DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y

DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y COMPUTACIÓN
DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
Carreras: Ingeniería Electrónica – Ingenieria Biomédca
PROGRAMA DE CONTENIDOS
Objetivos:
• Comprender el comportamiento físico de los principales dispositivos electrónicos.
• Caracterizar, modelar, interpretar hojas de datos y especificar dispositivos electrónicos
para su aplicación en circuitos analógicos y digitales.
• Trabajar con los rudimentos basicos de software de simulación y conocer el modelado
de los dispositivos.
• Entrenar al alumno para enfrentar los avances y cambios tegnológicos.
Contenidos: Dispositivos semiconductores discretos: diodos, transistores bipolares,
transistores de efectos de campo de juntura (JFET), transistores de efecto de campo de
compuerta aislada (IGFET o MOSFET), tiristores, triacs. Circuitos integrados
monolíticos: analógicos y digitales.
Para estos dispositivos se analizarán las características físicas, eléctricas, y térmicas.
Principios físicos de funcionamiento, modelado circuital, medición de características.
Interpretación de hojas de datos.
TEMA1: RESISTORES
Definicion de Resistor, Relacion V-I, Potencia. Clasificacion de los Resistores: Modelo
del resistor ideal Limitaciones del modelo. Modelo del reistor real. Fisica del Resistror.
Calculo del valor de resistencia en funcion de las dimensiones fisicas del dispositivo,
Resistencia laminar y resistencia volumetrica, Fabricacion de Resistores, Resistores de
composicion, Resistores de pelicula metalica y de carbon, Resistores de alambre,
Especificacion de resistores comerciales, Codigo de barras de colores, Potencias
normalizadas, Resistores no lineales
PTC y NTC, Varistores, Ejemplo de aplicación.
TEMA 2: DIODOS SEMICONDUCTORES
Juntura: zonas neutras y zona de carga espacial (deplexión), tipos de corrientes en cada
zona según la tensión aplicada. Diodo Ideal: Definición, Simbolo circuital del diodo y
convencion de tensiones y corrientes, la caracteristicas Volt ampere. Modelo del diodo
Ideal: ecuación, parametros de la ecuación IS y UT – Limitación del modelo: Potencia
máxima, Generación y Recombinación en zona de deplexión, Caida de tensión en Zonas
Neutras, Inyección de Alto Nivel , Capacidad de Juntura, Capacidad de Difusión, Tensión
de ruptura: avalancha, perforación, zener, coeficientes térmicos de la tensión de ruptura
TEMA 3: FACTORES TERMICOS DE DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES
Conduccion del calor,Concepto de resistencia termica, Ley de ohm termica, Resistencia
termicas equivalentes para un dispositivo semiconductor (DIODO). Circuito termico.
Resistencias Juntura capsula y resistencias capsula ambiente. Disipadores:
Funcionamiento, conveccion libre y forzada; problemas de calculos de circuitos termicos.
Determinacion de la capacidad de potencia de un dispositivo (diseno y sintesis);
Impedancia termica.
TEMA 4: ESPECIFICACIONES DE DIODOS
Especificación de dispositivos semiconductores: máximos absolutos , caracteristicas
eléctricas, graficos. Especificaciones de diodos: rectificadores, reguladores y varicap.
Diodos rectificadores serie y paralelo. Velocidad de comutación de diodos, clasificación
de los diodos rectificadores por potencia y velocidad. Regulador con diodo zener. Factor
de calidad de diodos Varicap.
TEMA 5: TRANSISTOR BIPOLAR
Definicion del TBJ, simbolo circuital y convenciones para tensión corriente, Clasificacion
de los TBJ. Modelo matematico para polarizacion en zona activa directa, limitaciones del
modelo matematico. Zonas de operación del TBJ y validez del modelo matematico. Zona
de operación segura. Fisica del dispositivo: Perfiles de concentracion de portadores y
corrientes en las junturas, ganancia de corriente, alfa y beta, efeiciencia de inyección,
factor de transporte de base, modulación del ancho de la base (Tensión de Early),
variacion del Beta, tensión de ruptura colector base y colector emisor. Ejemplos de
polarización del TBJ: fuente espejo, multiplicador de VBE. Modelo de pequeñas señales,
modelo “PI” : en continua y altas frecuencias. Respuesta en frecuencia del TBJ, elementos
parásitos en la fabricación de TBJ ejemplo de diseño de amplificador de tensión utilizando
TBJ. Analsis de hojas de datos, extracción de parametros desde la hoja de datos. Modelo
de Eber y Moll para el TBJ. TBJ como llave: corte, saturación y velocidad de
conmutación. Modelo SPICE.
