S02 Electrónica I (1)

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ELECTRONICA I
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Seccional Duitama
Ingeniería Electromecánica – Electrónica I
1. FÍSICA DE 
ESTADO 
SÓLIDO
ANALIZAR LOS 
AISLANTES, 
CONDUCTORES, 
SEMICONDUCTORES 
Y LA ESTRUCTURA 
BÁSICA DE SUS 
ÁTOMOS.
DESCRIBIR LAS 
PROPIEDADES DE 
SEMICONDUCTORES 
TIPO P Y TIPO N Y 
CÓMO SE PRODUCE 
LA CORRIENTE EN UN 
SEMICONDUCTOR .
DESCRIBIR LAS 
PROPIEDADES UN 
DIODO Y EL 
COMPORTAMIENTO 
DE SU UNIÓN PN.
ENTENDER EL 
IMPACTO DE UN 
CIRCUITO 
EQUIVALENTE IDEAL 
O PRÁCTICO.
OBJETIVOS
1. FÍSICA DE ESTADO 
SÓLIDO
Materiales semiconductores (Ge, Si y GaAs)
Enlace covalente y materiales intrínsecos.
Niveles de energía.
Materiales extrínsecos: tipo p y tipo n.
Conocer generalidades de materiales 
semiconductores.
Entender conducción según teoría de 
electrones y huecos.
Describir diferencias entre tipo n y tipo p.
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Átomo
• Átomo: “partícula más pequeña 
de un elemento que retiene las 
características de éste.” “es 
decir presenta una estructura 
atómica única”.
• Modelo de Bohr - Tipo 
planetario.
• El núcleo – protones –
neutrones.
• Alrededor – electrones.
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
• Materia → Átomos
• Estructura, orbitas y capas.
• Átomos →protones, electrones 
y neutrones.
• Electrones de valencia, iones y 
materiales semiconductores (Si y 
Ge).
“La configuración de ciertos 
electrones en un átomo es el 
factor clave para determinar 
cómo un material dado conduce 
corriente eléctrica.”.
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
• Número atómico – protones en 
el núcleo.
• Capas y órbitas de los 
electrones
• Cerca del núcleo – menos energía.
• Niveles de energía – distancia 
discreta – orbita. “las orbitas se 
agrupan en bandas de energía 
conocidas como capas”.
• Niveles dentro de la capa – poca 
diferencia de energía, con 
respecto a diferencia entre capas.
• Ne, numero máximo de 
electrones. Ne=2n2, donde n es el 
numero de la capa.
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
• Electrones de valencia: 
describen orbitas alejadas y 
están débilmente enlazados al 
átomo y están en la capa de 
valencia. Contribuyen a las 
reacciones químicas, al enlace 
dentro de un material, 
determinan sus propiedades 
eléctricas.
• Ionización: Perder o ganar un 
electrón.
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
• Electrones de valencia: 
describen orbitas alejadas y 
están débilmente enlazados al 
átomo y están en la capa de 
valencia. Contribuyen a las 
reacciones químicas, al enlace 
dentro de un material, 
determinan sus propiedades 
eléctricas.
• Ionización: Perder o ganar un 
electrón.
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Aislantes, conductores y semiconductores.
En función se sus propiedades 
eléctricas:
• Conductores
• Semiconductores
• Aislantes
Átomos combinados – sólido 
cristalino – configuración 
simétrica (Si).
Enlace covalente – electrones de 
valencia.
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Aislantes, conductores y semiconductores.
Conductores
• Metales (oro, cobre, plata, 
aluminio, etc).
• Un solo electrón de valencia 
(libres).
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Aislantes, conductores y semiconductores.
Aislantes
• Hule, plástico, vidrio, mica y 
cuarzo.
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Aislantes, conductores y semiconductores.
Semiconductores
• Estado puro ni conduce ni aísla 
bien.
TAREA:
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Estructura de semiconductores Ge, Si y GaAs.
• Clase especial de elementos.
• Estado puro ni conduce ni aísla 
bien.
• Conductividad entre buen 
conductor y aislante.
Clases:
• Un solo cristal: Ge y Si.
• Compuesto: GaAs, CdS y GaN.
• 1939, Diodo Ge.
• 1949, transisitor.
• Ge, fácil y abundante, sensible a 
cambios de temperatura.
• 1954, transistor Si.
• 1970, trasistor GaAs, 5 veces 
mas veloz, circuitos integrados a 
gran escala (VLSI - very large 
scale integration circuit).
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Estructura de semiconductores Ge, Si y GaAS.
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Estructura de semiconductores Ge, Si y GaAS.
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Estructura de semiconductores Ge, Si y GaAS.
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Teoría de niveles y bandas de energía de ...
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Teoría de niveles y bandas de energía de ...
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Semiconductores dopados n y p.
En estado intrínseco no conducen bien.
Número limitado de e- libres en la banda de conducción.
Número limitado de huecos en la banda de valencia.
El silicio o germanio intrínseco modificado incrementa el número de
electrones libres o huecos.
Aumenta conductividad, útil en dispositivos electrónicos.
Impurezas al material intrínseco.
Dos tipos de materiales semiconductores extrínsecos (impuros).
Tipo n y tipo p: bloques fundamentales en la mayoría de dispositivos
electrónicos.
“La conductividad del silicio y el germanio se incrementa drásticamente 
mediante la adición controlada de impurezas al material semiconductor 
intrínseco (puro).”
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Semiconductores dopados n.
• Impureza pentavalente.
