espacio
de estado dinámico de las partículas, comparación entre partículas clásicas y cuánticascaso clásico, distribución de Maxwell-Boltzman. 2.B,3.- Caso cuántico, Función de
distribución de Fermi- Dirac. Probabilidad de transición. Distribución de probabilidad
de ocupación de estados energéticos cuánticos de las funciones de Femi-Dirac. 2.B.4.Propiedades de la función de Fermi-Dirac, nivel de Fermi.. 2.B.5.- Cómputo
generalizado de densidad de portadores. Integración aproximada mediante MaxwellBoltzman, condiciones para su aplicación. 2.B.6- Aplicación en los metales, conducción
y emisión termiónica
CAPITULO 3: CARACTERIZACION DE LOS SEMICONDUCTORES.
TEMA A: Caracterización estática de los semiconductores
3-A.I.- Semiconductores intrínsecos, procesos de obtención de monocristales puros,
distribución de portadores, características de los huecos y electrones como portadores en
el Ge y en el Si. 3.A.2.- Procesos de conducción en los semiconductores, corrimiento y
difusión. La constante de difusión, ecuación de Einstein. Generación intrínseca de
portadores y recombinación térmica. 3A.3.- Semiconductores extrínsecos. Tipos,
impurezas donoras y aceptoras. Niveles energéticos de las impurezas, procesos de
obtención de los semiconductores extrínsecos, generación extrínseca. 3.A.4.- Efecto
Hall. 3.A.5.- Concentración de portadores, determinación del nivel de Fermi, efectos
de la temperatura. 3.A.6.-Conductividad en función de la temperatura.
TEMA B: Caracterización dinámica de los semiconductores.
3.B.1.- Comportamiento dinámico, recombinación de portadores, trampas y centros de
recombinación. 3.B.2 Inyección de portadores minoritarios, función de recombinación,
ecuación de la continuidad. 3.B.3 Ecuación de difusión de los portadores minoritarios
inyectados en régimen estacionario y en régimen impulsivo. 3.B.4 Caracterización
dinámica: tiempo de vida media de un portador y longitud de difusión.
CAPITULO 4: DIODOS DE ESTADO SOLIDO
TEMA A: Descripción de la juntura
4.A. 1 - Introducción a los diodos de Estado Sólido, diodos de juntura, método de
fabricación. Principios generales de funcionamiento. 4 A 2 -Cálculo de la corriente en
el diodo. Solución de la ecuación de difusión para junturas abruptas, determinación de
la corriente inversa de saturación. 4.A.3.- Limitaciones: tensión de arranque, resistencia
dinámica, variación de la característica directa con la temperatura, tensión inversa,
mecanismos de ruptura, efecto Zener y efecto avalancha. 4.A.4.- Efectos reactivos
asociados a la juntura- Capacidades de transición y difusión. Respuesta dinámica,
respuesta a un escalón.
TEMA B: Tipos de diodos y aplicaciones
4.B.1.- Diodos rectificadores de silicio, diodos Zener, diodos PIN de conductividad
modulada. 4.B.2- Diodos metal-semiconductor de contacto puntual y de barrera (diodo
Schottky). 4.B.3- Diodos Túnel, diodos de retroceso o inversión. 4.B.4-Diodos Varicap.
4.B.5- Aplicaciones con diodos. Circuitos rectificadores. Reguladores con diodos
Zener.
CAPITULO 5: TRANSISTORES BIIPOLARES
TEMA A: Descripción del transistor bipolar
5.A.1.- Estructura básica, tipos de transistores, métodos de fabricación.
Funcionamiento: análisis cualitativo. 5.A.2 - Ecuaciones del transistor, modelo
equivalente de Ebers y Moll. 5.A.3.- El transistor como elemento circuital,
disposiciones del transistor, curvas características. Características de Base común.
Características de Emisor común. 5.A.4.-Comparación de las disposiciones en la zona
activa, discusión general. 5.A.5.- El transistor como llave, respuesta escalón
TEMA B: Polarización
5.B.1.- Técnicas de polarización en la zona activa. Recta de carga dinámica y estática.
Estabilización lineal de la polarización. 5.B.2.- Límites operativos de los transistores:
limitaciones térmicas, limitaciones de tensión, ruptura en base común y en emisor
común, perforación, efecto Early. 5.B.3.- Limitaciones de corriente, ruptura secundaria5.B.4 - limitaciones de frecuencia y de ruido, el transistor Schottky, hojas de datos.
