UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

RESISTENCIAS SEMICONDUCTORAS

-LABORATORIO-

CURSO :

CIRCUITOS ANALÓGICOS I

DOCENTE :

ING. GUILLERMO EVANGELISTA ADRIANZÉN

INTEGRANTES :

HERNÁNDEZ SUÁREZ, JORGE ARMANDO.

PINEDO LUJÁN, ERIC GERARDO.

RODRÍGUEZ DÁVILA, ERICK JESÚS.

JARA POLO, JOSE DANIEL.

CICLO :

V

SEMESTRE :

2013 10

TRUJILLO – PERÚ

RESISTENCIAS SEMICONDUCTORAS

I. OBJETIVOS

- Estudiar las características no lineales de las resistencias semiconductoras.

- Utilizar los instrumentos electrónicos y desarrollar habilidades en la armada de

circuitos.

- Construir la curva característica para cada elemento.

II. FUNDAMENTO TEORICO

Las resistencias semiconductoras, se basan en el principio de los semiconductores para

lo cual debe cumplir dos propiedades necesarias para ser considerados como tales, que

son:

- Su resistividad es intermedia, entre los conductores y aislantes.

- Esta resistividad debe poder ser controlada por algún método, ya sea por dopaje,

temperatura, campo eléctrico, etc.

Así se da a lugar a diferentes componentes electrónicos:

- Termistores NTC y PTC

- Fotoresistencias (LDR)

- Varistores (VDR)

III. MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS

Materiales Instrumentos

1 Foco de 120mA-12V 1 Fuente doble DC

1 resistencia 100 Ω – 2W 1 Voltímetro ± 0.01V

1 resistencia de 1k Ω 1 Ohmímetro ± 0,01Ω

1 resistencia de 502 Ω

1 resistencia de 5k Ω

1 resistencia de 10k Ω

1 resistencia de 270k Ω

1 Fotorresistencia LDR

1 Termistor NTC-502 Ω

Protoboard

Cablecillos

IV. PROCEDIMIENTO

a) Curva característica de un foco de filamento.

Armar el circuito de la figura, verificando la correcta conexión y el valor de la resistencia del

foco, que debe ser del mismo rango que la resistencia serie.

Variar la tensión de la fuente V1, medir los valores de Vf y VR

Calcular de la corriente: I = VR / R

Calcular el valor de la resistencia del foco: Rf = Vf / I

SIMULACIÓN: PROTEUS ISIS

b) Curva característica de un termistor NTC

Verificar que la resistencia serie R1 sea del mismo rango que el termistor y que en ningún

caso se exceda de 20 mA, de corriente de polarización.

En este caso, el foco trabajará como una fuente térmica, conectado directamente a V.

Variar la tensión V1 y tomar las lecturas de VR y VT en el termistor. Cuidar de no exceder

al voltaje de trabajo del foco. En el experimento se obtuvieron los siguientes datos:

Observación: Para esta experiencia utilizamos el termistor NTC-502 ohmios y una

resistencia R=502 en lugar de la de 470 ohmios.

- el valor de la corriente en el termistor I = VR / R

- el valor de la resistencia RT = VT / I

SIMULACIÓN: ISIS PROTEUS

c) Curva característica de una fotorresistencia LDR

Con el mismo circuito anterior, colocar una LDR en el lugar del termistor y en serie

colocar una resistencia de 270K

Proceder con los mismos pasos del caso anterior. En este caso el foco será una fuente

de luz para la fotorresistencia.

R=270K

SIMULACIÓN: ISIS PROTEUS

V. RESULTADOS

CURVA CARACTERÍSTICA DE UN FOCO DE FILAMENTO:

V1 2 4 6 8 10 12 14 16 VDC

Vf 0.71 1.45 3.13 4.47 5.87 7.35 8.83 10.33 VDC

VR 1.27 2.15 2.820 3.461 4.064 4.603 5.116 5.613 VDC

I 12.70 21.15 28.20 34.61 40.64 46.03 51.16 56.13 mA

Rf 55.91 67.44 111.03 129.21 144.49 159.68 172.6 184.04 Ohmios

CURVA CARÁCTERÍSTICA DE UN TERMISTOR NTC:

