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Fundamentos de MecatrónicaSemiconductores

Ricardo-Franco [email protected]

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Escuela Universitaria de Ingeniería MecánicaUniversidad de Tarapacá

Arica, Chile

November 18, 2015

R. F. Mendoza-Garcia (Mecánica, UTA) Cinemática Inversa November 18, 2015 1 / 34

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1 IntroducciónConductoresCristales de Silicio

2 DiodosDiodo IdealOperación FísicaDiodo Real

3 TransistoresEstructura FísicaSimbologíaAmplificadores de CorrienteAplicaciones

4 Referencias


Introducción

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4 Referencias


Introducción Conductores

ConductoresLos buenos conductores presentan ciertas características a nivelde átomo. El átomo del cobre tiene 29 electrónes (ver foto); 2, 8,18, 1.En electrónica, la banda más importante es la última, la banda devalencia. Ésta se encuentra a la mayor distancia del núcleo.Sus electrones no se mueven muy rápido porque no necesitanmucha fuerza centrífuga para mantenerse alejados del núcleo.


Introducción Conductores

ConductoresDefinimos el centro del átomo como la suma de todas las cargaspositivas del núcleo menos todas las cargas negativas de lasorbitas exceptuando la de valencia.Se dice que el cobre posee un electrón libre ya que es muy fácilexpulsar el electrón de valencia para producir una corriente. Senecesita un voltaje pequeño.


Introducción Cristales de Silicio

Cristales de SilicioEl silicio tiene originalmente 4 electrones de valencia pero aljuntarse con otros átomos de Silicio, éstos se emparejan con losde los vecinos, y se dice que los átomos forman un cristal y quequedan con 8 electrones de valencia c/u.Los electrones que se "emparejan" con los de los vecinos formanenlaces covalentes los cuales hacen que estos pares dejen degirar ya que son atraídos por los centros (4+) de los átomosadyacentes con igual fuerza.



Cristales de SilicioLa órbita de valencia no puede tener más de 8 electrones.Saturación de valencia.Nadie está muy seguro del motivo de ésto.En este estado, el Silicio se convierte en un excelente aislador.


Diodos

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4 Referencias


Diodos Diodo Ideal

El Diodo Ideal


Diodos Diodo Ideal

Circuitos No-linealesHasta ahora sólo hemos visto circuitos lineales.Los circuitos no-lineales son circuitos no-derivables (ver foto).Los circuitos no lineales son muy útiles. Se utilizan para:

I rectificar señales;I generar señales de onda;I etc.


Diodos Diodo Ideal


Diodos Operación Física

Construcción - Unión PN

Material Tipo N: Exceso de electrones. Silicio contaminado conimpurezas de, e.g., fósforo; elemento pentavalente.Material Tipo P: Exceso de huecos. Silicio contaminado conimpurezas de, e.g., boro; elemento trivalente.



Unión PN en circuito abierto



Polarización Inversa

Cuidado con la región de ruptura!



Polarización Directa


Diodos Diodo Real

Diodo real


Diodos Diodo Real

Uso de Caída de Voltaje de Diodos


Diodos Diodo Real

Aplicación Típica


Transistores

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4 Referencias


Transistores Estructura Física

Estructura Física


Transistores Simbología

Simbología


Transistores Simbología


Transistores Amplificadores de Corriente

Transistor NPN como amplificador de corriente


Transistores Amplificadores de Corriente

Transistor PNP como amplificador de corriente


Transistores Aplicaciones

Transistores en Corte y Saturación




En corte: ib = 0, ie = 0, Ic = 0.




En saturación: Ib > corriente de saturación.


Referencias

BibliografíaSEDRA, Adel S.; SMITH, Kenneth Carless. Microelectroniccircuits. Oxford university press, 1998. (4th Edition).MALVINO, Albert; BATES, David. Electronic Principles withSimulation CD. McGraw-Hill, Inc., 2006. (7th Edition).


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