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Aplicacionès con semiconductores

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Eduardo Arenas

on 25 February 2014

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Transcript of Aplicacionès con semiconductores

Semiconductores intrínsecos:
Poseen una conductividad eléctrica fácilmente controlable y, al combinarlos correctamente adecuadamente, pueden actuar como interruptores, amplificadores o dispositivos de almacenamiento. Ejemplo: Si y Ge puros.

Aplicaciones en dispositivos eléctricos
Se han desarrollado muchos dispositivos electrónicos utilizando las propiedades de transporte de los semiconductores; el uso de semiconductores en la industria electrónica ha aumentado de forma importante.
Así, veremos algunas de las más importantes:


Semiconductores extrínsecos:
Estos se forman al agregar, intencionadamente, a un semiconductor intrínseco sustancias dopantes.
Suconductividad dependerá de la concentración de esos átomos dopantes. Dependiendo de esas impurezas habrá dos tipos:

Otras fuentes de voltaje

Aparte de las pilas existen otras fuentes de voltaje, una también muy común es la de un eliminador de voltaje, el lector los conoce a la perfección pues con estos se cargan los teléfonos celulares, la figura siguiente muestra algunos eliminadores.

El primer eliminador me genera un voltaje en su conector de 6 Volts y el otro de 12 Volts, estos eliminadores se conectan a la red eléctrica del hogar, son fáciles de conseguir también en cualquier tienda de elctrónica.
Se puede usar el símbolo que representa a una pila para el eliminador también, o se puede usar un símbolo como el de la figura siguiente para representarlo:

Para que este dispositivo pueda funcionar es obvio que necesitará una fuente de alimentación que polarice sus transistores internos. Habitualmente se emplean dos fuentes de alimentación, una positiva y otra negativa. De este modo se permite que la salida sea de uno u otro signo. Evidentemente, la tensión de salida nunca podrá superar los límites que marquen las alimentaciones. No olvidemos que el operacional está formado por componentes no generadores.
QUE ES UN AMPLIFICADOR OPERACIONAL ?
Semiconductores:
Un material semiconductor es aquel que tiene una conductividad eléctrica intermedia, entre la de los metales y los aislantes; y otras propiedades físicas no usuales. Estos se pueden clasificar en dos tipos:

FUENTES DE VOLTAJE
AMPLIFICADORES OPERACIONALES
Aplicacionès con semiconductores
Hemos visto ya que con distintos transistores se pueden hacer conmutadores, osciladores,amplificadores, moduladores, etc. pero que no son muy cómodos de usar. Aunque los transistores siguen siendo las bases esenciales de la mayoría de los elementos interesantes de los circuitos, se han combinado en configuraciones y paquetes estándar que funcionan aun nivel más alto y dan mayor rendimiento. Evidentemente, así se obtiene una gran variedad e incluso clases nuevas de dispositivos, como la separación entre circuitos analógicos y digitales. Uno de los ejemplos más útiles de estos dispositivos analógicos de alto nivel con los amplificadores operacionales.Éstos son amplificadores diferenciales (tienen dos entradas y el voltaje de salida es una copia ampliada de la diferencia entre las entradas).
Esquema de un Amplificador Operacional
El amplificador operacional tiene dos entradas. En la primera etapa se amplifica levemente la diferencia de las mismas. Esto se suele expresar también diciendo que se amplifica el modo diferencial de las señales, mientras que el modo común se rechaza.
Posteriormente se pasa a segunda etapa de ganancia intermedia, en la que se amplifica nuevamente el modo diferencial filtrado por la primera. La ganancia total es muy elevada, típicamente del orden de 105. Finalmente, en la última etapa no se amplifica la tensión, sino que se posibilita el suministrar fuertes intensidades.
Este montaje proporciona una salida digital, el ldr se configura en modo on - off, es decir enciende o apaga según registre o no luz.
El potenciometro es de 5K y sirve para ajustar el rango de operación.
El LM339 es un amplificador operacional en la configuración de comparador de voltaje.
En este montaje se utiliza el terminal 13 de pinguino como entrada analógica para medir la intensidad de luz en el LDR.