V 0 2 4 6 8 10 12 VDC

VR 1.89 1.92 2.03 2.13 2.27 2.37 2.48 VDC

VT 3.11 3.08 2.97 2.87 2.73 2.63 2.52 VDC

I 3.76 3.82 4.04 4.24 4.52 4.72 4.94 mA

RT 827.13 806.28 735.15 676.89 603.98 557.20 510.12 Ohmios

CURVA CARACTERÍSTICA DE LA LDR:

V 0 2 4 6 8 10 12 VDC

VR 4.39 4.53 4.95 4.99 5.00 5.01 5.01 VDC

VL 0.52 0.42 0.06 0.017 0.01 0.01 0.003 VDC

I 16.26 16.78 18.33 18.48 18.52 18.56 18.56 mA

RL 31.98 25.03 3.27 0.92 0.54 0.54 0.16 Ohmios

IV. CUESTIONARIO

1. Hacer una introducción teórica del fundamento de conducción de los

semiconductores.

Movilidad y Conductividad en los semiconductores

En los semiconductores la corriente eléctrica es el resultado del movimiento de

electrones libres y huecos. Esto está asociado a dos fenómenos:

a) Densidad De Corriente de Arrastre: Se origina por el movimiento de las cargas

cuando se le aplica un campo eléctrico. Esto causa los siguientes efectos:

En los electrones libres:

La fuerza que el campo eléctrico ejerce sobre los electrones provoca

el movimiento de estos, en sentido opuesto al campo eléctrico

aplicado. La densidad de corriente eléctrica (número de cargas que

atraviesan la unidad de superficie en la unidad de tiempo) queda

determinada por la siguiente ecuación:

Jn=un*n*q*E

Donde:

Jn= Densidad de corriente de los electrones [A / cm2]

un= Movilidad de los electrones en el material [cm2/ V *s]

n= Concentración de los electrones [cm-3]

q= Carga eléctrica [1,6 * 10-19C]

E= Campo eléctrico aplicado. [V/ cm]

En los huecos:

El campo eléctrico aplicado ejerce una fuerza sobre los electrones

asociados a los enlaces covalentes. Esa fuerza puede provocar que un

electrón perteneciente a un enlace cercano a la posición del hueco

salte a ese espacio. Así, el hueco se desplaza una posición en el

sentido del campo eléctrico.

La carga neta del hueco vacante es positiva y, se puede pensar en el

hueco como una carga positiva moviéndose en la dirección del campo

eléctrico. La densidad de corriente de los huecos es:

Jp=up*p*q*E

Donde:

Jp= Densidad de corriente de los huecos [A / cm2]

up= Movilidad de los huecos en el material [cm2/ V *s]

p= Concentración de huecos [cm-3]

q= Carga eléctrica [1,6 * 10-19C]

E= Campo eléctrico aplicado. [V/ cm]

Por tanto la densidad de corriente total por arrastre es:

Jarrastre total = Jn + Jp

b) Densidad De Corriente de Difusión:

Los electrones y huecos van de regiones de mayor concentración a regiones de

menor concentración (en sentido del gradiente de concentración) para favorecer el

equilibrio de las cargas. La densidad de corriente de difusión queda determinada

por:

J=-D*q*n

J=-D*q*p

Donde:

J= Densidad de corriente [A/cm2]

D= Constante de Difusión o Difusividad [cm2/s]

q= : Carga eléctrica [1,6 * 10 19

C]

n o p = : Gradiente de concentración de electrones (o huecos) [ cm-3

]

La densidad de corriente de difusión total puede expresarse de manera

unidimensional mediante:

Jdifusion total= q*Dn*𝑑𝑛

𝑑𝑥 -q*Dp*

𝑑𝑝

𝑑𝑥

Donde:

Jdifusion total = Densidad de Difusión total [A/ cm2]

Dp = Difusividad de los huecos [cm2

/ s]

Dn = Difusividad de los electrones [cm2

/ s]

n= Concentración de electrones [cm-3

]

p= Concentración de huecos [cm-3

]

q = : Carga eléctrica [1,6 * 10 19

C]

http://www.iutlv.edu.ve/iutlv/materia/fundamento/modulo.pdf

2. Explicar la variación de la resistencia del filamento conductor en el foquito

incandescente

Los focos incandescentes son termo-radiadores En un bulbo cerrado, lleno de gas,

una corriente eléctrica pasa a través de un filamento de tungsteno haciéndolo brillar.

