1031_Dispositivos_Electrónicos

UNIVERSIDAD DE MENDOZA – FACULTAD DE INGENIERÍA
CARRERA
INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA
ASIGNATURA
DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
CÓDIGO
1031
CURSO
3er Año
ÁREA
Tecnologías Básicas
ULTIMA REVISIÓN
2.006
MATERIAS CORRELATIVAS:
AÑO LECTIVO 2009
Profesor Titular: Dr. Ing. José Luís Puliafito
Profesor Asociado:
Profesores Adjuntos: Ing. Roberto Klein - Ing. Maria de loa Ángeles Olguín
Jefes de trabajos prácticos:
Carga Horaria Semanal:
6
Carga Horaria Total:
90
OBJETIVOS GENERALES:
Dotar al estudiante de los conocimientos teóricos y prácticos básicos relativos a
la física del estado sólido, los cuales le permitirán la interpretación del
funcionamiento de los dispositivos electrónicos y sus aplicaciones.
PROGRAMA ANALÍTICO:
CAPITULO 1: ELEMENTOS DE LA TEORIA CUANTICA DE LA MATERIA
TEMA A: Introducción histórica
I.A.1- Radiación del cuerpo negro. Solución cuántica de Planck, I.A.2- Efecto
fotoeléctrico, solución cuántica de Einstein. 1.A.3.- El átomo de Sommerfeld.
Espectro de radiación del Hidrógeno, Modelo atómico de Bohr. l.A.4- Teoría
ondulatoria de De Brogile, dualidad corpúsculo-onda.
Principio de
incertidumbre de Heisemberg.
TEMA B: Mecánica Ondulatoria
1.B. 1.-Ecuación de ondas de Schrödringer. Interpretación de la función de
ondas, 1.B.2 - Solución de la ecuación de Schrödringer para pozos de potencial
finitos. Efecto túnel- 1 B 3,- Solución del átomo de hidrógeno, números
cuánticos, comparación con el modelo de Bohr. Principio de exclusión de
Pauli, spin del electrón.
CAPITULO 2: MODELO DE BANDAS DE LOS SOLIDOS
TEMA A- Características Eléctricas del Estado Sólido
2.A.I.- Ligaduras atómicas. Enlaces covalentes desde el punto de vista de la
Mecánica Cuántica. 2.A.2.- Modelo energético del cristal. Teoría de bandas,
desdoblamiento de los niveles energéticos. Modelo de bandas de los sólidos.
2.A.3.- Propiedades básicas de los metales, semiconductores y aislantes.
2.A.4- Conducción en los metales según la teoría de bandas. Ley vectorial de
Ohm, resistividad, movilidad. 2.A.5. Descripción eléctrica del estado sólido,
necesidad de determinar la concentración de portadores.
TEMA B: Descripción estadística de la concentración de portadores
2.B. 1.- Conceptos sobre funciones de distribución. Funciones de distribución y
de densidad de distribución.
2.B.2.- Comportamiento estadístico de las
partículas. Espacio de estado dinámico de las partículas, comparación entre
partículas clásicas y cuánticas- caso clásico, distribución de Maxwell-Boltzman.
2.B,3.- Caso cuántico, Función de distribución de Fermi- Dirac. Probabilidad de
transición. Distribución de probabilidad de ocupación de estados energéticos
cuánticos de las funciones de Femi-Dirac. 2.B.4.- Propiedades de la función de
Fermi-Dirac, nivel de Fermi.. 2.B.5.- Cómputo generalizado de densidad de
portadores. Integración aproximada mediante Maxwell-Boltzman, condiciones
para su aplicación. 2.B.6- Aplicación en los metales, conducción y emisión
termiónica
CAPITULO 3: CARACTERIZACION DE LOS SEMICONDUCTORES.
