FÍSICA ELECTRÓNICA_100414

ACTIVIDAD COLABORATIVA

PRESENTADO POR: FRIEIDEMAN DAVID PAZ PAZ

PRESENTADO A: NOEL JAIR ZAMBRANO

GRUPO: 100414_59

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ZONA CENTRO SUR_POPAYÁN

05 DE OCTUBRE DE 2015

Desarrollo de la actividad.

Fase 1.

1) Elija 3 elementos conductores, 3 aislantes y 3 semiconductores y enuncie las principales

características físicas y eléctricas que permiten clasificarlos de esta forma.

Recordemos:

Conductores: son elementos o materiales que permiten el paso de la energía ya que ofrece poca

resistencia, los conductores pueden ser: cobre, oro, hierro, aluminio

Semiconductores: estos se comportan como conductores o como aislantes dependen del campo

magnético, presión radiación o temperatura pueden ser: germanio, silicio.

Aislamiento eléctrico: se produce cuando se cubre algún elemento de instalaciones eléctricas

con un material no conductor de electricidad. Hay aislantes que pueden ser solidos (porcelana,

cristal, papel goma), líquidos (silicona) y gases (aire, nitrógeno).

Tabla de elementos.

Tipo de material

Nombre del elemento

Características

Conductor

Níquel

Metal de transición maleable Duro Dúctil Tiene propiedades ferromagnéticas Conduce electricidad y también calor De color blanquecino y también algo plateado

Latón

Es una aleación de cobre y zinc Capacidad de conformación por fundición, forja,

troquelado y mecanizado

Su densidad depende de su composición Es más duro que el cobre, pero fácil de

mecanizar, troquelar y fundir. De color amarillo brillante

Zinc

Metal blanco y azulado Si bien puede ser un metal frágil, a una

temperatura aproximada de entre 100° y 150° C se vuelve maleable

Tiene propiedades superplásticas Logra propiedades ferromagnéticas Comúnmente se encuentra en la naturaleza en

forma de minerales

Semiconductor

Germanio

Es un metaloide sólido y duro Cristalino y quebradizo De color blanco con tonalidades grisáceas Utilizado como catalizador, también en leds y

paneles solares, lentes de cámaras, radares, amplificadores de guitarras

Propiedades excelentes como semiconductor Elemento endurecedor del aluminio

Silicio

Es uno de los más abundantes Elemento químico de tipo metaloide Se presenta en forma amorfa y cristalizada Es un material solido no magnético De color grisáceo Se usa como material refractario en cerámicas y

esmaltados Es un elemento relativamente inerte Se utiliza como aleación en fundiciones Se usa para la fabricación de láseres

Azufre

No metal Inodoro, sólido pero frágil Color pálido amarillento Insoluble en agua En la naturaleza, se produce en regiones

volcánicas y de aguas termales

Aislante

Madera Es un recurso renovable, abundante, orgánico Económico y fácil de trabajar Formada por fibras de celulosa

Vidrio

Material inorgánico, duro, frágil, transparente y amorfo

Es un fluido con densidad alta Compuesto por materiales térmicamente

fusionados Es fácil de reciclar se encuentra en la naturaleza, aunque también

puede ser producido por el ser humano.

Plástico

Es una sustancia de distintas estructuras que carecen de un punto fijo de fusión

Propiedades elásticas y flexibles Sencillo y económico para fabricar Impermeable No conductores de electricidad

2) Explique el proceso de obtención de un semiconductor tipo N y uno tipo P.

Debe tener en cuenta que el proceso comience con un semiconductor puro y llegue a cada uno de

los tipos solicitados. (Puede utilizar un diagrama o imágenes de apoyo para la explicación)

Dopaje.

En la producción de semiconductores, se denomina dopaje al proceso intencional de agregar

impurezas en un semiconductor extremadamente puro con el fin de cambiar sus propiedades

eléctricas.

Semiconductor tipo N.

Se lleva a cabo el 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),

una vez añadido el material dopante, aporta sus electrones más débilmente vinculados a los

átomos del semiconductor. Este tipo de agente dopante es también conocido como material

donante, ya que da algunos de sus electrones.

El dopaje tipo N tiene como propósito producir abundancia de electrones portadores en el

material. Para ejemplo se toma el caso del silicio; sus átomos tienen una valencia atómica de

cuatro, por lo que se forma un enlace covalente con cada uno de los átomos de silicio

adyacentes. Si un átomo con cinco electrones de valencia, tales como los del grupo 15 de la tabla

periódica como el  fósforo, el arsénico o el antimonio, se incorpora a la red cristalina en el lugar

de un átomo de silicio, entonces ese átomo formará cuatro enlaces covalentes y un electrón no

enlazado. Este electrón extra da como resultado la formación de electrones libres, el número de

electrones en el material supera ampliamente el número de huecos, en ese caso los electrones son

los portadores mayoritarios y los huecos son los portadores minoritarios. A causa de que los

átomos con cinco electrones de valencia tienen un electrón extra que dar, éstos son llamados

átomos donadores. Cada electrón libre en el semiconductor nunca está lejos de un ion dopante

positivo inmóvil, y el material dopado tipo N generalmente tiene una carga eléctrica neta final de

cero.

