guia dispositivos semiconductores unsa parte 1

Escuela Profesional de Ingeniera Elctrica

1 Gua de Dispositivos Semiconductores

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTN FACULTAD DE INGENIERIAS DE PRODUCCIN Y SERVICIOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA

SESION01: NORMAS DE SEGURIDAD Y UTILIZACIN DE

INSTRUMENTOS I.- OBJETIVO: Comprobar las caractersticas elctricas de cada tipo de instrumento que se va

a utilizar en el laboratorio con la finalidad de poder usar el instrumento

adecuado en cada experimento.

Conocer las normas de seguridad elctricas bsicas.

Mostrar al estudiante los diferentes cuidados que se deben tener en cuenta al

utilizar los instrumentos de medicin.

II.- MARCO TERICO: Los experimentos de laboratorio son una herramienta en el proceso de

aprendizaje. Para mantener la seguridad de los estudiantes y el personal, as

como la seguridad de los equipos, deben seguirse algunas reglas generales. Seguridad Mantenga la salida del saln libre de obstculos.

Utilice el equipo de seguridad necesario.

Nunca energice ningn circuito, sin antes haber consultado al profesor.

No ingiera ningn tipo de alimento dentro del saln de clase.

Mantenga seriedad durante el periodo de clase evitando las bromas, juegos

y carreras.

Siga las instrucciones del profesor. Si tiene alguna duda de como utilizar el

equipo, solicite la ayuda.

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Antes de comenzar el experimento, revise el equipo e informe si hay algn

problema. Si durante el experimento se daa algn equipo, tambin deber

informarlo.

Mantenga las fuentes de voltaje o corriente apagadas mientras construye o

hace cambios al circuito. Consulte con el instructor cualquier duda antes de

encender las fuentes.

Al terminar la sesin verificar que todo el equipo elctrico as como los

instrumentos estn apagados. NORMAS DE SEGURIDAD PARA LA UTILIZACIN DE LOS INSTRUMENTOS ELECTRICOS

1. Debe Ud. Tener idea del orden de magnitud (realizando los clculos

tericos previamente) de la tensin, intensidad de corriente o resistencia a

medir.

2. Cuando efectu mediciones en corriente continua tenga especial cuidado

con la polaridad (+ -).

3. Nunca conecte tensin al instrumento si no esta seguro de su normal

conexin.

4. Para una mayor seguridad coloque el dial selector del instrumento en el

rango ms elevado de la magnitud a medir y luego de observar la deflexin

de la aguja, pase si es necesario a una escala menor para que la medida

sea ms exacta.

5. Es aconsejable quitar siempre tensin al circuito al hacer un cambio a la

escala o si se va a manipular el circuito (modificar una conexin, o ajustar

una unin, etc.)

6. Cuando se desee medir resistencia, stos debern de estar desconectados

(aislados) de toda posible conexin.

7. En todo momento hay que tomar las medidas de seguridad elctricas

correspondientes.

8. Asegrese que el voltaje de la fuente no est en actividad antes de que

usted intente conectar el instrumento al circuito.




III. ELEMENTOS A UTILIZAR:

Generador de ondas Osciloscopio fuente DC Multmetro digital Analizador de redes Placa de montaje "BOARD"

IV. ACTIVIDADES:

a) Conocer las normas bsicas de seguridad elctrica.

b) Conocer las herramientas bsicas que se utilizaran en el laboratorio.

c) Conocer los instrumentos para la realizacin de las prcticas.

V.- CUESTIONARIO:

1. Buscar en los manuales y detallar la informacin ms importante en el

uso del osciloscopi., multimetros digitales, generador de ondas.

2. Dibujar el circuito bsico de medicin de tensiones AC y DC.

3. Dibujar el circuito bsico de medicin de corriente.

4. Dibujar el circuito bsico de medicin de resistencias

5. Presentar los resultados obtenidos en el laboratorio en forma ordenada,

indicando el circuito y las observaciones tomadas. Explicar las

diferencias con los valores tericos. Encontrar el error absoluto y relativo

6. Cules son los efectos de la corriente elctrica en el cuerpo humano?

7. Detalle la configuracin de la placa de montaje BOARD.

8. Qu software de simulacin existen para modelar circuitos

electrnicos? Explique en indique sus principales ventajas y desventajas

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:

Hacer las observaciones y conclusiones en forma clara y empleando el

menor numero de palabras, 05 de cada una como mnimo.

