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Magnitud física, característica de los fenómenos eléctricos.
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Carga eléctrica
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Constituyen la materia y se componen de partículas cargadas eléctricamente. Núcleo en una masa central constituida de protones (carga pos) y neutrones (neutros) y los electrones orbitan el núcleo.
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Átomos
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Son partículas que poseen una carga eléctrica negativa y una masa aprox 1/2000 veces la masa de un protón o neutrón.
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Electrones
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A pesar de que su masa es mucho menor, es igual en magnitud, pero de polaridad opuesta a la carga de un protón.
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La carga del electrón
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Un cuerpo permanece neutro
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Si la cant. de protones y electrones contenidos son iguales.
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Cantidad de electricidad transportada en 1 seg. por una corriente de 1 amperio
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Carga = Culombio (C)
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Si un cuerpo cargado es colocado a la vecindad de otro cuerpo cargado experimenta una
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Fuerza electrostática
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La magnitud de la fuerza electrostrática es determina por la carga de cada cuerpo, denominada
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fuerza de atracción o repulsión.
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Trabajo por unidad de carga ejercida por el campo eléctrico sobre una partícula, sobre una partícula para que esta se mueva de un lugar a otro. Su U.M. es Voltio (V).
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Diferencia de potencial o voltaje
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La energía que almacena un cuerpo sin movimiento (reposo), esta energía resulta de la posición y configuración de un objeto.
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Energía potencial
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La energía que se genera a consecuencia de un movimiento.
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Energía cinética.
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Potencial electrostático = 0.
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Si una carga eléctrica está a una distancia infinita de otras, no ejerce fuerza de atracción o repulsión.
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Si la carga se desplaza a otra de la misma polaridad, se mueve contra la fuerza del campo eléctrico y por consiguiente incrementa su:
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Energía potencial.
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Energía por unidad de carga que se requiere para atraer una carga a ese punto, desde un punto de 0 potencial electrostático.
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Potencial electrostático
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Si un cuerpo cargado se mueve en un sist. elec. de un punto a otro, los 2 puntos (antes y después de moverse), se caracterizan por:
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La diferencia de potencial electrostático.
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Indica cuanta energía puede ser adquirida o perdida por una partícula cuando se ha movido dentro de un campo eléctrico.
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Voltaje, unidad de medida Voltio (V)
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Equivalente a la diferencia de potencial que hay entre dos puntos de un conductor, cuando al transportar entre ellos un culombio se realiza el trabajo de un julio.
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Voltio
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(Flujo de electrones) es el número de cargas en movimiento que pasan por un punto dado de un circuito en 1 seg.
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Corriente eléctrica ( i = q/t )
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Indica que carga de un culombio es transportado a través de un punto en un 1 seg.
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Amperio (A)
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Las cargas en movimiento que componen una corriente puedente tomar formas tales como: el movimiento de electrones en el:
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vacío o en un sólido
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Las cargas en movimiento que componen una corriente puedente tomar formas tales como: el movimiento de iones en:
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líquidos o gases.
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Los conductores contienen electrones libres, que se mueven fácilmente a través del conductor.
Por lo tanto el número de electrones que cruzan un área transversal del conductor por unidad de tiempo es: |
La magnitud de la corriente
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Es la partícula fundamental de constitución de la materia y diversas combinaciones forman moléculas, las cuales tienen características peculiares del material formado.
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Átomo
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Es la partícula más pequeña de un compuesto químico.
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Molécula
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Es cualquier materia formada por más de 1 clase de átomos enlazados químicamente.
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Cuerpo compuesto
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Los electrones orbitan el núcleo en capas o niveles, cada una más distante del núcleo que la anterior, siendo la última, está determina distintos valores o características del elemento, tales como la conductividad.
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Capa de valencia
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Los elementos qué en su capa de valencia, cuentan con 4 electrones, ya que cuentan con características tanto de conductores como aislantes, se denominan:
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Semiconductores
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En elementos puros como el germanio o silicio, sus átomos se colocan en patrones ordenados, estos se denominan:
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Cristales.
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Determinan la forma característica o estructura reticular del cristal resultante.
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Los electrones de valencia.
