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Ejercicio Mecánica Cuántica
¿Qué son los electrones libres y porqué están presentes en los metales, pero no en
otros materiales?
En la teoría de las bandas de la mecánica cuántica, podemos verificar que en
algunos metales la banda de valencia, sólo está parcialmente completa y en todas las
bandas de conducción se superpone con la anterior, dando así la posibilidad de que los
electrones puedan moverse por todo el material, cuando se le aplica un campo eléctrico.
O sea que en los metales siempre se encuentra una banda electrónica, de energía
superior a la necesaria para moverse libremente, parcialmente llena. De esta manera,
existen electrones capaces de moverse con la energía que les suministra el campo
eléctrico y además tiene "lugar" para hacerlo.
A diferencia de los metales, con su capa de valencia sólo parcialmente ocupada, los
materiales semiconductores, (como mostramos para el silicio al estudiar la estructura de
la materia), al unirse mediante covalencia, forman una estructura electrónica estable, en
la que no quedan lugares vacantes.
Si el esquema de arriba representa la estructura electrónica de un cristal puro de un
semiconductor típico, a 0 K (-273 °C) todos los electrones se encontrarán en su estado
energético fundamental y la banda de valencia estará totalmente ocupada, mientras que
la banda de conducción estará totalmente vacía. La característica distintiva de los
semiconductores es que el GAP o "zona prohibida" tiene una "altura" energética del
orden de 1eV, y esta es una diferencia de energía que los electrones pueden adquirir con
sólo que aumente la temperatura unos pocos grados.
Ejercicio Guía de Diodos
En los siguientes circuitos, complete con la lectura de los instrumentos. Luego,
verifique sus predicciones con el simulador.
12V – I2 x R2 = 0
I2 = 12V / 1 KOhm
I2 = 12 mA
VR2 = I2 x R2
VR2 = 12 mA x 1 K Ohm = 12V
-0,7V – I1 x 1 KOhm + 12 V = 0
I1 = 11,3V / 1 K Ohm = 11,3 mA
VR1 = I1 x R1
VR1 = 11,3 mA x 1 K Ohm = 11,3V
I0 = I1 + I2
I0 = 11,3 mA + 12 mA
I0= 23,3 mA
I = (12V – 0,7V) / (1K Ohm + 1K Ohm)
I = 11,3V / 2 K Ohm
I = 5,65 mA
I1 = 0 porque el diodo está polarizado en inversa
VR1 = I1 x R1 = 0
I2 = 12V / 1 K Ohm = 12 mA
VR2 = I2 x R2 = 12V
Si analizo la siguiente maya:
12V – VD – I1 x R1 = 0
VD = 12V
12V – I3 x R3 = 0
I3= 12V / 1 K Ohm = 12 mA
12V – 0,7V – I1 x R1 = 0
I1 = 11,3 V / 1 K Ohm = 11,3V
0,7V – I2 x R2 = 0
I2 = 0,7V / 1 K Ohm = 0,7 mA
I0 = I1 + I3
I0 = 11,3 mA + 12 mA = 23,3 mA
I1 = ID + I2
ID = I1 – I2 = 11,3 mA – 0,7 mA = 10,6 mA
VR1 = I1 x R1 = 11,3 mA x 1 K Ohm = 11,3V
PR1 = I1 x V1 = 11,3 mA x 11V = 127,69 mV
VR2 = I2 x R2 = 12 mA x 1 K Ohm = 12V
PR2 = I2 x V2 = 0,7 mA x 12V = 8,4 mV
VR3 = I3 x R3 = 0,7 mA x 1 K Ohm = 0,7V
PR3 = I3 x V3 = 12 mA x 0,7V = 8,4V
PRD = ID x VD = 10,6 mA x 0,7V = 7,42 mV
Ejercicio Guía de Transistores
1)
Encontrar el valor faltante en cada caso
a) 200
12 V + Ic x 680 Ohm – 5, 3 V = 0
- 6, 7 V / 680 Ohm = Ic
Ic = 9,85 mA
VR2 = Ic x R2
VR2 = 9,85 mA x 680 Ohm
VR2 = 6,7 V
Ib = Ic / 
Ib = 9.85 mA / 200
Ib = 0, 04925 mA
Vbb - Ib x R1 – Vbe = 0
Vbb = 0, 7 V + (0, 04925 mA x 22 K Ohm)
Vbb = 0, 7 V + 1, 0835 V
Vbb = 1, 7835 V
Ie = Ib + Ic
Ie = 0, 04925 mA + 9, 85 mA
Ie = 9, 89925 mA
b) 100
2 V + Ie x 1 K Ohm – Veb = 0
Ie = -1, 3 V / 1 K Ohm
Ie = 1, 3 mA
VRe = Ie x 1 k Ohm
VRe = 1, 3 mA x 1 k Ohm
VRe = 1, 3 V
12 V – 1, 3 V – 5, 097 V – VRc = 0
VRc = 5, 603 V
Ib = Ic / 
Ie = Ib + Ic
Ie – Ic = Ib
Ic =  (Ie – Ic)
101 Ic = 130 mA
Ic = 130 mA / 101 = 1, 2871 mA
12 V – 1, 3 mA x 1 K Ohm – 5, 097 V – 1, 2871 mA x Rc = 0
Rc = 5, 603 V / 1, 2871 mA
Rc = 4, 35 k Ohm
Ib = 1, 2871 mA / 100
Ib = 0, 012871 mA
Vbc = 5, 097 V – 0, 7 V = 4, 397 V
Ejercicio Guía de Compuertas Lógicas
Dibuje un circuito de puerta NOR, utilizando un transistor p-n-p y diodos