Informe Final de Laboratorio: Resistencias Semiconductoras

Toribio Dionicio, Hinostroza Villahuaman, Amaro Pinazo, Mallqui Galindo, Centeno Saenz

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad Nacional de Ingeniería

Lima, Perú

ricardo_2618@hotmail.com

ahinostrozav@uni.pe

mauro.elec17@gmail.com

mallqui_galindo@uni.pe

Centeno_saenz@uni.pe

Abstract This report show us the characteristics of the semiconductor resistors that have others qualities than the common resistors, in addition, it contains theory and specific information about the differences between both kinds of resistors especially in the linear and nonlinear graphics that they have; because this depends on certain parameters like temperature, light intensity, etc.

I. INTRODUCCIÓN

Como sabemos por historia, hasta fines de la década de 1940 la electrónica era considerada parte de la electricidad; aunque para aquel entonces ya existían algunos aparatos como las calculadoras. Con el descubrimiento de los materiales semiconductores que la electrónica toma la categoría de disciplina.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO

A. SEMICONDUCTOR Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o un aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o

magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla adjunta. El elemento semiconductor más usado es el silicio, el segundo el germanio, aunque idéntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos 12 y 13 con los de los grupos 16 y 15 respectivamente (GaAs, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd). Posteriormente se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s²p².

ELECTRONES Y HUECOS En un semiconductor intrínseco como el silicio a temperatura por encima del cero absoluto, habrá algunos electrones que serán excitados, cruzarán la banda prohibida y entrando en la banda de conducción, podrán producir corriente. Cuando el electrón del silicio puro atraviesa la banda prohibida, deja tras de sí un puesto vacante de electrones o "hueco" en la estructura cristalina del silicio normal. Bajo la influencia de una tensión

1

externa, tanto el electrón como el hueco se pueden mover a través del material. En un semiconductor tipo n, el dopante contribuye con electrones extras, aumentando drásticamente la conductividad. En un semiconductor tipo p, el dopante produce vacantes adicionales o huecos, que también aumentan la conductividad. Sin embargo, el comportamiento de la unión p-n es la clave para la enorme variedad de dispositivos electrónicos de estado sólido.

Semiconductor Intrínseco Intrínseco indica un material semiconductor extremadamente puro contiene una cantidad insignificante de átomos de impurezas. En él se cumple:

n=p=n i

Semiconductor Extrínseco En la práctica nos interesa controlar la concentración de portadores en un semiconductor (n o p). De este modo se pueden modificar las propiedades eléctricas: conductividad. Para ello se procede al proceso de dopado.

DOPADO

En la producción de semiconductores, se denomina dopaje al proceso intencional de agregar impurezas en un semiconductor extremadamente puro (también referido como intrínseco) con el fin de cambiar sus propiedades eléctricas. Las impurezas utilizadas dependen del tipo de semiconductores a dopar.

A los semiconductores con dopajes ligeros y moderados se los conoce como extrínsecos. Un semiconductor altamente dopado, que actúa más como un conductor que como un semiconductor, es llamado degenerado.

El número de átomos dopantes necesitados para crear una diferencia en las capacidades conductoras de un semiconductor es muy pequeño. Cuando se agregan un pequeño número de átomos dopantes (en el orden de 1

cada 100.000.000 de átomos) entonces se dice que el dopaje es bajo o ligero. Cuando se agregan muchos más átomos (en el orden de 1 cada 10.000 átomos) entonces se dice que el dopaje es alto o pesado. Este dopaje pesado se representa con la nomenclatura N+ para material de tipo N, o P+ para material de tipo P.

B. RESISTENCIA DEL FILAMENTO EN EL FOCO

Mientras más se aumenta la temperatura del filamento (aumenta el voltaje entre sus terminales) la luz emitida por él es más intensa.