VII BIBLIOGRAFIA: NOTA: Las observaciones y conclusiones son de carcter personal






SESION02: CURVA DEL DIODO SEMICONDUCTOR I.- OBJETIVO: Estudiar Los diferentes modelos de circuitos rectificadores monofsicos y los tipos de recortadores. II.- MARCO TERICO: DIODO SEMICONDUCTOR .- Un diodo semiconductor esta formado por 2 capas de material semiconductor extrnseco P y N apareciendo entre ellas una capa denominada barrera de potencial si aplicamos a dicha unin una tensin exterior de signo contrario a la barrera de potencial interna, sta ir disminuyendo en anchura. A mayor tensin aplicada externamente corresponder una barrera interna menor y podremos llegar a conseguir que dicha barrera desaparezca totalmente. En este momento los electrones (portadores mayoritarios) de la zona N estn en disposicin de pasar a la zona P. Exactamente igual estn los huecos de la zona P que quieren "pasar" a la zona N. Regin agotada

o----

----o

zona P barrera interna de

potencial

zona N

Sin polarizacin




CURVA CARACTERSTICA DEL DIODO Con la polarizacin directa los electrones portadores aumentan su velocidad y al chocar con los tomos generan calor que har aumentar la temperatura del semiconductor. Este aumento activa la conduccin en el diodo.

Caracterstica I/V de un diodo semiconductor

Vu Tensin umbral Vs Tensin de saturacin Vr Tensin de ruptura OA Zona de baja polarizacin directa, pequea corriente AB Zona de conduccin OC Corriente inversa de saturacin A partir de C, zona de avalancha


Osciloscopio fuente DC Multmetro digital Placa de montaje "BOARD" Asimismo son necesarios un nmero indeterminado de unidades de

componentes pasivos, R y C, de acuerdo a los valores de los circuitos. 04 Diodos 1N4004/equivalente




IV. ACTIVIDADES:




3. Invierta el diodo como se muestra.




V.- CUESTIONARIO: 1. Presentar los resultados obtenidos en el laboratorio en forma ordenada, indicando

el circuito y las observaciones tomadas. Explicar las diferencias con los valores esperados.

2. Grafique, sobre un par de ejes la caracterstica de corriente voltaje para el diodo, en base a las tablas de polarizacin directa, compare con la terica.

3. Grafique, sobre un par de ejes la caracterstica de corriente voltaje para el diodo, en base a las tablas de polarizacin indirecta, compare con la terica

4. Explique que funcin tiene R1 en el circuito de la figura 2.1. 5. Observando las graficas de las caractersticas en directa, determine el voltaje de

arranque en directa para el diodo estudiado. 6. Calcule la resistencia esttica promedio en directa Rd para el diodo rectificador,

tomando intervalos desde Vd=650mV hasta Vd=750mV (cuatro intervalos) 7. Explique el funcionamiento del diodo y su curva caracterstica. 8. Por qu existe una corriente mnima cuando el diodo est trabajando en inversa

antes que llegue a la saturacin? 9. Cules son las aplicaciones de este dispositivo y que tipos existen? 10. Qu tipos de resistencias se consideran para modelar el diodo?

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:

Hacer las observaciones y conclusiones en forma clara y empleando el menor numero de palabras, 05 de cada una como mnimo.

VII BIBLIOGRAFIA: Indicar la bibliografa utilizada. (libros y/o pginas de internet) NOTA: Las observaciones y conclusiones son de carcter personal






SESION03: RECTIFICADORES DE MEDIA ONDA Y ONDA COMPLETA I.- OBJETIVO: Estudiar Los diferentes modelos de circuitos rectificadores monofsicos y los tipos de recortadores. II.- MARCO TERICO:

Valores promedios y efectivos de algunas ondas senoidales

INFORME PREVIO (presentar junto con el informe) 1.- Describir en forma breve las caractersticas de cada circuito a utilizar .Indicar las formas de onda. 2.- Definir las principales caractersticas .para dimensionar los diseos de rectificadores y recortadores- explicar. III. ELEMENTOS A UTILIZAR:

Generador de ondas Osciloscopio fuente DC Multmetro digital Placa de montaje "BOARD"




Asimismo son necesarios un nmero indeterminado de unidades de componentes pasivos, R y C, de acuerdo a los valores obtenidos tras los clculos tericos realizados. 3.3K, 6.8K, 10K, 330K, 680K, 2x100, 470 (1/2 W o1W), 0.22uF, 0.01Uf, 0.47uF/50V

04 Diodos 1N4004/equivalente

IV. ACTIVIDADES: 1.- Armar el circuito de la siguiente figura 1 y medir los valores de Vi y V0 , decidiendo sobre la escala y el modo de medicin( AC/DC) , haga el intento de medir en ambas funciones , anotando las observaciones del caso . 2.- Usar el osciloscopio, para observar la forma.de las seales a medir midiendo los valores mximos y Pico - .Pico , dibujando la forma de onda y verificando el valor medio y eficaz. 3.- Variar la resistencia de carga RL a 3.3K,.6.8K y 10 K, as como la fuente de 3V a 10V.

