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República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Defensa Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada Nacional UNEFA-Núcleo Sucre- Sede Cumaná

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Cumaná, Enero de 2013

Introducción. Los circuitos electrónicos son una parte fundamental o es lo básico en la Ingeniería en telecomunicaciones. Dada su importancia en este corto informe que a continuación les presentaremos, podremos ver cómo realizar un circuito y varios elementos que lo componen como lo son las resistencias, los semiconductores, entre otros. En un protoboard colocamos en serie dos (2) resistencias de 1k ohm con un diodo led, siendo este el semiconductor, luego en las esquinas de las resistencias conectamos unos cables pala la polaridad también en serie que a su vez fueron instalados a un par de pilas, posteriormente el diodo led encendió como resultado de dicha conexión, evidenciando esto que la instalación fue exitosa. Es muy útil y práctico para nosotros este tema porque nos ayuda a dar una base en nuestros conocimientos en lo referente a circuitos electrónicos.

Objetivos. Realizar un circuito eléctrico, y ver con un semiconductor para estudiar su funcionamiento.

Marco Teórico. Materiales conductores. Un material es conductor cuando puede desempeñar esa función en un circuito, independiente del valor de su conductividad. Los conductores en general pueden clasificarse en: metálicos, electrolíticos y gaseosos. Conductores metálicos. En los conductores metálicos la conducción es electrónica, es decir, los portadores de cargas son electrones libres. Pertenecen a este grupo los metales y aleaciones. Se suele hablar en estos casos de conducción metálica. Conductores electrolíticos. En los conductores electrolíticos la conducción es iónica; pertenecen a este grupo los llamados electrolitos, es decir, los ácidos (bases o sales, disueltos o fundidos). Las moléculas de estas sustancias, cuando se disuelven o funden, de disocian total o parcialmente formando iones positivos o negativos, y estos iones son portadores de cargas. En estos casos, el paso de la corriente eléctrica corresponde a un desplazamiento de material, y viene acompañada de una reacción química. En los conductores metálicos la electricidad circula a través de la materia, mientras que en los conductores electrolitos circula con la materia. Conductores Gaseosos. Los conductores gaseosos en estado normal, los gases no son conductores, pero pueden convertirse relativamente en buenos conductores cuando están ionizados. Normalmente no se utilizan los gases para conducir corriente, salvo en casos muy especiales. La conducción a través de los gases no cumple con la Ley de Ohm. Materiales aislantes. Los materiales aislantes son aquellos que no se prestan como vehículo para la transmisión de las cargas eléctricas. Estos materiales suelen ser empleados para proteger las instalaciones eléctricas y hacer más seguro su manipulación, sin riesgos. Como ejemplo se tiene el plástico, los cables están recubiertos de plástico, como las personas que trabajan con altos voltajes usan guantes de plásticos gruesos. Si las instalaciones eléctricas se hicieran sin materiales aislantes, se producirían cortocircuitos. Estos son originados cuando los cables cargados de

electricidad se unen. Esta situación es muy peligrosa, los chispazos que saltan del contacto pueden generar incendios y dañan los aparatos eléctricos, incluso puede ocasionar la muerte a personas o animales. Pero también existen otros materiales aislantes, utilizados para evitar la conducción del calor y no la electricidad, entre ellos está la madera y la tela. Estos materiales se encuentran en uso cotidianamente. El mango de un sartén o de una olla, algunos de plástico, otros de madera, aíslan el calor. Cuando son de metal, se usa guantes protectores elaborados con tela acolchada como aislante, para evitar las quemaduras. Materiales semiconductores. Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. El elemento semiconductor más usado es el silicio, el segundo el germanio, aunque idéntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos 12 y 13 con los de los grupos 14 y 15 respectivamente (AsGa, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd). Posteriormente se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s²p². Hueco de electrón. Un hueco de electrón, o simplemente hueco, es la ausencia de un electrón en la banda de valencia (ver también valencia). Tal banda de valencia estaría normalmente completa sin el "hueco". Una banda de valencia completa (o casi completa) es característica de los aislantes y de los semiconductores. La noción de "hueco" en este caso es esencialmente un modo sencillo y útil para analizar el movimiento de un gran número de electrones, considerando ex profeso a esta ausencia o hueco de electrones como si fuera una partícula elemental o -más exactamente- una cuasipartícula. Considerado lo anterior, el hueco de electrón es, junto al electrón, entendido como uno de los portadores de carga que contribuyen al paso de corriente eléctrica en los semiconductores. El hueco de electrón tiene valores absolutos de la misma carga que el electrón pero, contrariamente al electrón, su carga es positiva.

