INSTITUTO TECNOLOGICO DE VERACRUZ
CARRERA: INGENIERIA ELECTRÒNICA
MATERIA: LABORATORIO DE FISICA DE SEMICONDUCTORES
CATEDRATICO:_________________________________________________________________ NOMBRE DE ALUMNOS: ALUMNOS: _________________________________________________________ _________________________________________________________
HORARIO:_________________________________ GRUPO:___________________________
NO.DECONTROL:______________________PER NO.DECONTROL:______________________PERIODO:_________________ IODO:_________________________________ ________________
FEBRERO 2013 INSTITUTO TECNOLOGICO DE VERACRUZ
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REGLAMENTO PARA EL LABORATORIO DE MEDICIONES
MATERIA: FISICA IV (FISICA DE SEMICONDUCTORES)
1.- Respetar los horarios de labores. 2.- Respeto a los maestros y compañeros. 3.- Conservar el taller limpio. 4.- Aceptar y cumplir con la responsabilidad que se le transfiere al recibir una herramienta o equipo la cual consiste en la reposici!n en caso de daño o p"rdida. #.- Aprovechar al m$%imo los materiales y equipo que la escuela pone a disposici!n.
o
REGLAMENTO DE HIGIENE SEGURIDAD PARA EL LABORATORIO DE FISICA DE SEMICONDUCTORES
1.- & o 'u(ar bromas a sus compañeros pues estas pueden causar accidentes. 2.- &o usar las herramientas para reali)ar otra operaci!n que no sea para la que fue diseñada. 3.- *rohibido fumar dentro del laboratorio. 4.- &o tirar A+ suelo material ,esperdicios y lquidos ya que estos pueden ocasionar accidentes. #.- &o usar en clase anillos collares o prendas que pueden ocasionar accidentes. .- &o accionar nin(/n equipo del cual se descono)ca su funcionamiento. 0.- &o comer alimentos ni in(erir bebidas refrescos durante el tiempo que dure la pr$ctica. Al t"rmino de la pr$ctica la )ona de traba'o as como las herramientas y equipo utili)ado deber$n estar limpios. i durante la pr$ctica hubiera al(/n accidente na lesi!n se acudir$ de inmediato a la enfermera.
RECOMENDACIONES NOTA: leer como mucho cuidado
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REGLAMENTO PARA EL LABORATORIO DE MEDICIONES
MATERIA: FISICA IV (FISICA DE SEMICONDUCTORES)
1.- Respetar los horarios de labores. 2.- Respeto a los maestros y compañeros. 3.- Conservar el taller limpio. 4.- Aceptar y cumplir con la responsabilidad que se le transfiere al recibir una herramienta o equipo la cual consiste en la reposici!n en caso de daño o p"rdida. #.- Aprovechar al m$%imo los materiales y equipo que la escuela pone a disposici!n.
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REGLAMENTO DE HIGIENE SEGURIDAD PARA EL LABORATORIO DE FISICA DE SEMICONDUCTORES
1.- & o 'u(ar bromas a sus compañeros pues estas pueden causar accidentes. 2.- &o usar las herramientas para reali)ar otra operaci!n que no sea para la que fue diseñada. 3.- *rohibido fumar dentro del laboratorio. 4.- &o tirar A+ suelo material ,esperdicios y lquidos ya que estos pueden ocasionar accidentes. #.- &o usar en clase anillos collares o prendas que pueden ocasionar accidentes. .- &o accionar nin(/n equipo del cual se descono)ca su funcionamiento. 0.- &o comer alimentos ni in(erir bebidas refrescos durante el tiempo que dure la pr$ctica. Al t"rmino de la pr$ctica la )ona de traba'o as como las herramientas y equipo utili)ado deber$n estar limpios. i durante la pr$ctica hubiera al(/n accidente na lesi!n se acudir$ de inmediato a la enfermera.
RECOMENDACIONES NOTA: leer como mucho cuidado
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MANU MANUAL AL DE PRÁC PRÁCTI TICA CAS: S: Es el report reporte e de comprob comprobaci ación ón de ejerci ejercicio cioss prácticos desarrollados en el laboratorio de temas vistos en clase. El manual manual debe tener tener en su portada portada el nombre nombre del tecnol tecnológi ógico co y escudo escudo,, nombre del maestro, de la materia, materia, del alumno, No. De control, semestre, semestre, grupo, hora. Los reportes se entregaran en el manual, al día siguiente siguiente de cada práctica. práctica. ASISTENCIA: solo se pasara lista los días de prácticas, Los alumnos que alten más del !"# de las asistencias a prácticas de laboratorio en cada unidad se les eliminara el porcentaje correspondiente de la practica. PRACTICAS $ %e otor otorga gara ra un porc porcen enta taje je del del &"# &"# en cada cada unid unidad ad a los los alumnos que cumplan con el total de prácticas terminadas, concluidas y irmadas, con sus simulaciones respectivas. Las prácticas se reali'aran en grupos, cuyo n(mero dependerá del total de alumnos inscritos.. Las prácticas se entregarán en el manual respectivo y ahí se caliicaran. Las practicas se reali'aran de ) ormas *practico en el laboratorio y simulación+ ara hacerse acreedores al )"# de la práctica -odos los equipos tendrán que epo eponer ner el tema tema corr corres espo pond ndie ient nte e sin sin ece ecepc pció ión n algu alguna na y como como tien tiene e un valo valorr para para su caliicación, este deberá ser bien presentable por el equipo ó un miembro del equipo si así lo desean. La eposición deberá ser concreta concisa y precisa, abarcando el contenido de los temas que comprenda. *sugerencia, utili'ar mapas conceptuales+. %i algo no se tiene contemplado en este programa, se resolverá sobre la marcha El alumno tendrá derecho hasta !" minutos de tolerancia para ingresar al salón de clase. %e caliicara la práctica a las personas del grupo que se encuentren en el laboratorio, previa una serie de preguntas de la práctica. Nota$ en caso de que no se cumpla con tares, eposición y/o participación en clase la caliicación del eamen tomara un valor más alto de lo indicado.
