Download 2565 Dispositivos Semiconductores - 2012

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR
BAHÍA BLANCA
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ARGENTINA
DEPARTAMENTO DE:
Ingeniería Eléctrica y Computadoras
PROGRAMA DE : Dispositivos Semiconductores
CÓDIGO:
O
ÁREA N
HORAS DE CLASE
TEÓRICAS
Por semana
Dr. Pedro Julián
Por semana
Por Cuatrimestre
64
3
48
A S I G N A T U R A S
3: Electrónica
PROFESOR RESPONSABLE
PRÁCTICAS
Por Cuatrimestre
4
2565
C O R R E L A T I V A S
P R E C E D E N T E S
APROBADAS
CURSADAS
(2720) Fundamentos de Electrotecnia
(3033) Elementos de Física del Estado Sólido
(2502) Análisis de Circuitos y Sistemas
DESCRIPCIÓN
En la materia se describe el principio de funcionamiento de los principales dispositivos electrónicos (activos y pasivos).
Se hace énfasis en la juntura semiconductora, en los transistores Metal Oxido Semiconductor (MOS) y los transistores
Bipolares de Juntura (BJT). Se deducen los modelos matemáticos de dichos componentes, y a partir de estos se justifican
los modelos de uso común en ingeniería electrónica. Se presentan los modelos PSPICE de los dispositivos estudiados,
identificando los parámetros de cada dispositivo y su relación con los modelos estudiados en teoría.
Se realizan prácticas de laboratorio, en las cuales se obtienen las características de los dispositivos vistos en la teoría y se
elaboran modelos circuitales apropiados.
PROGRAMA SINTÉTICO
1) Teoría básica de semiconductores
2) Juntura Semiconductora y diodos
3) Capacitor MOS
4) Transistor MOS
5) Transistor bipolar de juntura
6) Transistor de efecto de campo de juntura: JFET
7) Rectificadores controlados de silicio
8) Dispositivos pasivos
9) Ruido
10) Optoelectrónica
Vigencia Años
2008
2009
2010
2011
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DEPARTAMENTO DE:
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PROGRAMA DE : Dispositivos Semiconductores
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ÁREA N
2565
: 3: Electrónica
PROGRAMA ANALÍTICO
1) Teoría básica de semiconductores
Materiales Semiconductores y Silicio. Bandas de energía. Equilibrio Térmico. Dopado. Mecanismos de
conducción: arrastre y conducción. Resistividad de una lámina de Silicio. Potenciales relativos en
Silicio. Tiempo de tránsito.
2) Juntura semiconductora y diodos
Descripción cualitativa. Electrostática de la juntura. Modelo de DC: ley de la juntura; solución en
directa; solución en inversa; desviación del comportamiento ideal. Modelo lineal incremental. Modelo
de AC: capacidad en directa; capacidad en inversa. Mecanismos de ruptura inversa: efecto túnel; efecto
avalancha.
3) Capacitor MOS
Descripción cualitativa. Electrostática del capacitor MOS: potencial de banda plana; acumulación;
vaciamiento; inversión. Modelo de AC. Otras configuraciones.
4) Transistor MOS
Descripción cualitativa. El transistor NMOS: principio básico de funcionamiento; modelo referido al
sustrato y al Source; desviaciones del comportamiento ideal. El transistor PMOS: principio básico de
funcionamiento; modelo referido al sustrato y al Source; desviaciones del comportamiento ideal.
Modelo lineal incremental: referido al sustrato; referido al Source. Modelo de AC: capacidad de Gate;
capacidad de junturas; capacidad de solapamiento; límite de validez del modelo de AC.
5) Transistor Bipolar de Juntura
Descripción cualitativa. Modelo de DC del transistor PNP: región de conducción activa directa; región
activa inversa; región de saturación y el modelo de Ebers-Moll; modelos simplificados; desviaciones
del comportamiento ideal. Modelo de DC del transistor NPN: región de conducción activa directa;
región activa inversa; región de saturación y el modelo de Ebers-Moll; modelos simplificados;
desviaciones del comportamiento ideal. Modelo lineal incremental. Modelo de AC: capacidad de
vaciamiento; capacidad de carga de la base; límite de validez del modelo de AC.