Energía de Fermi. La Energía de Fermi es la energía del nivel más alto ocupado por un sistema cuántico a temperatura cero (0 K). Se denota por EF y recibe su nombre del físico italo-estadounidense Enrico Fermi. La energía de Fermi es importante a la hora de entender el comportamiento de partículas fermiónicas, como por ejemplo los electrones. Los fermiones son partículas de spin semientero que verifican el Principio de exclusión de Pauli que dicta que dos fermiones no pueden ocupar simultáneamente el mismo estado cuántico. De esta manera, cuando un sistema posee varios electrones, estos ocuparán niveles de energía mayores a medida que los niveles inferiores se van llenando. La energía de Fermi es un concepto que tiene muchas aplicaciones en la teoría del orbital, en el comportamiento de los semiconductores y en la física del estado sólido en general. En física del estado sólido la superficie de Fermi es la superficie en el espacio de momentos en la que la energía de excitación total iguala a la energía de Fermi. Esta superficie puede tener una topología no trivial. Brevemente se puede decir que la superficie de Fermi divide los estados electrónicos ocupados de los que permanecen libres. Propiedades eléctricas del germanio y el silicio. SILICIO El silicio es un semiconductor; su resistividad a la corriente eléctrica a temperatura ambiente varía entre la de los metales y la de los aislantes. La conductividad del silicio se puede controlar añadiendo pequeñas cantidades de impurezas llamadas dopantes. La capacidad de controlar las propiedades eléctricas del silicio y su abundancia en la naturaleza han posibilitado el desarrollo y aplicación de los transistores y circuitos integrados que se utilizan en la industria electrónica GERMANIO. Germanio, de símbolo Ge, es un elemento semimetálico cristalino, duro, brillante, de color blanco grisáceo. Su número atómico es 32, y pertenece al grupo 14 (o IVA) de la tabla periódica. Enlaces en solido. Los sólidos pueden ser clasificados de acuerdo a la naturaleza del enlace entre sus componentes atómicos o moleculares. La clasificación tradicional distingue cuatro tipos de enlace: Enlace covalente, que forma sólidos de red covalente (algunas veces simplemente denominados "sólidos covalentes") Enlace iónico, que forma sólidos iónicos

Enlace metálico, que forma sólidos metálicos Enlace intermolecular débil, que forma sólidos moleculares Los miembros típicos de estas clases tienen distribuciones electrónicas distintivas, así como propiedades termodinámicas, electrónicas y mecánicas también distintivas. En particular, las energías de enlace de estas interacciones varían ampliamente. Sin embargo, el enlace en sólidos puede ser de tipos mezclados o intermedios, de ahí que no todos los sólidos tienen las propiedades típicas de una clase en particular, y algunos puedes ser descrito como formas intermedias. Características de la unión p-n. Las características de las uniones PN tienen su principal aplicación en la fabricación de diodos, que son dispositivos con una unión PN cuya principal función es la de conducir un flujo de corriente cuando la polarización es directa y bloquearla cuando está en inversa. Esta propiedad también se utiliza para rectificar corriente alterna a continua, con un diodo conectado en serie para media onda o un “puente de diodos” conectado a la entrada del circuito para rectificar la onda completa. También se puede aprovechar la tensión de avalancha (tensión máxima de polarización inversa) para fabricar diodos especiales denominados zener, cuya característica es que la tensión de polarización inversa permanece constante al variar la intensidad del cátodo al ánodo en un determinado valor de fabricación, esta peculiaridad es útil para construir estabilizadores de tensión. Los diodos foto-emisores son diodos con un semiconductor de arseniuro de galio, que se caracteriza por desprender energía en forma de radiación, esté o no en el espectro visible. Los fotodiodos crean pares electrón-hueco al incidir la luz sobre ellos, transformándose la radiación en corriente. Los transistores más populares son dos uniones en serie que pueden ser de tipo PNP o NPN. Su cualidad es que al fluir una corriente desde la unión central P a la unión tipo N (ejemplo de tipo NPN), fluye una intensidad mucho mayor desde la otra unión N hacia la N anterior de forma proporcional a la intensidad que insertemos. Con esta propiedad podemos construir amplificadores de tensión o de corriente.