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Silicio y Germanio, tienen 4 electrones de valencia cada uno, se agrupan en una estructura reticular tal que cada uno comparte sus 4 electrones en la forma de:
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Enlaces covalentes
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Son aquellos enlaces en donde la compartición se realiza por pares de electrones que manteien unidad la red.
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Enlances covalentes.
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Si se proporciona suficiente energía externa los electrones de valencia, pueden romper sus enlaces, para moverse en:
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Forma de conducción.
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Al ser expulsados de la última orbita, se transformarán, en aquellos que rompen el enlace y forman un canal de conducción.
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Electrones libres
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En los materiales conductores, semiconductores y aislantes, existe un intervalo o banda de fuente de energía para sus electrones de valencia o libres, los cuales se denominan niveles de fuente de energía, con 3 bandas:
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De conducción, prohibida y de valencia.
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No cuenta con ningún tipo de electrones y su espaciamiento determina el tipo de material. La barrera de fuente de energía equivale a la cantidad de energía externa requerida para mover los electrones de la banda de valencia hacia la banda de conducción.
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Banda prohibida
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La fuente de energía necesaria para romper un enlace covalente está relacionada con el espaciamiento atómico en el cristal, considerándose entonces, que su banda prohibida es intermedia.
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En un semiconductor
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Las bandas se traslapan eliminando así la banda prohibida, permitiendo el libre flujo de electrones o cargas eléctricas, cuando existe una diferencia de potencial.
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En un conductor
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Por cada electrón que deja la capa de valencia se forma:
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un hueco.
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Un electrón cercano a la banda de valencia puede moverse y llenar el hueco, creando otro prácticamente sin:
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intercambio de energía
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La conducción provocada por los electrones en la banda de conducción es diferente de la conducción debida a los huecos dejados en la banda de valencia; en semiconductores puros existen:
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tantos huecos como electrones libres.
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El movimiento de los huecos es opuesto al de los electrones, actuando como partículas positivas, contribuyendo a la corriente total del elemento. Conforme aumenta la temperatura, un mayor numero de electrones se mueve a la banda de conducción y la corriente aumenta.
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Corriente de huecos.
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Los 2 métodos mediante los cuales se pueden mover los electrones y huecos a través de un cristal son:
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La difusión y el desplazamiento.
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Si un mecanismo provoca una concentración en un extremo del semiconductor, los electrones se difunden hacia el otro extremo, dando un flujo neto de carga.
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Corriente de difusión.
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Resulta de la aplicación de un campo eléctrico al semiconductor. La velocidad de este movimiento se llama velocidad de deriva, y este provoca corriente de deriva.
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El desplazamiento
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Tiene un anillo exterior completo más que el silicio, por lo que necesita una fuente de energía menor para mover electrones. Su banda prohibida es más pequeña para separar la banda de valencia y la de conducción.
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Germanio
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Las corrientes inducidas en los semiconductores puros son muy pequeñas, para aplicaciones prácticas.
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Menos de 10-9 amperios
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La conductividad puede aumentar cuando se introducen cantidades pequeñas de impurezas especificas en el cristal mediante un proceso de:
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Contaminación.
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Si la sustancia contaminante tiene electrones libres extras, se conoce como ___________, si el semiconductor contaminado es de tipo N los portadores mayoritarios son electrones y los portadores minoritarios son los huecos.
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Donador
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Si la sustancia contaminante tiene huecos libres extras, se conoce como _________________, si el semiconductor contaminado es de tipo P los portadores mayoritarios son huecos y los portadores minoritarios son los electrones.
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Receptor
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Los materiales contaminados se conocen como:
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semiconductores extrínsecos
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Las sustancias puras se conocen como:
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semiconductores intrínsecos.
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Tiene igual número de electrones libres y huecos, generados por la ionización térmica.
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El cristal semiconductor intrínseco
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La densidad de electrones libres y la densidad de huecos se denotan por las letras:
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N y P, respectivamente.
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La unión consistente de una pieza de material tipo P unida a otra de tipo N, de modo que no se rompa la estructura cristalina, se obtiene un dispositivo denominado:
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Diodo
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Materiales comunes para la construcción de un diodo:
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germanio, silicio y arseniuro de galio.
