El documento describe varios dispositivos semiconductores básicos como diodos, LEDs, diodos zener, transistores bipolares, MOSFETs, IGBTs, UJTs, 555 timers, SCRs, TRIACs, DIACs y amplificadores operacionales. Explica sus características principales como la estructura, funcionamiento, aplicaciones y configuraciones.

1. María José Mora Fallas.
Sección 11-11.

2.  Dispositivo semiconductor más sencillo, se puede encontrar prácticamente
en cualquier circuito electrónico. Los diodos se fabrican en versiones de
silicio (la más utilizada) y de germanio.
 Constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados por una
juntura llamada barrera o unión. Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el
diodo de germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio.
 El semiconductor tipo N tiene electrones libres (exceso de
electrones) y el semiconductor tipo P tiene huecos libres
(ausencia o falta de electrones). Cuando una tensión positiva se aplica al lado P
y una negativa al lado N, los electrones en el lado N son empujados al lado P y
los electrones fluyen a través del material P mas allá de los límites del
semiconductor. De igual manera los huecos en el material
P son empujados con una tensión negativa al lado del
material N y los huecos fluyen a través del material N.
 El diodo se puede hacer trabajar de 2
maneras diferentes: polarización directa e
inversa.

3.  Es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero que
al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz. Existen diodos LED
de varios colores que dependen del material con el cual fueron
construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo, entre
otros. Se comporta igual que un diodo de silicio o germanio.
 Dependiendo del material de que está hecho el LED, será la emisión de la
longitud de onda y por ende el color. Ver la tabla más abajo. El LED tiene
un voltaje de operación que va de 1.5 V a 2.2 voltios aproximadamente y
la gama de corrientes que debe circular por él está entre los 10 y 20
miliamperios (mA) en los diodos de color rojo y de entre los
20 y 40 miliamperios (mA) para los otros LEDs.
 Se utiliza ampliamente en aplicaciones visuales, como
indicadoras de cierta situación específica de funcionamiento
como: desplegar contadores, indicar la polaridad de una fuente
de alimentación de corriente continua, en dispositivos de alarma,
etc.

4.  Tipo especial de diodo, que siempre se utiliza polarizado inversamente.
En este caso la corriente circula en contra de la flecha que representa el diodo. Si
el diodo zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo
rectificador común. Cuando el diodo zener funciona polarizado inversamente
mantiene entre sus terminales un voltaje constante.
 Analizando la curva del diodo zener se ve que conforme se va
aumentando negativamente el voltaje aplicado al diodo, la corriente que pasa por
el aumenta muy poco. Pero una vez que se llega a un determinado voltaje,
llamada voltaje o tensión de Zener (Vz), el aumento del voltaje (siempre
negativamente) es muy pequeño, pudiendo considerarse constante.
Para este voltaje, la corriente que atraviesa el diodo zener, puede variar en un
gran rango de valores. A esta región se le llama la
zona operativa. Esta es la característica del diodo
zener que se aprovecha para que funcione como
regulador de voltaje, pues el voltaje se mantiene
prácticamente constante para una gran variación de
corriente.

5.  El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos, puede ser de
germanio o silicio.
 Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la corriente en cada
caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de transistor.
 El transistor es un dispositivo que posee 3 patillas con los siguientes nombres: base (B),
colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el
gráfico de transistor.
 El transistor bipolar es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimos una
cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregará por otra (emisor) , una cantidad
mayor a ésta, en un factor que se llama amplificación.
 Este factor se llama ß (beta) Fórmula: Ic = ß * Ib
 Regiones operativas del transistor:
-Región de corte:(Ic = Ie = 0)
-Región de saturación: (Ic = Ie = I máxima)
-Región activa: Cuando un transistor no está ni en su región de saturación ni en
la región de corte entonces está en una región intermedia. (Ic) depende (Ib), de
ß (ganancia de corriente de un amplificador, es un dato del fabricante) y de las
resistencias que hayan conectadas en el colector y emisor). Esta región es la
más importante si lo que se desea es utilizar el transistor como un
amplificador.

7.  MOSFET significa "FET de Metal Oxido Semiconductor" o FET de
compuerta aislada.
 tipo especial de transistor FET que tiene una versión NPN y otra PNP. El
NPN es llamado MOSFET de canal N y el PNP es llamado MOSFET de
canal P.
 Una delgada capa de material aislante formada de dióxido de silicio es
colocada del lado del semiconductor y una capa de metal es colocada del
lado de la compuerta (GATE).
 En el caso de los transistores FET, la corriente de salida es controlada por
una tensión de entrada (un campo eléctrico). En este caso no existe
corriente de entrada. Los transistores MOSFET se pueden dañar con
facilidad y hay que manipularlos con cuidado. Debido a que la capa de
óxido es muy delgada, se puede destruir con facilidad si hay alta tensión o
hay electricidad estática.

