domingo, 24 de octubre de 2010

LA CORRIENTE EN UN TRANSISTOR

·         Corriente de Arrastre

Es  el movimiento de los portadores de carga (son los electrones libres y los huecos) originado por la fuerza que ejerce  un campo eléctrico aplicado sobre el mismo.

A partir de lo anterior se generan dos tipos de corrientes de arrastre:

o   Para los huecos (P)

Al aplicar el campo eléctrico sobre los enlaces covalentes generan que el electrón hueco salte o se desplace en el mismo sentido en el cual es aplicado el campo eléctrico-


El campo eléctrico para los huecos se define:


p (qE)    Donde:

= Densidad de corriente de huecos
 = Movilidad de los huecos el material
= Concentración de huecos
= Carga eléctrica del hueco: igual y de signo opuesto a la del electrón
= Campo eléctrico aplicado



o   Para los electrones libres (N)

En los electrones libres se genera lo contrario pues se desplazaran en el sentido contrario del campo eléctrico.
Así producirá una corriente eléctrica que dependerá de la fuerza que actúa del número de portadores existen y la facilidad que tienen para moverse a través del mismo campo cristalino.

El campo eléctrico para los electrones libre se define:

n (qE)    Donde:

= Densidad de electrones
 = Movilidad de electrones en el material
= Concentración de electrones en el material
= Carga eléctrica
= Campo eléctrico aplicado

·         Corriente por difusión

Se presenta debido a la diferencia de concentración de portadores en el material. Esto origina una tendencia de los portadores a distribuirse de manera constante y así producir movimiento en las cargas.
Para que esto se genere no necesita un campo eléctrico externo para producirse.

TRANSISTOR
Es un dispositivo semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador.
El transistor se conforma de un sustrato de silicio y tres partes dopadas los cuales forman dos uniones bipolares el emisor  que emite portadores, el colector que los recibe, y la base que los regula.
Este elemento es controlado por corriente y amplifica corriente.
La unión P-N es la estructura fundamental de los transistores está formada por la unión metalurgia de dos elementos como el Silicio y el Germanio
Uno de los tipos es el transistor que resultan de la unión P-N es el bipolar (BJT).
Se denomina bipolar por que la conducción tiene lugar al desplazamiento de portadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos).
De esta formación se generan los transistores bipolares tipo NPN y PNP
·         NPN
Los NPN son conformados por una capa de materias semiconductor dopado (P)(Base); entre dos capas de material dopado tipo N, Una pequeña corriente ingresa a la base en configuración emisor-común es amplificada en la salida del colector.
·         PNP
Los PNP están conformados por una capa de material semiconductor dopado tipo (N) y dos capas de material dopado tipo (P).


En los transistores  la zona central se denomina base mientras que las zonas externas colector y base, estos últimos tienen signo diferente  con relación a la base y son contaminados de manera diferente por lo general el emisor contiene más impurezas que el colector.
             
Su funcionamiento se basa en la posibilidad de controlar la corriente que fluye entre Colector y Emisor  a través de la aplicación de una corriente en la base la cual se obtiene polarizando directamente la unión base.

Los transistores de union bipolar tienes diferentes regiones operativas, definidas principalmente por la forma en que son polarizados.

Region Activa

En esta región el transistor no se encuentra en saturacion o corte es una región intermedia
La Ic depende principalmente de la Ib y la ganancia de corriente es un dato del fabricante, tambien recibe una ayuda de las resistencias que se encuentran en colector y emisor. Este configuracion se aplica cuando se desea hacer un transistor como amplificador.

Región Corte

Se dice que un transistor esta en corte cuando la corriente de colector es igual a la corriente de emisor y esto es igual a la corriente de cero; el resultado es cero por que no hay corriente circulando

Región de Saturación

Se dice que el transistor esta en saturacion cuando corriente de colector es igual a la corriente de emisor y esto es igual a la corriente maxima .
Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base es lo suficientemente grande como para inducir una corriente de colector Beta veces mas grande.

                                     CONFIGURACION PARA EL TRANSISTOR

 Emisor Común

La señal se aplica a la base del transistor y se obtine por el colector.
en esta configuracion se obtiene ganacia de tension y de corriente y una alta impedancia de entrada.



Base Común

La señal se aplica al emisor y se obtiene por el colector, la base queda a tierra.
En esta configuracion solo se obtiene ganacia de tension. La impedancia de entrada es baja y la ganacia de corriente algo menor a uno.



Colector comun

La señal se aplica a la base y se obtiene por el emisor, el colector y el colector a tierra.
Con esta configuracion se tiene ganancia de corriente.