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Ha reemplazado al germanio en la fabricación de diodos, por su mayor barrera de energía que permite la operación a temperaturas más altas, aunado los costos son menores.
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El silicio
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En todo diodo de unión PN existe en la vecindad de la unión. Este fenómeno se debe a la combinación de huecos y electrones donde se unen los materiales. Tendrá muy pocos portadores.
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Región desértica (barrera de potencial)
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Los dos componentes de la corriente constituida por el movimiento de huecos y electrones a través de la unión se suman, la dirección de esta corriente es del lado P al lado N.
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Corriente de difusión (ID)
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Además de la corriente de difusión existe otra corriente, debido al desplazamiento de portadores minoritarios a través de la unión y se conoce como:
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Corriente de deriva (IS).
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Algunos de los huecos generados térmicamente en el material N se difunden a través de este material hacia el borde de la región desértica, ahí experimentan el campo eléctrico y se deslizan a lo largo de dicha región hacia el lado P, los electrones reaccionan de la misma forma, los componentes de estas acciones se complementan para formar:
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Corriente de deriva (IS).
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Si se aplica un potencial positivo en el lado P en relación con el material N, la región desértica disminuye debido a la atracción de los portadores mayoritarios al lado opuesto, esto es, el potencial negativo atrae huecos a la región P y el potencial positivo atrae electrones, y con una región desértica más pequeña la corriente puede fluir con mayor rapidez.
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El diodo está polarizado directamente
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Si la tensión se aplica de manera inversa, los electrones libres se van al material tipo N y del mismo modo los huecos van hacia el material tipo P. La región desértica se hace más ancha y el diodo actúa como aislante.
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El diodo se polariza inversamente
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Vr representa la tensión mínima para obtener una corriente significativa, conforme la tensión tienda a exceder Vr, la corriente aumenta con rapidez.
Cual es Vr aproximadamente para silicio y para germanio. |
0.7 voltios y 0.3 voltios, respectivamente.
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En el caso de polarización inversa, si la tensión negativa es lo suficientemente grande como para estar en la región de ruptura podría destruirse un diodo normal.
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Tensión inversa pico
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Aplicación principal del diodo normal, debido a su propiedad de conducción y de no conducción; la rectificación proceso de convertir una señal alterna en otra restringida en una sola dirección (continua)
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Como dispositivo rectificador
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Otra aplicación del diodo normal, que es el proceso de separar la información de la señal portadora de radiofrecuencia.
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Demodulación o detección
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Dispositivo donde la contaminación se realiza de forma tal, que la tensión de ruptura o avalancha (Vz), es muy pronunciada, si la polarización inversa excede la tensión de ruptura, el diodo normalmente no se destruye.
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Diodo Zener
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En el diodo Zener, además del portador original se genera un nuevo par electrón ion-hueco, puede tomar suficiente energía del campo aplicado y chocar con iones en otro cristal y crear nuevos pares electrón ion-hueco, esta acción es continua y así romper los enlaces covalentes, ¿como se denomina este proceso?
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Multiplicación o ruptura por avalancha.
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Mecanismo por el cual se rompen los enlaces covalentes, mediante la utilización de un campo eléctrico que ejerza una fuerza intensa en un electrón de enlace, este electrón se extrae del enlace covalente provocando la multiplicación de pares electrón-hueco.
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Ruptura Zener
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Como el efecto Zener (avalancha) se produce en un punto predecible, el diodo zener se puede utilizar como:
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Referencia de tensión
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La tensión inversa a la cual se produce la avalancha se denomina:
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Tensión Zener
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Aplicación del diodo zener, en donde la tensión de salida permanece relativamente constante aun cuando la tensión de fuente varie en un intervalo más o menos amplio.
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Regulador de tensión
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En el diodo Zener, el voltaje de salida Vz será constante en un rango de voltaje de entrada variable.
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Regulador de tensión
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Se forma al enlazar un metal, como aluminio o platino, a silicio tipo N. Se utiliza en circuitos integrado para aplicaciones de conmutación de alta velocidad.
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DIODO SCHOTTKY
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Su tensión contra corriente similar a la del Diodo de unión PN de silicio, excepto que la tensión en directo Vr es de 0.3 v en vez de 0.7 v.
