Guía teórica (5) - Mtodos Experimentales FI2003 e...

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etodos Experimentales – FI2003 Semestre Oto˜no 2014 Departamento de F´ ısica Facultad de Ciencias F´ ısicas y Matem´ aticas Profesores: D. Dulic, M. Flores Universidad de Chile V. Fuenzalida y R. Mu˜noz Gu´ ıa te´orica N 5 - Diodos 1. Objetivos Circuitos rectificadores Estudio de una aplicaci´ on pr´ actica: la fuente de corriente continua. Pr´ actica con el osciloscopio. 2. Introducci´ on La siguiente gu´ ıa es una referencia r´ apida a los conceptos usados en este laboratorio. Un tratamiento as detallado deber´ a ser buscado en libros de electr´ onica, f´ ısica electr´ onica o (algunos) electromag- netismo. I ) El diodo Esta es la primera actividad en que se trabajar´ a con semiconductores, considerando el diodo como primer ejemplo. Los dispositivos semiconductores se fabrican de silicio (principalmente, aunque tambi´ en se usan otros semiconductores), al cual se le agregan cantidades peque˜nas de impurezas apropiadas que alteran las propiedades originales del material. Un ´ atomo de impureza que reemplaza un ´ atomo en un cristal de silicio puede producir localmente un exceso o un d´ eficit de electrones, dependiendo del n´umero de electrones de valencia que tenga la impureza. Los electrones en exceso pueden migrar, produciendo portadores negativos, como en la conducci´ on el´ ectrica de los metales. Los electrones en eficit, llamados huecos, tambi´ en pueden migrar, produciendo portadores positivos. Los materiales semiconductores con impurezas que producen electrones libres se llaman semiconductores tipo n . Por otra parte, los semiconductores que tienen impurezas que producen huecos se llaman semiconductores tipo p . Un diodo semiconductor consiste en un trozo de material tipo n en contacto con un trozo de material tipo p (Fig. 1). En una zona cercana al ´ area de contacto (conocida como la “juntura”) los electrones libres y los huecos se neutralizan. Si se aplica un campo el´ ectrico que produzca la migraci´ on de otros electrones y huecos hacia la juntura, tambi´ en se recombinan y as´ ı fluye la corriente. Por otra parte, si el campo el´ ectrico tiene direcci´ on contraria, de manera que los electrones y los huecos se mueven alej´ andose de la juntura, la corriente se anula. De esta manera, la juntura n-p act´ua como una v´ alvula que permite el paso de la corriente en una direcci´ on solamente. Un comentario adicional: la juntura no es un etodos Experimentales - FI2003 http://www.dfi.uchile.cl/ metodos
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Fig.1: Diodo semiconductor de juntura. Figura 1: Diodo semiconductor de juntura. “terreno plano”, en el sentido que para que un electr´ on pueda cruzar esa zona debe gastar un poco de su energ´ ıa cin´ etica. As´ ı, la juntura resulta ser una brecha de potencial y tiene un valor caracter´ ıstico que depender´ a del tipo de semiconductor que se use, por ejemplo para el silicio esa brecha es de casi 1 V. Si la diferencia de potencial aplicada es menor a la de la brecha, no habr´ a corriente el´ ectrica. La Fig. 2a representa el esquema de un diodo tal como se emplea en los diagramas de los circuitos. La
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