1a clase_#1_1-33_2022-2.pdf introduccion a diodos

ASIGNATURA: SISTEMAS ELECTRÓNICOS I (Código 45514)
SECCIÓN: 01
PROFESOR: PEDRO J. MÁRQUEZ A.
PERÍODO ACADÉMICO: 2021-1
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICE-RECTORADO “LUIS CABALLERO MEJÍAS”
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE SISTEMAS
SECCIÓN DE SISTEMAS ELECTRÓNICOS

Las Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) ofrecen a los estudiantes
acceso a fuentes de conocimiento ilimitados y a herramientas multimedia que
permiten ampliar estos conocimientos. El docente ya no es la principal fuente de
información y el alumno no seguirá siendo el receptor pasivo de información sino
que participará de manera activa en su propio aprendizaje. Los estudiantes deben
asumir la responsabilidad de ser un participante activo en la obtención de
conocimiento, valores y habilidades necesarias para aprender a conocer, hacer,
trabajar en equipo, a ser solidario, tomar decisiones, resolver problemas, etc. Los
docentes tienen que cambiar la manera de evaluar creando instrumentos para
recabar evidencias e información tanto del proceso como de los resultados para
analizar el avance continuo del aprendizaje y no solo a partir de una prueba parcial
o final. La evaluación será más dinámica y compleja: significa una modificación en
el quehacer docente para construir nuestras propias competencias pedagógicas.
Profesor Pedro J. Márquez A.

Se ha desarrollado el siguiente portal para la difusión de
información asociada con la asignatura:
https://pmarquez0658.wixsite.com/pmarquezsistelca
Se requiere de una herramienta para el manejo de archivos en
formato pdf, también se puede visualizar a través de teléfonos
inteligentes.

Tarea 03/06/2022 10%
1er PARCIAL 03/06/2022 30%
2° PARCIAL 01/07/2022 30%
3er PARCIAL 09/08/2022 30%
SUSTIT. 11/08/2022 30%

1. INTEGRATED ELECTRONICS. MILLMAN-HALKIAS. Mc GRAW-HILL.
2. CIRCUITOS ELECTRÓNICOS: discretos e integrados. DONALD SCHILLING-CHARLES BELOVE.
MARCOMBO.
3. DISEÑO ELECTRÓNICO, CIRCUITOS Y SISTEMAS. C. J. SAVANT Jr.-MARTIN S. RODEN-GORDON
L.CARPENTER. PRENTICE HALL.
4. ELECTRÓNICA TEORÍA DE CIRCUITOS. ROBERT BOYLESTAD-LOUIS NASHELSKY. PRENTICE HALL.
5. AMPLIFICADORES OPERACIONALES Y CIRCUITOS INTEGRADOS LINEALES. ROBERT F. COUGHLIN-
FREDERICK F. DRISCOLL. PRENTICE HALL.
6. PRINCIPIOS DE ELECTRÓNICA. MALVINO. Mc GRAW-HILL.
7. CIRCUITOS ELECTRÓNICOS: ANÁLISIS, SIMULACIÓN Y DISEÑO. NORBERT R. MALIK. PRENTICE HALL.
8. CIRCUITOS MICROELECTRÓNICOS: ANÁLISIS Y DISEÑO. RASHID. THOMSON EDITORES.
9. PRINCIPLES OF ELECTRONICS CIRCUITS. STANLEY G. BURNS-PAUL R. BOND. PWS PUBLISHING
COMPANY.
10. CIRCUITOS Y DISPOSITIVOS MICROELECTRÓNICOS. MARK N. HORENSTEIN. PRENTICE HALL.
11. CIRCUITOS MICROELECTRÓNICOS. ADEL S. SEDRA-KENNETH C. SMITH. OXFORD UNIVERSITY PRESS.

