Practica de Fisica de Semiconductores

8/13/2019 Practica de Fisica de Semiconductores

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE VERACRUZ

CARRERA: INGENIERIA ELECTRNICA

MATERIA: LABORATORIO DE FISICA DE SEMICONDUCTORES

CATEDRATICO:_________________________________________________________________

NOMBRE DE ALUMNOS: _________________________________________________________

HORARIO:_________________________________ GRUPO:___________________________

NO.DECONTROL:______________________PERIODO:_________________________________

FEBRERO 2013


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INSTITUTO TECNOLOGICO DE VERACRUZ

REGLAMENTO PARA EL LABORATORIO DE MEDICIONES

MATERIA: FISICA IV (FISICA DE SEMICONDUCTORES)

1.- Respetar los horarios de labores.2.- Respeto a los maestros y compaeros.3.- Conservar el taller limpio.4.- Aceptar y cumplir con la responsabilidad que se le transfiere al recibir una herramienta o equipo, la cualconsiste en la reposicin en caso de dao o prdida.5.- Aprovechar al mximo los materiales y equipo que la escuela pone a disposicin.

o REGLAMENTO DE HIGIENE Y SEGURIDAD PARA EL LABORATORIO DE FISICA DESEMICONDUCTORES

1.- N o jugar bromas, a sus compaeros pues estas pueden causar accidentes.2.- No usar las herramientas para realizar otra operacin que no sea para la que fue diseada.3.- Prohibido fumar dentro del laboratorio.4.- No tirar AL suelo material, Desperdicios y lquidos, ya que estos pueden ocasionar accidentes.5.- No usar en clase anillos, collares o prendas que pueden ocasionar accidentes.6.- No accionar ningn equipo del cual se desconozca su funcionamiento.7.- No comer alimentos ni ingerir bebidas (refrescos) durante el tiempo que dure la prctica.

Al trmino de la prctica la zona de trabajo, as como las herramientas y equipo utilizado, debern estarlimpios.

Si durante la prctica hubiera algn accidente, Una lesin, se acudir de inmediato a la enfermera.

RECOMENDACIONES

NOTA: leer como mucho cuidado

MANUAL DE PRCTICAS: Es el reporte de comprobacin de ejercicios prcticos desarrollados en ellaboratorio de temas vistos en clase.

El manual debe tener en su portada el nombre del tecnolgico y escudo, nombre del maestro, de lamateria, del alumno, No. De control, semestre, grupo, hora.


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Los reportes se entregaran en el manual, los jueves de cada semana ASISTENCIA:Los alumnos que falten ms del 10% de las asistencias a prcticas de laboratorio en cada

unidad se les eliminara el porcentaje correspondiente. PRACTICAS: Se otorgara un porcentaje del 30% en cada unidad a los alumnos que cumplan con el total

de prcticas terminadas, concluidas y firmadas. Las prcticas se realizaran en grupos, cuyo nmero depender del total de alumnos inscritos. Las prcticas se entregaran los das mercados para el laboratorio y sern calificadas y firmadas.

Las prcticas se entregarn en el manual respectivo y ah se calificaran. Las practicas se realizaran de 2 formas (practico en el laboratorio y simulacin) Para hacerse acreedores al 30% de la prctica Todos los equipos tendrn que exponer el tema

correspondiente sin excepcin alguna y como tiene un valor para su calificacin, este deber ser bienpresentable por el equipo un miembro del equipo si as lo desean.

La exposicin deber ser concreta concisa y precisa, abarcando el contenido de los temas que comprenda.(sugerencia, utilizar mapas conceptuales).

Si algo no se tiene contemplado en este programa, se resolver sobre la marcha El alumno tendr derecho hasta10 Minutos de tolerancia para acreditar su asistencia, despus ser

acreedor a un retardo, y 3 retardos equivale a una falta. Se calificara la prctica a las personas del grupo que se encuentren en el laboratorio, previa una serie de

preguntas de la prctica. Tolerancia que el alumno tiene para llegar al laboratorio 10 Minutos, de lo contrario se proceder de la

misma manera que para el saln de clase. Nota: en caso de que no se cumpla con tares, exposicin y/o participacin en clase la calificacin del

examen tomara un valor ms alto de lo indicado.


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OBJETIVO: Que el alumnoanalice, y compruebe el funcionamiento de los distintos semiconductores, y que altrmino de esta prctica podr reafirmar:

El concepto de diagrama de bandas de energa La formacin de los semiconductores La diferencia entre los tipos de semiconductores El concepto de estructura cristalina El concepto de hueco, como se crea, que funcin realiza El sentido del flujo de corriente de electrones y huecos, El concepto de impureza, que funcin realizan A que elementos le afecta la temperatura.

INTRODUCCIN: Presentar la informacin bsica de los semiconductores.

CORRELACIN:Relacionarlo con el tema y subtemas del programa.

MATERIAL: Programa de simulacin: PSpice, Electronic Workbench, Mathead, Flash, etc.

EQUIPO: Computadora, Can, Pantalla, Cables de alimentacin

DESARROLLO DE LA METODOLOGIA: Como lo va a desarrollar

1.- De los diversos programas de cmputo que el alumno maneja, desarrolle un programa de simulacindidctica para analizar y comprender el movimiento de electrones a travs de sus bandas de energa de losmateriales semiconductores intrnsecos y extrnsecos tipo P y N.

2.1.- SEMICONDUCTOR INTRINSECO.

HuecosMovimiento Banda de Conduccin

(Ec)

del

Electrn Banda Prohibida(Eg

ElectronesBanda de Valencia

(Ev

PRACTICA No. 1.- TEORA DE BANDAS DE ENERGA ENSEMICONDUCTORES A TRAVS DE SIMULACIN.