TEMA C: El transistor como amplificador
5.C.1- El transistor como elemento circuital lineal. Modelos equivalentes lineales,
clasificación. 5.C.2.- Modelo híbrido pi (Modelo de Gacoletto): limitaciones de
frecuencia a partir del modelo híbrido pi, frecuencia de transición en emisor común y
en base común. 5.C.3.- Modelos de baja frecuencia utilizando la teoría de cuadripolos,
modelo de parámetros h. Equivalencia entre modelos. Cómputo de impedancias de
entrada y de salida, ganancia de tensión, corriente y potencia. Comparación entre las
configuraciones circuitales. 5-C 4 - Diseño de una etapa amplificadora en EC utilizando
parámetros h.
CAPITULO 6: TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO
TEMA A: Descripción del MOSFET y del JFET
6.A.1.- Estructura del FET de compuerta aislada, tipos. Principios de funcionamiento
Curvas características, análisis de las regiones. 6.A.2.- Ecuaciones del MOSFET,
modelo de primer orden, densidad de cargas en la zona de inversión, diagramas de
energía potencial. Cálculo de la corriente en el canal, estrangulamiento- 6.A.3.Determinación de las características de transferencia, zona de resistencia variable, zona
de saturación. Efectos de orden superior. 6.A.4- Ecuaciones del JFET, comparación con
las del MOSFET.
TEMA B-. Polarización
6.B.1. Técnicas de polarización de los FET en la zona activa. Recta de carga.. 6.B.2.Limitaciones de los FET de tensión, zona de ruptura, tensión de perforación de los
MOSFET, protecciones incorporadas. 6.B.3 Limitaciones de corriente y potencia,
utilización de los FET en alta potencia, introducción al MOS de canal V. 6.B.4.Inestabilidades de funcionamiento: efecto de la temperatura, migración térnica en los
MOSFET; 6 B.5 - Limitaciones de frecuencia, capacidades parásitas, el MOS Tetrodo,
limitaciones de ruido. 6.B.7 - Comparación de las prestaciones entre los
transistores bipolares de juntura y los FET
TEMA C: Aplicaciones
6.C. 1.- Los FET como elementos circuitales lineales, modelo circuital equivalente para
baja señal. 6.C.2-Cálculo de un amplificador Fuente Común de baja señal utilizando los
modelos equivalentes.- 6.C.3 Aplicaciones del FET como resistencia variable, el JFET
como llave analógica.
CAPITULO 7. DISPOSITIVOS DE MULTIJUNTURA
TEMA A: Tiristores
7.A.1.- Descripción del tiristor. Estructura, modelo equivalente de dos transistores,
curvas características. 7.A.2- Disparo del tiristor, disparo por compuerta, disparo por
dv/dt.. 7.A.3.- Característica de puerta. 7.A.4. - Bloqueo del tinistor, métodos. 7.A. 5.
Limitaciones de tensión, de corriente, de potencia, de dv/dt, de di/dt y de frecuencia.
7.A.6 Tipos de tiristores y aplicaciones básicas.
TEMA B: Triacs y Diacs
7.B.1.- El triac, estructura, modelo equivalente de dos tiristores. Curvas caracter¡sticas,
zonas de operación. 7.B.2- Disparo y bloqueo, Limitaciones, consideraciones especiales
para dv/dt.. 7.B.3- Aplicaciones del triac. 7.B.4- El Diac, estructura. Curvas
caracteísticas. Aplicaciones como elemento de disparo. Otros dispositivos de disparo.
CAPITULO 8.- DISPOSITIVOS OPTOELECTRONICOS
TEMA A: Dispositivos optoelectrónicos de vacío
8.A.1- Planteo general de las ecuaciones de movimiento de una carga en campos
eléctricos y magnéticos. 8.A.2.- Movimiento en un campo electroest tico uniforme,
movimiento en campo magnetoestático uniforme. Solución para casos combinados8.A.3.- Reflección y refracción de partículas en campos eléctricos estacionarios.
Aplicaciones. 8.A.4- Principios de la óptica electrónica, lentes electroestáticas, lentes
magnetoestáticas, 8,A.5- Deflexión de haces mediante campos eléctricos, tubo de rayos
catódicos; 8.A.6- Deflexión de haces mediante campos magnéticos.
TEMA B: Dispositivos optoelectrónicos de estado sólido y líquido
8.B.1.- Conceptos básicos sobre radiometría y fotometría. 8.B.2.-Fotodectectores.
Propiedades y características de los materiales fotodetectores, definiciones principales.
sensibilidad espectral, responsividad, repuesta en frecuencia, detectividad y ruido.
