1 semiconductores instrumentacion2008/clases/ diodosytransistores.ppt 2008

1

Semiconductores

http://einstein.ciencias.uchile.cl/Instrumentacion2008/Clases/

DiodosyTransistores.ppt

2008

2

Pregunta.¿Cuántas cargas eléctricas atraviesan la ventana de área a durante un tiempo t?

vt

a

Respuesta. Las contenidas en el volumen avt.

3

Las contenidas en el volumen son cavt.

c = cargas por unidad de volumen ( Cm-3)

a = Área de la ventana ( m2 )

v = velocidad de las cargas ( ms-1 )

t = intervalo de tiempo ( s )

Unidades de cAvt? C m-3 m2 m s-1 s

4

Número de cargas que atraviesan la ventana en un tiempo t es cAvt coulomb.

Densidad de corriente = J = Número de cargas que pasan la ventana por unidad de área y por unidad de tiempo = cv (C m-3 m s-1 = amper m-2).

La velocidad es el producto de la movilidad de las cargas multiplicada por la fuerza que las impulsa

cvJ

fuerzamovilidadcJ

Am-2

Am-2

5

La movilidad es la velocidad que toman las cargas cuando se les aplica una fuerza de 1 newton por coulomb.(m C s-1N-1)

cvJ fuerzamovilidadcJ

Am-2

Am-2

La conductividad, , el producto de la movilidad por la concentración de las cargas (m C s-1N-1 C m-3 )

fuerzaJ m-2 C2 s-1N-1 N C-1 Am-2

6

fuerzaJ m-2 C2 s-1N-1 N C-1 Am-2

La unidad de potencial eléctrico, V, es el voltio o volt, V, igual a 1 joule por coulomb.

La fuerza aplicada a cada coulomb es menos el gradiente de potencial eléctrico, V. (joule C-1m-1= N C-1 ).

1-NC dx

dVfuerza

En una sola dimensión:

7

La intensidad de la corriente, i, en un conductor de área a es:

m

A

2

dx

dVJ q

Adx

dVai

Donde V es la diferencia de potencial entre los extremos del conductor.

AVl

ai

En una dimensión la densidad de corriente:

Para un conductor de área y composición homogénea, de largo l la corriente es:

8

AV 1l

aG

Conductancia, G, siemens, S.