PRACTICA

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Figura 1.1 Estructura de un semiconductor intrnseco

2.1.-Realice un programa de simulacin donde se explique objetivamente el movimiento de los electrones yhuecos, a travs de su diagrama de bandas de energa (Figura 1.1) para dicho semiconductor, a latemperatura (26C), para cada uno de siguientes casos:

2.1.a.- simulacin1:Cuando se aplica una energa externa Eg = 0eV al semiconductor intrnseco menor la

energa de la banda prohibida, describa grficamente el comportamiento que tiene el flujo de electrones yhuecos en el material y que comportamiento presenta su resistencia interna, indicado en la tabla 1.1

Ec

Eg

Ev

Figura 1. 2.- Bandas de energa del semiconductor intrnseco Eg= 0 eV

Tabla 1.1.- Descripcin grafica del flujo de electrones y huecos, para Eg = 0eV

Energa Eg = 0eV

Grafique el sentido deflujo de electrones (colorrojo)

Grafique el sentido delflujo de huecos.(color negro)

Comportamiento de suresistencia interna. (serbreve)

2.1.b.- Simulacin 2.- Auxilindose con la figura 1.2, aplique una energa externa Eg = o.5 eV alsemiconductor intrnseco que es igual a la mitad de la banda prohibida, describa grficamente el movimientoque tiene el flujo de electrones y huecos en el semiconductor y como se va comportando su resistencia,indicado en la tabla 1.2.

Tabla 1. 2.- Descripcin grafica del flujo de electrones y huecos, para Eg = 0.5eV


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Energa Eg = 0.5 eV




2.1.c.- Simulacin3.-Auxilindose con la figura 1.2, aplique una energa externa Eg = 1eV al semiconductorintrnseco que es mayor a la banda de conduccin , describa grficamente el comportamiento que tiene elflujo de electrones y huecos en el semiconductor y que pasa con su resistencia interna, indicado en la tabla1.3.

Tabla 1.3.- Descripcin grafica del flujo de electrones y huecos, para Eg = 1eV

Energa Eg = 1eV




2.2.- Repita el paso 2.1.c, y realice la simulacin para hacer que aumente el flujo de electrones y huecos, amedida que aumenta la temperatura de 26C a 35C, 45C, y 60C, que la banda prohibida se reduzca amedida que esta temperatura aumenta, indicado en la tabla 1.4.

Tabla1. 4.-Descripcin grafica del flujo de electrones y huecos y comportamiento de la bandaProhibida.

Temperatura 26C 35C 45C 60C


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Grafique el flujode electrones

Grafique el flujode huecos

Banda prohibida

2.3.- APLICANDO CAMPO ELECTRICO EXTERNOE:

Conecte una fuente de energa de 5V fijos a los extremos del semiconductor a temperaturaambiente:

Conecte un ampermetro entre el semiconductor y la fuente de voltaje.

A

E = 5VFigura 1.3.- Semiconductor intrnseco campo elctrico aplicado.

a).- Simulacin: Realice la simulacin correspondiente para indicar el sentido del flujo de electrones yhuecos a travs del diagrama de bandas de energa mostrado a temperatura ambiente.

EcA

Vdc 5V Eg

Ev

Figura 1.4.- Flujo de corriente y electrones a temperatura ambiente.

b) Simulacin:Realice la simulacin donde muestre que el mismo numero de huecos y electrones semueven a travs de su banda de conduccin y de valencia, como el campo elctrico que reciben loselectrones es mayor a la banda prohibida, estos pasan a la banda de conduccin y los hueco a la banda deValencia, la banda prohibida se reduce a medida que la disipacin de potencia trmica va aumentando de26c, a 35, 45C, 60Cc, debido al campo elctrico aplicado.

Ec


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Vdc 6 VEg

Ev

Figura 1.5.- Flujo de corriente y electrones a diferentes temperatura.

3.- SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS

3.1.- TIPO P CON CAMPO ELECTRICO APLICADO E

Aquel semiconductor intrnseco de silicio o germanio que al introducirle una impureza trivalente (+3) comoel Boro, Aluminio, galio y Indio., etc. se produce un portador libre llamado hueco por la falta de un electrnde la impureza.

3.1.1.- Simulacin para un semiconductor TIPO P


Conecte un ampermetro entre el semiconductor y la fuente de voltaje.

3.1.2.- Simulacin: Realice la simulacin para mostrar que el flujo de corriente huecos es mayor a la deelectrones a travs del circuito figura 1.6 para comprender el funcionamiento de este semiconductor..

A

Vdc = 10V

Figura 1.6. Semiconductor extrnseco t

3.1.3.-Simulacin:Realice la simulacin donde se muestre objetivamente el movimiento mayor de huecosque de electrones a travs de su diagrama de bandas de energa a temperatura ambiente, con Vdc = 10Vpara reafirmar el funcionamiento de este semiconductor figura indicado en la figura 1.7.


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EcA

Eg

Vdc 10v

Ev

Figura 1.7.- Corriente mayor de huecos que de electrones

3.2.- TIPO N CON CAMPO ELECTRICO APLICADO E

Aquel semiconductor intrnseco de silicio o germanio que al introducirle una impureza pentavalente (+5)como el Fsforo, Arsnico, Antimonio y Bismuto etc. se produce un portador libre llamado electrn porquela impureza le sobra un electrn.

3.2.1.-Simulacin para un semiconductor TIPO N


Conecte un ampermetro entre el semiconductor y la fuente de voltaje.3.2.2.-Simulacin:Realice la simulacin para mostrar que el flujo de una corriente de electrones es mayor a

la de huecos a travs del circuito figura 1.8 para comprender el funcionamiento de este semiconductor..

A

Vdc = 10 V

Figura 1.8.- Semiconductor extrnseco tipo N

3.2.3.-Aplicando la simulacin muestre objetivamente el movimiento mayor de electrones que de huecos atravs de su diagrama de bandas de energa a temperatura ambiente, con Vdc = 10Vde la figura 1.9.


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Ec

EgVDC = 10

Ev

Figura 1.9.- Corriente mayor de electrones. que de huecos.

4.1-Simulacin:

Realice una simulacin donde muestre por separado que los dos tipos de semiconductores P y N tienenaplicados el mismo voltaje 10V pero la corriente de electrones es mayor en el tipo N que en P, de razones del

porque se presenta este fenmeno.

Sugerencias didcticas:

Despus de realizada la prctica cada grupo de alumnos elaboraran un reporte de la misma, susopiniones, observaciones y sugerencias para mejorar dichas prctica.