Fig. 1 Partes de un foco

Nosotros en la experiencia variamos la tensión de la fuente donde había dos resistencias una de 100Ω en serie con la resistencia del foco, como las resistencias estaban en serie al aumentar la tensión estos aumentaban también por lo tanto había una variación en la temperatura y debido a esto una variación en la resistencia, pero como la variación en la temperatura era mínima la resistencia del foco no varía mucho.

No es conveniente incrementar el voltaje que alimenta un filamento pues esto reduce la vida útil de la lámpara. De hecho es necesario un corto período de calentamiento luego de encenderla, para después alcanzar su temperatura estable.

C. RESISTENCIA SEMICONDUCTORA

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LDR El LDR (Light Dependent Resistor) o resistencia dependiente de la luz o también fotocélula, es una resistencia que varía su resistencia en función de la luz que incide sobre su superficie. Cuanto mayor sea la intensidad de la luz que incide en la superficie del LDR menor será su resistencia y cuanto menos luz incida mayor será su resistencia.

Fig. 2 Resistencia LDR

Aplicaciones Se emplean en iluminación, apagado y encendido de alumbrado (interruptores crepusculares), en alarmas, en cámaras fotográficas, en medidores de luz. Las de la gama infrarroja en control de máquinas y procesos de contage y detección de objetos.

PTC El PTC (Positive Temperature Coefficient) es una resistencia en la cual su valoróhmico depende de la temperatura. Tiene un coeficiente de temperatura positivo por el cual aumenta su valor óhmico a medida que aumenta la temperatura.

Fig. 3 Resistencia PTC

Aplicaciones Las resistencias PTC son utilizadas por ejemplo en: limitación de corriente, como sensor de temperatura, desmagnetización en televisores y para la protección contra el

recalentamiento en motores eléctricos. También se utilizan en indicadores de nivel, como resistencias de compensación, como termostatos y para provocar retardos en circuitos.

NTC Un termistor NTC es un resistor cuya resistencia térmicamente sensible exhibe una disminución grande, precisa y predecible como la temperatura del núcleo de la resistencia aumenta con el rango de temperatura de funcionamiento.

Fig. 4 Termistor NTC

Aplicaciones Se utilizan para medir la temperatura, la temperatura de control y para la compensación de temperatura. También pueden ser utilizados para detectar la ausencia o presencia de un líquido, como dispositivos de limitación de corriente en los circuitos de suministro de energía, monitorización de la temperatura en aplicaciones de automoción y muchos más.

D. CIRCUITOS INTEGRADOS MOC Y OPTOELECTRONICOS

MOC Un optoacoplador es un dispositivo que basa su funcionamiento en el empleo de un haz de radiación luminosa para pasar señales de un circuito a otro sin conexión eléctrica. Estos son muy útiles cuando se utilizan por ejemplo, Microcontroladores PICs y/o PICAXE si queremos proteger nuestro microcontrolador este dispositivo es una buena opción. En general pueden sustituir los relés ya que tienen una velocidad de conmutación mayor, así como,

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la ausencia de rebotes. La gran ventaja de un optoacoplador reside en el aislamiento eléctrico que puede establecerse entre los circuitos de entrada y salida. Un moc es un optoacoplador. Dentro de su encapsulado tiene un led infrarrojo y un fototransistor, la finalidad de esto es aislar el circuito de control con el de carga.

Fig. 5 Optpacoplador MOC

Fundamentalmente este dispositivo está formado por una fuente emisora de luz, y un fotosensor de silicio, que se adapta a la sensibilidad espectral del emisor luminoso, todos estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP.

OPTOELECTRONICOS La optoelectrónica es el nexo de unión entre los sistemas ópticos y los sistemas electrónicos. Los componentes optoelectrónicos son aquellos cuyo funcionamiento está relacionado directamente con la luz.

