Download Laboratorio N° 03 – Circuitos Y Sistemas Digitales

“Año de la Promoción de la Industria
Responsable y Compromiso Climático”
Tema:
Semiconductores & Componentes eléctricos
Apellidos Y Nombres:
Ruiz Almeyda, Ronald Javier
Escuela Profesional:
Ingeniería De Computación Y Sistemas
Asignatura:
Circuitos y Sistemas Digitales
Docente:
Lic. Carlos Alberto Nuñez Jayo
Sede:
Chincha
Ciclo: IV
Grupo: I
2014
Ingeniería de Computación y Sistemas
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Índice
Introducción............................................................................................................................3
Objetivos……………………………………………………………………………………………...4
1.- Objetivo General………………………………………………………………………………………………...4
2.- Objetivos Específicos………………………………………………………………………………………….4
Marco Teórico………………………………………………………………………………………5
1.- Semiconductores……...….……………………………………………………………………………………..5
1.1.- Unión PN…………………………………………………………………………………………………………6
2.- Componentes Eléctricos……………………………………………………………………………………..7
2.1.- Tipos De Componentes Eléctricos………………...…………………………………………………..7
2.1.1.- Resistencias………………………………………………………………………………………………….7
2.1.2.- Condensador………………………………………………………………………………………………...7
2.1.3.- Transformador……………………………………………………………………………………………..8
2.1.4.- Diodo…………………………………………………………………………………………………………...8
2.1.5.- Bobina………..………………………………………………………………………………………………...8
2.1.6.- Pila…………….………………………………………………………………………………………………...9
2.1.7.- Fusible………..………………………………………………………………………………………………..9
2.1.8.- Relé……………………………………………………………………………………………………………...9
2.1.9.- Transistores..……………………………………………………………………………………………...10
2.1.10.- Circuitos Integrados..………………………………………………………………………………...10
Procedimientos Y Tablas De Resultados……………………………………………....11
Conclusiones………………………………………………………………………………………17
Bibliografía………………………………………………………………………………………...18
Ingeniería de Computación y Sistemas
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Introducción
El presente módulo tiene por finalidad brindar una información
referencial correspondiente a los temas de semiconductores y
componentes eléctricos. Se hará mención de algunas subcategorías en
relación con los puntos tratados.
Finalmente se ilustrara la información con algunos ejemplos prácticos
obteniendo datos en las diversas simulaciones. Las tablas
correspondientes a cada ejercicio, cumple con la finalidad de recabar toda
la información obtenida en el proceso de la ejecución del programa.
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Objetivos
 Objetivo General:
Tener el conocimiento total o parcial correspondiente a los temas
de semiconductores y componentes eléctricos.
 Objetivos Específicos:
 Entendimiento de conceptos básicos de semiconductores.
 Compresión de los usos de los componentes eléctricos.
 Conocer los diversos tipos de componentes eléctricos y su
respectiva ilustración.
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Marco Teórico
1.- Semiconductores
Los semiconductores son elementos que tienen una conductividad eléctrica inferior a
la de un conductor metálico pero superior a la de un buen aislante. El semiconductor
más utilizado es el silicio, que es el elemento más abundante en la naturaleza, después
del oxígeno. Otros semiconductores son el germanio y el selenio.
Los átomos de silicio tienen su orbital externo incompleto con sólo cuatro electrones,
denominados electrones de valencia. Estos átomos forman una red cristalina, en la
que cada átomo comparte sus cuatro electrones de valencia con los cuatro átomos
vecinos, formando enlaces covalentes. A temperatura ambiente, algunos electrones de
valencia absorben suficiente energía calorífica para librarse del enlace covalente y
moverse a través de la red cristalina, convirtiéndose en electrones libres. Si a estos
electrones, que han roto el enlace covalente, se les somete al potencial eléctrico de una
pila, se dirigen al polo positivo.
Cuando un electrón libre abandona el átomo de un cristal de silicio, deja en la red
cristalina un hueco, que con respecto a los electrones próximos tiene efectos similares
a los que provocaría una carga positiva. Los huecos tienen la misma carga que el
electrón pero con signo positivo.