PRACTICA
1
PRACTICA No. 1.- TEORÍA DE BANDAS DE ENERGÍA EN SEMICONDUCTORES A TRAVÉS DE SIMULACIÓN.
alumno no anal analic ice, e, y comp compru rueb ebe e el unc uncio iona nami mien ento to de los los dist distin into toss OBETI!O: 0ue el alum semiconductores, y que al t1rmino de esta práctica podrá reairmar$ • • • • • • • •
El concepto de diagrama de bandas de energía La ormación de los semiconductores La dierencia entre los tipos de semiconductores El concepto de estructura cristalina El concepto de hueco, como se crea, que unción reali'a El sentido del lujo de corriente de electrones y huecos, huecos, El concepto de impure'a, que unción reali'an 2 que elementos le aecta la temperatura.
INTRODUCCI"N: resentar la inormación básica de los semiconductores. CORRELACI"N: 3elacionarlo con el tema y subtemas del programa. MATERIAL: rograma de simulación$ %pice, Electronic 4or5bench, 4 or5bench, 6athead, 7lash, etc. E#UIPO:
8omputadora, 8a9ón, antalla, 8ables de alimentación
DESARROLLO DE LA METODOLO$IA: 8omo lo va a desarrollar diversos programa programass de cómput cómputo o que el alumno maneja maneja,, desarro desarrolle lle un programa programa de %.& De los diversos simulación didáctica para anali'ar y comprender el movimiento de electrones a trav1s de sus bandas de energía de los materiales semiconductores intrínsecos y etrínsecos tipo y N.
'.%.& SEMICONDUCTOR INTRINSECO. (uecos Mo)imie*+o
Ba*da de Co*ducci,* -Ec
del Elec+r,*
/ Ba*da Prohi0ida -E1 Elec+ro*es Ba*da de !ale*cia -E)
2i1ura %.% Estructura de un semiconductor intrínseco
'.%.& 3ealice un programa de simulación donde se eplique objetivamente el movimiento de los electrones y huecos, a trav1s de su diagrama de bandas de energía *7igura !.!+ para dicho semiconductor, a la +em3era+ura -'45C +, para cada uno de siguientes casos$ '.%.a.& simulaci,*%: 8uando se aplica una energía eterna Eg : "e; al semiconductor intrínseco menor la energía de la banda prohibida, describa gráicamente el comportamiento que tiene el lujo de electrones y huecos en el material y que comportamiento presenta su resistencia interna, indicado en la tabla !.! Ec E1
E) 2i1ura %. '.< =andas de energía del semiconductor intrínseco Eg: " e; Ta0la %.%.& Descripción graica del lujo de electrones y huecos, para Eg : "e; >raique el sentido de >raique el sentido del 8omportamiento de su lujo de electrones lujo de huecos. resistencia interna. *ser *color rojo+ *color negro+ breve+
Energía Eg : "e;
'.%.0.& Simulaci,* '.& 2uiliándose con la igura !.), aplique una energía eterna Eg : o.? e; al semiconductor intrínseco que es igual a la mitad de la banda prohibida, describa gráicamente el movimiento que tiene el lujo de electrones y huecos en el semiconductor y como se va comportando su resistencia, indicado en la tabla !.).
Ta0la %. '.& Descri3ci,* 1ra6ica del 6lu7o de elec+ro*es 8 huecos9 3ara E1 ;.raique el sentido de >raique el sentido del 8omportamiento de su lujo de electrones lujo de huecos. resistencia interna. *color rojo+ *color negro+ *ser breve+
Energía Eg : ".? e;
'.%.c.& Simulaci,*=.& 2uiliándose con la igura !.), aplique una energía eterna Eg : !e; al semiconductor intrínseco que es mayor a la banda de conducción , describa gráicamente el comportamiento que tiene el lujo de electrones y huecos en el semiconductor y que pasa con su resistencia interna, indicado en la tabla !.@. Ta0la %.=.& Descri3ci,* 1ra6ica del 6lu7o de elec+ro*es 8 huecos9 3ara E1 %e! >raique el sentido de >raique el sentido del 8omportamiento de su lujo de electrones lujo de huecos. resistencia interna. *color rojo+ *color negro+ *ser breve+
Energía Eg : !e;
'.'.& 3epita el paso ).!.c, y realice la simulación para hacer que aumente el lujo de electrones y huecos, a medida que aumenta la temperatura de )AB8 a @?B8, &?B8, y A"B8, que la banda prohibida se redu'ca a medida que esta temperatura aumenta, indicado en la tabla !.&.
-abla!. &.< Descripción graica del lujo de electrones y huecos y comportamiento de la banda rohibida.
Tem3era+ura >raique el lujo de electrones >raique
el
'45C
=<5C
><5C
4;5C
lujo de huecos =anda prohibida
'.=.< APLICANDO CAMPO ELECTRICO E?TERNO E:
8onecte una uente de energía de ?; ijos temperatura ambiente$
a los etremos del semiconductor a
8onecte un amperímetro entre el semiconductor y la uente de voltaje.
A
E
!dc
E1 E)
2i1ura %.>.< 7lujo de corriente y electrones a temperatura ambiente. 0 Simulaci,*: 3ealice la simulación donde muestre que el mismo numero de huecos y electrones se mueven a trav1s de su banda de conducción y de valencia, como el campo el1ctrico que reciben los electrones es mayor a la banda prohibida, estos pasan a la banda de conducción y los hueco a la banda de ;alencia, la banda prohibida se reduce a medida que la disipación de potencia t1rmica va aumentando de )ABc, a @?B, &?B8, A"B8c, debido al campo el1ctrico aplicado. Ec !dc
4! E1
E)
2i1ura %.<.< 7lujo de corriente y electrones a dierentes temperatura. =.& SEMICONDUCTORES E?TRINSECOS =.%.& TIPO P CON CAMPO ELECTRICO APLICADO E 2quel semiconductor intrínseco de silicio o germanio que al introducirle una impure'a trivalente *C@+ como el =oro, 2luminio, galio y ndio., etc. se produce un portador libre llamado hueco por la alta de un electrón de la impure'a.
=.%.%.& %imulación para un semiconductor TIPO P
8onecte una uente de energía de !"; ijos a los etremos del semiconductor a temperatura ambiente$
8onecte un amperímetro entre el semiconductor y la uente de voltaje.
=.%.'.& Simulaci,*: 3ealice la simulación para mostrar que el lujo de corriente huecos es mayor a la de electrones a trav1s del circuito igura !.A para comprender el uncionamiento de este semiconductor..