Cada grupo de alumnos del laboratorio, elaboraran un banco de reactivos tericos y de ejercicios,para reforzar el aprendizaje de la unidad.

Un grupo de alumnos realizaran la exposicin y discusin previa de la prctica a fin de poder teneruna mayor comprensin y desarrollo de la misma.

El alumno investigara a travs de pginas web e Internet, sobre temas de importancia relacionadoscon la unidad.

Despus de la prctica, el alumno elaborara su exposicin audiovisual PC, can, retroproyector.etc. de cmo realizo la prctica y los resultados a que llego. recomendando el uso de la tcnica demapas conceptuales.

Se recomienda realizar una visita a centros de investigacin para esta prcticaReporte del alumno: El alumno expresara los detalles que se presentaron durante la realizacin de laprctica.

Bibliografa empleada: En este punto se plantea la bibliografa o pagina de Internet donde se apoyo para eldesarrollo de la prctica.

CUESTIONARIO


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Lo que busca con este tipo de apoyo es que el alumno cuente con un reforzamiento de lo aprendido en elaula y lo relacione con la prctica y tenga una visin ms clara de los semiconductores elemento bsico enelectrnica.

1.- Explique brevemente que es un diagrama de bandas de energa, que nombre se le da a cada una de laspartes que lo integran, y que funcin realizan cada una de ellas.

2.- Clasifique los tres tipos de materiales cristalinos bsicos en electrnica:

3.- Explique el concepto de unsemiconductor intrnseco de acuerdo a su criterio.

4.- Describa laoperacin de un semiconductor intrnseco respecto a la temperatura en 5 pasos partiendo dela temperatura ambiente (26C).

5.- Explique cual es la diferencia entre un semiconductor extrnseco tipo P y tipo N

6.- En que consisten cada uno de los mecanismos que se emplean para generar la corriente elctrica en un

semiconductor intrnseco?

7.- Defina el concepto de la conductividad y resistividad de un material semiconductor, cual es su diferenciaentre ellos.

8.- Un semiconductor intrnseco, se transforma en extrnseco cuando se introduce una impureza Qu es unaimpureza, que caractersticas tiene?

9.- Cuantos tipos de impurezas conoces y que funcin realizan?

10.- Defina el concepto de unSemiconductor extrnseco tipo P, que tipo impureza se utiliza (diga almenos 2

tipos de materiales).

11.- Defina el concepto de unSemiconductor extrnseco tipo N, que tipo impureza se utiliza (diga almenos 2tipos de materiales).

12.- explique brevemente como se produce el portador mayoritario y minoritario en un semiconductorextrnseco, Qu tipo de portador mayoritario y minoritario tiene el semiconductor tipo P y tipo N?

13.-Como son las resistencias internas de cada semiconductor tipo P y tipo N en estado normal; alta o bajarealice una descripcin del porque:

14.- Si en un semiconductor tipo P existen 100 Huecos y en el tipo N 100 Electrones, se aplica un campo

elctrico de 12V a ambos semiconductores a travs de sus extremos,en cual semiconductor existe mscorriente y diga porque?

15.- Dibuje el smbolo esquemtico de un semiconductor extrnseco tipo P y tipo N

CURVA CARACTERISTICA VI Y APLICACIONES DE DIODOS PNPRACTICA

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OBJETIVO: El alumno debe obtener la curva caracterstica V - I punto a punto de un diodo PN, medir lasvariables elctricas (I y V) en circuitos bsicos de aplicacin utilizando diodos semiconductores PN. As comoaprender a resolver circuitos de uno o varios diodos mediante simulacin, tanto para una seal de entradavariable como constante.

INTRODUCCIN:

CORRELACIN CON EL TEMA O SUBTEMA DEL PROGRAMA:Relacione la practica con el tema o subtemavisto en clase.

Tabla de Componentes y aparatos de medicin empleados en la prctica

COMPONENTES Y APARATOS DE LA PRACTICA

Cantidad Material para practica Equipo de Medicin

3 Diodos 1N4001 o Equivalente de silicio Milmetro2 Diodos de Germanio Osciloscopio

2 Resistencias 1.2 K Fuente de Alimentacin 020V

1 Resistencia 1K Generador de Seales

1 Resistencia 470 Puntas atenuadas paraOsciloscopio

1 Resistencia 220

1 Bolsa de Caimanes

1 Protoboard3 Hojas de papel Cuadriculado.

DESARROLLO DE LA METODOLOGA:

1.- Comprobacin de componentes:Con la ayuda de un multmetro verifique que los diodos se encuentranen buen estado y que la resistencia a utilizar sea del valor adecuado.

2.- Construya el circuito bsico todos los aparatos de medicin requeridos para obtener la curvacaracterstica punto a punto del diodo de silicio y despus cambie el diodo de Germanio por el de silicio.

VOLTAJEAPLICADO

FUENTE ( VDC )

VOLTAJE ATRAVS DEL

DIODO ( VD )

CORRIENTE POREL DIODO (Idc)

RESISTENCIA DELDIODO (Rcd) ECUACINES

246

8

10

1214

1618


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TABLA 1. DE VALORES DE LOS DIODOS DE SILICIO Y GERMANIO

3.- Determine el Voltaje de umbral (disparo) de los diodos empleados y mustrelos en la tabla 1.

4.- Obtenga las mediciones de corriente, voltaje y resistencia de los diodos indicadas en la tabla 1.

5.- Grafique las curvas caractersticas V- I de acuerdo a los valores indicados en la tabla1:

A) Para el silicio (color rojo), B) Para el germanio (color Azul)

6.- En una sola hoja grafique las dos curvas (Si y Ge) a colores y explique la diferencia

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7.-Realizar dicha prctica a travs de una simulacin y explique diferencias entre la simulacin y practico

8.- APLICACIONES CON DIODOS. Arme cada uno de los circuitos indicados y dibuje los oscilogramas

correspondientes, si la entrada es una seal triangular de 10 Vpp a 1 kHz del generador de seales.

A)


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C)

SUGERENCIAS DIDACTICAS: Que necesita saber el alumno para comprender y desarrollar la practica

REPORTE DEL ALUMNO: Resultado de la practica segn el alumno.