TEMA A: Caracterización estática de los semiconductores
3-A.I.- Semiconductores intrínsecos, procesos de obtención de monocristales
puros, distribución de portadores, características de los huecos y electrones
como portadores en el Ge y en el Si. 3.A.2.- Procesos de conducción en los
semiconductores, corrimiento y difusión. La constante de difusión, ecuación de
Einstein. Generación intrínseca de portadores y recombinación térmica. 3A.3.Semiconductores extrínsecos. Tipos, impurezas donoras y aceptoras. Niveles
energéticos de las impurezas, procesos de obtención de los semiconductores
extrínsecos, generación extrínseca. 3.A.4.- Efecto Hall. 3.A.5.- Concentración
de portadores, determinación del nivel de Fermi, efectos de la temperatura.
3.A.6.-Conductividad en función de la temperatura.
TEMA B: Caracterización dinámica de los semiconductores.
3.B.1.- Comportamiento dinámico, recombinación de portadores, trampas y
centros de recombinación. 3.B.2 Inyección de portadores minoritarios, función
de recombinación, ecuación de la continuidad. 3.B.3 Ecuación de difusión de
los portadores minoritarios inyectados en régimen estacionario y en régimen
impulsivo. 3.B.4 Caracterización dinámica:
tiempo de vida media de un
portador y longitud de difusión.
CAPITULO 4: DIODOS DE ESTADO SOLIDO
TEMA A: Descripción de la juntura
4.A. 1 - Introducción a los diodos de Estado Sólido, diodos de juntura, método
de fabricación. Principios generales de funcionamiento. 4 A 2 -Cálculo de la
corriente en el diodo. Solución de la ecuación de difusión para junturas
abruptas, determinación de la corriente inversa de saturación. 4.A.3.Limitaciones: tensión de arranque, resistencia dinámica, variación de la
característica directa con la temperatura, tensión inversa, mecanismos de
ruptura, efecto Zener y efecto avalancha. 4.A.4.- Efectos reactivos asociados
a la juntura- Capacidades de transición y difusión. Respuesta dinámica,
respuesta a un escalón.
TEMA B: Tipos de diodos y aplicaciones
4.B.1.- Diodos rectificadores de silicio, diodos Zener, diodos PIN de
conductividad modulada. 4.B.2- Diodos metal-semiconductor de contacto
puntual y de barrera (diodo Schottky). 4.B.3- Diodos Túnel, diodos de retroceso
o inversión. 4.B.4-Diodos Varicap. 4.B.5- Aplicaciones con diodos. Circuitos
rectificadores. Reguladores con diodos Zener.
CAPITULO 5: TRANSISTORES BIIPOLARES
TEMA A: Descripción del transistor bipolar
5.A.1.- Estructura básica, tipos de transistores, métodos de fabricación.
Funcionamiento: análisis cualitativo. 5.A.2 - Ecuaciones del transistor, modelo
equivalente de Ebers y Moll. 5.A.3.- El transistor como elemento circuital,
disposiciones del transistor, curvas características. Características de Base
común. Características de Emisor común. 5.A.4.-Comparación de las
disposiciones en la zona activa, discusión general. 5.A.5.- El transistor como
llave, respuesta escalón
TEMA B: Polarización
5.B.1.- Técnicas de polarización en la zona activa. Recta de carga dinámica y
estática. Estabilización lineal de la polarización. 5.B.2.- Límites operativos de
los transistores: limitaciones térmicas, limitaciones de tensión, ruptura en base
común y en emisor común, perforación, efecto Early. 5.B.3.- Limitaciones de
corriente, ruptura secundaria- 5.B.4 - limitaciones de frecuencia y de ruido, el
transistor Schottky, hojas de datos.
TEMA C: El transistor como amplificador
5.C.1- El transistor como elemento circuital lineal. Modelos equivalentes
lineales, clasificación. 5.C.2.- Modelo híbrido pi (Modelo de Gacoletto):
limitaciones de frecuencia a partir del modelo híbrido pi, frecuencia de
transición en emisor común y en base común. 5.C.3.- Modelos de baja
frecuencia utilizando la teoría de cuadripolos, modelo de parámetros h.
Equivalencia entre modelos. Cómputo de impedancias de entrada y de salida,
ganancia de tensión, corriente y potencia. Comparación entre las
configuraciones circuitales. 5-C 4 - Diseño de una etapa amplificadora en EC
utilizando parámetros h.