Vi Vo N Vpico Vpico-pico Vrms V DC Vpico Vpico-pico Vrms V DC

1

2

3

4

4.- Armar el circuito de la siguiente Figura procediendo como en el caso anterior:




Vi Vo N Vpico Vpico-pico Vrms V DC Vpico Vpico-pico Vrms V DC

1

2

3

4

V.- CUESTIONARIO: 1. Presentar los resultados obtenidos en el laboratorio en forma ordenada, indicando

el circuito y las observaciones tomadas. Explicar las diferencias con los valores esperados.

2. Qu tipos de rectificadores existen? EXLIQUE Y GRAFIQUE CADA UNO. 3. Calcular el valor medio y eficaz con los valores mximos medidos en el

Osciloscopio y comparar con los del multimetro para el rectificador de media onda. 4. Calcular el valor medio y eficaz con los valores mximos medidos en el

Osciloscopio y comparar con los del multimetro para el rectificador de onda completa.

5. Analizar tericamente el comportamiento del circuito rectificador de media onda y de onda completa, las especificaciones y cuidados a tener en cuenta.

6. Mencionar algunas aplicaciones de estos circuitos. 7. Efectuar la simulacin de cada uno de los circuitos y comparar los resultados con

los prcticos. VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:








SESION 04: RECORTADORES DE ONDAS I.- OBJETIVO: Estudiar los diferentes modelos de circuitos los tipos de recortadores. II. MARCO TEORICO Existe una variedad de redes de diodos que se llaman recortadores y tienen la capacidad de "recortar" una porcin de la seal de entrada sin distorsionar la parte restante de la forma de onda alterna. Hay dos categoras de recortadores: En serie, cuando el diodo est en serie con la carga (figuras 1); y en paralelo, cuando el diodo est en una trayectoria paralela a la de la carga (figuras 2). La adicin de una fuente de cd puede tener un efecto pronunciado sobre la salida de un recortador

Fig. nm. 1. Recortador en serie con fuente.

Fig. nm. 2. Recortador en paralelo (la rama diodo y fuente de cd estn en paralelo con Vo)





Generador de ondas Osciloscopio fuente DC Multmetro digital Placa de montaje "BOARD" Asimismo son necesarios un nmero indeterminado de unidades de

componentes pasivos, R de acuerdo a los circuitos de la prctica. 02 Diodos 1N4004/equivalente, RESISTENCIAS de acuerdo a circuitos.

IV. ACTIVIDADES: 1.- Armar el circuito de la siguiente Figura procediendo como en el caso anterior, tomar las seales con el osciloscopio en la entrada y en la salida, y anotar los siguientes datos: R=10K

Vo Vi N RL Vpico Vpico-pico Vrms V DC Vmin Vpico Vpico-pico Vrms

1

2

2.- Armar el circuito de la siguiente Figura procediendo como en el caso anterior, tomar las seales con el osciloscopio en la entrada y en la salida, y anotar los siguientes datos:




Vo Vi

N RL Vpico Vpico-pico Vrms V DC Vmin Vpico Vpico-pico Vrms

1

2

V.- CUESTIONARIO:

1. Menciona tres aplicaciones de los circuitos recortadores. Adems para cada aplicacin, explica el papel que desempea el circuito recortador.

2. Analizar el comportamiento del circuito recortador serie y en paralelo, las especificaciones y cuidados a tener en cuenta; y como proyectar el circuito para obtener mayores voltajes DC.

3. Realice un anlisis de los circuitos realizados en el laboratorio y explique el comportamiento del diodo a medida que se aplica el voltaje de entrada correspondiente. Dibuje la forma de onda en la salida de cada circuito. Se recomienda corroborar los resultados analticos mediante una simulacin por computadora. Considere que los diodos son ideales.

4. Influye la frecuencia de la seal en la forma de onda de salida (Vo)? 5. Existira alguna diferencia en los resultados si se utilizaran diodos de germanio

en lugar de los de silicio? Por qu? 6. Efectuar la simulacin de cada uno de los circuitos y comparar los resultados con

los prcticos. 7. Al hacer sus clculos tericos qu modelo del diodo es ms recomendable usar

y por qu? 8. Qu efecto se producir si el valor de la fuente de cd fuera mayor que la amplitud

de la seal aplicada?

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: Hacer las observaciones y conclusiones en forma clara y empleando el menor numero de palabras, 05 de cada una como mnimo.