BIBLIOGRAFIA:Libros o manuales donde se apoyo para la realizacin de esta prctica.

CUESTIONARIO

Instrucciones: Completar el cuestionario, entregar en una hoja, la nota ser (Acumulativa).

1.- Cuntos tipos de Diodos existen?2.- Puede un diodo conducir en inversa, si, no, por qu?.1.- A qu se le denomina material extrnseco.2.- En un material semiconductor tipo N, cuales son los portadores minoritarios.3.- Indique diferencias entre un diodo de Silicio y un diodo de germanio.4.- Explique a que es corriente inversa en un diodo.5.- Dibuje un diodo polarizado en forma inversa.6.- Indique los parmetros entregados por el fabricante y qu significa cada uno de ellos.


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7.- Que es el tiempo recuperacin reversa en los diodos.8.- Investigue el comportamiento de un diodo ideal, el funcionamiento de un diodo de unin pn, y el origende las curvas caractersticas de los ltimos. Qu significa que un diodo ste polarizado en forma directa oen inversa?9.- Investigue qu funcin matemtica describe el comportamiento de un diodo de unin pn y como esafectado por la temperatura.10. Investigue qu diferencia hay entre el comportamiento de diodos de germanio y de silicio.

11.- Qu funciones desempea la resistencia R en cada uno de los circuitos?12.- Clasifique los diferentes tipos de diodos utilizados13.- En qu proporcin varia la corriente de saturacin inversa de un diodo silicio y de germanio respecto ala temperatura.14.- Investigar los valores de corriente de saturacin inversa en los diodos de silicio y germanio atemperatura ambiente15.- Cuanto vale el voltaje de la barrera de potencial de un diodo de silicio cuando esta funcionando a unatemperatura de 123C y uno de germanio a 78C)?.16.- Exprese y explique la ecuacin de corriente de un diodo PN


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APLICACIN DE DIODOS PN Y REGULADORES INTEGRADOS DE VOLTAJE

Objetivo: El alumno realizar mediciones de variables elctricas en circuitos bsicos y de aplicacin generalutilizando diodos semiconductores

Introduccin:

Correlacin con el tema o subtema del programa:Aplicaciones de los diodos semiconductores PN.

COMPONENTES Y APARATOS DE LA PRACTICACantidad Material para practica Equipo de Medicin

2 Diodos rectificador 1N4001 o equivalente Milmetro1 Puente de diodos a 1 Amp Osciloscopio

1 Transformador con derivacin central de110VAC a 24V a 2A

Fuente de Alimentacin 020V

1 Capacitor electroltico de 1200 F a 65V Generador de Seales1 Capacitor electroltico de 2200 F a 65V Puntas atenuadas para

Osciloscopio

1 Capacitor electroltico de 4400 F a 65V

1 Capacitor electroltico de 1 F a 65V1 Capacitor electroltico de 4.7 F a 65V

1 Capacitor electroltico de 220 F a 65V1 Capacitor electroltico de 1000 F a 65V

5 Resistencias de 10K W

2 Resistencias de 1K W1 Resistencias de 240K W

1 Potencimetro 5K1 Regulador de voltaje fijo LM7805

1 Regulador de voltaje variable LM3171 Bolsa de Caimanes

1 Protoboard

Desarrollo de la metodologa:

1.- Circuitos rectificadores.A) Rectificador de media onda: Arme los siguientes circuitos rectificadores de media onda y

grafique sus resultados. Utilice una seal senoidal con amplitud de 6 volts y frecuencia de: 1kHz, 5KHz y10KHz.

PRACTICA

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Grficas del circuito (a) Grficas del circuito (b)

B ) Rectificadores de onda completa:Arme los siguientes circuitos rectificadores de onda completa ygrafique las seales resultantes. Utilice el transformador de 24 Vrms a 2A conectado a la lnea dealimentacin.


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C) Rectificador con filtro capacitivo.Al circuito rectificador de onda completa conecte un capacitor enparalelo al resistor de carga. Dibujelas seales de salida. Utilice 3 valores de capacitores diferentes, 4.7 F, 220 F y 1000 F. El resistor ser de10 k .


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(a). Oscilograma con C=1200F(b). Oscilograma con C=2200 F


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(a). Oscilograma con C=4400F

D) Reguladores integrados de voltaje.Regulador de voltaje fijo de +5 volts.Arme el siguiente circuito y dibuje las seales de salida del regulador, voltaje de CD y voltaje de rizo.


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E) Regulador de voltaje variable. Arme el siguiente circuito y dibuje las seales de salida del regulador,voltaje de CD y voltaje derizo.

:NOTA:La l resistencia de 240 ser el arreglo serie de 2 resistores, uno de 220 y otro de18


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REPORTE DEL ALUMNO: Resultado de la practica segn el alumno.BIBLIOGRAFIA:Libros o manuales donde se apoyo para la realizacin de esta

CUESTIONARIO

1.- Dibujar la curva caracterstica total del diodo indicando cada uno de sus parmetros ms importantes.2.- Diga cuales son los distintos tipos aproximaciones que existen y para que casos se utilizan3.- Cuales son los modelos de resolucin de circuitos con diodos ms usados son:

4.- Cuando se dice que un diodo presenta una la resistencia esttica y dinmica5.- Cuando y porque se emplea la rectificacin monofsica de onda completa6.- Defina que es la rectificacin monofsica7.- Exprese y explique la ecuacin empleada para calcular el capacitor8.- Que pasara si se empleara diodos de germanio en la rectificacin monofsica de media onda9.- Explique qu sucede con la seal resultante, cuando se vara la frecuencia de entrada10.-Explique que resultados se tiene con la seal de salida de un circuito rectificador puente cuando seconecta un capacitor en paralelo con la resistencia.11.- De la pregunta anterior cual sera el resultado, si los capacitores se varan, con valores ms altos alempleado.12.- Explique donde y porque se emplea la rectificacin monofsica de onda completa.

DIODOS ESPECIALES, CURVAS CARACTERISTICAS Y SUS APLICACIONES

Objetivo: Visualizar la relacin Voltaje - corriente a travs de la funcin X-Y de un osciloscopio.- Analizar el comportamiento de los diodos Zener como rectificadores y reguladores de

voltaje.- Verificar el comportamiento de los diferentes dispositivos especiales de acuerdo al circuito

PRACTICA

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mostrado.