• Átomos donadores.
• Electrones: portadores 
mayoritarios.
• Huecos: portadores 
minoritarios.
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Semiconductores dopados n.
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Semiconductores dopados p.
• Impureza trivalente.
• Átomos aceptores.
• Huecos: portadores 
mayoritarios.
• Electrones: portadores 
minoritarios.
• El vacío resultante (hueco).
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Conducción intrínseca y extrínseca.
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Conducción intrínseca y extrínseca.
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Conducción intrínseca y extrínseca.
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Conducción intrínseca y extrínseca.
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Técnicas de dopado “durante 
eñ crecimiento”.
• Para dopar regiones extensas de silicio de forma 
homogénea (obleas enteras)
• Es el mismo sistema utilizado para el crecimiento 
de silicio intrínseco: horno Czochralski
Descripción del proceso:
• Se añaden pequeñas cantidades del dopante a la 
carga fundida, que se incorporarán 
progresivamente al lingote durante el 
crecimiento.
• Problema: la segregación. Los dopantes no se 
incorporan homogéneamente desde la fase 
líquida a la fase sólida.
1. FÍSICA DE ESTADO SÓLIDO
Técnicas dopado de “difusión”.
• La difusión es uno de los métodos más importantes usados para 
formar uniones pn.
• Se utiliza para fabricar diodos, transistores bipolares y circuitos 
integrados.
• En combinación con la litografía, permite definir regiones de dopado 
muy precisas.
• El dopante puede ser: sólido/líquido/gas.
TAREA:
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Un bloque de silicio dopado, una parte de él con una 
impureza trivalente y la otra con una impureza pentavalente, 
se una unión pn entre las partes tipo p y tipo n resultantes 
creando un diodo básico.
Diodo: dispositivo que conduce corriente en una dirección.
La unión pn es la característica que permite funcionar a 
diodos, ciertos transistores y otros dispositivos.
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
La juntura P-N
P: muchos huecos (portadores 
mayoritarios) por lo átomos de impureza y 
unos cuantos electrones libres 
térmicamente generados (portadores 
minoritarios).
n: muchos electrones libres 
(portadores mayoritarios) 
por los átomos de impureza 
y unos huecos 
térmicamente generados 
(portadores minoritarios).
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
La juntura P-N
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
• Un material tipo n a un material tipo p.
• Simplicidad básica de su construcción refuerza la importancia del 
desarrollo de esta área de estado sólido.
• Se conectan cables conductores a los extremos de cada material, se 
produce un dispositivo de dos terminales.
• Se dispone entonces de tres opciones:
• sin polarización
• polarización en directa
• Y polarización en inversa.
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Sin polarización aplicada (VD = 0V)
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Polarización inversa (VD < 0V)
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Polarización directa (VD > 0V)
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V - I
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
CaracterísticasV - I
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V - I
VT: Voltaje Térmico:
• K: Cte. Boltzman = 1,38x10-23 J/K
• T: Temperatura absoluta en 
gados Kelvin = 273 + 
temperatura en °C.
• q:magnitud de la carga del 
electrón = 1,6x10-19 C.
Ecuación de Shockley:
• IS: corriente de saturación en 
inversa.
• VD: voltaje de polarización en 
directa a través del diodo.
• n: factor de idealidad, entre 1 y 
2 (n=1, a menos que se indique 
de otra manera).
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V - I
Ej: A una temperatura de 27°C, determine el voltaje térmico VT.
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V - I
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V - I
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V - I
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V - I
Como utilizar las curvas:
• Determine el voltaje a través de cada diodo con una corriente de 1 
mA.
• Repita con una corriente de 4 mA.
• Repita con una corriente de 30 mA.
• Determine el valor promedio del voltaje en el diodo para el intervalo 
de corrientes antes dadas.
• ¿Cómo se comparan los valores promedio con los voltajes de rodilla 
que aparecen en la tabla?
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V – I / Efectos de la °T
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V - I
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V – I /Nivel de resistencia
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V - I
Determine los niveles de resistencia de cd del diodo de la figura con:
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V – I / Resistencia CA dinámica
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V - I
Para las características de la 
figura:
a. Determine la resistencia de 
ca con ID=2mA.
b. Determine la resistencia de 
ca con ID=25mA.
c. Compare los resultados de las 
partes (a) y (b) con las 
resistencias de cd en cada 
nivel.
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V - I
Solución:
a.
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V - I
Solución:
b.
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V - I
Solución:
c.
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V – I / Resistencia CA dinámica
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V – I / Resistencia CA dinámica
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V – I / Resistencia CA dinámica
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V – I / Resistencia promedio
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V – I / Resistencia promedio
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V – I / Niveles de resistencia
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V – I / Niveles de resistencia
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V – I / Niveles de resistencia
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V – I / … por segmentos
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V – I / … simplificado
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V – I / … ideal
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V – I / … resumen
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V – I / tiempo de recuperación 
inversa
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V – I / Capacitancia
DIODOS
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
Características V – I / Hoja de caracteristicas
DIODOS
DIODOS
DIODOS
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
PRUEBA DE UN DIODO
1) Un medidor de pantalla digital (DDM, por sus siglas en inglés) con 
una función de verificación de diodo
2) La sección óhmetro de un multímetro
3) Un trazador de curvas.
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
PRUEBA DE UN DIODO / DDM
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
PRUEBA DE UN DIODO / Óhmetro
2. EL DIODO SEMICONDUCTOR
PRUEBA DE UN DIODO / Trazador de curvas