8.  Transistor bipolar de puerta aislada .
 Es un dispositivo semiconductor que generalmente se aplica como
interruptor controlado en circuitos de electrónica de potencia.
 El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que
las características de conducción son como las del BJT.
 Los transistores IGBT han permitido desarrollos que no habían sido
viables hasta entonces, en particular en los Variadores de frecuencia así
como en las aplicaciones en máquinas eléctricas y convertidores de
potencia.
 Adecuado para velocidades de
conmutación de hasta 100 kHz y ha
sustituido al BJT en muchas
aplicaciones. Es usado en
aplicaciones de altas y medias
energía como fuente conmutada.
 Tiene la capacidad de manejo de corriente de un bipolar pero no requiere
de la corriente de base para mantenerse en conducción.

9.  El transistor UJT (transistor de unijuntura) es un dispositivo con un
funcionamiento diferente al de otros transistores. Es un dispositivo de disparo.
Es un dispositivo que consiste de una sola unión PN. No es un FET.
 El disparo ocurre entre el Emisor y la Base1 y el voltaje al que ocurre este
disparo está dado por la fórmula: Voltaje de disparo = Vp = 0.7 + n x VB2B1
 Consiste en una placa de material ligeramente dopado de silicio tipo-n.
Los dos contactos de base se unen a los Estos se indican como (B1) y (B2)
respectivamente. Un material de tipo p se utiliza para formar una juntura p-n
en el límite de la varilla de aluminio y la placa de silicio tipo n. El tercer terminal
llamado emisor (E) se hace a partir de este material tipo-p. El tipo n está ligeramente
contaminado, mientras que el de tipo p está fuertemente
contaminado. Como el tipo n está ligeramente dopado,
ofrece una alta resistencia mientras que el material tipo p,
ofrece baja resistividad puesto que está fuertemente
contaminado.

10.  Es un circuito integrado (chip) que se utiliza en una variedad de aplicaciones y se aplica
en la generación de pulsos y de oscilaciones. El 555 puede ser utilizado para proporcionar
retardos de tiempo, como un oscilador, y como un circuito integrado flip-flop.
 GND (1): es el polo negativo de la alimentación.
 Disparo (2): Se establece el inicio del tiempo de retardo si el 555 es configurado como
monoestable. Este proceso de disparo ocurre cuando esta patilla tiene menos de 1/3 del
voltaje.
 Salida (3): Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador.
 Reinicio (4): Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida a
nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a alimentación
para evitar que el temporizador se reinicie.
 Control de voltaje (5): Cuando el temporizador se utiliza en el modo de controlador de
voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar casi desde Vcc hasta casi 0 V Así es posible
modificar los tiempos.
 Umbral (6): Es una entrada a un comparador interno que se utiliza para poner la salida a
nivel bajo.
 Descarga (7): Utilizado para descargar con efectividad el condensador
externo utilizado por el temporizador.
 VCC (8): Es donde se conecta el voltaje de alimentación que va de
4.5 V hasta 16 V.

11.  Este tipo de funcionamiento se caracteriza por una salida con
forma de onda cuadrada (o rectangular) continua de ancho
predefinido por el diseñador del circuito. El esquema de conexión
es el que se muestra. La señal de salida tiene un nivel alto por un
tiempo t1 y un nivel bajo por un tiempo t2. La duración de estos
tiempos depende de los valores de R1, R2 y C, según las fórmulas
siguientes:

12.  Este circuito entrega un solo pulso de un ancho establecido por el
diseñador.
 El esquema de conexión es el que se muestra. La fórmula para
calcular el tiempo de duración (tiempo en el que la salida está en
nivel alto) es:

13.  SCR (Silicon Controled Rectifier / Rectificador controlado de silicio) es un dispositivo
semiconductor de 4 capas que funciona como un conmutador casi ideal.
 Es un componente electrónico constituido por elementos semiconductores que utiliza
realimentación interna para producir una conmutación. Los materiales de los que se
compone son de tipo semiconductor, es decir, dependiendo de la temperatura a la que
se encuentren pueden funcionar como aislantes o como conductores. Son dispositivos
unidireccionales porque solamente transmiten la corriente en un único sentido. Se
emplea generalmente para el control de potencia eléctrica. El dispositivo consta de un
ánodo y un cátodo, donde las uniones son de tipo PNPN entre los mismos. Por tanto se
puede modelar como 2 transistores típicos PNP y NPN.
 Se crean así 3 uniones denominadas J1, J2, J3.
 es un conmutador biestable, es decir, es el equivalente electrónico de los interruptores
mecánicos; por tanto, es capaz de dejar pasar plenamente o bloquear por completo el
paso de la corriente sin tener nivel intermedio alguno, aunque no son capaces de
soportar grandes sobrecargas de corriente. Este principio básico puede observarse
también en el diodo Shockley.
 Solo puede ser apagado con la interrupción de la fuente de
voltaje, abriendo el circuito, o bien, haciendo pasar una corriente
en sentido inverso por el dispositivo. Si se polariza inversamente
en el tiristor existirá una débil corriente inversa de fugas hasta que
se alcance el punto de tensión inversa máxima, provocándose la
destrucción del elemento (por avalancha en la unión).