TEORIA DE BANDAS Y HUECOS

Esta teoría describe la estructura electrónica de un material  como una estructura de bandas de energía.
Esta teoría utiliza como base el hecho de que en una molécula su orbital atómico se amontonan o acumulan un numero separado de orbitales moleculares, para así formar estructuras muy solidas

Dentro de estos encontramos

·         BANDAS DE VALENCIA (BV)
Esta ocupada por los electrones de valencia, los electrones que se encuentran en la última capa. Estos electrones son los que usan enlaces entre otros átomos pero  no intervienen en la conducción.
·         BANDA DE CONDUCCION (BC)
En esta encontramos electrones libres aquellos que se mueven libremente de aquí que los elementos sean capaces de conducir la corriente eléctrica.
·         BANDA PROHIBIDA
Es esta la separación entre banda de valencia y la banda de conducción, en la relación a esta banda es que los elementos pueden encontrase como conductores, semiconductor o  aislantes.
Si la banda es pequeña los electrones pueden moverse al siguiente nivel generando conducción, sin embargo si el espacio de la banda prohibida es muy grande no hay posibilidad de haber conducción eléctrica. (Ejemplo cristal, la madera).

La mejor forma de entender como se comportan los elementos es mediante el siguiente cuadro.




UN SEMICONDUCTOR INTRINSECO

Este elemento es un semiconductor puro el cual reacciona con la temperatura (a temperatura ambiente se comporta como un aislante pero cuando se presenta una cantidad determinada de energía térmica  los electrones pueden saltar de la  banda de valencia dejando hueco a la banda de conducción.
Adicionalmente el espacio de la banda prohibida es pequeño lo cual facilita que los electrones puedan saltar de una banda a la otra.
Para los elementos semiconductores como el SI (T = 1.12V) y el Ge (T = 0.67V).

SEMICONDUCTOR EXTRINSECO

Para aumentar la capacidad de conducción se pueden añadir pequeñas dosis de impurezas a este proceso de le denomina dopado.



SEMICONDUCTOR TIPO N

Se obtiene de la combinación de un  semiconductor intrínseco con  impurezas del orden pentavalente o de valencia 5 como (Arsénico, Antimonio, o Fosforo).

Este tipo de dopado es utilizado para aumentar el número de portadores de carga.
Al tener 4 enlaces covalentes y un electrón libre; el numero de electrones supera al número de huecos  debido a esta relación se obtiene que los electrones son los portadores mayoritarios y los huecos los portadores minoritarios

A este tipo de impurezas las denominamos como Donadoras, debido a que dejan un electrón libre, ya  que por norma solo pueden tener 8 electrones en su última capa de valencia;  estas impurezas generan niveles llenos los cuales al agregarles una dosis de energía saltan del nivel de impureza a la banda de conducción y así generar conducción eléctrica.

Al número de electrones libres se les identifica como n



SEMICONDUCTOR TIPO P

Se obtiene de la combinación de un  semiconductor intrínseco con  impurezas
Del orden  trivalente o de valencia 3 como (Aluminio, Boro, Galio).

En este caso solo  3 enlaces y un electrón libre tendremos 7 electrones en la capa de valencia y son denominados Aceptores.

El propósito del dopaje tipo P es crear más huecos los cuales generan  niveles vacios, que  al ser agregada  una dosis de energía genera que salten de la banda de valencia a los niveles vacios para así producción conducción eléctrica.

Aunque los huecos son muy pocos, a estos se les identifican como p



domingo, 5 de septiembre de 2010

CONCEPTOS DE FISICA

* FÍSICA

Es la ciencia que se encarga del estudio de las interacciones entre la materia y la energía.
Para la electrónica encontramos:


  • ELECTROSTÁTICA:  Estudia las cargas en reposo

  • ELECTRODINÁMICA: Estudio de las cargas en movimiento.

  • ATÓMICA: Estudio de las características físicas del átomo.

  • NUCLEAR: Estudio del núcleo del átomo.  


* ELECTRÓNICA

Es una rama de la física y especialización de la ingeniería que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el flujo de electrones y otras partículas cargadas eléctricamente.


* ELECTRICIDAD

Es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos luminosos y químicas, en otras palabras un flujo de electrones y otras partículas cargadas eléctricamente.
Un ejemplo de flujo de electrones es la corriente eléctrica.

* CORRIENTE ELÉCTRICA
   Se define como la rapidez con que fluyen los portadores de carga a través de una sección transversal en un determinado tiempo.