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DIODO SCHOTTKY
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Cuando opera en modo directo se induce corriente por el movimiento de electrones del silicio tipo N a lo largo de la unión y a través del metal.
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DIODO SCHOTTKY
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Como los electrones se mueven casi sin resistencia a través de los metales y el tiempo de recombinación es pequeño del orden de 10 pico segs., es más rápido que un diodo unión PN. Por lo tanto tiene un gran valor en aplicaciones de conmutación de alta velocidad.
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DIODO SCHOTTKY
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Ideal para aplicaciones en supervisión de potencia de RF de bajo nivel, detectores de alta frecuencia y mezcladores de radar Doppler.
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DIODO SCHOTTKY
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Los diodos PN exhiben capacitancia cuando operan en modo de polarización inversa. Por lo que se fabrica para operar en este modo. Actuando como capacitor variable, en donde el valor de capacitancia es en función de la tensión de entrada.
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Diodo Varactor
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El uso común en el Oscilador Controlado por Tensión (VCO), que es un generador sinusoidal cuya frecuencia de salida depende de la tensión de entrada.
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Diodo Varactor
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“Diodo esaki” fuertemente dopado, provocando que la zona desértica sea pequeña, aumentando la zona de operación, conforme aumenta la polarización directa la corriente disminuye rápidamente, útil en aplicaciones de alta velocidad.
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Diodo Túnel
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Capaz de convertir la energía eléctrica en energía lumínica, útil para diversas formas de presentación y despliegue. Fuente de luz para aplicaciones de comunicación de fibra óptica.
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DIODO EMISOR DE LUZ - LED
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Transforma la energía lumínica en corriente eléctrica, mediante la aplicación de una polarización inversa, la corriente de saturación inversa se controla por la intensidad de la luz que lo ilumina.
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Fotodiodo
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La luz genera pares electrón-hueco que induce corriente, la corriente es proporcional a la intensidad de la luz efectiva en el dispositivo. Generador de CC si la tensión no excede la tensión de avalancha.
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Fotodiodo
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Tiene una región poco contaminada y casi intrínseca entre las regiones P y N, el nombre deriva del material intrínseco entre las capas P y N.
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Diodo PIN
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Por su construcción tiene capacitancia y es utilizado en altas frecuencias. Se utilizan: conmutadores de RF, alternadores y desplazadores de fase en RF; con una corriente de control variable, se emplean en modulación de amplitud.
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Diodo PIN
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Dispositivo semiconductor de 3 terminales, conformado en su estructura por 3 capas o secciones con materiales tipo P y N.
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Transitor Bipolar
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Se puede concebir como 2 uniones PN colocadas espalda contra espalda.
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Transistor Bipolar de Unión (BJT)
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El termino es debido a que en su operación participan 2 tipos de portadores huecos y electrones.
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Bipolar
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Conformado por 3 diferentes materiales semiconductores, los cuales cuentan con diferente dopado, denominados:
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Emisor, base y colector
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Cantidad de contaminación para modificar las características del material semiconductor.
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Dopado
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BJT, capa de tamaño medio diseñada para emitir o inyectar electrones, debido a su alto grado de contaminación o dopado.
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Emisor
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BJT, capa delgada diseñada para pasar electrones, con una contaminación o dopado medio.
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Base
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BJT, capa grande diseñada para recibir o colectar electrones, poco contaminada o dopada.
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Colector
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Si se aplica una diferencia de potencial entre la base y emisor, la unión base-emisor, queda polarizada:
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Directamente
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La aplicación de una diferencia de potencial entre base y colector polariza ______________, la unión base-colector.
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Inversamente
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El flujo de electrones desde el emisor al colector, y flujo de huecos desde el colector al emisor. En la base existe una recombinación de electrones y huecos que son drenados por dicha terminal con objeto de:
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Controlar el desempeño del dispositivo
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Se constituye por la corriente de base más la corriente de colector, siendo igual a la corriente de emisor.
IE = IB + IC |
Corriente total
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Es la capacidad para amplificar la corriente. Cuanto mayor es la ganancia de un transistor, más puede amplificar la corriente. β = IC / IB
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La ganancia de corriente de beta (β)
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