CAPITULO 6: TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO
TEMA A: Descripción del MOSFET y del JFET
6.A.1.- Estructura del FET de compuerta aislada, tipos. Principios de
funcionamiento Curvas características, análisis de las regiones. 6.A.2.Ecuaciones del MOSFET, modelo de primer orden, densidad de cargas en la
zona de inversión, diagramas de energía potencial. Cálculo de la corriente en
el canal, estrangulamiento- 6.A.3.- Determinación de las características de
transferencia, zona de resistencia variable, zona de saturación. Efectos de
orden superior. 6.A.4- Ecuaciones del JFET, comparación con las del
MOSFET.
TEMA B-. Polarización
6.B.1. Técnicas de polarización de los FET en la zona activa. Recta de carga..
6.B.2.- Limitaciones de los FET de tensión, zona de ruptura, tensión de
perforación de los MOSFET, protecciones incorporadas. 6.B.3 Limitaciones de
corriente y potencia, utilización de los FET en alta potencia, introducción al
MOS de canal V. 6.B.4.-Inestabilidades de funcionamiento: efecto de la
temperatura, migración térnica en los MOSFET; 6 B.5 - Limitaciones de
frecuencia, capacidades parásitas, el MOS Tetrodo, limitaciones de ruido. 6.B.7
- Comparación de las prestaciones entre los transistores bipolares de juntura y
los FET
TEMA C: Aplicaciones
6.C. 1.- Los FET como elementos circuitales lineales, modelo circuital
equivalente para baja señal. 6.C.2-Cálculo de un amplificador Fuente Común
de baja señal utilizando los modelos equivalentes.- 6.C.3 Aplicaciones del FET
como resistencia variable, el JFET como llave analógica.
CAPITULO 7. DISPOSITIVOS DE MULTIJUNTURA
TEMA A: Tiristores
7.A.1.- Descripción del tiristor. Estructura, modelo equivalente de dos
transistores, curvas características. 7.A.2- Disparo del tiristor, disparo por
compuerta, disparo por dv/dt.. 7.A.3.- Característica de puerta. 7.A.4. - Bloqueo
del tinistor, métodos. 7.A. 5. Limitaciones de tensión, de corriente, de potencia,
de dv/dt, de di/dt y de frecuencia. 7.A.6 Tipos de tiristores y aplicaciones
básicas.
TEMA B: Triacs y Diacs
7.B.1.- El triac, estructura, modelo equivalente de dos tiristores. Curvas
caracter¡sticas, zonas de operación. 7.B.2- Disparo y bloqueo, Limitaciones,
consideraciones especiales para dv/dt.. 7.B.3- Aplicaciones del triac. 7.B.4- El
Diac, estructura. Curvas caracteísticas. Aplicaciones como elemento de
disparo. Otros dispositivos de disparo.
CAPITULO 8.- DISPOSITIVOS OPTOELECTRONICOS
TEMA A: Dispositivos optoelectrónicos de vacío
8.A.1- Planteo general de las ecuaciones de movimiento de una carga en
campos eléctricos y magnéticos. 8.A.2.- Movimiento en un campo
electroest tico uniforme, movimiento en campo magnetoestático uniforme.
Solución para casos combinados- 8.A.3.- Reflección y refracción de partículas
en campos eléctricos estacionarios. Aplicaciones. 8.A.4- Principios de la
óptica electrónica, lentes electroestáticas, lentes magnetoestáticas, 8,A.5Deflexión de haces mediante campos eléctricos, tubo de rayos catódicos;
8.A.6- Deflexión de haces mediante campos magnéticos.
TEMA B: Dispositivos optoelectrónicos de estado sólido y líquido
8.B.1.- Conceptos básicos sobre radiometría y fotometría. 8.B.2.Fotodectectores. Propiedades y características de los materiales
fotodetectores, definiciones principales. sensibilidad espectral, responsividad,
repuesta en frecuencia, detectividad y ruido. 8.B.3Fotoconductividad,
fotoresistor, efecto fotoelectromagnético. 8.B.4.-Detección en una juntura PN,
fotodiodo, fototransistor, arrays de fotodetectores CCD (Charge Coupled
Device). 8.B.5- Efecto fotovoltaico, baterías solares. 8.B.6. Fotoemisores.,
semiconductores de gap directo AsGa. Diodos emisores de luz (Led),
fotoacopladores. Emisión estimulada de radiación, principios físicos, diodo
Láser. 8.B.7 Dispositivos, presentadores de cristal líquido (LCD).