A
!dc %;! 2i1ura %.4. %emiconductor etrínseco t =.%.=.& Simulaci,*: 3ealice la simulación donde se muestre objetivamente el movimiento mayor de huecos que de electrones a trav1s de su diagrama de bandas de energía a temperatura ambiente, con ;dc : !"; para reairmar el uncionamiento de este semiconductor igura indicado en la igura !..
Ec 2
E1
!dc
%;) E)
2i1ura %.@.< 8orriente mayor de huecos que de electrones =.'.& TIPO N CON CAMPO ELECTRICO APLICADO E 2quel semiconductor intrínseco de silicio o germanio que al introducirle una impure'a pentavalente *C?+ como el 7ósoro, 2rs1nico, 2ntimonio y =ismuto etc. se produce un portador libre llamado electrón porque la impure'a le sobra un electrón.
=.'.%.& %imulación para un semiconductor TIPO N
8onecte una uente de energía de !"; ijos a los etremos del semiconductor a temperatura ambiente$
8onecte un amperímetro entre el semiconductor y la uente de voltaje. =.'.'.& Simulaci,*: 3ealice la simulación para mostrar que el lujo de una corriente de electrones es mayor a la de huecos a trav1s del circuito igura !.F para comprender el uncionamiento de este semiconductor..
A !dc %; ! 2i1ura %..&
%emiconductor etrínseco tipo N
=.'.=.& 2plicando la simulación muestre objetivamente el movimiento mayor de electrones que de huecos a trav1s de su diagrama de bandas de energía a temperatura ambiente, con ;dc : !";de la igura !.G.
Ec
E1 !DC
%;
E) 2i1ura %..< 8orriente mayor de electrones. que de huecos. >.%& Simulaci,*: 3ealice una simulación donde muestre por separado que los dos tipos de semiconductores y N tienen aplicados el mismo voltaje !"; pero la corriente de electrones es mayor en el tipo N que en , de ra'ones del porque se presenta este enómeno.
Su1ere*cias didc+icas: ♦ ♦ ♦ ♦ ♦
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Despu1s de reali'ada la práctica cada grupo de alumnos elaboraran un reporte de la misma, sus opiniones, observaciones y sugerencias para mejorar dichas práctica. 8ada grupo de alumnos del laboratorio, elaboraran un banco de reactivos teóricos y de ejercicios, para reor'ar el aprendi'aje de la unidad. Hn grupo de alumnos reali'aran la eposición y discusión previa de la práctica a in de poder tener una mayor comprensión y desarrollo de la misma. El alumno investigara a trav1s de páginas Ieb e nternet, sobre temas de importancia relacionados con la unidad. Despu1s de la práctica, el alumno elaborara su eposición audiovisual 8, ca9ón, retroproyector. etc. de cómo reali'o la práctica y los resultados a que llego. recomendando el uso de la t1cnica de mapas conceptuales. %e recomienda reali'ar una visita a centros de investigación para esta práctica
Re3or+e del alum*o: El alumno epresara los detalles que se presentaron durante la reali'ación de la práctica. Bi0lio1ra6a em3leada: En este punto se plantea la bibliograía o pagina de nternet donde se apoyo para el desarrollo de la práctica. CUESTIONARIO
Lo ue 0usca co* es+e +i3o de a3o8o es ue el alum*o cue*+e co* u* re6orFamie*+o de lo a3re*dido e* el aula 8 lo relacio*e co* la 3rc+ica 8 +e*1a u*a )isi,* ms clara de los semico*duc+ores eleme*+o 0sico e* elec+r,*ica . %.& Eplique brevemente que es un diagrama de bandas de energía, que nombre se le da a cada una de las partes que lo integran, y que unción reali'an cada una de ellas. '.& 8lasiique los tres tipos de materiales cristalinos básicos en electrónica$ =.< Eplique el concepto de un semiconductor intrínseco de acuerdo a su criterio.
>.< Describa la operación de un semiconductor intrínseco respecto a la temperatura en ? pasos partiendo de la temperatura ambiente *)AB8+. <.< Eplique cual es la dierencia entre un semiconductor etrínseco tipo y tipo N 4.& GEn que consisten cada uno de los mecanismos que se emplean para generar la corriente el1ctrica en un semiconductor intrínsecoJ @.& Deina el concepto de la conductividad y resistividad de un material semiconductor, cual es su dierencia entre ellos. .& Hn semiconductor intrínseco, se transorma en etrínseco cuando se introduce una impure'a K0u1 es una impure'a, que características tieneJ .& G8uantos tipos de impure'as conoces y que unción reali'anJ %;.& Deina el concepto de un %emiconductor etrínseco tipo , que tipo impure'a se utili'a *diga almenos ) tipos de materiales+. %%.& Deina el concepto de un %emiconductor etrínseco tipo N, que tipo impure'a se utili'a *diga almenos ) tipos de materiales+. %'.& eplique brevemente como se produce el portador mayoritario y minoritario en un semiconductor etrínseco, K0u1 tipo de portador mayoritario y minoritario tiene el semiconductor tipo y tipo NJ %=.& 8omo son las resistencias internas de cada semiconductor tipo y tipo N en estado normal alta o baja realice una descripción del porque$ %>.& %i en un semiconductor tipo eisten !"" Muecos y en el tipo N !"" Electrones, se aplica un campo el1ctrico de !); a ambos semiconductores a trav1s de sus etremos,Ken cual semiconductor eiste más corriente y diga porqueJ %<.& Dibuje el símbolo esquemático de un semiconductor etrínseco tipo y tipo N
PRACTICA
CUR!A CARACTERISTICA ! H I APLICACIONES DE DIODOS PN
2 OBETI!O: El alumno debe obtener la curva característica ; < punto a punto de un diodo N, medir las variables el1ctricas * y ;+ en circuitos básicos de aplicación utili'ando diodos semiconductores N. 2sí como aprender a resolver circuitos de uno o varios diodos mediante simulación, tanto para una se9al de entrada variable como constante. INTRODUCCI"N:
CORRELACI"N CON EL TEMA O SUBTEMA DEL PRO$RAMA: 3elacione la practica con el tema o subtema visto en clase. Ta0la de Com3o*e*+es 8 a3ara+os de medici,* em3leados e* la 3rc+ica
COMPONENTES APARATOS DE LA PRACTICA Ca*+idad Ma+erial 3ara 3rac+ica Eui3o de Medici,* @ Diodos !N&""! o Equivalente de 6ilímetro silicio ) Diodos de >ermanio sciloscopio ) 3esistencias !.) OP 7uente de 2limentación " Q )"; ! 3esistencia !OP >enerador de %e9ales ! 3esistencia &" P untas atenuadas para sciloscopio ! 3esistencia ))" P ! =olsa de 8aimanes ! rotoboard @ Mojas de papel 8uadriculado. DESARROLLO DE LA METODOLO$JA: !.< 8omprobación de componentes$ 8on la ayuda de un multímetro veriique que los diodos se encuentran en buen estado y que la resistencia a utili'ar sea del valor adecuado. ).< 8onstruya el circuito básico todos los aparatos de medición requeridos para obtener la curva característica punto a punto del diodo de silicio y despu1s cambie el diodo de >ermanio por el de silicio.