Introduccin:

Correlacin con el tema o subtema del programa:Relacin de la unidad III del programa Diodos especiales

COMPONENTES Y APARATOS DE LA PRACTICACantidad Material para practica Equipo de Medicin

2 Diodos rectificador 1N4001 o equivalente Multimetro

1 Transformador con derivacin central de110VAC a 24V a 2A

Osciloscopio

2 de c/u Diodos Zener 6.8v, y 12V Fuente de Alimentacin 020V

(4) 1 de c/u Diodos Zener de valores diferentes Generador de Seales

2 de c/u Resistencia 100, Resistencia 220Resistencia 480, 820 y 1K a W

Puntas atenuadas paraOsciloscopio

1 Bolsa de Caimanes Fuente de alimentacin

110VAC1 Protoboard

1 Diodo varactor1 Diodo Tnel

1 Termistor NCT1 Termistor PCT

Hojas de Papel cuadriculado

DESARROLLO DE LA METODOLOGA:

1. Determinar la curva caracterstica V/I punto a punto del diodo Zener (de acuerdo al valor del diodozener utilizado)

A) Armar el circuito indicado y determinar la curva caracterstica,B) Conecte un voltmetro entre extremos del diodo y un ampermetro en serie.C) Vari paulatinamente el voltaje de alimentacin y mida el voltaje de arranque (disparo) del diodo

zener

D) mida la corriente zener para diferentes valores de tensin aplicados 20VdcE) Invierta la posicin del diodo Zener y tome los datos a 20VdcF) Grafique la curva caracterstica del diodo zener de acuerdo a los valores obtenidos

NOTA: Es recomendable tomar la medicin en los puntos en los que el diodo empieza a conducir, tanto endirecta como en inversa. En ambos casos no sobrepasar los 50 mA.


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Figura 1.Medida punto a punto

PREGUNTAS A RESOLVER:

1a- Realizar una tabla con dichos datos y representar grficamente.1b- Calcular la tensin Zener y la resistencia dinmica en inversa grficamente.1c- Es igual la tensin umbral en ambos casos?1d- Es igual la tensin Zener en ambos casos?

1e- Es igual el valor de resistencia dinmica en ambos diodos?

2.- DETERMINAR LA CURVA CARACTERSTICA V/I DEL DIODO ZENER A MEDIANTE OSCILOSCOPIO

A) Construya el circuito indicado con R = 100.B) Aplique: Frecuencia = 100 Hz, Onda Triangular , V generador = 20 PP. y Offset = 0 V

C) Osciloscopio:Canal 1 entre A y B y Canal 2 entre C y B Formato XY

Figura 2.Medida mediante osciloscopio

2b- Cmo funciona el formato XY?2c- Qu se representa en el osciloscopio?2d- Coincide con la grfica de un diodo Zener? Por qu?

3.- DIODOS ZENER COMO REGULADORES DE VOLTAJE Y CORRIENTE


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A) construya los diferentes circuitos reguladores o recortadores con diodos zener

1.- Monta los siguientes circuitos en el taller:

2- Aplicando la ley de Kirchhof, determine el valor de la corriente y voltaje de salida.

3.-Coloca el transformador ~ +- 12V en la entrada y una vez conectado al cicuito, mide con el osciloscopiotanto la entrada como la salida

4.-Dibuja las formas de onda, entrada y salida en la misma grfica:5- comenta los resultados obtenidos en cada circuito, Para que sirven ? Qu aplicaciones ves a estoscircuitos?

4.- APLICACIN DE LOS DIODOS ESPECIALESA) Curva caracterstica del diodo varactor o diodo TnelB) Curva caracterstica de los termistoresC) Circuitos aplicativos con termistores


REPORTE DEL ALUMNO: Resultado de la practica segn el alumno.BIBLIOGRAFIA:Libros o manuales donde se apoyo para la realizacin de esta


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CUESTIONARIO

1.- Dibujar el smbolo del diodo Zener con todos sus parmetros que lo componen

2.- Enumerar cuatro parmetros de inters en la hoja de caractersticas de un diodo Zener.

3.-.Efecto Avalancha" "Efecto Zener",

4.- Graficar la curva caracterstica VI con todos los parmetros correspondientes del diodo zener

5.- En que consisten cada una de las aproximaciones para el diodo Zener

6.- .- Dibuje el circuito equivalente del diodo zener

7.- Dibujar el smbolo , circuito equivalente y explicar el funcionamiento de un varicap.

8.- Defina que es un diodo varactor y en que basa su funcionamiento

9.- Explique el funcionamiento de los diodos varactores, valor de capacidad que presentan y sus areas deaplicacin10.- Dibuje el smbolo y circuito equivalente de los diodos schottky, indicando sus elementos que locomponen y porque le nominan semiconductor portador mayoritario11- Describir dos ventajas de los diodos Schottky en comparacin con los dems diodos12- Explique el funcionamiento del diodo Schottky a bajas y altas frecuencias13.- Indique cuales son las caractersticas elctricas y operativas del diodo schottky y cules son suslimitaciones14.- Dibuje el smbolo y circuito equivalente del diodo Tnel, Curva caracterstica y parmetros ms

importantes.15.- Defina que es un diodo Tnel, como funciona y sus principales caractersticas16.- Indicar los campos de aplicacin del diodo tnel y sus circuitos equivalentes en alta frecuencia17.- Dibuje el smbolo de un termistor, las partes que lo integran18.- Defina que es un termistor, su curva caracterstica y como funciona19.- Clasifique a los tipos de termistores, como funciona cada uno de ellos y su curva de respuesta.20.- Determine la ecuacin que determina el valor de un termistor.

EJERCICIOS A RESOLVERProponga y resuelva al menos 2 problemas de cada uno de los diodos expuestos.