Con este método de generación de la luz solamente el 5% de la energía se convierte

en luz. El resto de la energía se pierde convertida en calor.

http://www.osram.ec/osram_ec/Productos_Consumo/Iluminacion_para_el_hogar/Fo

cos_incandescentes/index.html

Cálculo de la Resistencia de un conductor para Otra Temperatura

α = Coeficiente de temperatura a 20 ºC

Δt = t - 20 = Elevación de temperatura en ºC

De acuerdo con la formula anterior la resistividad de un metal (en este caso tungsteno)

aumenta con la temperatura, lo que implica un aumento de su resistencia con la

temperatura de acuerdo a la siguiente formula:

http://www.tuveras.com/electrotecnia/resistividad/resistividad.htm

En nuestros datos, al aumentar el voltaje en el foco, aumenta su temperatura por la mayor

corriente que fluye a través de él, lo que ocasiona un aumento en su resistencia eléctrica.

3. Enumerar las resistencias semiconductoras y sus aplicaciones en electrónica.

I. TERMISTORES:

NTC

Es una resistencia cuyo valor óhmico depende de la temperatura.

Esta resistencia se caracteriza por su disminución del valor

óhmico a medida que aumenta la temperatura, por tanto presenta

un coeficiente de temperatura negativo.

PTC

Es una resistencia cuyo valor óhmico depende de la temperatura. Esta resistencia

se caracteriza por el aumento del valor óhmico a medida que aumenta la

temperatura, por tanto presenta un coeficiente de temperatura positivo.

II. FOTORRESISTNCIA

También conocido como LDR, cuya resistividad depende de la luz incidente.

III. VARISTORES:

También conocido como VDR, cuya resistividad depende del voltaje

aplicado. La propiedad que caracteriza esta resistencia consiste en que

disminuye su valor óhmico cuándo aumenta la tensión entre sus extremos.

Alcalde, P. (2010). Resistencias, potencias y energía eléctrica. En: Electrónica

General. (2ª ed., pp. 31-33). Madrid, España: Paraninfo (*)

4. Gráficas de las Curvas:

CURVA CARACTERÍSTICA DE UN FOCO DE FILAMENTO:

CURVA CARÁCTERÍSTICA DE UN TERMISTOR NTC:

CURVA CARACTERÍSTICA DE LA LDR:

5.- Apreciaciones y conclusiones de la experiencia realizada.

APRECIACIONES:

- En el primer caso del foco de filamento, por ser una resistencia semiconductora tipo

PTC, por lo que depende mucho del metal en uso por lo que a más temperatura

aumenta su resistividad. Donde se observó que cuando esta sin conexión a fuente el

foco tiene una resistencia baja y cuando se va aumentando el voltaje el foco se pone

incandescente y aumenta progresivamente el brillo, por lo que su grafica es

exponencial.

- En el segundo caso, la resistencia que está en el mismo rango que el termistor NTC

es para que el voltaje se reparta en la mitad y no influya en los resultados de la

gráfica.

- En el tercer caso, se aprecia la colocación de una resistencia en serie con el LDR, la

cual se utiliza para que no exista ningún corto circuito de la fuente cuando al

aumentar el voltaje de la fuente, el voltaje del LDR disminuye a casi cero

soportando toda la carga la resistencia.

CONCLUSIONES:

- En el caso de las resistencias semiconductoras, por tener como característica

fundamental que su resistividad sea controlada por algún medio como en este caso

por la temperatura se halla una curva característica de cada tipo de resistencia

semiconductora como tener un Coeficiente Positivo con la Temperatura (PTC)

como el foco o que tengan un Coeficiente Negativo con la Temperatura(NTC) como

el termistor NTC y el LDR

IV. ANEXOS

Datashett NTC serie TTC 501 ohmios.

Simulación1

Simulación2

Simulación3

Gráficas en Matlab