VA 1al

R Resistencia, R, ohm,

a

lR

Resistividad, , cm

A Vla

i Intensidad de

corriente, i , amper

Conductividad, , Scm-1

9

Semiconductores

http://en.wikipedia.org/wiki/Semiconductors

10

Silicio (Si) puro es muy poco conductor

11

Silicio (Si) puro es muy poco conductor

12

P, As, Sb

Si con impurezas es buen conductor

13

B, Ga, In, Al

Si con impurazas es buen conductor

14

Diodos

15

E de los electrones

E de los huecos

0

16

E de los electrones

E de los huecos

0

17

E de los electrones

E de los huecos

0

18

E de los electrones

E de los huecos

0

19

+

-

E de los electrones

E de los huecos

0

http://en.wikipedia.org/wiki/Diode

http://en.wikipedia.org/wiki/Light_emiting_diode

21

1 volt en el nodo 2 equivale a una intensidad de corriente de 1 amper

26AV

101.510500

13

3

R R 1012 ohm @ V < 0

28

-5.0E-12

0.0E+00

5.0E-12

1.0E-11

1.5E-11

2.0E-11

2.5E-11

-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2

Voltaje, volt

Co

rrie

nte

, am

per

29

1,0E-14

1,0E-13

1,0E-12

1,0E-11

1,0E-10

0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,17 0,19

Voltaje, volt

Co

rrie

nte

, am

per

)ln(ibaV

)ln(ibaV

ie baV /

volt028.0)100ln(05.018.0 b

RTFVVei /00,05

0,10

0,15

0,20

1E-13 1E-12 1E-11

Corriente, amper

Vo

lata

je, v

olt

30

1.0E-13

1.0E-11

1.0E-09

1.0E-07

1.0E-05

1.0E-03

1.0E-01

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Voltaje, volt

Co

rrie

nte

, am

per

31

y = 37.842x + 0.6188

0.636

0.638

0.640

0.642

0.644

0.646

0.648

0.650

0.652

0.654

0.0005 0.0006 0.0007 0.0008 0.0009 0.001

Corriente, amper

Vo

late

je, v

olt

32

Circuito para el análisis de un diodo

33

Diodo rectificador

34

Diodo zener

http://en.wikipedia.org/wiki/Zener_diode

38

D1 D3

R3

1Mohm

A BT

G

XSC1

V3

1V 1kHz 0Deg R1

10kohm

39

R3

1Mohm

A BT

G

XSC1

V3

1V 1kHz 0Deg R1

10kohm D2

02DZ4.7D1

02DZ4.7

40

R3

1Mohm

A BT

G

XSC1

V3

1V 1kHz 0Deg R1

10kohm D2

02DZ4.7D1

02DZ4.7

D3 D4

41

R3

1Mohm

A BT

G

XSC1

V3

10V 1kHz 0Deg R1

10kohm D2

02DZ4.7D1

02DZ4.7

D3 D4

42

R1

10kohm

R2

10kohm

V1

12V

V2

12V

J1

Key = Space

J2

Key = Space

D1D2

D3D4R3

10kohm

A BT

G

XSC1

V3

1V 1kHz 0Deg

43

R1

10kohm

R2

10kohm

V1

12V

V2

12V

J1

Key = Space

J2

Key = Space

D1D2

D3D4R3

10kohm

A BT

G

XSC1

V3

1V 1kHz 0Deg

44

R1

10kohm

R2

10kohm

V1

12V

V2

12V

J1

Key = Space

J2

Key = Space

D1D2

D3D4R3

10kohm

A BT

G

XSC1

V3

1V 1kHz 0Deg

45

R1

10kohm

R2

10kohm

V1

12V

V2

12V

J1

Key = Space

J2

Key = Space

D1D2

D3D4R3

10kohm

A BT

G

XSC1

V3

1V 1kHz 0Deg

46

Transistores

47

colector base emisor

N NP

48


+

N NP

49


++

N NP

50


P PN

51


-

P PN

52


- -

P PN

53

baseemisor

colector

baseemisor

colector

Transistor NPN Transistor PNP

54

12V 1kohm

I1

1ohm

Corriente de base, AC

orrie

nte

de c

olec

tor,

A

Corriente de base, A

Cor

rient

e de

col

ecto

r, A

Ganancia de corriente del transistor. icolector/ibase

55

Ganancia de corriente del transistor. icolector/ibase

ibase

icolector

Transistor como amplificador de potencia.

W = iV = V2/R = i2R

57

100V 1kohm

1ohm

1kohm

V2

Voltaje V2, VV

olta

je c

olec

tor,

V

Transistor como amplificador de voltaje.

58

100V 1kohm

10kohm

V2

Voltaje base, VV

olta

je b

ase,

VV

olta

je e

mis

or,

V

Transistor como seguidor de emisor.

59

Fuente de Voltaje constante

Q1BJT_NPN_VIRTUAL

R1

4kohm

+ -D1BZV55-B2V7

R33kohm

+

-0.501mA

2.000 V

2.7 V

60

Q1BJT_NPN_VIRTUAL

R1

4kohm

+ -D1BZV55-B2V7

R33kohm

+

-


400 ohm

4.810mA

1.941V

61


V30V

Q1BJT_NPN_VIRTUAL

R1

4kohm

+ -D1BZV55-B2V7

R33kohm

+

-

40 Kohm40 Kohm

0.057mA

2.058V

62

R2

+-

+

-

Q1BJT_NPN_VIRTUAL

R1

2kohm

+ -D1BZV55-B2V7

R33kohm

Fuente de Corriente constante

200 ohm

1.983V

0.197V

0.984mA

63

R2

+-

+

-

Q1BJT_NPN_VIRTUAL

R1

2kohm

+ -D1BZV55-B2V7

R33kohm


20 ohm

1.983V

0.020V

0.981mA

64

R2

+-

+

-

Q1BJT_NPN_VIRTUAL

R1

2kohm

+ -D1BZV55-B2V7

R33kohm


2000 ohm

1.983V

1.965V

0.984mA

65

N NP

Transistor de efecto de camposource gate drain

66

N NP

source gate drain

670

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5

source gate drain

N NP

VDS, volt

I DS,

mic

ro a

mpe

r

68

N NP

source gate drain

V1

R1

1ohm

Q1

0V

0 V

69

N NP

source gate drain

-0.5 V

V1

R1

1ohm

Q1

-0.5V

70

N NP

source gate drain

-1 V

V1

R1

1ohm

Q1

-1V

71

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5

Vds

R1

1ohm

Q1

Vgs

VDS, volt

I DS,

mic

ro a

mpe

r

VGS = 0 volt

VGS = -0.5 volt

VGS = -1 volt

Relación corriente DS vs voltaje DS.

72

Vds

R1

1ohm

Q1

Vgs

0

50

100

150

200

250

300

350

400

-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0

VGS, volt

I DS,

mic

ro a

mpe

r

Relación corriente DS vs voltaje GS.

73

y = -28x - 11

0

5

10

15

20

25

30

-1.5 -1.25 -1 -0.75 -0.5

..

VGS, volt

VDS,

volt

Transistor como amplificador de voltaje.

1 semiconductores instrumentacion2008/clases/ diodosytransistores.ppt 2008

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