1.- Realice e ejemplos con diodos Zener2.- Realice e ejemplos con diodos Schottky3.- Realice e ejemplos con diodos Tunel4.- Realice e ejemplos con diodos Varactor5.- Realice e ejemplos con diodos Termistor


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TERMISTOR

OBJETIVO:: Analizar el comportamiento de la variacin de la resistencia elctrica respecto a la temperatura.Comprender el funcionamiento de un sensor de temperatura con salida resistiva

INTRODUCCIN:

CORRELACIN CON EL TEMA O SUBTEMA DEL PROGRAMA: Aplicaciones del Termistor respecto a latemperatura (Unidad 3 diodos especiales).

Material:

2 termistor de ntp (+) y ptc (-)

1 Potencimetro 1k

Protoboard

Bolsa de caimanes

1 Termmetro 0150c

Cables para conexin

Equipo:Fuente de calorFuente de voltaje 012 VdcVoltmetro (analgico o digital)Miliampermetro (analgico o digital)

DESARROLLO DE LA METODOLOGIA:Elprocedimiento para realizar dicha prctica, es el adecuado y serealizara de la siguiente manera:

1- Arme el circuito mostrado.

Potencimetro

+012v termistor Miliampermetro

-

PRACTICA

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. Circuito medidor de temperatura

2- Conecte la fuente de voltaje a un valor de 6V y fije la resistencia del potencimetro en 1003- Aplique calor al termistor PTC y llene la siguiente tabla 1 de valores.

Vdc = 6VRpot. =1K

T E M P E R A T U R A C

40C 50C 60C 70C 80C 90C

RTD

ID medidor

CT resulta

Tabla 1 mediciones del termistor a diversas temperatura.

4- Repita el paso ahora con un termistor NTC y VDC = 10 V , registre los datos en la tabla 2

Tabla 2 mediciones del termistor a diversas temperatura.

5-Vari el Potencimetro de 1v en 1v, hasta 10 Volts y no aplique temperatura al termistor, registre el valorde la ID, y de la resistencia del termistor, en la tabla 3

VDC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

RDT

TC

Tabla 3 Mediciones de ID y RDT a diferentes voltajes

Vdc =10VRpot =1K

T E M P E R A T U R A C

40C 50C 60C 70C 80C 90C

RTD -C

ID medidor

CT resulta


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6- Con los valores encontrados en la tabla grafique la curva resultante del termistor

SUGERENCIAS DIDACTICAS: Que necesita saber el alumno para comprender y desarrollar la practicaREPORTE DEL ALUMNO: Resultado de la practica segn el alumno.BIBLIOGRAFIA:Libros o manuales donde se apoyo para la realizacin de esta

CUESTIONARIO1.-Defina el concepto de un termistor2- Clasifique los diferentes tipos de termistores3-Indique atravez de una tabla los materiales con que se fabrican cada uno de los termistores4-Atravez de una tabla indique los valores de los tipos de termistores5-Brevemente explique el funcionamiento de un termistor ntc y un ptc6-Exponga algunas de las aplicaciones donde se aplica el termistor ntc y ptc7-Dibuje(2) circuitos de aplicacin de un termistor ntc, y ptc8-Exponga dos problemas resueltos de cada uno empleando termistores ntc y ptc

9-Dibuje el circuito equivalente de un termistor10-Dibuje la curva caracterstica del termistor en funcin de diferentes temperaturas11-Investigue y grafique las graficas que relacionan corriente, voltaje y temperatura.


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E L T R A N S I S T O R

OBJETIVO: Analizar y comprender los circuitos amplificadores con transistor en las configuraciones:Basecomn en polarizacin fija,

Emisorcomn en divisin de voltajeColectorcomn en auto polarizacin.

INTRODUCCION:

CORRELACIN: Aplicacin de transistores

MATERIAL:

Transistor 2N2222 NPN Resistencias comerciales segn clculos Voltaje de alimentacin Vcc = 18v Voltaje de Entrada de acuerdo a requisitos Vac = 500 mVpp Rele 12v Foco

EQUIPO:

Fuente de voltajeGenerador de funcionesMilmetroPuntas atenuadas para osciloscopioBolsa de caimanesProtoboardSocketCable alimentacin

METODOLOGA:

1. Elaborar el circuito en base comn de acuerdo a los clculos obtenidos para que funcione comoamplificador.

2. Medir las corrientes de entrada y salida, el voltaje atreves de la carga, el voltaje colector-base, emisor-base.

3. Grafique los resultados obtenidos a travs del osciloscopio y vacelos en una tabla que relacione loscalculados y medidos con los aparatos (osciloscopio y Milmetro).

4. Introduzca atreves de un generador de seal una seal alterna de 500 mV pp, grafique la forma de ondaresultante en el osciloscopio y superponga ambas seales y exprese el resultado.

5. Calcule y mida las ganancias de corriente, voltaje, resistencia y de potencia para CD y CA.

PRACTICA

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6. Arme el circuito indicado.

Figura 1 Circuito interruptor e inversor con transistores.

7. Conecte un generador de funciones que proporcione un pulso cuadrado de 10Vp de amplitud y unafrecuencia de 30Hz en el punto A y el osciloscopio conctelo en el punto B.

8. Grafique y mida la forma de onda de la seal de entrada en el punto A y salida en el punto B para cadafrecuencia.

Grafica 1 Formas de onda de entrada y salida del circuito

A

B

Transistores 2N2222


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9. Si la frecuencia de la seal de entrada se aumenta a 100Hz, grafique la nueva forma de onda con susvalores resultantes.

Grafica 2 Formas de onda de entrada y salida del circuito10 De acuerdo a los resultados obtenidos en la figura 6.3 explique como le afecto la frecuencia a la seal desalida, que parmetros afecto.

Explicacin del alumno:

11 Calcule, mida, grafique y compruebe la ganancia en voltaje (Av)del circuito mostrado

P N P

250mVpp5K

Circuito 2 Circuito AC para calculo de ganancia en voltaje

POLARIZACIONES DEL TRANSISTOR BIPOLAR


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Circuito 3 Polarizacin Fija, Polarizacin real emisor, Polarizacin colector y polarizacin de tensin

1.- Disee cada uno de los circuitos indicados, como amplificador

2.- Arme el circuito y realice todas las medidas que marquen los ampermetros y voltmetros y vaci losdatos en la tabla indicada la tabla.