!OLTAE APLICADO 2UENTE - !DC
!OLTAE A TRA!KS DEL DIODO - !D
CORRIENTE POR EL DIODO -Idc
RESISTENCIA DEL DIODO -Rcd
ECUACINE S
' > 4 %; %' %> %4 % '; TABLA %. DE !ALORES DE LOS DIODOS DE SILICIO $ERMANIO @.< Determine el ;oltaje de umbral *disparo+ de los diodos empleados y mu1strelos en la tabla !.
&.< btenga las mediciones de corriente, voltaje y resistencia de los diodos indicadas en la tabla !. ?.< >raique las curvas características ;< de acuerdo a los valores indicados en la tabla!$ 2+ ara el silicio *color rojo+,
=+ ara el germanio *color 2'ul+
A.< En una sola hoja graique las dos curvas *%i y >e+ a colores y eplique la dierencia
.<3eali'ar dicha práctica a trav1s de una simulación y eplique dierencias entre la simulación y practico
.& APLICACIONES CON DIODOS. 2rme cada uno de los circuitos indicados y dibuje los oscilogramas correspondientes, si la entrada es una se9al triangular de !" ;pp a ! 5M' del generador de se9ales. 2+
8+
SU$ERENCIAS DIDACTICAS: 0ue necesita saber el alumno para comprender y desarrollar la practica REPORTE DEL ALUMNO: 3esultado de la practica seg(n el alumno. BIBLIO$RA2IA: Libros o manuales donde se apoyo para la reali'ación de esta práctica.
CUESTIONARIO I*s+ruccio*es: Com3le+ar el cues+io*ario9 e*+re1ar e* u*a ho7a9 la *o+a ser -Acumula+i)a. !.< K8uántos tipos de Diodos eistenJ ).< uede un diodo conducir en inversa, si, no, K por qu1J. !.< 2 qu1 se le denomina material etrínseco. ).< En un material semiconductor tipo N, cuales son los portadores minoritarios. @.< ndique dierencias entre un diodo de %ilicio y un diodo de germanio. &.< Eplique a que es corriente inversa en un diodo. ?.< Dibuje un diodo polari'ado en orma inversa. A.< ndique los parámetros entregados por el abricante y qu1 signiica cada uno de ellos. .< 0ue es el tiempo recuperación reversa en los diodos. F.< nvestigue el comportamiento de un diodo ideal, el uncionamiento de un diodo de unión pn, y el origen de las curvas características de los R(ltimos. K0u1 signiica que un diodo 1ste polari'ado en orma directa o en inversaJ G.< nvestigue qu1 unción matemática describe el comportamiento de un diodo de unión pn y como es aectado por la temperatura. !". nvestigue qu1 dierencia hay entre el comportamiento de diodos de germanio y de silicio. !!.< K0u1 unciones desempe9a la resistencia 3 en cada uno de los circuitosJ !).< 8lasiique los dierentes tipos de diodos utili'ados !@.< En qu1 proporción varia la corriente de saturación inversa de un diodo silicio y de germanio respecto a la temperatura. !&.< nvestigar los valores de corriente de saturación inversa en los diodos de silicio y germanio a temperatura ambiente !?.< K8uanto vale el voltaje de la barrera de potencial de un diodo de silicio cuando esta uncionando a una temperatura de !)@S8 y uno de germanio a FS8+J. !A.< Eprese y eplique la ecuación de corriente de un diodo N
PRACTICA
APLICACIN DE DIODOS PN RE$ULADORES INTE$RADOS DE !OLTAE
O07e+i)o: El alumno reali'ará mediciones de variables el1ctricas en circuitos básicos y de aplicación general utili'ando diodos semiconductores I*+roducci,*: Correlaci,* co* el +ema o su0+ema del 3ro1rama: 2plicaciones de los diodos semiconductores N.
COMPONENTES APARATOS DE LA PRACTICA Ca*+idad Ma+erial 3ara 3rac+ica Eui3o de Medici,* ) ! ! ! ! ! ! ! ! ! ? ) ! ! !
Diodos rectiicador !N&""! o equivalente uente de diodos a ! 2mp -ransormador con derivación central de !!";28 a )&; a )2 8apacitor electrolítico de !)"" T7 a A?; 8apacitor electrolítico de ))"" T7 a A?; 8apacitor electrolítico de &&"" T7 a A?; 8apacitor electrolítico de ! T7 a A?; 8apacitor electrolítico de &. T7 a A?; 8apacitor electrolítico de ))" T7 a A?; 8apacitor electrolítico de !""" T7 a A?; 3esistencias de !"OP U 4 3esistencias de !OP U 4 3esistencias de )&"OP U 4 otenciómetro ?OP 3egulador de voltaje ijo L6F"?
6ilímetro sciloscopio 7uente de 2limentación " Q )"; >enerador de %e9ales untas atenuadas para sciloscopio
! ! !
3egulador de voltaje variable L6@! =olsa de 8aimanes rotoboard
Desarrollo de la me+odolo1a: %.& Circui+os rec+i6icadores. A Rec+i6icador de media o*da $ 2rme los siguientes circuitos rectiicadores de media onda y graique sus resultados. Htilice una se9al senoidal con amplitud de A volts y recuencia de$ !5M', ?OM' y !"OM'.
