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1. Semiconductores

Los elementos químicos tienen diferentes propiedades eléctricas y se dividen en tres categorías: conductores, aislantes y semiconductores.

Los conductores permiten que la corriente eléctrica fluya fácilmente debido a su baja resistencia.

Los semiconductores se sitúan entre los conductores y los aislantes; en algunos casos, permiten el flujo de corriente, mientras que en otros no.

Los aislantes tienen alta resistencia a la corriente eléctrica y no permiten su paso.

Son materiales especiales que se ubican entre conductores de electricidad y aislantes. Su historia comenzó con los primitivos detectores diodos, conocidos como "de galena", que se utilizaban en los primeros radiorreceptores a principios del siglo XX.

En 1940, el investigador Russell Ohl descubrió que al agregar pequeñas cantidades de impurezas a ciertos cristales, su capacidad de conducir electricidad cambiaba cuando se exponían a la luz. Este hallazgo llevó al desarrollo de las celdas fotoeléctricas o solares. Más tarde, en 1947, William Shockley, Walter Brattain y John Bardeen crearon el primer dispositivo semiconductor de germanio, llamado "transistor", que se convirtió en la base de la electrónica moderna.

Los semiconductores, como el silicio (Si), el germanio (Ge) y el selenio (Se), tienen propiedades intermedias entre los conductores y los aislantes. Bajo ciertas condiciones, permiten que la corriente eléctrica fluya en un sentido pero no en el contrario. Esto se utiliza para rectificar corriente alterna, detectar señales de radio, amplificar corriente eléctrica y en electrónica digital.

Los elementos semiconductores en la Tabla Periódica, especialmente el silicio, son la materia prima principal para fabricar diodos, transistores, circuitos integrados y microprocesadores.

Los átomos de los semiconductores pueden tener dos, tres, cuatro o cinco electrones en su última órbita. Los más utilizados, como el silicio y el germanio, tienen cuatro electrones en su última órbita. Normalmente, los átomos de semiconductores se unen formando enlaces covalentes y no permiten el flujo de corriente eléctrica, actuando como aislantes.

Tipos de Semiconductores:

Semiconductores P y N: Para mejorar la conductividad eléctrica de los semiconductores, se pueden agregar impurezas. Las impurezas pentavalentes, como el fósforo, hacen que el semiconductor sea tipo N, mientras que las trivalentes, como el boro, lo convierten en tipo P. La combinación de estos tipos forma una unión PN.

1. Semiconductores Intrínsecos: Están en estado puro, sin impurezas. A medida que se eleva la temperatura, algunos electrones de la banda de valencia saltan a la banda de conducción, permitiendo la conducción eléctrica.

2. Semiconductores Extrínsecos: Introducen impurezas deliberadamente en la estructura cristalina del semiconductor. Esto permite la conducción de corriente eléctrica en una sola dirección. El silicio dopado con pequeñas cantidades de otros elementos se utiliza ampliamente en la industria electrónica.

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Cuáles son las diferencias entre las fuentes de tensión y corriente?

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Cuáles son las diferencias entre las fuentes de tensión y corriente?

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Fuentes Ideales

La fuente de tensión ideal suministra una tensión constante, independiente de la corriente en el circuito.

La corriente entregada por la fuente de tensión ideal depende del resto del circuito.

La fuente de corriente independiente ideal suministra una corriente constante, independiente de la tensión en el circuito.

La tensión en la fuente de corriente ideal depende del resto del circuito.

Fuentes Reales
Una fuente de tensión real puede proporcionar una corriente máxima sin cambiar su tensión de trabajo.

Una fuente de corriente real puede proporcionar una tensión máxima sin cambiar su corriente de trabajo.

Una fuente de tensión real se asemeja a una fuente de tensión ideal en serie con una resistencia interna.

Las fuentes de tensión se enfocan en mantener una tensión constante, mientras que las fuentes de corriente se centran en mantener una corriente constante en un circuito eléctrico. La elección entre una u otra depende de las necesidades específicas de diseño y aplicación en un proyecto eléctrico.