Para el mejor aprovechamiento de éste curso de Electrónica, se considera necesario que Ud.
domine los siguientes conceptos relacionados con el análisis de circuitos eléctricos:
Ley de Ohm
Leyes de Kirchhoff
Teoremas de Thévenin y Norton
Teorema de Superposición
Sería sumamente beneficioso para su desarrollo académico y profesional, que utilice los
paquetes de simulación de circuitos eléctricos y electrónicos: ORCAD, PROTEUS,
MULTISIM, LTspice, GEDA (para LINUX), ALTIUM DESIGNER (diseño Circuitos
Impresos), etc. Estas herramientas computacionales permiten evaluar, de forma simulada, el
funcionamiento de circuitos que se probarán en el laboratorio o se montarán definitivamente
en un circuito impreso.

Simulador LTspice

Simulador LTspice:
Acceso directo a la descarga
https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html
Manuales en inglés
http://www.ieca-inc.com/technologyupdates/ltspicemanualandguidelines.html
Introducción a LTspice
https://www.youtube.com/watch?v=lk77woWWwdo
Amplificador en Clase A - Simulación con Ltspice
https://www.youtube.com/watch?v=Hn7mqyMSWZs

2ib
ib
70
4
10
20
Vo
50
2
Usted debe estar en la capacidad de resolver los siguientes circuitos:
b)Determine Vo
a)Determine i1

c)Determine el circuito Thévenin equivalente visto por la resistencia de carga RL.
El objetivo de la asignatura Sistemas Electrónicos I es que Ud. conozca y
aprenda a utilizar los dispositivos electrónicos básicos: Diodos
Semiconductores, Transistores Bipolares (BJT), Transistores FET y
Amplificadores Operacionales.
TH

A menudo, al hablar de las propiedades de un material, se hace referencia a la
medición de las mismas. Medir es comparar una cantidad física con otra aceptada
como patrón, a la cual se le denomina unidad. En 1960 se adoptó el Sistema
Internacional de Medidas estableciendo reglas para los prefijos y unidades
derivadas de un conjunto de unidades que se llaman unidades base, sobre las
cuales se sustentan todas las unidades de las magnitudes o cualidades que se
pueden medir. Están representadas en la siguiente tabla:
Prefijo Símbolo Factor Prefijo Símbolo Factor
Yotta Y 1024 mili m 10-3
Zeta Z 1021 micro µ 10-6
Exa E 1018 nano n 10-9
Peta P 1015 pico p 10-12
Tera T 1012 femto f 10-15
Giga G 109 atto a 10-18
Mega M 106 zepto z 10-21
Kilo K 103 yocto y 10-24

En los tiempos actuales es difícil imaginar la vida de los seres
humanos sin los avances desarrollados por la tecnología
electrónica. Las sociedades sin las potencialidades de las
comunicaciones actuales (Internet, comunicaciones móviles,
etc.), los estudiantes sin calculadoras, tablets, laptops,
desktops, las industrias o empresas sin sistemas de
información, sistemas de control e inclusive los hogares sin
electrodomésticos medianamente sofisticados. Todo esto y
mucho más a partir de una unión semiconductora P-N.

rectificador visible
emisor de luz
regulador de voltaje infrarroja
 Diodos fotodiodo
varicap
túnel
Schottky
luz (LDR)
 Resistencias dependientes
temperatura (termistor)
BJT JFET
 Transistores FET
IGBT MOSFET
Analógicos
 Circuitos integrados
Digitales

El símbolo eléctrico del amplificador operacional que se utilizará emplea el concepto de caja
negra: lo que está dentro de la caja funciona y produce una señal a la salida como respuesta a las
señales de entrada:
+
vi(t)
- NO-INV
INV
I2
I1
Tecnología
Analógica
Tecnología
Digital

Op-Amp LM741
El esquemático mostrado corresponde al circuito integrado LM741 de la casa National
Semiconductors.
En el año 2012
Intel tenía
procesadores con
1,4 millones de
transistores.