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 que para este caso

son positivos o huecos.

Cuando se añade el material dopante libera los electrones más débilmente vinculados de los

átomos del semiconductor. Este agente dopante es también conocido como material aceptor y los

átomos del semiconductor que han perdido un electrón son denominados huecos.

El propósito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos. En el caso del silicio, un

átomo tetravalente (típicamente del grupo 14 de la tabla periódica) se le une un átomo con tres

electrones de valencia, tales como los del grupo 13 de la tabla periódica como el aluminio, el

Galio, el Boro y se incorpora a la red cristalina en el lugar de un átomo de silicio, entonces ese

átomo tendrá tres enlaces covalentes y un hueco producido que se encontrará en condición de

aceptar un electrón libre.

Así los dopantes crean los huecos. No obstante, cuando cada hueco se ha desplazado por la red,

un protón del átomo situado en la posición del hueco se ve expuesto y en breve se ve equilibrado

como una cierta carga positiva. Cuando un número suficiente de aceptores son añadidos, los

huecos superan ampliamente la excitación térmica de los electrones. Así, los huecos son

los portadores mayoritarios, mientras que los electrones son los portadores minoritarios en los

materiales tipo P. Los diamantes azules (tipo IIb), que contienen impurezas de boro (B), son un

ejemplo de un semiconductor tipo P que se produce de manera natural.

3) Consulte las etapas que conforman una fuente de alimentación regulada.

Explique la función de cada etapa, los elementos que la conforman y la forma de la señal que se

obtiene en cada etapa. (Recuerde que una fuente de alimentación recibe una señal alterna de la

red eléctrica y entrega al usuario una señal continua para la alimentación de diversos circuitos o

dispositivos)

Fuente de alimentación regulada.

Primera etapa: Transformador de poder

El transformador es un dispositivo que permite obtener voltajes mayores o menores que los

producidos por una fuente de energía eléctrica de corriente alterna (c.a). Un transformador se

compone de dos enrollamientos o embobinados eléctricamente aislados entre sí, devanados sobre

el mismo núcleo de hierro o de aire. Una corriente alterna que circula por uno de los devanados

genera en el núcleo un campo magnético alterno, del cual la mayor parte atraviesa al otro

devanado e induce en él una fuerza electro- motriz también alterna. La potencia eléctrica es

transferida así de un devanado a otro, por medio del flujo magnético a través del núcleo. El

devanado al cual se le suministra potencia se llama primario, y el que sede potencia se llama

secundario.

En cualquier transformador, no todas las líneas de flujo están enteramente en el hierro, porque

algunas de ellas vuelven a través del aire, la parte de flujo que atraviesa al primario y al

secundario es la llamada flujo mutuo y la parte que sólo atraviesa al primario es el flujo ligado al

primario y la que atraviesa sólo al secundario, se le llama flujo ligado al secundario. 

En este caso, la potencia eléctrica obtenida (potencia de salida) en el transformador será menor a

la potencia de entrada o suministrada al mismo, debido a las inevitables pérdidas por

calentamiento en el primario y secundario, mismas que se denominan perdidas del cobre además,

el primario es mayor al secundario, la tensión de salida será menor a la de entrada, puesto que

los requerimientos necesitados nos dan que la medición de salida entre estos puntos será de 12 v

ac.

Segunda etapa: Rectificación

La segunda etapa de nuestra fuente de alimentación es la que queda constituida por la

rectificación, en este punto, la señal inducida al secundario, será nuevamente inducida pero

ahora a una señal directa. nuestra fuente que es nuestro tema de estudio, en este caso posee una

rectificación a base de 4 diodos, por lo que su rectificación será de onda completa y está

conectado en "tipo puente".El funcionamiento de este rectificado es el siguiente:

Vemos que cuando la tensión v es positiva quedan polarizados en directa los diodos y d2

circulando la corriente desde d1 pasando por la resistencia de carga y cerrándose por d2, en el

próximo semi-ciclos se cortan los diodos d1 y d2 pero se ponen en directa los diodos d3 y d4

estableciéndose una corriente que sale de d3 pasa por la resistencia y se cierra a través de d4

circulando por la resistencia la corriente en una sola dirección; esto provocara que los hemiciclos

de la corriente alterna se induzcan para formar una onda muy similar a la de la figura de abajo, lo

que provoca que nuestra c.a de entrada quede más parecida a la de c.d.

