Instituto tecnologico de cancun

Electrónica analógica

Conductores, semiconductores, aislantes y valor R.M.S

Alumno:

Canto Sansores Carlos Antonio

Profesor:

Ing. Jorge Antonio Solís Peniche

Ing. Mecatrónica

Conductor

Un conductor es un material que, en mayor o menor medida, conduce el calor y la electricidad. Son buenos conductores los metales y malos, el vidrio, la madera, la lana y el aire

Los conductores dependen de los electrones en su estructura atómica, los llamados electrones de valencia son los responsables de las características que pueden llegar a tener.

Para conocer un poco más acerca de estos electrones podemos observar los electrones de valencia del cobre el cual es un buen conductor

 Su estructura atómica la vemos en la siguiente figura.

Su número atómico es 29. Esto significa que en el núcleo hay 29 protones (cargas positivas) y girando alrededor de él hay 29 electrones girando en diferentes órbitas

Lo que  interesa en electrónica es la órbita exterior, que es la que determina las propiedades del átomo. Como hay + 29 y - 28, queda con + 1.

Por ello vamos a agrupar el núcleo y las órbitas internas, y le llamaremos parte interna. En el átomo de cobre la parte interna es el núcleo (+ 29) y las tres primeras órbitas (- 28), con lo que nos queda la parte interna con una carga neta de +1.

Como el electrón de valencia es atraído muy débilmente por la parte interna, una fuerza externa puede liberarlo fácilmente, por eso es un buen Conductor. Nos referiremos a ese electrón de valencia, como electrón libre.

Lo que define a un buen conductor es el hecho de tener un solo electrón en la órbita de valencia (valencia 1).

Semiconductores

Un semiconductor es un elemento que tiende a comportarse como un conductor o un aislante dependiendo de los factores como pueden llegar a ser la presión, el campo eléctrico o magnético, la temperatura del ambiente entre otras cosas.

Existen varios materiales que tienen características de semiconductores aunque el más usado es el silicio seguido del germanio.

Estos se dividen en semiconductores extrínsecos e intrínsecos., a su vez los semiconductores intrínsecos son divididos en tipo P y tipo N.

Semiconductores intrínsecos

Es un cristal de silicio o germanio que forma una estructura

tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus

átomos, en la figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el

cristal se encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden

absorber la energía necesaria para saltar a la banda de conducción dejando

el correspondiente hueco en la banda de valencia (1). Las energías

requeridas, a temperatura ambiente, son de 1,12 eV y 0,67 eV para el silicio

y el germanio respectivamente.

Semiconductores extrínsecos

Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, se le añade un pequeño

porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el

semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dopado.

Evidentemente, las impurezas deberán formar parte de la estructura

cristalina sustituyendo al correspondiente átomo de silicio. Hoy en día se

han logrado añadir impurezas de una parte por cada 10 millones, logrando

con ello una modificación del material.

Semiconductor tipo N

Un Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso

de dopado añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder

aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso negativos

o electrones).

Semiconductor tipo P

Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado,

añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar

el número de portadores de carga libres (en este caso positivos o huecos).

Aislantes

La mayoría de los materiales sólidos, están clasificados como aislantes, porque ofrecen una gran resistencia al flujo de la corriente eléctrica. Los metales están clasificados como conductores porque sus electrones exteriores no están fuertemente ligados, pero en la mayoría de los materiales, aún los electrones más externos están tan fuertemente ligados, que existe esencialmente un flujo de electrones cero, a través de ellos con voltajes ordinarios. Algunos materiales son particularmente buenos aislantes y se pueden caracterizar por su alta resistividad.

En términos de la teoría de bandas de sólidos esto implica, que hay un gran espacio prohibido entre las energías de los electrones de valencia, y la energía a la cual se pueden mover los electrones libremente por el material (la banda de conducción).

Valor RMS

En electricidad y electrónica, en corriente alterna, el valor cuadrático

medio (en inglés root mean square, abreviado RMS o rms), de una corriente

variable es denominado valor eficaz. Se define como el valor de una

corriente rigurosamente constante (corriente continua) que al circular por

una determinada resistencia óhmica pura produce los mismos efectos

caloríficos (igual potencia disipada) que dicha corriente variable (corriente

alterna). De esa forma una corriente eficaz es capaz de producir el mismo

trabajo que su valor en corriente directa o continua. Como se podrá

observar derivado de las ecuaciones siguientes, el valor eficaz es

independiente de la frecuencia o periodo de la señal.

Al ser la intensidad de esta corriente variable una función continua i(t) se

puede calcular:

Como calcular el valor RMS.

1. Entiende cómo se expresan las unidades en términos eléctricos.

El voltaje proveído por una fuente a una

carga (V) crea una corriente en la carga

(I)

relacionada

a la

resistencia

de la carga

(R).

La relación entre estas unidades es V = I x R. La potencia (P) es (cuadrado de I) x R. Como I = V dividido por R, la potencia puede expresarse también como (cuadrado de I dividido por R) multiplicado por R o (cuadrado de V) dividido por R.

2. Identifica qué es RMS. El valor RMS es definido como la raíz cuadrada del promedio de los cuadrados de los valores pico de las formas de onda que componen la fuente de energía.

Por ejemplo, si la fuente de energía se

caracteriza por 4 formas de onda sumadas

con valores pico de forma de onda A1, A2,

A3 y A4, el valor RMS será la raíz cuadrada

de (la suma de los cuadrados de los cuatro

valores A (dividida por 4)).

3.Ten en cuenta que los cálculos RMS son independientes de la frecuencia. Una forma de onda que oscila más rápido que otras gasta menos tiempo en el valor pico, pero también gasta menos tiempo en las zonas de baja potencia de la fase eléctrica de la forma de onda trazada. La variación entre el pico superior e inferior de la forma de onda de alta frecuencia es más aguda y rápida que la de la forma de onda de baja frecuencia, sin embargo la rápida repetición de estos valores anula exactamente la variación. Por tanto, dos formas de onda con formas idénticas pero diferentes frecuencias entregan la misma potencia.

4. Halla la relación entre el valor pico y el valor RMS de una onda sinusoidal. La onda sinusoidal se expresa como una amplitud A veces el seno de (2 pi veces la frecuencia por el tiempo). Solamente importa la amplitud A. Una onda sinusoidal con pico en A tiene un valor RMS de A dividido por la raíz cuadrada de 2. Por ejemplo, la medida de 120 voltios RMS entregados a la casa nos muestra que la forma de onda entrante tiene el valor pico en 120 veces la raíz cuadrada de 2 o 170 voltios.

5. Deriva la potencia RMS de una onda cuadrada. Una onda cuadrada alterna entre valores positivos y negativos del valor pico establecido sin pérdidas de fase eléctricas, el cálculo del valor RMS solamente convierte todos los valores negativos a positivos, resultando en A siendo el mismo para cada pico y el valor RMS de la onda cuadrada.

6. Calcula el valor RMS de una onda diente de sierra. Una onda diente de sierra es menos eficiente que una onda sinusoidal al entregar potencia. La relación entre el valor pico y el valor RMS de una onda diente de sierra es: RMS es igual a A dividido por la raíz cuadrada de 3.