Gráficas del circuito (a) circuito (b)
Gráficas del
B Rec+i6icadores de o*da com3le+a: 2rme los siguientes circuitos rectiicadores de onda completa y graique las se9ales resultantes. Htilice el transormador de )& ;rms a )2 conectado a la línea de alimentación.
C Rec+i6icador co* 6il+ro ca3aci+i)o. 2l circuito rectiicador de onda completa conecte un capacitor en paralelo al resistor de carga. Dibuje las se9ales de salida. Htilice @ valores de capacitores dierentes, &. V7, ))" V7 y !""" V7. El resistor será de !" 5V.
*a+. scilograma con 8:!)""T7
*b+. scilograma con
8:))"" T7
*a+. scilograma con 8:&&""T7
D Re1uladores i*+e1rados de )ol+a7e. 3egulador de voltaje ijo de C? volts.
2rme el siguiente circuito y dibuje las se9ales de salida del regulador, voltaje de 8D y voltaje de ri'o.
E Re1ulador de )ol+a7e )aria0le. 2rme el siguiente circuito y dibuje las se9ales de salida del regulador, voltaje de 8D y voltaje de ri'o.
$ NOTA: La l resistencia de )&" P será el arreglo serie de ) resistores, uno de ))" P y otro de!FP
SU$ERENCIAS DIDACTICAS: 0ue necesita saber el alumno para comprender y desarrollar la practica REPORTE DEL ALUMNO: 3esultado de la practica seg(n el alumno. BIBLIO$RA2IA: Libros o manuales donde se apoyo para la reali'ación de esta
CUESTIONARIO !.< Dibujar la curva característica total del diodo indicando cada uno de sus parámetros más importantes. ).< Diga cuales son los distintos tipos aproimaciones que eisten y para que casos se utili'an @.< 8uales son los modelos de resolución de circuitos con diodos más usados son$ &.< 8uando se dice que un diodo presenta una la resistencia estática y dinámica ?.< 8uando y porque se emplea la rectiicación monoásica de onda completa A.< Deina que es la rectiicación monoásica .< Eprese y eplique la ecuación empleada para calcular el capacitor F.< 0ue pasara si se empleara diodos de germanio en la rectiicación monoásica de media onda G.< Eplique qu1 sucede con la se9al resultante, cuando se varía la recuencia de entrada !".
PRACTICA
DIODOS ESPECIALES9 CUR!AS CARACTERISTICAS SUS ! APLICACIONES
O07e+i)o: ;isuali'ar la relación ;oltaje < corriente a trav1s de la unción W
COMPONENTES APARATOS DE LA PRACTICA Ca*+idad Ma+erial 3ara 3rac+ica Eui3o de Medici,* ) ! ) de c/u *&+ ! de c/u ) de c/u ! ! ! ! ! !
Diodos rectiicador !N&""! o equivalente -ransormador con derivación central de !!";28 a )&; a )2 Diodos Yener A.Fv, y !); Diodos Yener de valores dierentes 3esistencia !""P, 3esistencia ))"P 3esistencia &F"P, F)" P y !OP a U 4 =olsa de 8aimanes
6ultimetro sciloscopio 7uente de 2limentación " Q )"; >enerador de %e9ales untas atenuadas para sciloscopio 7uente de alimentación !!";28
rotoboard Diodo varactor Diodo -(nel -ermistor N8-ermistor 8Mojas de apel cuadriculado
DESARROLLO DE LA METODOLO$JA: %. De+ermi*ar la cur)a carac+ers+ica !I 3u*+o a 3u*+o del diodo e*er -de acuerdo al )alor del diodo Fe*er u+iliFado 2+ 2rmar el circuito indicado y determinar la curva característica, =+ 8onecte un voltímetro entre etremos del diodo y un amperímetro en serie. 8+ ;ari1 paulatinamente el voltaje de alimentación y mida el voltaje de arranque *disparo+ del diodo 'ener D+ mida la corriente 'ener para dierentes valores de tensión aplicados )";dc
E+ nvierta la posición del diodo Yener y tome los datos a )";dc 7+ >raique la curva característica del diodo 'ener de acuerdo a los valores obtenidos N-2$ Es recomendable tomar la medición en los puntos en los que el diodo empie'a a conducir, tanto en directa como en inversa. En ambos casos no sobrepasar los ?" m2.
2i1ura %. 6edida punto a punto PRE$UNTAS A RESOL!ER $ !a< 3eali'ar una tabla con dichos datos y representar gráicamente. !b< 8alcular la tensión Yener y la resistencia dinámica en inversa gráicamente. !c< KEs igual la tensión umbral en ambos casosJ !d< KEs igual la tensión Yener en ambos casosJ !e< KEs igual el valor de resistencia dinámica en ambos diodosJ
'.& DETERMINAR LA CUR!A CARACTERJSTICA !I DEL DIODO ENER A MEDIANTE OSCILOSCOPIO 2+ 8onstruya el circuito indicado con 3 : !""Ω. =+
2plique$ 7recuencia : !"" M', nda -riangular , ; generador : )" . y set : " ;
8+ sciloscopio$ 8anal ! entre 2 y = y 8anal ) entre 8 y =
7ormato WX
2i1ura '. 6edida mediante osciloscopio )b< K8ómo unciona el ormato WXJ )c< K0u1 se representa en el osciloscopioJ )d< K8oincide con la gráica de un diodo YenerJ Kor qu1J
=.& DIODOS ENER COMO RE$ULADORES DE !OLTAE CORRIENTE A co*s+ru8a los di6ere*+es circui+os re1uladores o recor+adores co* diodos Fe*er !.< 6onta los siguientes circuitos en el taller$
)< 2plicando la ley de Oirchho, determine el valor de la corriente y voltaje de salida. @.<8oloca el transormador Z C< !); en la entrada y una ve' conectado al cicuito, mide con el osciloscopio tanto la entrada como la salida &.