TEMA 6: TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO
Definicion del JFET, simbolo circuital y convenciones para tensión corriente,
Clasificacion de los JFET. Fisica del dispositivo: Principios de operación, canal,
compuertas, tensión estrangulamiento; zona lineal u ohmica, resistencia drenador fuente,
zona de saturación, zona de corte. Curvas características: corriente drenador versus
tensión drenador surtidor, corriente drenador versus tensión compuerta fuente, tensión de
compuerta fuente versus tensión drenador fuente. Modulacion del largo del canal.
Polarización del JFET. Modelos de pequeñas señales, tranconductancia,
capacidades.Respuesta en frecuencia. Circuitos de aplicación típicos como amplificador,
como llave electrónica, como resistencia controlada por tensión.
TEMA 7: TRANSISTOR MOS
Principios de operación, canal inducido y canal permanente (enriquecimiento y deplexion)
compuerta, dióxido, tensión de umbral. Física del MOS de enriquecimiento y MOS de
deplecion. Ecuaciones. Zona lineal u ohmica, zona saturada y zona de corte. Curvas
características: corriente drenador versus tensión drenador surtidor, corriente drenador
versus tensión compuerta fuente, tensión de compuerta fuente versus tensión drenador
fuente. Modulación del largo del canal. Comparacion de MOS con el JFET. Modelos de
pequeñas señales, tranconductancia, capacidades y respuesta en frecuencia.Transistor
MOS como llave (inversor), MOS como carga. Circuitos de aplicación típicos.
Retardos de conmutación en el MOS con carga resistiva. Carga y descarga de capacitores
con MOS. Inversor CMOS. Funcionamiento con resistencia infinita de carga, con
resistencia finita y con carga capacitiva. Llave Analógica CMOS. Función de
transferencia.
TEMA 8: DISPOSITIVOS DE 4 CAPAS TIRISTOR.
Definición del dispositivo, Estados de funcionamiento del diodo de 4 capas. Corriente de
enganche y corrriente de mantenimiento, Modelo del diodo de 4 capas utilizando dos
TBJ´S. Limitaciones del dispositivo: di/dt, dV/dt. Rectificador controlado de silicio SCR:
Caracteristica V-I, Zona de disparo segura, Control de potencia utilizando un SCR.
TRIAC y DIAC. Ejemplos de hojas de datos
Dispositivos de compuerta aislada IGBT.
TEMA 9: FABRICACION DE CIRCUITOS INTEGRADOS:
Procesos basicos en la fabricacion de CIM, Metodo para caracterizar el proceso de
Difusion, Tecnica planar epitaxial, parametros caracteristicos del proceso, difusiones de
aislacion , fabricacion de transistores, resistores y capacitores, metalizado de contactos.
Parametros caracteristicos de los componentes fabricados con la tecnologia planar
epitaxial.
TEMA 10: CIRCUITOS INTEGRADOS MONOLITICOS: AMPLIFICADORES
OPERACIONALES INTEGRADOS.
Evolucion de los circuitos electronicos, Definicion de Circuitos Integrados Monoliticos,
Caracteristicas de los CIM, Clasificacion de los CIM, Ejemplos de CIM. Amplificador
Operacional Integrado ideal, Modelo del Amp.Op.Id. Amplificador Operacional real,
características. Amplificador Operacional básico; análisis del circuito (diferencial con
carga activa), respuesta en frecuencia, slew-rate, ancho de banda de potencia.
Especificaciones y características reales. Off-sets. Ordenes de magnitud y origen de las
limitaciones y características principales.
TEMA 11: REGULADORES DE TENSION LINEALES INTEGRADOS.
Reguladores serie y paralelo, principio de funcionamiento. Caracteristicas: regulación de
carga, de linea, ripple de salida, impedancia de salida, tiempo de recuperación. Esquema
de un regulador serie, tension de referencia: diodo zener,
fuente de banda prohibida, amplificador de error y circuito de muestreo, transistor de paso.
Protecciones: de corriente, de tensión y de potencia. Ejemplos de Reguladores integrados.
Diseño
TEMA 12: REGULADORES DE TENSION CONMUTADOS INTEGRADOS.
Regulador conmutado, principios de operacion, modulacion del ancho del pulso, filtro de
salida. Calculo del valor de L (inductor) y de C (capacitor). Zumbido (ripple).
Convertidor AC/DC, Diagrama en bloques de un regulador conmutado, filtro y
rectificador de entrada, el inversor de alta frecuencia, rectificador y filtro de salida,
circuito de control, PWM. Fuente tipo Fly back y Forward. Comparacion con el regulador
lineal. Ejemplos de Reguladores integrados conmutados.