Polarizacin fija:

VALORES Vcc = 12v Vce Vbe Vrc Vrb Ib Ic Ie

TERICO

PRCTICO

SIMULACIN

Polarizacin con realimentacin en el emisor:

Vcc Vce Vbe Vrc Vre Vrb Ib Ic IeTERICO

PRCTICO

SIMULACIN

Polarizacin con realimentacin en el colector:


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Vcc Vce Vbe Vrc Vrb Vr2 Ib Ic Ie

TERICO

PRCTICO

SIMULACIN

Polarizacin por divisor de tensin:

Vcc Vce Vbe Vrc Vre Vr1 Vr2 I1-2 Ib Ic Ie

TERICO

PRCTICO

SIMULACIN

TRANSISTOR EN CONMUTACIN

1.- Disea un circuito inversor para que active a un RELE y este a su vez a una lmpara alimentada con AC.

2.-Medir la potencia de salida, corriente de salida y verificar la conmutacin del circuito y medir con el Vom(Digital o analgico) y osciloscopio.

SUGERENCIAS DIDCTICAS:

REPORTE DEL ALUMNO:BIBLIOGRAFA

CUESTIONARIO

1. Dibuje un Transistor npn indicando las regiones n y p.A continuacin polarice adecuadamente eltransistor y explique como funciona.

2. Dibuje el conjunto de curvas de colector. Despus, utilizando dichas curvas muestre las cuatroregiones de operacin del transistor.

3. Dibuje un circuito de transistor con una conexin de emisor comn. Qu clase de fallos se puedenproducir en un circuito como ste?qu medidas tomara para aislar cada uno de ellos?

4. En un esquemtico que contiene transistores npn y pnp, Como identifica cada tipo? Cul es ladireccin del flujo de electrones (o de la corriente convencional)?

5. Cite un instrumento de pruebas que pueda mostrar un conjunto de curvas de colector, Lc en funcinde Vce, para un transistor.


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6. Cul es la formula de disipacin de potencia de un transistor? Conociendo esa relacin, en qulugar de la recta de carga es de esperar que la disipacin de potencia sea mxima?

7. Cules son las tres corrientes en un transistor? Como se relacionan?

8. Elabore un diagrama donde especifique todas las corrientes y sus respectivas direcciones de untransistor npnypnp.9. Los transistores pueden conectarse en cualquiera de las siguientes configuraciones: emisor comn,

colector comn y base comn. Cul es la configuracin utilizada ms frecuentemente?

10.Cuando se emplea un Voltmetro para detectar averas en un circuito de conmutacin, Cmo sepuede saber si el transistor esta en saturacin o corte?

EL FET, MOSFET Y SUS APLICACIONES

OBJETIVO:Disear y Elaborar un circuito amplificador de Voltaje en Gate - comn, Sourcecomn, Drain -comnINTRODUCCION:CORRELACIN:

MATERIAL:

Transistor 2n4093 Transistor 2n4858Resistencias comerciales segn los clculosVoltaje de alimentacin Vs = 18 vVoltaje de entrada de acuerdo a requisitos

EQUIPO:

Fuente de voltajeGenerador de funcionesMultimetroPuntas atenuadas para osciloscopioBolsa de caimanesProtoboard

METODOLOGA:

1. Elaborar el circuito en Gate comn de acuerdo a los clculos obtenidos para que funcione comoamplificador.2. Medir las corrientes de entrada y salida, el voltaje atravez de la carga, el voltaje source-base, drain-base.

PRACTICA

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3. Grafique los resultados obtenidos a travs del osciloscopio y vacelos en una tabla que relacione loscalculados y medidos con los aparatos (osciloscopio y Multimetro).4. Introduzca atravez de un generador de seal una seal alterna de 500 mV pp, grafique la forma de ondaresultante en el osciloscopio y superponga ambas seales y exprese el resultado.5. Calcule y mida las ganancias de corriente, voltaje, resistencia y de potencia para CD y CA.6. Arme el circuito indicado.

Figura 1 circuitos auto polarizados(a) y con polarizacin fija(b) con FET.

7.Con los valores encontrados en el circuito Figura (a), calcule y mida los parmetros, dados en la tabla yexprese sus diferencias.

Tabla 1

Parmetros del FET medidos y calculados.

8.Con los datos de la tabla 1 grafique la curva de Transferencia, y encuentre IDSS y Vp

9. Del circuito Figura (b), determine en base a su manual el valor mximo de la corrienteIDSS y el valor deVp.

P a r a m e t r o s

IDSSVp

10. Con los valores encontrados en el circuito Figura (b), calcule y mida los parmetros, dados en la tabla yexprese sus diferencias

MedidoVG VS VGS VD ID VDS

Calculado

ab


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Tabla 2

Parmetros del FET medidos y calculados.

Sugerencias didcticas:.Reporte del alumno:. Bibliografa:

CUESTIONARIO

1. Como funciona un JFET, incluya en su explicacin la tensin de estrangulamiento y la tensin de cortepuerta-fuente.

2.

Dibuje las curvas de drenado y la curva de transconductacia de un JFET.

3. Compare el transistor JFET con el BJT. Incluya ventajas y desventajas de cada uno de ellos.4. Como puede saber si un FET esta trabajando en la region ohmica o en la region activa?5. Dibuje un seguidor de fuenta JFEt y explique como funciona:6. Dibuje un conmutador paralelo JFET y explique como funciona:7. Dibuje un conmutador serie JFET y explique como funciona:8. Como puede utilizarce el JFET en un conmutador de electricidad estatica?9. Un JFET es un dispositivo que controla el flujo de corriente aplicando una tension a la puerta.

Explique esta afirmacion:

10.Vetaja de un amplificador cascodo:

MedidoVG VS VGSQ VD IDQ VDS

Calculado


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DISPOSITIVOS OPTICOS FOTOEMISORES

OBJETIVO: Analice y determine el comportamiento de la curva caractersticas de una fotorresistencia a

diferentes distancias de luminosidad aplicadas.

INTRODUCCIN: El alumno desarrollara la investigacin requerida para realizacin de la prctica.