>.& APLICACIN DE LOS DIODOS ESPECIALES A Cur)a carac+ers+ica del diodo )arac+or o diodo T*el B Cur)a carac+ers+ica de los +ermis+ores C Circui+os a3lica+i)os co* +ermis+ores
SU$ERENCIAS DIDACTICAS: 0ue necesita saber el alumno para comprender y desarrollar la practica REPORTE DEL ALUMNO: 3esultado de la practica seg(n el alumno. BIBLIO$RA2IA: Libros o manuales donde se apoyo para la reali'ación de esta
CUESTIONARIO !.< Dibujar el símbolo del diodo Yener con todos sus parámetros que lo componen ).< Enumerar cuatro parámetros de inter1s en la hoja de características de un diodo Yener. @.<. Eecto 2valancha[ ó [Eecto Yener[, &.< >raicar la curva característica ; Q con todos los parámetros correspondientes del diodo 'ener ?.< En que consisten cada una de las aproimaciones para el diodo Yener A.< .< Dibuje el circuito equivalente del diodo 'ener .< Dibujar el símbolo , circuito equivalente y eplicar el uncionamiento de un varicap. F.< Deina que es un diodo varactor y en que basa su uncionamiento G.< Eplique el uncionamiento de los diodos varactores, valor de capacidad que presentan y sus a1reas de aplicación !".< Dibuje el símbolo y circuito equivalente de los diodos schott5y, indicando sus elementos que lo componen y porque le nominan semiconductor \portador mayoritario] !!< Describir dos ventajas de los diodos %chott5y en comparación con los demás diodos !)< Eplique el uncionamiento del diodo %chott5y a bajas y altas recuencias !@.< ndique cuales son las características el1ctricas y operativas del diodo schott5y y cuáles son sus limitaciones !&.< Dibuje el símbolo y circuito equivalente del diodo -(nel, 8urva característica y parámetros m^s importantes. !?.< Deina que es un diodo -(nel, como unciona y sus principales características !A.< ndicar los campos de aplicación del diodo t(nel y sus circuitos equivalentes en alta recuencia !.< Dibuje el símbolo de un termistor, las partes que lo integran !F.< Deina que es un termistor, su curva característica y como unciona !G.< 8lasiique a los tipos de termistores, como unciona cada uno de ellos y su curva de respuesta. )".< Determine la ecuación que determina el valor de un termistor.
EERCICIOS A RESOL!ER Pro3o*1a 8 resuel)a al me*os ' 3ro0lemas de cada u*o de los diodos e3 uestos. %.& '.& =.& >.& <.&
Realice Realice Realice Realice Realice
e7em3los e7em3los e7em3los e7em3los e7em3los
co* diodos co* diodos co* diodos co* diodos co* diodos
e*er Scho++Q8 Tu*el !arac+or Termis+o
EL TERMISTOR
PRACTICA
5
OBETI!O:: 2nali'ar el comportamiento de la variación de la resistencia el1ctrica respecto a la temperatura. 8omprender el uncionamiento de un sensor de temperatura con salida resistiva INTRODUCCI"N: CORRELACI"N CON EL TEMA O SUBTEMA DEL PRO$RAMA: 2plicaciones del -ermistor respecto a la temperatura *Hnidad @ diodos especiales+. Ma+erial: ) termistor de ntp *C+ y ptc *<+ ! otenciómetro !5P
rotoboard =olsa de caimanes ! -ermómetro " Q !?"Bc 8ables para coneión
Eui3o: 7uente de calor 7uente de voltaje " Q !) ;dc ;oltímetro *analógico o digital+ 6iliamperímetro *analógico o digital+
DESARROLLO DE LA METODOLO$IA: El procedimiento para reali'ar dicha práctica, es el adecuado y se reali'ara de la siguiente manera$ !< 2rme el circuito mostrado. otenciómetro
; H %')
termistor
6iliamperímetro
&
. 8ircuito medidor de temperatura '& 8onecte la uente de voltaje a un valor de A; y ije la resistencia del potenciómetro en !""P
=& 2plique calor al termistor -8 y llene la siguiente tabla ! de valores.
!dc 4! 3pot. : !OP
TEMPERATURA >;5C
<;5C
4;5C
@;5C
5C ;5C
;5C
RTD ID medidor CT resulta Ta0la % mediciones del termistor a diversas temperatura.
>& 3epita el paso ahora con un termistor N-8 y ;D8 : !" ; , registre los datos en la tabla )
TEMPERATURA
;dc : !"; 3pot :!OP
>;5C
<;5C
4;5C
@;5C
5C ;5C
;5C
RTD & 5C ID medidor CT resulta
Ta0la ' mediciones del termistor a diversas temperatura. <&;ari1 el otenciómetro de !v en !v, hasta !" ;olts y no aplique temperatura al termistor, registre el valor de la D, y de la resistencia del termistor, en la tabla @
!DC RDT T5C
%
'
=
>
<
4
@
%;
Ta0la = 6ediciones de D y 3D- a dierentes voltajes 4& 8on los valores encontrados en la tabla graique la curva resultante del termistor SU$ERENCIAS DIDACTICAS: 0ue necesita saber el alumno para comprender y desarrollar la practica REPORTE DEL ALUMNO: 3esultado de la practica seg(n el alumno. BIBLIO$RA2IA: Libros o manuales donde se apoyo para la reali'ación de esta
CUESTIONARIO !.
PRACTICA
EL
TRANSISTOR
6
OBETI! $ 2nali'ar y comprender los circuitos ampliicadores con transistor en las coniguraciones$ =ase Q com(n en polari'ación ija, Emisor Q com(n en división de voltaje 8olector Q com(n en auto polari'ación. INTRODUCCION: CORRELACI"N: 2plicación de transistores MATERIAL: -ransistor )N)))) NN • 3esistencias comerciales seg(n cálculos • ;oltaje de alimentación ;cc : !Fv • ;oltaje de Entrada de acuerdo a requisitos • ;ac : ?"" m;pp • 3ele !)v • 7oco •
E#UIPO: 7uente de voltaje • >enerador de unciones • 6ilímetro • untas atenuadas para osciloscopio • =olsa de caimanes • rotoboard • %oc5et • 8able alimentación •
METODOLO$JA: !. Elaborar el circuito en base com(n de acuerdo a los cálculos obtenidos para que uncione como ampliicador. ). 6edir las corrientes de entrada y salida, el voltaje atreves de la carga, el voltaje colectorraique los resultados obtenidos a trav1s del osciloscopio y vacíelos en una tabla que relacione los calculados y medidos con los aparatos *osciloscopio y 6ilímetro+.
