ELECTRÓNICA ANÁLOGA Y DE POTENCIA OBJETIVO GENERAL Implementar sistemas de electrónica análoga y de potencia de mediana complejidad basados en las leyes y principios y leyes fundamentales que los rigen, mediante visión integral, de trabajo en equipo, creativa y analítica, que permita proyectar dichos sistemas en el ámbito de la Bioinstrumentación y el procesamiento de señales.
METODOLOGÍA Clases magistrales Encuadre Análisis Diseño Simulación Laboratorios Proyecto integrador ELECTRÓNICA ANÁLOGA Y DE POTENCIA
CONTENIDO: Dispositivos básicos de estado sólido Amplificadores operacionales Osciladores Dispositivos de potencia de estado sólido ELECTRÓNICA ANÁLOGA Y DE POTENCIA
LABORATORIOS: Aplicaciones de los diodos Amplificadores con transistores BJT Amplificadores con transistores FET Amplificadores operacionales Filtros activos Osciladores Control de potencia con dispositivos de estado sólido unidireccionales Control de potencia con dispositivos de estado sólido bidireccionales y optoacopladores ELECTRÓNICA ANÁLOGA Y DE POTENCIA
EVALUACIÓN: Examen parcial: 20% Laboratorios: 20% Proyecto integrador: 15% Seguimientos: 15% Examen final: 30% ELECTRÓNICA ANÁLOGA Y DE POTENCIA
BIBLIOGRAFÍA: http://bioinstrumentacion.eia.edu.co BOYLESTAD, Robert L. NASHELSKY, Louis. Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. 8 Ed. Méjico: Pearson, 2003. (621.38132/B792/8ed). NILSSON, James W. y RIEDEL, Susan A. Circuitos eléctricos. 7 ed . New Yersey : Prentice Hall, 2005. (621.3815/N712/7ed). RASHID, Muhammad H. Electrónica de potencia.3ª ed. Méjico: Prentice-Hall International, 2005. (621.381/R224/3ed). RASHID, Muhammad H. Circuitos microelectrónicos: análisis y diseño. Méjico: Thomson, 2000. (621.381/R224c). FLOYD, Thomas. Dispositivos electrónicos. 8 Ed. Méjico: Pearson Prentice-Hall, 2008. COGDELL, J.R. Fundamentos de electrónica. 1 ed. Méjico: Prentice Hall, 2000. (621.381/C676). MILLMAN, Jacob. HALKIAS, Christos C. Electrónica integrada: circuitos y sistemas análogos y digitales. 9 Ed. España: Hispano europea, 1991. (621.381/M655e). ELECTRÓNICA ANÁLOGA Y DE POTENCIA
DIODOS SEMICONDUCTORES Breve reseña histórica William Shockley Walter Houser Brattain John Bardeen Invención del transistor en los laboratorios Bell en 1947
DIODOS SEMICONDUCTORES Breve reseña histórica Primer circuito integrado en 1958: 6 transistores. Jack Kilby (TI) http://www.abadiadigital.com/
DIODOS SEMICONDUCTORES Breve reseña histórica Primer amplificador operacional en 1964: uA-702. Fairchild http://homepages.nildram.co.uk/~wylie/ICs/monolith.htm
DIODOS SEMICONDUCTORES Breve reseña histórica Primer microprocesador en 1970: Intel 4004. 2300 transistores http://www.hermanotemblon.com/?p=626
DIODOS SEMICONDUCTORES Breve reseña histórica Primer ASIC en 1980: Ferranti http://img.alibaba.com/photo/10942678/PLM_1_Powerline_Modem_ASIC.jpg
DIODOS SEMICONDUCTORES Breve reseña histórica Invención de la FPGA en 1984: Ross Freeman y Bernard Vonderschmitt http://johonatan.files.wordpress.com/2008/09/fpga_xilinx_spartan.jpg
DIODOS SEMICONDUCTORES Fundamentos de los semiconductores Modelo atómico de Bohr http://mx.kalipedia.com/kalipediamedia/cienciasnaturales/media/200709/24/fisicayquimica/20070924klpcnafyq_30.Ges.SCO.png
DIODOS SEMICONDUCTORES Fundamentos de los semiconductores Tabla periódica organizada según No. Atómico (No. e-) o peso atómico (No. Protones+ No. Neutrones) http://www.ptable.com/Images/tabla%20peri%C3%B3dica.png
DIODOS SEMICONDUCTORES Fundamentos de los semiconductores Capas o bandas y orbitales de energía Tomado de Floyd
DIODOS SEMICONDUCTORES Fundamentos de los semiconductores Electrones de valencia: son los más débilmente ligados al átomo y contribuyen a las reacciones y enlaces. http://iss.cet.edu/spanish/PhysicalScience/spanelectricity/pages/images/B/b11_5.gif
DIODOS SEMICONDUCTORES Fundamentos de los semiconductores Ionización: Ganar o perder un electrón http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/42/imgs/rac15p047.gif (Gp:) Ión negativo (Gp:) Ión positivo (Gp:) Electrón libre
DIODOS SEMICONDUCTORES Fundamentos de los semiconductores Átomos de Silicio y Germanio: Más comúnmente empleados en electrónica http://www.electronica2000.net/curso_elec/imagenes/