Op-Amps de bajo consumo y tamaño

Resumen
Circuito vo(t)
Comparador lazo abierto −|𝐴𝑣| 𝑥 𝑣1 𝑡 − 𝑣2 𝑡
Seguidor de voltaje 𝑣𝑠 𝑡
Inversor −
𝑅2
𝑅1
𝑣𝑠 𝑡
No inversor
𝑅1 + 𝑅2
𝑅1
𝑣𝑠 𝑡
Sumador inversor −
𝑅
𝑅𝑥
𝑣𝑠1 𝑡 + 𝑣𝑠2 𝑡 + ⋯ + 𝑣𝑠𝑛 𝑡
Sumador no inversor 𝐴𝑣𝑓 𝑣𝑠1 𝑡 + 𝑣𝑠2 𝑡 + ⋯ + 𝑣𝑠𝑛 𝑡 ; 𝑆𝑖 𝑅1 =
𝑅2
𝑛𝐴𝑣𝑓 − 1
Restador
𝑅2
𝑅1
𝑣𝑠2 𝑡 − 𝑣𝑠1 𝑡 ; 𝑆𝑖 𝑅1 = 𝑅3 𝑦 𝑅2 = 𝑅4
Derivador inversor −𝑅𝐶
𝑑𝑣𝑠(𝑡)
𝑑𝑡
Integrador inversor −
1
𝑅𝐶
𝑣𝑠(𝑡)𝑑𝑡
Integrador no inversor
2
𝑅𝐶
𝑣𝑠 𝑡 𝑑𝑡

Cambios en la tecnología
Disco duro de 5 Megabytes de IBM en 1956.
Disco SSD (Solid State Disk) de 2 Terabytes
y 512 Gigabytes.

Los sistemas electrónicos se basan en la utilización de
dispositivos o componentes construidos con materiales
semiconductores. Inicialmente los materiales usados fueron el
Germanio (Ge) y el Silicio (Si) en ese orden, con el correr de los
tiempos, el avance de la tecnología y las necesidades del ser
humano, el Germanio dejó de ser un material óptimo para los
dispositivos y fue desplazado por el Silicio. Hoy día el Silicio está
sufriendo las mismas consecuencias que el Germanio y por las
mismas razones, dejando espacio para nuevos materiales
(Arseniuro de Galio, Grafeno y más reciente el Antimoneno) para
compensar las desventajas descubiertas cuando se requirieron
mayores velocidades, mayor capacidad de integración, menos
pérdidas óhmicas exigidas por los sistemas actuales e inclusive
necesidades futuras.

La industria electrónica lleva tiempo buscando un reemplazo para el veterano
silicio. Una de las opciones que hay sobre la mesa es la del arseniuro de galio, un
semiconductor que, bajo las circunstancias adecuadas, permite una mayor
conductividad que el propio silicio. Pero otro de los componentes alternativos al
silicio está más próximo a la realidad, y ese componente no es otro que el Nitruro de
Galio (GaN).
El Nitruro de Galio no es un desconocido ni un recién llegado a la industria, y la
prueba es que lleva décadas en uso como parte fundamental de las luces LED (es de
los pocos capaces de emitir luz azul) e incluso en lectores de Blu-ray.
Los componentes con GaN no sólo pueden ser (y ya son) más pequeños que
aquellos basados en el silicio sino que también son más eficientes: pierden menos
energía y también necesitan menos energía para funcionar. También tiene a su
favor ser un material con propiedades ópticas al contrario del opaco silicio.

Los materiales semiconductores son aquellos materiales que poseen
propiedades eléctricas que los ubican entre los materiales aislantes
y los conductores. Según la tabla periódica el número atómico del
Germanio y del Silicio es de 32 y 14, respectivamente, y la valencia es
4 para ambos. Éstos dos datos son muy importantes para describir
el comportamiento eléctrico de éstos dos materiales en específico,
por una parte establece que el número de electrones disponibles
para la conducción eléctrica es 4 (capa de valencia) y que la
cantidad total de electrones es 32 (Ge) y 14 (Si).

El número atómico de un elemento químico es el número total
de protones que tiene cada átomo de ese elemento. Los átomos
de diferentes elementos tienen distintos números de electrones
y protones. Un átomo en su estado natural es neutro y tiene un
número igual de electrones y protones. El número atómico no se
repite en átomos de elementos diferentes, le otorga una
naturaleza y estructura. Esto ha permitido establecer patrones
de comparación y, por lo tanto, clasificar y ordenar a los
elementos. En la tabla periódica los elementos se ordenan de
acuerdo con sus números atómicos en orden creciente.