&. ntrodu'ca atreves de un generador de se9al una se9al alterna de ?"" m; pp, graique la orma de onda resultante en el osciloscopio y superponga ambas se9ales y eprese el resultado. ?. 8alcule y mida las ganancias de corriente, voltaje, resistencia y de potencia para 8D y 82. A. 2rme el circuito indicado.
B A
T"#$%&%'"% 2N2222
2i1ura % 8ircuito interruptor e inversor con transistores. . 8onecte un generador de unciones que proporcione un pulso cuadrado de !";p de amplitud y una recuencia de @"M' en el punto 2 y el osciloscopio con1ctelo en el punto =. F. >raique y mida la orma de onda de la se9al de entrada en el punto 2 y salida en el punto = para cada recuencia.
$ra6ica % 7ormas de onda de entrada y salida del circuito
. %i la recuencia de la se9al de entrada se aumenta a !""M', graique la nueva orma de onda con sus valores resultantes.
$ra6ica ' 7ormas de onda de entrada y salida del circuito %; De acuerdo a los resultados obtenidos en la igura A.@ eplique como le aecto la recuencia a la se9al de salida, que parámetros aecto. E3licaci,* del alum*o: %% 8alcule, mida, graique y compruebe la ganancia en voltaje -A) del circuito mostrado P
N
P
'<;m!33
Circui+o ' 8ircuito 28 para calculo de ganancia en voltaje
<
POLARIACIONES DEL TRANSISTOR BIPOLAR
Circui+o = PolariFaci,* 2i7a9 PolariFaci,* real emisor9 PolariFaci,* colec+or 8 3olariFaci,* de +e*si,* !.< Dise9e cada uno de los circuitos indicados, como ampliicador ).< 2rme el circuito y realice todas las medidas que marquen los amperímetros y voltímetros y vaci1 los datos en la tabla indicada la tabla.
PolariFaci,* 6i7a: ;2L3E% -E_38 3`8-8 %6HL28_
;cc : !)v ;ce
;be
;rc
;rb
b
c
e
N
PolariFaci,* co* realime*+aci,* e* el emisor: ;cc
;ce
;be
;rc
;re
;rb
b
c
e
;r)
b
c
e
;r)
!<)
-E_38 3`8-8 %6HL28_ N
PolariFaci,* co* realime*+aci,* e* el colec+or: ;cc
;ce
;be
;rc
;rb
-E_38 3`8-8 %6HL28_ N
PolariFaci,* 3or di)isor de +e*si,*: ;cc
;ce
;be
;rc
;re
;r!
b
c
e
-E_38 3`8-8 %6HL28_ N
TRANSISTOR EN CONMUTACI"N !.< Dise9a un circuito inversor para que active a un 3ELE y este a su ve' a una lámpara alimentada con 28. ).<6edir la potencia de salida, corriente de salida y veriicar la conmutación del circuito y medir con el ;om *Digital o analógico+ y osciloscopio.
SU$ERENCIAS DIDÁCTICAS: REPORTE DEL ALUMNO: BIBLIO$RA2JA
CUESTIONARIO !. Dibuje un -ransistor npn indicando las regiones n y p. 2 continuación polarice adecuadamente el transistor y eplique como unciona. ). Dibuje el conjunto de curvas de colector. Despu1s, utili'ando dichas curvas muestre las cuatro regiones de operación del transistor. @. Dibuje un circuito de transistor con una coneión de emisor com(n. K0u1 clase de allos se pueden producir en un circuito como 1steJKqu1 medidas tomaría para aislar cada uno de ellosJ &. En un esquemático que contiene transistores npn y pnp, ¿8omo identiica cada tipoJ K8uál es la dirección del lujo de electrones *o de la corriente convencional+J ?. 8ite un instrumento de pruebas que pueda mostrar un conjunto de curvas de colector, Lc en unción de ;ce, para un transistor. A. K8uál es la ormula de disipación de potencia de un transistorJ 8onociendo esa relación, Ken qu1 lugar de la recta de carga es de esperar que la disipación de potencia sea máimaJ . K8uáles son las tres corrientes en un transistorJ K 8omo se relacionanJ F. Elabore un diagrama donde especiique todas las corrientes y sus respectivas direcciones de un transistor npn y pnp. G. Los transistores pueden conectarse en cualquiera de las siguientes coniguraciones$ emisor com(n, colector com(n y base com(n. K8uál es la coniguración utili'ada más recuentementeJ !". 8uando se emplea un ;oltímetro para detectar averías en un circuito de conmutación, K8ómo se puede saber si el transistor esta en saturación o corteJ
PRACTICA
EL 2ET9 MOS2ET SUS
APLICACIONES OBETI!O: Dise9ar y Elaborar un circuito ampliicador de ;oltaje en >ate < com(n, %ource Q com(n, Drain < com(n INTRODUCCION: CORRELACI"N: MATERIAL: -ransistor )n&"G@ ó -ransistor )n&F?F • 3esistencias comerciales seg(n los cálculos • ;oltaje de alimentación ;s : !F v • ;oltaje de entrada de acuerdo a requisitos •
E#UIPO: 7uente de voltaje • >enerador de unciones • 6ultimetro • untas atenuadas para osciloscopio • =olsa de caimanes • rotoboard •
METODOLO$JA: !. Elaborar el circuito en >ate com(n de acuerdo a los cálculos obtenidos para que uncione como ampliicador.
). 6edir las corrientes de entrada y salida, el voltaje atrave' de la carga, el voltaje sourceraique los resultados obtenidos a trav1s del osciloscopio y vacíelos en una tabla que relacione los calculados y medidos con los aparatos *osciloscopio y 6ultimetro+. &. ntrodu'ca atrave' de un generador de se9al una se9al alterna de ?"" m; pp, graique la orma de onda resultante en el osciloscopio y superponga ambas se9ales y eprese el resultado. ?. 8alcule y mida las ganancias de corriente, voltaje, resistencia y de potencia para 8D y 82. A. 2rme el circuito indicado.
#
+
2i1ura % circuitos auto polari'ados -a y con polari'ación ija -0 con 7E-. . 8on los valores encontrados en el circuito 7igura *a+, calcule y mida los parámetros, dados en la tabla y eprese sus dierencias.