Asociación de Fuentes
a. En la asociación de fuentes de tensión en serie, dos o más fuentes de tensión se suman o restan, dando como resultado una fuente de tensión equivalente.
b. En la asociación de fuentes de tensión en paralelo, se combinan fuentes ideales con igual tensión para obtener una fuente equivalente de igual tensión.
c. Las fuentes de corriente se pueden sustituir por una única fuente de corriente en serie, cuyo valor es la suma o diferencia de las fuentes originales.
d. Las fuentes de corriente se pueden asociar en serie si tienen la misma intensidad, obteniendo una única fuente de corriente igual a las anteriores.

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Los transistores tienen tres patillas conocidas como emisor, base y colector.

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Los transistores son dispositivos utilizados para amplificar señales eléctricas fue desarrollado en los Bell Laboratories de Estados Unidos después de la Segunda Guerra Mundial como resultado de investigaciones en teoría de sólidos. Los físicos Walter H. Brattain, William Shockley, John Bardeen, Gerald Pearson y el físico-químico Robert Gibney formaron un grupo para investigar semiconductores, que condujo al desarrollo de la teoría y construcción de transistores. En 1956, Bardeen, Shockley y Brattain recibieron el Premio Nobel de Física por este trabajo.
Pueden funcionar de tres formas distintas:

1. Modo Activo: En este modo, el transistor actúa como un amplificador propiamente dicho, permitiendo el paso de más o menos corriente eléctrica según la señal aplicada.

2. Modo de Corte: En este modo, el transistor no permite el paso de corriente eléctrica.

3. Modo de Saturación: En este modo, el transistor permite el paso de toda la corriente eléctrica.

Tipos de transistores:
Existen varios tipos de transistores, entre ellos:

1. Transistor de contacto puntual: Consta de una base de germanio y dos puntas metálicas que funcionan como emisor y colector. Es difícil de fabricar y frágil.

2. Transistor de unión bipolar (BJT): Se fabrica sobre un monocristal de germanio, silicio o arseniuro de galio. Se divide en NPN o PNP según la configuración de las capas de semiconductor.

3. Transistor de efecto de campo (FET): Controla la corriente mediante una tensión y tiene una alta impedancia de entrada.

4. Fototransistor: Es sensible a la radiación electromagnética cercana a la luz visible y puede funcionar como un transistor normal o en modo de iluminación.

Polarización y estabilización del transistor:
Polarizar un transistor implica aplicar tensiones adecuadas para su funcionamiento correcto. Existen diferentes circuitos de polarización para fijar las tensiones en base, como la polarización estable por emisor. La elección del punto de trabajo (Q) es esencial para diseñar amplificadores a transistor.

Aplicaciones de los transistores:
Los transistores se utilizan en diversas aplicaciones, como:

A. Activador de motor: Se puede utilizar un transistor para controlar un motor, encendiéndolo o apagándolo según la señal aplicada.

B. Amplificador: Los transistores son fundamentales en los amplificadores para aumentar la intensidad de las señales, como las señales de audio.

C. Memoria: Se pueden construir circuitos de memoria utilizando transistores para recordar estados previos.

D. Circuito intermitente: Los transistores pueden alternar entre dos estados, encendido y apagado, para crear un circuito intermitente.

E. Activación de relé por luz: Un transistor junto con un sensor de luz, como una LDR, puede activar un relé cuando la luz incide en el sensor, permitiendo controlar dispositivos eléctricos en función de la iluminación.

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El diodo es un componente electrónico que actúa como un interruptor unidireccional para la corriente eléctrica. Solo permite que la corriente fluya en un sentido, de ánodo (patilla larga) a cátodo (patilla corta). Si se conecta en la dirección correcta, actúa como un interruptor cerrado, permitiendo que la corriente fluya. Si se conecta al revés, actúa como un interruptor abierto, bloqueando el flujo de corriente. El cátodo generalmente se identifica por una banda de color gris en el diodo.

Tipos de Diodos:

1. Diodos de Unión PN: Están hechos de la unión de dos materiales semiconductores de características opuestas, uno tipo N y otro tipo P. Se utilizan comúnmente como rectificadores en circuitos electrónicos para convertir corriente alterna (CA) en corriente continua (CC).