Las LDR (Light Dependent Resistor, o Resistor Dependiente de la Luz) son, como su nombre lo indica, resistencias cuyo valor varia de acuerdo al nivel de luz al que están expuestas.Si bien los valores que puede tomar una LDR en total oscuridad y a plena luz puede variar un poco de un modelo a otro, en general oscilan entre unos 50 a 1000 ohmios (1K) cuando están iluminadas (por ejemplo, con luz solar) y valores comprendidos entre 50K (50,000 Ohms) y varios megohmios (millones de ohms) cuando está a oscuras.
Amplificador Seguidor Unitario
Proporciona una ganancia unitaria (1) sin inversión de polaridad o fase , el circuito opera como un circuito emisor seguidor o seguidor de fuente.
La configuración seguidor tiene una ganancia AV =1, pero la
impedancia de entrada y salida de este circuito valen




siendo Ri y R0 las impedancias de entrada y salida del OA. Por ejemplo, el UA741 tiene las siguientes características: Ad = 200000, Ri =1MΩ y R0 = 75Ω.
Aplicando las anteriores relaciones, se obtiene que las impedancias de
entrada y salida del seguidor valen Zi= 2× 10^10Ω y Zo=3.7× 10 ^-4Ω .
Un Amplificador Operacional puede ser utilizado para determinar cual de dos señales en sus entradas es mayor. (se utiliza como comparador). Basta con que una de estas señales sea ligeramente mayor para que cause que la salida del amplificador operacional sea máxima, ya sea positiva (+Vsat) o negativa (-Vsat).

Esto se debe a que el operacional se utiliza en lazo abierto (tiene ganancia máxima). La ganancia real de un amplificador operacional es de 200,000 o más y la fórmua de la señal de salida es: Vout = AOL (V1 – V2)

Donde:
- Vout = tensión de salida
- AOL = ganancia de amplificador operacional en lazo abierto (200,000 o más)
- V1 y V2 = tensiones de entrada (las que se comparan)
Comparador
Multiplicador
Es un dispositivo que toma dos señales eléctricas analógicas y produce un salida cuyo valor es el producto de las entradas.
Dichos circuitos pueden ser utilizaos para implementar funciones relacionadas tales como los cuadrados (aplica señal a ambas entradas ) y las raíces cuadradas.
La mayoría de los circuitos de multiplicador analógico están incorporados en circuitos integrados diseñados para aplicaciones específicas, tales como un convertidor Verdadero de RMS, aunque existen varios componentes para el armado de multiplicadores analógicos de propósito general como el dispositivo AD834 de Analog Devices. Los dispositivos de propósito general suelen incluir atenuadores o amplificadores en las entradas o salidas para permitir el escalamiento de la señal dentro de los límites de voltaje del circuito.
Si bien los circuitos de los multiplicadores analógicos son mucho más susceptibles a problemas relacionados con ruido y desvío del voltaje, ya que dichos errores pueden terminar multiplicándose. Cuando se trata con señales de alta frecuencia, los problemas relacionados con el faseo pueden resultar complejos. Por esta razón, la construcción de multiplicadores analógicos de largo alcance para propósitos generales es mucho más complicada que la de los amplificadores operacionales comunes, y dichos dispositivos son típicamente producidos usando tecnologías especiales y laser trimming, como los usados para amplificadores de alta eficiencia. Esto quiere decir que tienen un costo relativamente alto y son generalmente utilizados solo cuando son indispensables.
Semiconductores de tipo n: En las redes de Si o Ge se introducen elementos del grupo 15 los cuales debido a que tienen un electrón mas en su capa de valencia que los elementos del grupo14 se comportan como impurezas donadoras de electrones o portadores negativos.

Semiconductores de tipo p: En este caso se introducen elementos del grupo 13 que presentan un electrón menos en su capa de valencia, por lo que se comportan como aceptores o captadores de electrones.


Termistores: se basan en la propiedad de que la conductividad depende de la temperatura para medir dicha temperatura. También se usan en otros dispositivos, como en alarmas contra incendio.