* ELECTROMAGNETISMO
   Es un conjuntos de principios y técnicas matemáticas que describen los fenómenos físicos en los que definen en los que intervienen cargas eléctricas

* CARGA ELÉCTRICA
Es una propiedad escencial que tienen algunas partículas subatomicas para ganar o perder electrones. 

* VALENCIA 

Es la capacidad que tiene un átomo para convinarse o reaccionar con otros átomos.

* IONIZACION 

Se denomina ionizacion al proceso de perdida o ganancia de electrones.
De este proceso se derivan dos elementos como son:

  •  ANIÓN : Se generan  por la ganancia de electrones y su carga es negativa.

  • CATIÓN: Son producidos por la perdida de electrones y su carga es positiva.
* ENLACE COVALENTE
Se presenta cuando dos electrones compartes sus electrones para completar su ocho electrones de valencia.

* CAMPO ELÉCTRICO

Es la región del espacio en la cual actúa la presencia de una carga eléctrica dicha region ejerce una fuerza sobre cualquier carga que se ubique en ella.
El campo electrico es de caracter vectorial cuya direccion y sentido esta dada por la fuerza que es ejercida sobre una carga de prueba (puntual positiva). La magnitud del vector E se define como la intensidad del campo es igual a la fuerza que ejerce dividido en el campo en el que actua.

Su formula es:











 * MODELO ATÓMICO DE BOHR

Este modelo enuncia que los electrones viajan en órbitas a través del núcleo.
Estas órbitas son especificas y son caracterizadas por niveles de energía específicos presentados por números enteros y letras en mayúsculas. La cantidad máxima de electrones se calcula con la siguiente formula 2n2.

Una mejor explicacion seria la siguiente:

1  ;   K  =  2*((1)2)   =  2*1     =    2
2  ;   L   =  2*((2)2)   =  2*4     =    8
3  ;   M  =  2*((3)2)   =  2*9     =   18
4  ;   N  =  2*((4)2)   =  2*16    =   32




 Ahora bien también vamos a encontrar subniveles de energía que están determinados por las letras en minúscula s,p,d,f. Estas letras al igual que en los Niveles de energía tienen unas dominaciones que son las siguientes s = 2; p = 6; d =10; f =14.
Con los subniveles de energía podemos realizar la configuracion electrónica de los elementos.
Ejemplo:

El silicio tiene numero atómico 14 para hallar la configuracion electrónica hacemos lo siguiente:

Diagrama de Moeller:
Mas información diagrama de moeller



Y luego seguimos el orden de las flechas iniciando desde 1s, quedando de la siguiente manera:

1s2 - 2s2 - 2p6 - 3s2 - 3p2 luego sumamos los exponentes = 14 

Otro ejemplo es el Germanio el cual tienen numero atómico = 32 y su configuracion es la siguiente:

1s2 - 2s2 -  2p6 - 3s2 - 3p6 - 4s2 - 3d10 -  4p2 = 32


Con base en lo anterior vamos  encontrar elementos como los siguientes :

  • AISLANTES
  Son elementos que de acuerdo con su configuracion no permiten el transmisión de la energía en ninguna de sus formas.
Estos elementos están formados por muchos electrones en sus ultimas órbitas por tal motivo no tienden a perderlos facilmente y a no establecer una corriente de electrones.

  •  CONDUCTORES
Es un elemento el cual al estar en contacto con un cuerpo cargado de electricidad trasnmite a todos los puntos de la superficie.
Los mejores representantes son los metales, estos elementos poseen pocos átomos en sus ultimas órbitas y por lo tanto tienden a perderlos facilmente.

  • SEMICONDUCTORES Los semiconductores son elementos que dependiendo de factores externos (temperatura); pueden comportarse como conductores o aislantes.
Su característica principal es que son tetravalentes ( valencia 4 ) 

De este grupo se desprenden dos familias
  • INTRÍNSECO
    • Son elementos puros, tetravalentes los cuales reaccionan con temperatura.
  • EXTRÍNSECO
    •  Son elementos intrínsecos que han sido contaminados mediante un proceso de dopado ( adicionar elementos trivalentes o pentavalentes).

De este ultimo también se generan dos géneros los semiconductores tipo N y tipo P.

  •  Los tipo N son elementos que permiten la aparición de electrones sin huecos asociados con ellos mismos. Los átomos de este tipo de denominan DONANTES ya que donan o entregan electrones y serán de valencia 5.
  • Los tipo P son elementos que permiten la formacion de huecos. Los átomos de este tipo de denominan ACEPTORES ya que aceptan o forman un electrón.