!$
!S
!$S
!D
ID
!DS
Medido Calculad o
Ta0la % arámetros del 7E- medidos y calculados. F. 8on los datos de la tabla ! graique la curva de -ranserencia, y encuentre D%% y ;p G. Del circuito 7igura *b+, determine en base a su manual el valor máimo de la corriente IDSS y el valor de !3.
Parame+ ros
IDSS !3 !". 8on los valores encontrados en el circuito 7igura *b+, calcule y mida los parámetros, dados en la tabla y eprese sus dierencias
!$
!S
!$S#
!D
ID#
!DS
Medido Calculad o
Ta0la ' arámetros del 7E- medidos y calculados. Su1ere*cias didc+icas: .Re3or+e del alum*o: . Bi0lio1ra6a:
CUESTIONARIO !. 8omo unciona un 7E-, incluya en su eplicación la tensión de estrangulamiento y la tensión de corte puerta<uente. ). Dibuje las curvas de drenado y la curva de transconductacia de un 7E-. @. 8ompare el transistor 7E- con el =-. ncluya ventajas y desventajas de cada uno de ellos. &. K8omo puede saber si un 7E- esta trabajando en la region ohmica o en la region activaJ ?. Dibuje un seguidor de uenta 7Et y eplique como unciona$ A. Dibuje un conmutador paralelo 7E- y eplique como unciona$
. Dibuje un conmutador serie 7E- y eplique como unciona$ F. K8omo puede utili'arce el 7E- en un conmutador de electricidad estaticaJ G. Hn 7E- es un dispositivo que controla el lujo de corriente aplicando una tension a la puerta. Eplique esta airmacion$ !". ;etaja de un ampliicador cascodo$
PRACTICA
DISPOSITI!OS
OPTICOS
2OTOEMISORES
,
OBETI!O: 2nalice y determine el comportamiento de la curva características de una otorresistencia a dierentes distancias de luminosidad aplicadas. INTRODUCCI"N: El alumno desarrollara la investigación requerida para reali'ación de la práctica. CORRELACI"N CON EL TEMA O SUBTEMA DEL PRO$RAMA: MATERIAL: ! 7otorresistencias ! 3esistencias de !"O, de U a ! I ! 3esistencias de !.?O de U a ! I ) Led apel de colores
E#UIPO: 7uente de voltaje de !);D8 7uente de lu' blanca y de colores 6otor de D8
DESARROLLO DE LA METODOLO$IA:
%. nvestigue y construya el circuito para obtener la curva característica de una otorresistencia \LD3]. '. 2plique lu' blanca a la otorresistencia de acuerdo a los valores indicados en la tabla No. !. Distancias *8m+
?
!"
!?
)"
)?
@"
@?
&"
luminación Lu o Lumen * oco+ ;alor hmico ;alor de ;oltaje 6agnitud de corriente -2=L2 No. ! ;alores característicos de , ; y P
=.< 8on los valores indicados en la -abla No. !, obtener la curva característica de la otorresistencia.
7ig. )
8urva característica de la otorresistencia.
Lu'
&.< 3epita el inciso ), ahora con incidencia de lu' de distintos colores, a una distancia de !"8m, de acuerdo al circuito y vaci1 los datos en la tabla No. )
LHY
apel A
!);
2'ul
3ojo
;erde
2marillo
apel 8eloán color 7uente de lu' 8orriente *m2+ ;oltaje * ; + -abla No. ) valores característicos de la otorresistencia a distintos colores ?.< Dise9e y compruebe el uncionamiento de un circuito regulador de voltaje con$ • 7otorresistencia dependiente de la lu',. • 7otorresistencia no dependiente de la lu', • 8onvertidor de lu' a tiempo con otorresistencia, determine y graique la se9al de salida con su recuencia. Nota$ ;dc : !); 3esistencias seg(n valor calculado. A.. Dise9e una compuerta lógica 2ND, 3 con otorresistencias$ C ;dc : !";, C Led color al gusto. C 3esistencias seg(n cálculo. C btenga los valores resultantes de voltaje C 8ompruebe su tabla de verdad, a trav1s del prendido y apagado del Led. .< Dise9e, construya y compruebe un circuito que controle la velocidad de un motor de D8 empleando otorresistencia, transistor, led, etc.
SU$ERENCIAS DIDACTICAS: 0ue necesita saber el alumno para comprender y desarrollar la practica REPORTE DEL ALUMNO: 3esultado de la practica seg(n el alumno. BIBLIO$RA2IA: Libros o manuales donde se apoyo para la reali'ación de esta . CUESTIONARIO !.< Eplique brevemente el uncionamiento de una otorresistencia. ).< K8uales son los materiales que se utili'an en la abricación de otorresistencias dentro del espectro visibleJ @.< K8uales son los materiales que se utili'an en la abricación de otorresistencias dentro del espectro inrarrojoJ &.< Eplique el uncionamiento de una otorresistencia.
?.< Dibuje el símbolo de una otorresistencia así como la respuesta espectral de las otorresistencias más comunes empleadas. A.< K8ómo responde una otorresistencia a dierentes colores de lu' y porqu1J .< Describa la ecuación que determina el valor ohmico de una otorresistencia cuando esta es iluminada. F.
DISPOSITIVOS
PRACTICA
OPTICOS
(FOTOEMISORES –
FOTORECEPTORES)
-
OBETI!O: 0ue el alumno aplique los conocimientos, elaborando circuitos con dispositivos optoelectrónicas y compruebe su uncionamiento. INTRODUCCI"N: El alumno desarrollara la investigación requerida para reali'ación de la práctica. CORRELACI"N CON EL TEMA O SUBTEMA DEL PRO$RAMA: MATERIAL: el alumno indicara los materiales que empleara para el desarrollo de cada uno de los 8ircuitos
E#UIPO: 7uente de voltaje ;D8 variable. 7uente de lu' blanca y de colores sciloscopio untas 6ultimetro
DESARROLLO DE LA METODOLO$IA: =. nvestigue y construya los circuitos de las compuertas lógicas de ) entradas *con su tabla de verdad+ con ototransistores, diodos y led como indicador y compruebe cada una de ellas, con valores digitales y analógicos. a+ 2ND
b+ 3 c+ N2ND d+ N3
3epita el punto @ pero utili'ando como carga un motor de D8, aquí mida la corriente que emplea el motor ara girar 4.-