2. Diodos Detector: Están hechos de germanio y tienen una unión PN muy pequeña. Se utilizan en receptores de radio para separar señales de alta y baja frecuencia en una operación llamada detección.

3. Diodos de Avalancha: Conducen en sentido contrario cuando se aplica un voltaje inverso superior al voltaje de ruptura. Funcionan bajo el fenómeno de avalancha y se diseñan para operar en voltajes inversos definidos.

4. Diodos Zener: Mantienen una tensión constante en sentido inverso cuando se polarizan en inversa y la corriente inversa supera un valor específico. Se utilizan en circuitos reguladores de tensión.

5. Diodos Varicap: Se polarizan en inversa y actúan como condensadores variables controlados por voltaje. Se usan en sintonizadores de radio y televisión.

6. Diodos Emisores de Luz (LED): Emiten luz cuando se les aplica corriente eléctrica y son ampliamente utilizados en dispositivos de visualización y señalización.

7. Diodos Túnel: Tienen una región de resistencia negativa en su curva característica y se utilizan en aplicaciones como detectores, amplificadores y osciladores.

8. Diodos PIN: Están formados por materiales P, I (zona intrínseca) y N, y se utilizan como resistencias variables por voltaje y en osciladores de alta frecuencia.

9. Diodos Schottky: También conocidos como diodos de recuperación rápida, tienen una caída de tensión baja y son muy rápidos. Se usan en fuentes de potencia, sistemas digitales y equipos de alta frecuencia.

Clasificación de Diodos:

Diodos de Uso General (Diodos de Unión PN): Se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, como rectificación de corriente alterna (CA) a corriente continua (CC) en fuentes de alimentación y como interruptores en circuitos digitales.

Diodos Reguladores (Diodos Zener): Mantienen una tensión constante y se utilizan en reguladores de voltaje y fuentes de alimentación estabilizadas.

Diodos de Conmutación Rápida (Diodos Schottky): Tienen una caída de tensión baja y una recuperación rápida. Se utilizan en aplicaciones de alta frecuencia y en fuentes de alimentación conmutadas.

Diodos Emisores de Luz (LED): Emiten luz y se usan en pantallas de visualización, señalización y como indicadores luminosos.

Diodos Detector (Diodos de Señal): Hechos de germanio, se utilizan en la detección de señales de alta frecuencia, como las de radio y televisión.

Diodos de Avalancha: Se utilizan en aplicaciones de alta tensión y alta potencia.

Diodos Varicap (Diodos Varactor): Se emplean como sintonizadores en receptores de radio y televisión y otros circuitos de sintonización de frecuencia.

Diodos Túnel: Utilizados en aplicaciones de alta frecuencia, como osciladores y amplificadores de microondas.

Diodos PIN: Se usan en aplicaciones que requieren una respuesta rápida y una baja capacitancia.

Diodos de Protección (TVS): Sirven para proteger circuitos electrónicos sensibles contra sobretensiones y descargas electrostáticas (ESD).

Diodos Fotovoltaicos: Convierten la luz en electricidad y se utilizan en paneles solares y aplicaciones de energía solar.

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Los semiconductores, como son los diodos y transistores, desempeñan un papel fundamental en el funcionamiento y las aplicaciones de la electrónica. Los diodos permiten la conversión eficiente de corriente alterna a continua, además de proteger los circuitos contra polaridad inversa, siendo esenciales en fuentes de alimentación y sistemas de protección. Por otro lado, los transistores tienen una doble importancia: actúan como amplificadores, incrementando la intensidad de señales eléctricas, lo que es crucial en aplicaciones de audio y comunicaciones, y como interruptores electrónicos, controlando el flujo de corriente en dispositivos como luces LED y sensores. Además, su capacidad para regular corriente en función de la luz los convierte en elementos clave en sensores de luminosidad.
Son absolutamente esenciales para el funcionamiento eficaz de prácticamente todos los dispositivos electrónicos que utilizamos en la actualidad.