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
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