Impurezas donadoras y aceptadoras. Impurezas donadoras. Son las que dan un exceso de electrones libres. Impurezas aceptadoras. Son las que proporciona un exceso de huecos por dar lugar a una configuración que posibilita la aceptación de un electrón para cubrir un hueco.

Metodología. Procedimiento experimental. Para instalar el circuito utilizamos un protoboard que es una tabla de pruebas para circuitos electrónicos y está compuesto por bloques de plásticos perforados y numerosas láminas delgadas. En esta lámina de pruebas primeramente se introdujo dos resistencias de 1k ohm en serie, es decir, que las resistencias comparten entre si un mismo terminal. Seguidamente se colocó el diodo led que es el semiconductor en el centro de las 2 resistencias en serie, continuamos conectando los cables de electricidad al extremo de las dos resistencias para que quedara en serie, un cable negro y uno rojo que representan o nos indican las polaridades, estos cables en sus extremos tenían un pedacito de estaño para poder incrustarlos en el protoboard ya que los orificios del mismo son muy pequeños. Por último estos cables fueron conectados a un par de pilas que tienen una fuente de voltaje de de 3 voltios. Cuando se hizo esta conexión el diodo led encendió indicando que el circuito está bien conectado e instalado en el protoboard. Materiales. 2 Resistencias de 1 k ohm. 1 diodo led. Par de pilas. Cable para electricidad. 1 protoboard.

Resultados y discusión. El circuito con el semiconductor (diodo led) funcionó. Hay que tener en cuenta que todos los elementos que conforman el circuito deben estar bien conectados en este caso en serie, si no se conecta bien o se conecta en paralelo no va a funcionar el circuito. También debemos corroborar que la fuente de voltaje no sea muy grande para que no dañe al semiconductor en este caso el diodo led y sea el voltaje adecuado para las resistencias. En este circuito que es básico fue exitoso y muy comprensible para aprender a ubicar los elementos en serie y saber cuáles magnitudes de voltajes se pueden utilizar.

Conclusiones. Los circuitos electrónicos se encuentra en la mayoría de los aparatos que utilizamos tanto en nuestro hogar como fuera de él y en nuestra carrera es básico, de allí su gran importancia. Los semiconductores son elementos que tienen una conductividad eléctrica inferior a la de un conductor metálico pero superior a la de un buen aislante, en el circuito realizado utilizamos un semiconductor que es el diodo led. En este informe pudimos apreciar cómo se colocan los elementos en serie en un protoboard. Las resistencias utilizadas en el circuito estaban impidiendo que pasara una corriente continua ya que esta puede dañar los demás elementos del circuito. Con un multímetro se puede corroborar el voltaje de la fuente, del semiconductor y de las resistencias para saber si es el adecuado para el circuito. Fue muy dinámico e interesante para nosotros poder realizar este circuito porque sabemos que será nuestra ocupación y gracias a esta práctica se puede comprender con más claridad la teoría.

Bibliografía. Materiales semiconductores. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor Materiales conductores. Disponible en: http://ayudaelectronica.com/materiales-conductores/ Materiales aislantes. Disponible en: http://html.rincondelvago.com/materiales-aislantes.html Hueco de electrón. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Hueco_de_electr%C3%B3n

Energía de Fermi. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_de_Fermi Propiedades eléctricas del germanio y el silicio. Disponible en: http://html.rincondelvago.com/semiconductores.html Enlaces en solido. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Enlace_en_s%C3%B3lidos Características de la unión p-n, Impurezas donadoras y aceptadoras. Disponible en: http://html.rincondelvago.com/uniones-semiconductores.html