Formación Práctica
Horas
Resolución de Problemas Rutinarios:
Laboratorio, Trabajo de Campo:
20
Resolución de Problemas Abiertos de Ingeniería:
Proyecto y Diseño:
PROGRAMA DE TRABAJOS PRÁCTICOS:
Práctico 1 - Estado sólido
Práctico 2: Diodos de estado sólido
Práctico 3 : Transistores de juntura
Práctico 4: Transistores de efecto de campo
Práctico 5: Dispositivos multijuntura
ARTICULACIÓN HORIZONTAL Y VERTICAL DE CONTENIDOS:

Los contenidos abordados en esta materia se basan en conceptos de las siguientes
cátedras:
Asignatura
Tecnología

2do
Comparte e integra elementos horizontalmente con las siguientes cátedras:
Asignatura
Circuitos Digitales I

Curso
Curso
3ro
Los contenidos abordados en esta materia aportan conceptos a las siguientes cátedras:
Asignatura
Curso
Electrónica Analógica I
3ro
Electrónica de Potencia
4to
CONDICIONES PARA REGULARIZAR LA MATERIA y RÉGIMEN DE
EVALUACIÓN:
1. Requisitos para la constancia de asignatura cursada: deberá poseer el 80
% de asistencia y Carpeta de Trabajos Prácticos aprobada.
2. Requisitos para la aprobación: Examen final
3. Cronograma de entrega de prácticos: Los prácticos se someten a
aprobación de la cátedra en una única entrega al final del semestre
BIBLIOGRAFÍA :
Bibliografía Principal
Autor
Título
Editorial
Año Ed.
Selva, M.
Dispositivos Electrónicos
Ediciones La Llave
1997
Tremosa, A
Electrónica del estado sólido
Marymar
1980
Millman, Halkias-
Electrónica Integrada
Hispano Europea
S.A. España.
1992
Bibliografía de Consulta
Autor
Título
Editorial
Año Ed.
Kittel, C-
Reverté
1995
Reverté
1974
Reverté
1974
Limusa
1978
Limusa
1978
Lilen , H.
Introducción a la Física del Estado
Sólido
Introducción a la física de los
semiconductores
Serie SEEC Vol 1
Electrónica física y modelo de circuitos
de los transistores –serie SEEC Vol. 2 .
Ciencias de los materiales -vol. 1
Estructura
Ciencias de los materiales- vol. 4
Propiedades electrónicas
Circuitos integrados MOS y CMOS
Marcombo
1980
Lilen , H
Tiristores y Triacs
Marcombo
1973
Cortes-Donker -
Optoelectrónica Aplicada
1980
Marshall
Laser - tecnología y aplicaciones
Ed. Paraninfo- Bib.
Téc. Phillips
Ed.- Reverté
AdlerLougini.
Schmith,
Gray,
De
WittBoothroyd-GibbonsMoffat-Pearsall-WullfRose, Shepard-Wulff-
1972
ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS UTILIZADAS :
Dictado de clases teóricas magistrales
Resolución de ejercicios teóricos para unidades principales (Trabajos Prácticos
de Gabinete)
Ejercitación práctica de dispositivos en laboratorio cordinada con la Asignatura
LABORATORIO IV (Trabajos Práctico de Laboratorio)
RECURSOS DIDÁCTICOS UTILIZADOS :
Bibliografía recomendada, instrumentación de laboratorio
PROGRAMA DE EXAMEN:
BOL. 1: lA, 3B
BOL. 2: 1B, 3A
BOL. 3: 6C, 4B
BOL. 4: 2B, 4A
BOL. 5: SA, 7B
BOL. 6: 5B, 7A
BOL.7: 5C, 8A
BOL. 8: 6A, 8B
BOL. 9: 6B, 2A