3.1. Conceptos básicos sobre semiconductores
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- Raquel Pereyra Morales
- hace 9 años
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1 Conceptos básicos sobre semiconductores Estructura interna de los dispositivos electrónicos La mayoría de los sistemas electrónicos se basan en dispositivos semiconductores Resistencia: R=ρL/S Materiales sólidos: Conductores: 10-4 < ρ Ωmm 2 /m Tienen una nube de electrones libres (electrones de valencia) Aislantes: ρ > 10 4 Ωmm 2 /m Electrones de vvalencia ligados firmemente al núcleo de los átomos Semiconductores: 10-4 < ρ < 10 4 Ωmm 2 /m A muy bajas temperaturas aislante. A temperaturas normales = conductor pobre En electrónica sólo importa el orbital exterior: orbital de valencia
2 Conceptos básicos sobre semiconductores Mejores conductores (Ag, Cu, Au): 1 electrón de valencia Mejores aislantes: 8 electrones de valencia Mejores semiconductores: 4 electrones de valencia Germanio (Ge), Silicio (Si), Arseniuro de Galio Enlace covalente. Cristales de silicio Los átomos de un cristal vibran a temperaturas mayores al 0 absoluto A más altas temperaturas aparecen electrones y huecos Recombinación: Electrón y hueco se unen Tiempo de vida: Entre creación y desaparición de un electrón libre
3 Conceptos básicos sobre semiconductores
4 Conceptos básicos sobre semiconductores
5 Conceptos básicos sobre semiconductores
6 Conceptos básicos sobre semiconductores Semiconductor intrínseco: Semiconductor puro Dos tipos de flujo: Flujo de electrones Flujo de huecos
7 Conceptos básicos sobre semiconductores Dopado o Dopaje: Añadir deliberadamente átomos de impurezas a un cristal intrínseco para modificar su conductividad eléctrica Un semiconductor dopado se llama semiconductor extrínseco Hay dos tipos de semiconductores extrínsecos: Tipo n: se le añaden impurezas donadoras (electrones), p.ejem., P(5 e - valencia) al Si Los electrones (portadores mayoritarios) superan a los huecos (portadores minoritarios) Todos los átomos de aceptador ionizados (-) Tipo p: se le añaden impurezas receptoras (huecos), p.ejm., B (3e - valencia) al Si Los huecos (mayoritarios) superan a los electrones (minoritarios) Todos los átomos de donador ionizados (+) Conductividad extrínseca: Estos semiconductores dopados presentan algo más de conductividad
8 Conceptos básicos sobre semiconductores
9 Conceptos básicos sobre semiconductores
10 La unión pn. Polarización directa e inversa Por sí mismo un semiconductor tipo n tiene la misma utilidad que una resistencia de carbón. Pero ocurre algo distingo cuando se dopa un cristal mitad n y mitad p Representación: Signo + con círculo: átomo pentavalente Signo - electrón con el que contribuye
11 La unión pn. Polarización directa e inversa Zona de deplexión y barrera de potencial
12 La unión pn. Polarización directa e inversa
13 La unión pn. Polarización directa e inversa
14 La unión pn. Polarización directa e inversa Polarización directa Flujo de electrones libres Polarización inversa Ensanchamiento de la zona de deplexión Corriente de portadores minoritarios. La producción térmica de electrones libres y huecos en la zona de deplexión produce una corriente inversa de saturación minoritaria Corriente superficial de fugas. Producida por impurezas en la superficie del cristal e imperfecciones en su estructura interna Ruptura Si se aumenta la tensión inversa se producirá la ruptura del diodo (aprox. 50 V) Efecto avalancha. Los minoritarios chocan y hacen saltar electrones de valencia
15 Características del diodo de unión
16 Símbolo, curvas y modelos equivalentes Tipos básicos de diodos semiconductores: Diodos rectificadores Rectificación de CA/CC Diodos de tratamiento de señal (RF) Etapas moduladoras, demoduladoras, mezcla y limitación de señales Diodos de capacidad variable (varicap) Sintonización de equipos de emisión/recepción Diodos Zener Fuentes de alimentación, reguladores, limitadores y recortadores de tensión Fotodiodos Sensores, comunicaciones, aislamiento de señal Diodos luminiscentes (LED) Señalización, comunicaciones infrarrojas Diodos de potencia Rectificación y tratamiento de señales eléctricas
17 Símbolo, curvas y modelos equivalentes Circuito básico de diodo I= corriente por la unión e= carga electrónica K=Cte de Boltzmann T= temperatura absoluta n= 1 para Ge y 1.3 para Si
18 Símbolo, curvas y modelos equivalentes Tensión Umbral V k Varía según semiconductor Ge= 0.3 V Si = 0.7 V Schotky= 0.2 V Leds = V Resistencia interna. Función del nivel de dopado y del tamaño de las zonas p y n. Suele ser menor de 1 Ω Máxima corriente continua. Según fabricante (unos 135 ma) Disipación de potencia. P D = V D I D
19 Cálculo gráfico del punto de funcionamiento Ejemplos sencillos Detección de averías Cálculo mediante recta de carga
20 Cómo leer una hoja de características En cualquier hoja de características proporcionada por un fabricante DATABOOK aparecerán estos apartados: Características generales (Features) Máximos absolutos (Absolute Maximum Ratings) Especificaciones eléctricas (Electrical Specifications) Curvas características (Typical Performance Curves) Por ejemplo, para un diodo nos encontramos, entre otros: Voltaje máximo repetitivo inverso (Maximum Peak Repetitive Reverse Voltage) Voltaje eficaz máximo de alimentación (Maximum RMS Input supply voltage) Corriente máxima directa media (Maximum Average Forward Current) Corriente máxima de pico no repetitiva (Maximum Peak Surge Forward Current)
21 Cómo leer una hoja de características? Buena parte de esa información se utiliza sólo en diseños avanzados de circuitos La información explicada en este tema se puede encontrar en los parámetros Tensión inversa de ruptura (Peak repetitive reverse voltage) Corriente máxima de polarización directa (Average rectified current) Caída de tensión en polarización directa (Maximum forward voltage) Corriente inversa máxima (Maximum reverse current)
22 Diodos Zéner Diodo Zener
23 Diodos Zéner I = I + total zener I load Fuente de tensión continua regulada con Zener Rizado = 0 Pero menor rendimiento
24 3.5. Diodos Zéner Hoja de características Tensión zener e impedancia zener. Corriente zener de test. Impedancia zener y corriente zener en la zona del codo. Tensión y corriente zener en la zona inversa. Electrónica - 25
25 Otros tipos de diodos La rectificación y estabilización de tenisón no es la única aplicación de los diodos Otras aplicaciones: Indicadores, señalizadores (diodos LED) Aislamiento de señales de entrada (optoacopladores) Comunicaciones por fibra óptica Diodos optoelectrónicos Diodos Schottky Varicap
26 Otros tipos de diodos Dispositivos optoelectrónicos LEDs Fotodiodos Optoacopladores Diodos láser ( reproductores CD e impresoras láser)
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