Ahora bien, la corriente proporcionada no es la requerida para alimentar un dispositivo eléctrico,

puesto que a un es pulsante, por ello existe la tercera etapa de la fuente la cual nos alisara más las

crestas.

Tercera etapa: Filtro

Esta etapa, tiene como función, "suavizar" o "alizar" o "reducir" a un mínimo la componente de

rizo y elevar el valor promedio de tensión directa, el que a continuación describiremos es el

ocupado por la fuente causa de nuestro estudio, y esa base precisamente de elementos pasivos

como es el capacitor.

Nuestra fuente tiene un capacitor de 4700 mf a 16 v, el cual tendrá dicha función.

Este tipo de red de filtro, es el más ocupado por ser el más sencillo y económico, como nuestra

fuente posee pequeñas variaciones de carga y puede tolerarse algo de zumbido, es ideal para el

funcionamiento  de filtraje. El funcionamiento es el siguiente:

Por cada ciclo de la señal rectificada, el capacitor, se carga al valor pico, cuando la amplitud del

voltaje rectificado comienza a disminuir, el capacitor empieza a descargarse, su eficiencia

depende de la constante de tiempo, puesto que una carga de bajo valor pide más corriente

haciendo que el capacitor se descargue más rápidamente y el filtraje sea menor; el capacitor es

utilizado como filtraje, puesto que tiene de su lado la característica de carga de 5 tiempos

permitiéndonos que sea eficiente para esta etapa de la fuente.

Cuarta etapa: Regulador de voltaje

En muchas ocasiones necesitamos una fuente de alimentación que nos proporcione más de 1a y

esto puede convertirse en un problema que aumenta, si además queremos, por seguridad, que esa

cortocircuitable. La solución es dopar (añadir) un transistor de potencia o los que sean necesarios

para que nos proporcione la corriente deseada, la función del transistor de potencia consiste en

asumir el hecho de soportar la alta corriente que necesitamos.

4) Explique el funcionamiento de un optoacoplador, destacando los elementos lo componen y el

propósito de su uso. Enuncie algunas aplicaciones prácticas de este dispositivo.

5) De forma breve explique el funcionamiento de un transistor como amplificador de señales.

Enuncie otras aplicaciones de este dispositivo.

FASE 2: Diseño y Simulación de Circuitos Electrónicos

Tenga en cuenta que las actividades planteadas deben ser verificadas en las prácticas de

laboratorio.

Realice el diseño y la simulación de una fuente de alimentación regulada.

Tomando como base la consulta realizada en el ítem 3, de la Fase 1 de la presente Guía de

Actividades, el grupo colaborativo debe diseñar una fuente de alimentación que cumpla con las

siguientes características:

Voltaje de alimentación: 120 Vac ( ac: corriente alterna ) y 60 Hertz

Rectificador a emplear: cualquiera de las opciones estudiadas en el curso.

Debe incluir una etapa de filtrado y otra de regulación.

Voltaje de salida: puede ser cualquier valor entre 3.5 Vdc y 10 Vdc ( dc: corriente continua o

corriente directa )

Una vez se haya realizado el diseño de la fuente de alimentación regulada, se debe comprobar su

correcto funcionamiento mediante la respectiva simulación en una de las herramientas software

recomendadas en el curso. ( Circuit Maker, Electronics Workbench, etc. )

En dicha simulación deben destacar:

Los componentes de la fuente de alimentación regulada.

Las señales que se obtienen en cada etapa ( adjuntar al informe final una imagen por cada etapa )

El voltaje de salida de la fuente de alimentación. Pueden emplear como elemento de carga de la

fuente una resistencia de 1 K-ohm. ( Para comprobar el funcionamiento de la fuente se va a

emplear una resistencia eléctrica como elemento de consumo )

Algunos elementos que podrían requerir para la simulación de la fuente de alimentación son:

Transformador.

Diodos rectificadores o puente de diodos.

Condensadores.

Resistencias.

Diodos Zener o reguladores integrados.

Referencias bibliográficas.

Características del Níquel. URL:

http://www.batanga.com/curiosidades/4527/caracteristicas-del-niquel

Características del Latón. URL: https://es.wikipedia.org/wiki/Lat%C3%B3n

Características del Germanio. URL:

http://www.batanga.com/curiosidades/4542/caracteristicas-del-germanio

Características del Azufre. URL:

http://www.batanga.com/curiosidades/4462/caracteristicas-del-azufre

Características del Azufre. URL: http://www.ejemplode.com/38-quimica/3734-

caracteristicas_del_vidrio.html

Propiedades del plástico. URL:

http://www.repsol.com/es_es/productos-servicios/quimica/quimica-sociedad/

propiedades-plastico/

Semiconductor. URL: https://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor

¿Qué etapas Componen una fuente de poder regulada? URL:

http://engineers432.bligoo.com.mx/que-etapas-componen-una-fuente-de-poder-

regulada#.VhQ0wex_Oko