14.  Es un dispositivo semiconductor, de la familia de los tiristores. La
diferencia con un tiristor convencional es que éste es unidireccional y el
TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es
un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna.
 Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que
formarían dos SCR en direcciones opuestas.
 Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación de
ánodo y cátodo) y puerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicando una
corriente al electrodo puerta.

15.  Es un dispositivo semiconductor de dos conexiones.
 Es un diodo bidireccional disparable que conduce la corriente sólo tras
haberse superado su tensión de disparo, y mientras la corriente circulante no sea
inferior al valor característico para ese dispositivo. El comportamiento es
fundamentalmente el mismo para ambas direcciones de la corriente. La mayoría de los
DIAC tienen una tensión de disparo de alrededor de 30 V.
 Se usan normalmente para disparar los triacs.
 Es un dispositivo semiconductor de dos terminales, llamados ánodo y cátodo. Actúa
como un interruptor bidireccional el cual se activa cuando el voltaje entre sus
terminales alcanza el voltaje de ruptura, dicho voltaje.
 Existen dos tipos de DIAC: DIAC de tres capas y
de cuatro capas.

16.  Dispositivo electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado)
que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos
entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia) Vout = G·(V+ − V−)
 El A.O. ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada
infinita, un ancho de banda también infinito, una impedancia de salida
nula, un tiempo de respuesta nulo y ningún ruido. Como la impedancia de
entrada es infinita también se dice que las corrientes de entrada son cero.
 El objeto de un amplificador electrónico, es elevar el valor de la tensión,
corriente o potencia de una señal variable en el tiempo, procurando
mantenerla lo más fiel posible.
 El A.O posee distintas configuraciones, estas son: comparador, seguidor,
no inversor, sumador inversor, integrar ideal, restador inversor y derivador
ideal.

17.  Comparador • Seguidor • No inversor
• Sumador inversor • Restador Inversor • Integrador ideal
• Derivador ideal
CONFIGURACIONES.

18.  Las computadoras digitales utilizan el sistema de números binarios, que
tiene dos dígitos 0 y 1. Un dígito binario se denomina un bit. La
información está representada en las computadoras digitales en grupos de
bits. Utilizando diversas técnicas de codificación los grupos de bits pueden
hacerse que representen no solamente números binarios sino también
otros símbolos discretos cualesquiera.
 La información binaria se representa en un sistema digital por cantidades
físicas denominadas señales, Las señales eléctricas tales como voltajes
existen a través del sistema digital en cualquiera de dos valores
reconocibles y representan una variable binaria igual a 1 o 0

19.  Cada compuerta tiene dos variables de entrada
designadas por A y B y una salida binaria designada
por x.
 La compuerta AND produce la multiplicación lógica
AND: esto es: la salida es 1 si la entrada A y la entrada B
están ambas en el binario 1: de otra manera, la salida es 0.
 Estas condiciones también son especificadas en la tabla de verdad
para la compuerta AND. La tabla muestra que la salida x es 1
solamente cuando ambas entradas A y B están en 1.
 El símbolo de operación algebraico de la función AND es el mismo
que el símbolo de la multiplicación de la aritmética ordinaria.
 Las compuertas AND pueden tener más de dos entradas y
por definición, la salida es 1 si todas las entradas son 1

20.  La compuerta OR produce la función sumadora, esto
es, la salida es 1 si la entrada A o la entrada B o ambas
entradas son 1; de otra manera, la salida es 0.
 El símbolo algebraico de la función OR (+), es igual a la
operación de aritmética de suma.
 Las compuertas OR pueden tener más de dos entradas
y por definición la salida es 1 si cualquier entrada es 1.

21.  La compuerta NOR es el complemento de la compuerta
OR y utiliza el símbolo de la compuerta OR seguido de
un círculo pequeño (quiere decir que invierte la señal).
Las compuertas NOR pueden tener más de dos
entradas, y la salida es siempre el complemento de la
función OR.

22.  Es el complemento de la función AND, como se indica
por el símbolo gráfico, que consiste en una compuerta
AND seguida por un pequeño círculo (quiere decir que
invierte la señal).
 La designación NAND se deriva de la abreviación NOT
- AND. Una designación más adecuada habría sido
AND invertido puesto que es la función AND la que se
ha invertido.
 Las compuertas NAND pueden tener más de dos
entradas, y la salida es siempre el complemento de la
función AND.

23.  Es una puerta lógica digital cuya función es la inversa
de la puerta OR exclusiva (XOR). La versión de dos
entradas implementa la igualdad lógica, comportándose
de acuerdo a la tabla.
 Una salida ALTA (1) resulta si ambas las entradas a la
puerta son las mismas. Si una pero no ambas entradas
son altas (1), resulta una salida BAJA (0).