CORRELACIN CON EL TEMA O SUBTEMA DEL PROGRAMA:

MATERIAL:1 Fotorresistencias1 Resistencias de 10K, de a 1 w1 Resistencias de 1.5K de a 1 w2 Led

Papel de colores

EQUIPO:Fuente de voltaje de 12VDCFuente de luz blanca y de coloresMotor de DC

DESARROLLO DE LA METODOLOGIA:

1. Investigue y construya el circuito para obtener la curva caracterstica de una fotorresistencia LDR.

2. Aplique luz blanca a la fotorresistencia de acuerdo a los valores indicados en la tabla No. 1.

Distancias (Cm) 5 10 15 20 25 30 35 40

IluminacinLux o Lumen (

foco)

PRACTICA

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Valor OhmicoValor de Voltaje

Magnitud decorriente

TABLA No. 1 Valores caractersticos de I, V y

3.- Con los valores indicados en la Tabla No. 1, obtener la curva caracterstica de la fotorresistencia.

Fig. 2 Curva caracterstica de la fotorresistencia. Luz

4.- Repita el inciso 2, ahora con incidencia de luz de distintos colores, a una distancia de 10Cm, de acuerdo alcircuito y vaci los datos en la tabla No. 2

LUZ

Papel

12V

Papel Celofn colorAzul Rojo Verde Amarillo

Fuente de luz

Corriente (mA)

A


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Voltaje ( V )

Tabla No. 2 valores caractersticos de la fotorresistencia a distintos colores

5.- Disee y compruebe el funcionamiento de un circuito regulador de voltaje con:

Fotorresistencia dependiente de la luz,. Fotorresistencia no dependiente de la luz, Convertidor de luz a tiempo con fotorresistencia, determine y grafique la seal de salida

con su frecuencia.Nota:

* Vdc = 12V* Resistencias segn valor calculado.

6.. Disee una compuerta lgica AND, OR con fotorresistencias:+ Vdc = 10V,+ Led color al gusto.+ Resistencias segn clculo.

+ Obtenga los valores resultantes de voltaje+ Compruebe su tabla de verdad, a travs del prendido y apagado del Led.

7.- Disee, construya y compruebe un circuito que controle la velocidad de un motor de DC empleandofotorresistencia, transistor, led, etc.



BIBLIOGRAFIA:Libros o manuales donde se apoyo para la realizacin de esta .

CUESTIONARIO

1.- Explique brevemente el funcionamiento de una fotorresistencia.

2.- Cuales son los materiales que se utilizan en la fabricacin de fotorresistencias dentro del espectrovisible?

3.- Cuales son los materiales que se utilizan en la fabricacin de fotorresistencias dentro del espectroinfrarrojo?

4.- Explique el funcionamiento de una fotorresistencia.

5.- Dibuje el smbolo de una fotorresistencia as como la respuesta espectral de las fotorresistencias mscomunes empleadas.

6.- Cmo responde una fotorresistencia a diferentes colores de luz y porqu?

7.- Describa la ecuacin que determina el valor ohmico de una fotorresistencia cuando esta es iluminada.


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8.-Dibuje con colores el espectro electromagntico.

8.-Que pasara con la velocidad del motor si se cambia de luz blanca a roja, a verde, a amarillo? Explique loque se este obteniendo?9.- Que potencia disipara la fotorresistencia a mxima velocidad del motor.

10.- Cuales son los rangos de valores ohmicos que posee una fotorresistencia.

11.- Cuales son los materiales en que se fabrican las fotorresistencias para que estas respondan en el rangodel infrarrojo.

12.- Cuales son los valores de las bandas prohibidas de las fotorresistencias ms empleadas y que efectotienen estas bandas sobre el funcionamiento del elemento.

13.- en que consiste el efecto de la fotoconductividad.

14.- Cuales son los parmetros principales que posee una fotorresistencia.

15.- mencione y describa cada uno de las pruebas a que son sometidas cada una de las fotorresistencias enuna industria..

16.- Brevemente explique es lo mismo fotorresistencia que celda fotoconductora?

17.-Nombre los tipos de fotorresistencias con sus valores de longitudes de onda y energa de las bandasprohibidas para la parte visible e infrarroja.


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DISPOSITIVOS OPTICOS (FOTOEMISORES FOTORECEPTORES)

OBJETIVO: Que el alumno aplique los conocimientos, elaborando circuitos con dispositivos optoelectrnicasy compruebe su funcionamiento.

INTRODUCCIN: El alumno desarrollara la investigacin requerida para realizacin de la prctica.

CORRELACIN CON EL TEMA O SUBTEMA DEL PROGRAMA:

MATERIAL: el alumno indicara los materiales que empleara para el desarrollo de cada uno de losCircuitos

EQUIPO:Fuente de voltaje VDC variable.

Fuente de luz blanca y de coloresOsciloscopioPuntasMultimetro

DESARROLLO DE LA METODOLOGIA:

3. Investigue y construya los circuitos de las compuertas lgicas de 2 entradas (con su tabla de verdad) confototransistores, diodos y led como indicador y compruebe cada una de ellas, con valores digitales yanalgicos.

a) AND b) OR c) NAND d) NOR4.- Repita el punto 3 pero utilizando como carga un motor de DC, aqu mida la corriente que emplea el motor

Para girar

5.- Construya un circuito de Switcheo con fototransistores, Resistencias y Led, y cual aplique un pulso cuyafrecuencia vari de 50KHZ, 250KHZ y 500KHZ.

a) Mida el valor de la corriente de salida para cada casob) Grafique y mida l a forma de onda resultante de salida para cada caso, con sus valores de voltaje

PRACTICA

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c) Modifique el circuito para que la salida tenga la misma forma de onda para cada casod) Mida y grafique la forma de onda de voltaje resultante en la cargae) Se cumpli el proceso de que la misma seal de entrada es igual a la salida, cual es la diferencia.



BIBLIOGRAFIA:Libros o manuales donde se apoyo para la realizacin de esta .

CUESTIONARIO

NOTA: De acuerdo al circuito el alumno elaborara un cuestionario de 10 preguntas en base al circuit.o

Practica de Fisica de Semiconductores

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