Un modelo atómico es una representación estructural de un átomo,
que trata de explicar su comportamiento y propiedades. Una capa
electrónica, capa de electrones o cubierta de electrones puede
pensarse como el conjunto de órbitas seguidas por un grupo de
electrones alrededor del núcleo de un átomo. Cada capa puede
contener un cierto número máximo de electrones, y está asociada con
un particular rango de energía en función de su distancia al núcleo. El
nombre de las capas de electrones se deriva del modelo de Bohr, en el
cual se pensaba que los grupos de electrones orbitaban el núcleo a
ciertas distancias, así que sus órbitas formaban capas alrededor de los
núcleos.

Las capas electrónicas son numeradas correlativamente, partiendo de la
más cercana al núcleo, y se identifican mediante letras:
Capa K, n = 1, es la más interior, presente en todos los elementos
químicos.
Capa L, n = 2
Capa M, n = 3
Capa N, n = 4
Capa O, n = 5
Capa P, n = 6
Capa Q, n = 7

El número máximo de electrones que puede contener una capa n es 2n². El número
de electrones por capa es:
(1ª) Capa K hasta 2 electrones
(2ª) Capa L hasta 8 electrones
(3ª) Capa M hasta 18 electrones
(4ª) Capa N hasta 32 electrones
(5ª) Capa O hasta 50 electrones
(6ª) Capa P hasta 72 electrones
(7ª) Capa Q hasta 98 electrones
La cantidad de capas de un átomo depende de su número total de electrones. Los
electrones se disponen con prioridad en la capa más cercana al núcleo hasta que
ésta se satura (se alcanza su número máximo de electrones), los electrones
restantes se colocan en la siguiente capa hasta que está saturada y así
sucesivamente, hasta que ya no hay electrones.

Los conductores son todos aquellos que poseen menos de 4
electrones en la capa de valencia, el semiconductor es aquel que
posee 4 electrones en la capa de valencia y el aislante es el que
posee más de 4 electrones en la capa de valencia.

Modelos atómicos del Ge y el Si
Germanio Silicio

Debido a lo engorroso que puede resultar utilizar el modelo atómico
completo del Ge o el Si y dado que los electrones de la capa de valencia
son los que están directamente involucrados en la conducción
eléctrica se utiliza una forma más simplificada y equivalente de
representarlos que se muestra a continuación para el Si:

Ambas representaciones son equivalentes y utilizan a los 4 electrones de la
capa de valencia compartiendo un electrón con cada electrón del átomo
vecino en lo que se conoce como un enlace covalente, todo esto en su estado
de equilibrio en el cero absoluto. Para mantener el concepto de la
neutralidad de carga en el átomo el núcleo debe contener 4 protones.

A la temperatura del cero absoluto los materiales semiconductores se comportan como
aislantes no hay electrones disponibles para la conducción eléctrica, pero a medida que la
temperatura aumenta todos los electrones comienzan a ganar energía lo que les permitirá
ascender a la siguiente capa, pero son los electrones de la capa de valencia los que tienen la
mayor probabilidad de ascender rompiendo el enlace con el núcleo del átomo y pasar a la capa
de conducción por ser los que están en la capa más externa. Lamentablemente, la cantidad de
éstos electrones no es mucha y el nivel de temperatura para lograr una mayor cantidad de
electrones sería muy grande destruyendo el material, de aquí la naturaleza semiconductora de
éstos materiales los cuales son intrínsecamente aislantes y con una energía externa aplicada
(temperatura, luz o diferencia de potencial) se convierten en malos conductores de corriente.
Para aumentar la conductividad del material se utiliza la técnica del dopaje: combinar el
elemento con otros elementos de manera de aumentar la cantidad de cargas libres débilmente
asociadas al átomo manteniendo la estructura cristalina original del material. Esta técnica
utiliza como materiales dopantes o impurezas externas elementos pentavalentes (Fósforo,
Antimonio, Arsénico) o elementos trivalentes (Boro, Galio, Indio).

Semiconductores dopados
Ge/Si combinado con material
pentavalente (Tipo N)
Ge/Si combinado con
material trivalente (Tipo P)

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