Transductores de presión: al aplicar presión a un semiconductor, los átomos son forzados a acercarse, el gap de energía se estrecha y la conductividad aumenta. Midiendo la conductividad, se puede conocer la presión que actúa sobre ese material.

Rectificadores (dispositivos de unión tipo p-n): se producen uniendo un semiconductor tipo n con otro tipo p, formando una unión tipo p-n. Los electrones se concentran en la unión tipo n y los huecos en la unión p. El desequilibrio electrónico resultante crea un voltaje a través de la unión.

Transistores de unión bipolar: un transistor se puede usar como interruptor o como amplificador. El transistor de unión bipolar (BJT), se suele utilizar en unidades de procesamiento central de computadoras por su rápida respuesta a la conmutación

Transistores de efecto de campo: utilizado frecuentemente para almacenar información en la memoria de los ordenadores. El transistor de efecto de campo (FET), se comporta de forma algo distinta a los de unión bipolar.


Rectificadores
Los rectificadores eléctricos son los circuitos encargados de convertir la corriente alterna en corriente continua. Los más habituales son los construidos con diodos o con tiristores, aunque existen otros, pero que ya no se utilizan . La señal que se recoge de la red tiene esta forma senoida
Rectificador de media onda
el rectificador de media onda, el diodo esta conduciendo durante las mitades positivas de los ciclos pero no esta conduciendo durante las mitades negativas. A causa de esto, el circuito recorta las mitades negativasde los ciclos. Denominamos a una forma de onda como ésta una señal de media onda.Esta tensión de mediaonda produce una corriente por la carga unidirecciona. Esto significa que circula en una dirección.

Rectificador de Onda Completa
El rectificador de onda completa actúa como dos rectificadores de media onda superpuestos.El circuito se denomina un rectificador de onda completa porque ha cambiado la tensión alterna de entrada a una tensión de salida pulsante continua.La conexión intermedia llevada amasa en el arrollamiento secundario. Debido a esta conexión central el circuito es equivalente a dos rectificadores de media onda. Cada uno de estos rectificadores tiene una tensión de entrada igual a la mitad de la tensión del secundario.

Amplificadores
Dispositivo para aumentar la amplitud, o potencia, de una señal eléctrica. Se utiliza para ampliar la señal eléctrica débil captada por la antena de un receptor de radio, la emisión débil de una célula fotoeléctrica, la corriente atenuada de un circuito telefónico de larga distancia, la señal eléctrica que representa al sonido en un sistema de megafonía y para muchas otras aplicaciones. Un dispositivo de amplificación de uso muy común es el transistor
 Es un dispositivo eléctrico o electrónico que permite modificar el camino que deben seguir los electrones. Son típicos los manuales, como los utilizados en las viviendas y en dispositivos eléctricos, y los que poseen algunos componentes eléctricos o electrónicos como el relé. Se asemejan a los interruptores en su forma exterior, pero los conmutadores a la vez que desconectan un circuito, conectan otro.
Es un elemento secundario que tiene dos estados. Abierto y cerrado.Idealmente, un interruptor es un corto circuito cuando está cerrado y un circuito abierto cuando está abierto.Se suelen utilizar para conectar diferentes ramas o elementos de un circuito eléctric.

Conmutador
Es un dispositivo electrónico capaz de generar una diferencia de potencial entre sus terminales (un voltaje) para generar una corriente eléctrica.
En otras palabras son dispositivos que nos proveen el voltaje necesario para que los circuitos electrónicos funcionen, sin una fuente de voltaje, los circuitos simplemente no encienden.
Ejemplos de fuentes de voltaje
El lector ha interactuado muchísimo con fuentes de voltaje, por ejemplo una fuente de voltaje muy usada es la pila eléctrica, la figura muestra varios tipos de pilas.

En la imagen, aparte de ver los símbolos para la fuente de alimentación, se puede observar el símbolo también para la terminal negativa de una batería o eliminador, recuerde la terminal negativa es llamada tierra o GND.
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