Fig 6. Componentes optoelectrónicos

Los sistemas optoelectrónicos están cada vez más de moda. Hoy en día parece imposible mirar cualquier aparato eléctrico y no ver un

panel lleno de luces o de dígitos más o menos espectaculares. Por ejemplo, la mayoría de los walkman disponen de un piloto rojo (LED) que nos avisa de que las pilas se han agotado y que deben cambiarse. Los tubos de rayos catódicos con los que funcionan los osciloscopios analógicos y los televisores, las pantallas de cristal líquido, los modernos sistemas de comunicaciones mediante fibra óptica. Los dispositivos optoelectrónicos se denominan opto aisladores o dispositivos de acoplamiento óptico. La optoelectrónica simplemente se dedica a todo objeto o cosa que esté relacionado con la luz, como por ejemplo los teléfonos móviles, aparatos electrónicos, etc.

III. GRÁFICAS DE FUNCIONAMIENTO

A. CIRCUITO FOCO EN SERIE CON RESISTENCIA

4

0 2 4 6 8 10 12 140

1

2

3

4

5

Voltaje del foco vs. resistencia del foco

Voltaje del foco Vf

Resi

sten

cia

del f

oco

Rf

B.

CIRCUITO DEL LDR CON EL FOCO

C. CIRCUITO DEL LDR CON EL FOCO

IV. EQUIPOS Y MATERIALES

Los materiales a utilizar en el laboratorio son:

01 Termistor NTC

01 Multímetro 01 Protoboard 01 Foco de 120mA - 12V 01 Fuente de alimntación programable 01 Fotoresistencia LDR 01 Resistor 100Ω (2W), 1KΩ, 270KΩ Cables de conexión

V. APRECIACIONES Y CONCLUSIONES

A diferencia de las resistencias comunes, las resistencias semiconductoras (NTC, PTC y LDR) tienen un comportamiento exponencial esto debido a que dependen de ciertos parámetros como temperatura o intensidad luminosa.

5

0 2 4 6 8 10 12 140

1

2

3

4

5

Voltaje del foco vs. corriente del foco

voltaje del foco Vf

Corr

ient

e de

l foc

o I(m

A)

0 2 4 6 8 10 12 140

1

2

3

4

5

Voltaje del foco vs. voltaje de la resistencia

Voltaje del foco Vf

Vol

taje

de

la re

sist

enci

a V

R

0 2 4 6 8 10 12 140

1

2

3

4

5

Voltaje del foco vs. Resistencia del termistor

Voltaje del foco V

Resi

sten

cia

del t

erm

isto

r Rt

0 2 4 6 8 10 12 140

1

2

3

4

5

Voltaje del foco vs. Corriente del termistor

Voltaje del foco V

Corr

ient

e de

l ter

mis

tor I

t(m

A)

0 2 4 6 8 10 12 140

1

2

3

4

5

Voltaje del foco vs. Resistencia del LDR

Voltaje del foco V

Resi

sten

cia

del L

DR

(KΩ

)

0 2 4 6 8 10 12 140

1

2

3

4

5

Voltaje del foco vs. Corriente del LDR

Voltaje del foco V

Corr

ient

e de

l LD

R (m

A)

Debido a la poca variación de los parámetros de temperatura e intensidad luminosa, no se pudieron ver grandes efectos de variación de las resistencias semiconductoras

Estas resistencias semiconductoras (NTC, PTC, LDR) pueden ser utilizadas como sensores en las distintas aplicaciones de la electrónica. Hoy podemos verlas en acción en proyectos de domótica, drones, entre otros.

REFERENCIAS

[1] Robert L. Boylestad and Louis Nashelsky, Electroni devices and circuit theory, 10th edition.

[2] http://materias.fi.uba.ar/6625/Clases/Dispositivos_Optoelectronicos.pdf

[3] http://electronica-electronics.com/[4] http://www.electronicafacil.net/tutoriales/

Resistencias-no-lineales.php[5] Manual de laboratorio de electrónica 1 de la

FIEE-UNI

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