SESION 04: CAMBIADORES DE NIVEL I.- OBJETIVO: Estudiar y comprender el funcionamiento de los circuitos cambiadores de nivel, y multiplicadores de voltaje. II.- MARCO TERICO: Muchas veces tenemos en nuestras manos un transformador de buena calidad y que puede suministrar una cantidad de corriente suficiente para alimentar un circuito especfico que estamos diseando, pero nos encontramos con la limitante que la tensin de suministro est por debajo de lo que requiere en una cantidad par o impar. Con los cambiadores de nivel se puede obtener voltajes aumentados en una proporcin de 2, 3, 4, 5, n veces, pudiendo llegar a generar altos niveles de voltaje DC. Esto quiere decir por ejemplo, que si poseen un transformador de 12 V AC en el secundario, podrn generar tensiones de 24, 36, 48,Volt DC. A estos circuitos bsicos se le denominan Multiplicadores de Tensin y tienen un sinnmero de aplicaciones sin la necesidad de utilizar transformadores con devanados centrales. Se basan en la modificacin de los circuitos de filtros con condensador que casi todos conocemos, y que se utilizan en las fuentes de poder. En general, los siguientes pasos pueden resultar tiles cuando se analizan redes de sujecin: 1. Siempre se inicia el anlisis de las redes de sujecin considerando aquella parte de la seal de entrada que polarizar directamente el diodo. Quiz esto requiera saltar un intervalo de la seal de entrada pero el anlisis no se extender por una medida innecesaria de investigacin. 2. Durante el perodo en el que se encuentra en el estado encendido puede suponerse que el capacitor se cargar en forma instantnea hasta un nivel de voltaje determinado por la red. 3. Se supone que durante el perodo que el diodo est en circuito abierto (estado "de corte") el capacitor mantendr toda su carga y consecuentemente su voltaje. 4. En todo el anlisis debe tenerse cuidado respecto a la localizacin y polaridad de referencia para Vo para asegurar que se obtienen los niveles apropiados de dicha cantidad.




5. No se olvide la regla general que establece que la excursin de la salida total debe corresponder con la de la seal de entrada. III. ELEMENTOS A UTILIZAR:

Generador de ondas Osciloscopio fuente DC Multmetro digital Placa de montaje "BOARD" Asimismo son necesarios un nmero indeterminado de unidades de

componentes pasivos, R y C, de acuerdo a los valores obtenidos tras los clculos tericos realizados. 10K, 100K (1W), 3uF/50V

02 Diodos 1N4004/equivalente IV. ACTIVIDADES: 1.- Armar el circuito de la siguiente figura 1 Cambiador de nivel, y medir los valores de

Vi y V0 , decidiendo sobre la escala y el modo de medicin( AC/DC) , haga el intento de medir en ambas funciones , anotando las observaciones del caso .

2.- Usar el osciloscopio, para observar la forma.de las seales a medir midiendo los valores mximos y Pico - .Pico , dibujando la forma de onda y verificando el valor medio y eficaz, que debe de anotar en la siguiente tabla.

3.- Variar la seal de entrada de 10V a 20V rms, y para cada variacin anotar los siguientes valores.

CAMBIADOR DE NIVEL POSITIVO

Vi Vo

N Vpico Vpico-pico

Vrms Vpico Vrms V DC

1

2




CAMBIADOR DE NIVEL NEGATIVO

Vi Vo

N Vpico Vpico-pico


1

2

CAMBIADOR DE NIVEL CON FUENTE CC

Vi Vo

N Vpico Vpico-pico


1

2




V.- CUESTIONARIO:

1. Describir en forma breve las caractersticas de caca circuito a utilizar .Indicar las formas de onda de entrada y salida.

2. Definir las principales caractersticas .para dimensionar los diseos de los circuitos cambiadores de nivel, multiplicadores de voltaje explicar.

3. Presentar los resultados obtenidos en el laboratorio en forma ordenada, indicando el circuito y las observaciones tomadas. Explicar las diferencias con los valores tericos esperados.

4. Analizar el comportamiento del circuito cambiadores de nivel, las especificaciones y cuidados a tener en cuenta. Mencionar algunas aplicaciones de estos circuitos.

5. Analizar el comportamiento del duplicador de voltaje, las especificaciones y cuidados a tener en cuenta; y como proyectar el circuito para obtener mayores voltajes de salida.

6. Mencionar las aplicaciones de estos circuitos. 7. Realizar la simulacin de los circuitos (multisim) y presentar los resultados

obtenidos, en valores y grficos. VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:




guia dispositivos semiconductores unsa parte 1

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