DIODOS SEMICONDUCTORES Fundamentos de los semiconductores Enlaces covalentes y red cristalina http://estaticos.poblenet.com/01/tutoriales/221/clip_image001.gif
DIODOS SEMICONDUCTORES Conducción en cristales semiconductores Bandas permitidas y prohibidas http://varinia.es/blog/wp-content/uploads/2009/12/bandas_energia.jpg (Gp:) Bandas prohibidas
DIODOS SEMICONDUCTORES Conducción en cristales semiconductores Electrones y huecos de conducción http://varinia.es/blog/wp-content/uploads/2009/12/fotones.jpg
Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si 0ºK Semiconductor intrínseco Si: silicio Grupo IV de la tabla periódica DIODOS SEMICONDUCTORES http://www.ate.uniovi.es/ribas/…05/Electronica…/Diodos_parte1.pps
Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si 0ºK (Gp:) 300ºK + Semiconductor intrínseco (Gp:) Electrón (Gp:) Hueco DIODOS SEMICONDUCTORES http://www.ate.uniovi.es/ribas/…05/Electronica…/Diodos_parte1.pps
Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si + Semiconductor intrínseco: acción de un campo eléctrico (Gp:) + + + + + + (Gp:) – – – – – – + DIODOS SEMICONDUCTORES http://www.ate.uniovi.es/ribas/…05/Electronica…/Diodos_parte1.pps
Conducción en cristales semiconductores DIODOS SEMICONDUCTORES http://www.ate.uniovi.es/ribas/…05/Electronica…/Diodos_parte1.pps La corriente en un semiconductor es debida a dos tipos de portadores de carga: HUECOS y ELECTRONES. La temperatura afecta las propiedades eléctricas de los semiconductores: mayor temperatura ? más portadores de carga ? menor resistencia
DIODOS SEMICONDUCTORES Tipos de materiales de acuerdo a las bandas de energía http://personales.upv.es/jquiles/prffi/semi/ayuda/bandas.gif
Semiconductor extrínseco Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si Sb: antimonio Impurezas del grupo V de la tabla periódica Sb : TIPO N Es necesaria muy poca energía para ionizar el átomo de Sb + A temperatura ambiente todos los átomos de impurezas se encuentran ionizados DIODOS SEMICONDUCTORES http://www.ate.uniovi.es/ribas/…05/Electronica…/Diodos_parte1.pps
Semiconductor extrínseco : TIPO N (Gp:) Sb (Gp:) Sb (Gp:) Sb (Gp:) Sb (Gp:) Sb (Gp:) Sb (Gp:) Sb (Gp:) Sb (Gp:) Sb (Gp:) Sb (Gp:) Sb (Gp:) Sb (Gp:) Sb (Gp:) Sb (Gp:) Sb (Gp:) Sb (Gp:) Impurezas grupo V 300ºK (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) Electrones libres (Gp:) Átomos de impurezas ionizados Los portadores mayoritarios de carga en un semiconductor tipo N son electrones libres DIODOS SEMICONDUCTORES http://www.ate.uniovi.es/ribas/…05/Electronica…/Diodos_parte1.pps
Semiconductor extrínseco Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si (Gp:) Si Al: aluminio Impurezas del grupo III de la tabla periódica Al : TIPO P Es necesaria muy poca energía para ionizar el átomo de Al – A temperatura ambiente todos los átomos de impurezas se encuentran ionizados + DIODOS SEMICONDUCTORES http://www.ate.uniovi.es/ribas/…05/Electronica…/Diodos_parte1.pps
Semiconductor extrínseco : TIPO P (Gp:) Al (Gp:) Al (Gp:) Al (Gp:) Al (Gp:) Al (Gp:) Al (Gp:) Al (Gp:) Al (Gp:) Al (Gp:) Al (Gp:) Al (Gp:) Al (Gp:) Al (Gp:) Al (Gp:) Al (Gp:) Al (Gp:) Impurezas grupo III 300ºK (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) Huecos libres (Gp:) Átomos de impurezas ionizados Los portadores mayoritarios de carga en un semiconductor tipo P son Huecos. Actúan como portadores de carga positiva. DIODOS SEMICONDUCTORES http://www.ate.uniovi.es/ribas/…05/Electronica…/Diodos_parte1.pps
La unión P-N La unión P-N en equilibrio (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) – (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + (Gp:) + Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N http://www.ate.uniovi.es/ribas/…05/Electronica…/Diodos_parte1.pps
La unión P-N La unión P-N en equilibrio – – – – – – – – – – – – + + + + + + + + + + + Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N – – – – + + + + + (Gp:) + (Gp:) – (Gp:) Zona de transición Al unir un semiconductor tipo P con uno de tipo N aparece una zona de carga espacial denominada ‘zona de transición’. Que actúa como una barrera para el paso de los portadores mayoritarios de cada zona. http://www.ate.uniovi.es/ribas/…05/Electronica…/Diodos_parte1.pps