8.B.3- Fotoconductividad, fotoresistor, efecto fotoelectromagnético. 8.B.4.-Detección
en una juntura PN, fotodiodo, fototransistor, arrays de fotodetectores CCD (Charge
Coupled Device). 8.B.5- Efecto fotovoltaico, baterías solares. 8.B.6. Fotoemisores.,
semiconductores de gap directo AsGa. Diodos emisores de luz (Led), fotoacopladores.
Emisión estimulada de radiación, principios físicos, diodo Láser. 8.B.7 Dispositivos,
presentadores de cristal líquido (LCD).
Formación Práctica
Horas
Resolución de Problemas Rutinarios:
Laboratorio, Trabajo de Campo:
Resolución de Problemas Abiertos:
Proyecto y Diseño:
PROGRAMA DE TRABAJOS PRÁCTICOS:
Práctico 1 - Estado sólido
Práctico 2: Diodos de estado sólido
Práctico 3 : Transistores de juntura
Práctico 4: Transistores de efecto de campo
15
Práctico 5: Dispositivos multijuntura
ARTICULACIÓN HORIZONTAL Y VERTICAL DE CONTENIDOS:

Los contenidos abordados en esta materia se basan en conceptos de las siguientes
cátedras:
Asignatura
Curso
Tecnología

2do
Los contenidos abordados en esta materia aportan conceptos a las siguientes cátedras:
Asignatura
Curso
Electrónica Analógica I
3ro
CONDICIONES PARA REGULARIZAR LA MATERIA y RÉGIMEN DE
EVALUACIÓN:
1. Requisitos para la constancia de asignatura cursada: deberá poseer el 80
% de asistencia y Carpeta de Trabajos Prácticos aprobada.
2. Requisitos para la aprobación: Examen final
3. Cronograma de entrega de prácticos: Los prácticos se someten a
aprobación de la cátedra en una única entrega al final del semestre
BIBLIOGRAFÍA :
Bibliografía Principal
Autor
Título
Editorial
Año Ed.
Disp.
Selva, M.
Dispositivos Electrónicos
Nueva Libreria
2008
3
Albella Martin Agullo-Rueda Martinez-Duart -.
Malvino Albert
Paul Tremosa, A
Fundamentos de
Microelectrónica Nanoelectrónica
y Fotónica
Pearson
2005
Principios De Electrónica Electrónica del estado sólido
McGraw-Hill
Marymar
1998/94
1980
Millman, Halkias-
Electrónica Integrada
Hispano
Europea S.A.
España.
197619811992
2
3
3
4
Bibliografía de Consulta
Autor
Título
Editorial
Año Ed.
Disp.
Kittel, C-
Reverté
1995
1
Reverté
1974
1
Reverté
1974
Limusa
1978
Limusa
1978
Marcombo
1980
Lilen , H
Introducción a la Física del
Estado Sólido
Introducción a la física de los
semiconductores
Serie SEEC Vol 1
Electrónica física y modelo de
circuitos de los transistores –serie
SEEC Vol. 2 .
Ciencias de los materiales -vol. 1
Estructura
Ciencias de los materiales- vol. 4
Propiedades electrónicas
Circuitos integrados MOS y
CMOS
Tiristores y Triacs
Marcombo
1973
2
Carter-Donker -
Optoelectrónica Aplicada
1980
1
Marshall
Laser - tecnología y aplicaciones
Ed. ParaninfoBib. Téc. Phillips
Ed.- Reverté
1972
1
AdlerLougini.
Schmith,
Gray, De WittBoothroydGibbonsMoffat-PearsallWullfRose,
ShepardWulffLilen , H.
ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS UTILIZADAS :
Dictado de clases teóricas magistrales
Resolución de ejercicios teóricos para unidades principales (Trabajos Prácticos
de Gabinete)
Ejercitación práctica de dispositivos en laboratorio cordinada con la Asignatura
LABORATORIO IV (Trabajos Práctico de Laboratorio)
RECURSOS DIDÁCTICOS UTILIZADOS :
Bibliografía recomendada, instrumentación de laboratorio
PROGRAMA DE EXAMEN:
BOL. 1: lA, 3B
BOL. 2: 1B, 3A
BOL. 3: 6C, 4B
BOL. 4: 2B, 4A
BOL. 5: SA, 7B
BOL. 6: 5B, 7A
BOL.7: 5C, 8A
BOL. 8: 6A, 8B
BOL. 9: 6B, 2A