6) Transistores de efecto de campo de juntura: JFET
El transistor de efecto de campo de juntura (JFET). Estructura y operación del JFET canal N y P.
Modelo de pequeña señal. Capacidades internas. Modelo de alta frecuencia del JFET.. Interpretación
de hojas de datos.
7) Rectificadores controlados de Silicio
Características constructivas. Funcionamiento. Modelo de diodos. Modelo de transistores. . Estado de
bloqueo directo, conducción directa y apagado del RCS. Curvas características del RCS. Cuadrantes de
disparo del RCS. Regímenes de corriente y tensión. Corriente de retención y enganche. Rapidez di/dt y
dv/dt críticas. Características de compuerta. Disparo por pulsos. Regímenes máximos de disparo por
pulsos. Características de apagado. Polarización negativa de compuerta en RCS. El Diac. El Triac.
Cuadrantes de disparo del Triac. Aplicaciones de RCS, Diac y Triac.
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: 3: Electrónica
8) Dispositivos Pasivos
Resistencias: tipos, características constructivas. Disipación. Códigos de colores. Tolerancia
Estabilidad. Regímenes máximos. Ruido. Límites de frecuencia. Coeficiente de temperatura. . Análisis
de hojas de datos. Potenciómetros: tipos, linealidad, resolución. Termistores y RTD.
Capacitores: Cerámicos, de poliéster (metalizados y de película), mica, papel, electrolíticos de aluminio
y de tantalio.
Características constructivas. Conceptos y definiciones básicas: valor capacitivo, tolerancia, tensión
máxima de trabajo, corriente máxima, tangente de delta, coeficiente de temperatura, resistencia de
aislamiento, inductancia parásita, frecuencia de resonancia. Códigos de capacitores.
Condensadores plásticos, Condensadores de plástico metalizado. Fenómeno de autorregeneración.
Condensadores cerámicos: Clase 1 y clase 2.
Condensadores electrolíticos de aluminio y tantalio. Características constructivas y comparación. Vida
útil.
Inductores: Revisión de conceptos básicos de magnetismo. Diseño de inductores con núcleo de ferrite.
Encapsulados y tipo de montajes de elementos pasivos; inserción y SMD.
9) Ruido
Introducción. Densidad espectral de potencia de ruido. Ruido térmico, shot, flicker, burst y avalancha.
Ruido en dispositivos pasivos. Ruido en transistores MOS, Bipolares y JFET.
10) Optoelectrónica
Interacción fotón-electrón. Dualidad onda-corpúsculo. Principios de generación y recombinación en la
optoelectrónica. Materiales directos e indirectos. Diodos LED visibles e infrarrojos. Fotodiodos.
Fototransistores. Fotoceldas, LDR.. Características ópticas de LEDS. Gráficos de intensidad relativa.
Eficiencia luminosa. Características espectrales. Acoplamiento entre fototransistores y LEDs. .
Interpretación de hojas de datos. Optoacopladores.
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: 3: Electrónica
Modalidad de Enseñanza
Las clases teóricas se imparten utilizando un laptop tipo TABLET PC (que permite escribir sobre la pantalla y
guardar los contenidos de las clases) y presentaciones PowerPoint. Al final de cada clase, las notas de las mismas se
suben al sitio de trabajo de la materia (http://groups.google.com/group/dispositivos-semiconductores-uns). Durante
las clases se plantean algunos problemas desafío, que requieren de la integración de conocimientos y búsqueda de
información en forma particular. Estos problemas dan puntos adicionales para la nota final y se realizan para
entusiasmar al alumno y para enfatizar la independencia en la resolución de problemas reales. En clase también se
realizan simulaciones demostrativas utilizando el programa LTSpice. En las clases de laboratorio, luego de un
breve examen de entrada, se realizan experiencias con dispositivos discretos, circuitos que los estudiantes deben
armar y circuitos integrados de prueba fabricados especialmente para la materia.