El comportamiento eléctrico de un semiconductor se caracteriza por los siguientes
fenómenos:
- Los electrones libres son portadores de carga negativa y se dirigen hacia el polo
positivo de la pila.
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- Los huecos son portadores de carga positiva y se dirigen hacia el polo negativo de la
pila.
- Al conectar una pila, circula una corriente eléctrica en el circuito cerrado, siendo
constante en todo momento el número de electrones dentro del cristal de silicio.
- Los huecos sólo existen en el seno del cristal semiconductor. Por el conductor
exterior sólo circulan los electrones que dan lugar a la corriente eléctrica.
1.1.- Unión PN:
Cuando a un material semiconductor se le introducen impurezas de tipo P por un lado
e impurezas tipo N por otro, se forma una unión PN.
Los electrones libres de la región N más próximos a la región P se difunden en ésta,
produciéndose la recombinación con los huecos más próximos de dicha región. En la
región N se crean iones positivos y en la región P se crean iones negativos. Por el
hecho de formar parte de una red cristalina, los iones mencionados están
interaccionados entre sí y, por tanto, no son libres para recombinarse.
Por todo lo anterior, resulta una carga espacial positiva en la región N y otra negativa
en la región
P, ambas junto a la unión. Esta distribución de cargas en la unión establece una
«barrera de potencial» que repele los huecos de la región P y los electrones de la
región N alejándolos de la mencionada unión. Una unión PN no conectada a un circuito
exterior queda bloqueada y en equilibrio electrónico a temperatura constante.
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2.- Componentes Eléctricos
Tanto en la electricidad como en la electrónica, el movimiento de los electrones es el
motivo fundamental del funcionamiento de sus circuitos; la única diferencia es que la
segunda utiliza componentes tales como las válvulas, los semiconductores y los
circuitos integrados, a los que genéricamente se denomina elementos activos en
oposición a los usados en electricidad (resistencias, condensadores, bobinas etc.),
llamados elementos pasivos
Gracias a tales elementos activos, la electrónica se constituye en una ciencia cuyo
objetivo primordial es ser una perfecta herramienta para obtener, manejar y utilizar
información. Como ya hemos dicho, los componentes son elementos básicos con los
que se construyen circuitos, y desempeñan, por lo tanto, las funciones elementales de
la electrónica.
Cada circuito, ya sea eléctrico o electrónico ha de contener, por lo menos, un
componente pasivo que actué como conductor y que provoque la circulación de una
corriente eléctrica por dicho circuito.
2.1.- Tipos De Componentes Eléctricos:
2.1.1.-RESISTENCIA
La resistencia de un circuito eléctrico determina según la llamada ley de Ohm cuánta
corriente fluye en el circuito cuando se le aplica un voltaje determinado. La unidad de
resistencia es el ohmio, que es la resistencia de un conductor si es recorrido por una
corriente de un amperio cuando se le aplica una tensión de 1 voltio.
2.1.2.-CONDENSADOR
El condensador es uno de los componentes más utilizados en los circuitos eléctricos.
Un condensador es un componente pasivo que presenta la cualidad de almacenar
energía eléctrica. Está formado por dos láminas de material conductor (metal) que se
encuentran separados por un material dieléctrico (material aislante).
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2.1.3.-TRANSFORMADOR
Dispositivo eléctrico que consta de una bobina de cable situada junto a una o varias
bobinas más, y que se utiliza para unir dos o más circuitos de corriente alterna (CA)
aprovechando el efecto de inducción entre las bobinas. La bobina conectada a la
fuente de energía se llama bobina primaria. Las demás bobinas reciben el nombre de
bobinas secundarias. Un transformador cuyo voltaje secundario sea superior al
primario se llama transformador elevador. Si el voltaje secundario es inferior al
primario este dispositivo recibe el nombre de transformador reductor.
2.1.4.-DIODO
Componente electrónico que permite el paso de la corriente en un solo sentido. Los
primeros dispositivos de este tipo fueron los diodos de tubo de vacío, que consistían
en un receptáculo de vidrio o de acero al vacío que contenía dos electrodos: un cátodo
y un ánodo. Ya que los electrones pueden fluir en un solo sentido, desde el cátodo
hacia el ánodo, el diodo de tubo de vacío se podía utilizar en la rectificación.
2.1.5.-BOBINA
Las bobinas (también llamadas inductores) consisten en un hilo conductor enrollado.
Al pasar una corriente a través de la bobina, alrededor de la misma se crea un campo
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magnético que tiende a oponerse a los cambios bruscos de la intensidad de la
corriente. Al igual que un condensador, una bobina puede utilizarse para diferenciar
entre señales rápida y lentamente cambiantes (altas y bajas frecuencias).
2.1.6.-PILA (Acumulador, Batería)
Dispositivo que convierte la energía química en eléctrica. Todas las pilas consisten en
un electrolito (que puede ser líquido, sólido o en pasta), un electrodo positivo y un
electrodo negativo. El electrolito es un conductor iónico; uno de los electrodos
produce electrones y el otro electrodo los recibe. Al conectar los electrodos al circuito
que hay que alimentar, se produce una corriente eléctrica.
2.1.7.-FUSIBLE
Dispositivo de seguridad utilizado para proteger un circuito eléctrico de un exceso de
corriente. Su componente esencial es, habitualmente, un hilo o una banda de metal
que se derrite a una determinada temperatura. El fusible está diseñado para que la
banda de metal pueda colocarse fácilmente en el circuito eléctrico. Si la corriente del
circuito excede un valor predeterminado, el metal fusible se derrite y se rompe o abre
el circuito.
2.1.8.-RELÉ
Conmutador eléctrico especializado que permite controlar un dispositivo de gran
potencia mediante un dispositivo de potencia mucho menor. Éste requiere una
corriente de sólo unos cientos de miliamperios generada por una tensión de sólo unos
voltios, mientras que los contactos pueden estar sometidos a una tensión de cientos
de voltios y soportar el paso de decenas de amperios.
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2.1.9.-TRANSISTORES
Los transistores se componen de semiconductores. Se trata de materiales, como el
silicio o el germanio, dopados (es decir, se les han incrustado pequeñas cantidades de
materias extrañas), de manera que se produce un exceso o una carencia de electrones
libres.
2.1.10.-CIRCUITOS INTEGRADOS
La mayoría de los circuitos integrados son pequeños trozos, o chips, de silicio, de
entre 2 y 4 mm2, sobre los que se fabrican los transistores. La fotolitografía permite al
diseñador crear centenares de miles de transistores en un solo chip situando de forma
adecuada las numerosas regiones tipo n y p. Durante la fabricación, estas regiones son
interconectadas mediante conductores minúsculos, a fin de producir circuitos
especializados complejos. Estos circuitos integrados son llamados monolíticos por
estar fabricados sobre un único cristal de silicio. Los chips requieren mucho menos
espacio y potencia, y su fabricación es más barata que la de un circuito equivalente
compuesto por transistores individuales.
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Procedimientos Y Tablas De Resultados
1.- Ejercicio 01:
Resistencia
R1 = 1kΩ
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Voltaje (V) (―)
1,917V
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2.- Ejercicio 02:
Resistencia
R1 = 1kΩ
Ingeniería de Computación y Sistemas
Voltaje (V) (―)
41,462V
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3.- Ejercicio 03:
Ingeniería de Computación y Sistemas
Página 13
Resistencia
R1 = 1kΩ
Voltaje (V) (―)
37,418V
4.- Ejercicio 04:
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Resistencia
R1 = 10kΩ
Voltaje (V) (―)
22,005V
5.- Ejercicio 05:
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Resistencia
R1 = 220Ω
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Voltaje (V) (―)
52,338V
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Conclusiones
En este trabajo informativo se presentaron las principales características de los
semiconductores y los diferentes tipos de circuitos eléctricos. En cada uno de estos
puntos se planteó una pequeña referencia de su finalidad en el empleo de diferentes
sistemas.
Finalmente se hizo un practica en la conversión de corriente alterna en corriente
continua mediante la utilización de diodos.
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Bibliografía
http://www.monografias.com/trabajos16/componentes-electronicos/componenteselectronicos.shtml
http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor
http://www.etitudela.com/Electrotecnia/downloads/introduccion.pdf
http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/default.asp
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