Para el dictado de clase se dispone de proyector. Para prácticas se cuenta con 8 puestos con instrumental adecuado
(Laboratorio de Electrónica Básica). Se cuenta además con equipamiento específico en el Laboratorio de Micro y
Nano Electrónica
Formas de Evaluación
La evaluación para el cursado se realiza mediante 2 exámenes parciales y la aprobación de todos los laboratorios.
Existe un examen final de promoción para aquellos estudiantes que aprueben ambos exámenes parciales con más
de 75 puntos; el mismo debe rendirse dentro de los 10 días de terminado el cursado y comprende un conjunto
reducido de temas (conducción en semiconductores, juntura, capacitor MOS, transistor MOS, transistor bipolar) y
además se debe entregar una monografía sobre algún tema de componentes pasivos. Esta modalidad de examen
ayuda a que los alumnos con buen desempeño puedan rendir rápidamente la materia concentrándose en los temas
centrales. Los alumnos que no promocionan rinden un examen final escrito donde se incluyen todos los temas. Los
alumnos libres deben rendir tres exámenes: uno sobre la parte práctica de la materia que incluye ejercicios; uno
sobre laboratorio, que consiste en la realización de un laboratorio específico; y finalmente un examen teórico.
Bibliografía:
1. “Introducción a los Dispositivos Semiconductores: Principios y Modelos”, P. Julián, 2011, EDIUNS, en
prensa.
2. “Microelectronics” Howe y Sodini, 1997, Prentice Hall.
3. “Microelectronic Circuits”, A. Sedra y K. Smith, 1998, Oxford university Press.
4. “Circuitos Microelectrónicos”, A. Sedra y K. Smith, 2006, McGraw Hill. “Principles of Electronics
Circuits” Stanley Burns y Paul Bond, 1997, PWS Publishing Company.
5. “Semiconductor Device Fundamentals”, R. Pierret, 1996, Addison-Wesley Publishing Company.
6. “Active and Nonlinear Electronics”, T. Schubert y E. Kim, 1996, John Wiley & Sons, Inc.
7. “Sensors and Signal Conditioning”, R. Payas-Areny y J. Webster, 1991, John Wiley & Sons Inc.
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: 3: Electrónica
Bibliografía: (continuación)
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
“Componentes Electrónicos”, Siemens, 1987, Ed. Marcombo.
“Dispositivos y Circuitos Electrónicos”, J. Millman y C. Halkias, 1982, Ed. Pirámide.
“Electrónica del Estado sólido”, A. Tremosa, 1980, Ediciones Marymar.
“Manual de componentes y circuitos pasivos”, Ruiz Vasallo, 1981, Ediciones CEAC.
“Manual RCA para circuitos de potencia de estado sólido. SP-52”, 1985, Editorial Arbó.
“Industrial electronics and control”, Newman M., 1986, J. Wiley & Sons.
“The Resistor Handbook”, Cletus J. Kaiser, Vishay Intertechnology, 1998 (www.vishay.com).
“The Electronics Handbook”, IEEE, edited by J. C. Whitaker, 1999, CRC Press, Inc.
“Aluminum Electrolytic Capacitors”, Data Book ,1997, Siemens (www.epcos.com).
“Tantalum Electrolytic Capacitors”, Data Book 1997, Siemens (www.epcos.com).
“Multilayer Ceramic Capacitors”, Data Book 1997, Siemens (www.epcos.com).
“Film Capacitors”, Data Book 1997, Siemens (www.epcos.com).
20. “Transformer and Inductor Design Handbook”, Wm. T. Mclyman, 1978, Marcel Dekker, Inc.
VIGENCIA DE ESTE PROGRAMA
PROFESOR RESPONSABLE
PROFESOR RESPONSABLE
AÑO
(firma aclarada)
(firma aclarada)
AÑO
2008
2011
2009
2010
VISADO
COORDINADOR AREA
SECRETARIO ACADÉMICO
DIRECTOR DE DEPARTAMENTO
Claudio Busada
Fecha:
Fecha:
Fecha: