Resumen de Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos

Flashcards sobre los fundamentos de semiconductores, diodos, transistores BJT, FET y amplificadores de potencia basándose en el texto de Boylestad.

¿Cuáles son los tres materiales semiconductores más frecuentemente utilizados en la construcción de dispositivos electrónicos?

Germanio ($Ge$), silicio ($Si$) y arseniuro de galio ($GaAs$).

¿Qué es un enlace covalente en la estructura de un semiconductor?

Es un enlace de átomos reforzado por el hecho de compartir electrones entre átomos adyacentes.

¿Cómo se define un material semiconductor intrínseco?

Es un material semiconductor que ha sido cuidadosamente refinado para reducir el número de impurezas a un nivel muy bajo.

¿Por qué los materiales semiconductores tienen un coeficiente de temperatura negativo?

Porque su conductividad se incrementa (su resistencia disminuye) con la aplicación de calor, ya que los electrones de valencia absorben energía para convertirse en portadores libres.

¿Cuál es la relación entre la distancia de un electrón al núcleo y su estado de energía?

Cuanto más alejado está un electrón del núcleo, mayor es su estado de energía.

¿Qué es la brecha de energía ($E_g$)?

Es la brecha entre la banda de valencia y la banda de conducción que un electrón debe salvar para convertirse en portador libre.

¿Cómo se crea un material tipo n?

Introduciendo elementos de impureza pentavalentes (cinco electrones de valencia) como el antimonio, el arsénico o el fósforo en una base de silicio.

¿Qué son los átomos aceptores en un material tipo p?

Son impurezas de elementos con tres electrones de valencia (trivalentes) que crean vacíos o "huecos" en la estructura del cristal.

En un material tipo n, ¿cuál es el portador mayoritario y cuál el minoritario?

El electrón es el portador mayoritario y el hueco es el portador minoritario.

¿Qué es la región de empobrecimiento en una unión p-n?

Es una región cercana a la unión que carece de portadores libres debido a la combinación de electrones y huecos al unirse los materiales.

¿Cómo se define la corriente de saturación en inversa ($I_s$)?

Es la pequeña corriente en condiciones de polarización en inversa que alcanza su nivel máximo con rapidez y no cambia significativamente con el voltaje.

¿Cuál es la ecuación de Shockley para las regiones de polarización en el diodo?

$$I_D = I_s (e^{\frac{V_D}{n V_T}} - 1)$$

¿Cómo se calcula el voltaje térmico ($V_T$)?

$V_T = \frac{k T}{q}$ donde $k$ es la constante de Boltzmann, $T$ la temperatura absoluta y $q$ la carga del electrón.

¿Cuál es el valor típico del voltaje térmico ($V_T$) a una temperatura ambiente de $27^\circ C$?

Aproximadamente $26\,mV$ (exactamente $25.875\,mV$).

¿Qué es el potencial Zener ($V_Z$)?

Es el potencial de polarización en inversa en el que ocurre un cambio dramático en las características del diodo y la corriente aumenta rápidamente.

¿Qué significa el valor PIV o PRV en un diodo?

Voltaje inverso pico (Peak Inverse Voltage) o voltaje de reversa pico, que es el máximo potencial en inversa antes de entrar en la región Zener.

¿Cuáles son los voltajes de rodilla ($V_K$) típicos para el silicio ($Si$) y el germanio ($Ge$)?

$0.7\,V$ para el silicio y $0.3\,V$ para el germanio.

¿Cómo afecta la temperatura al voltaje de un diodo de silicio en polarización directa?

El voltaje se desplaza a la izquierda a razón de $-2.5\,mV$ por cada grado centígrado de incremento.

¿Qué ocurre con la corriente de saturación en inversa ($I_s$) del silicio al aumentar la temperatura?

Se duplica por cada $10^\circ C$ de aumento de la temperatura.

¿Cómo se calcula la resistencia de CD o estática ($R_D$) de un diodo?

$$R_D = \frac{V_D}{I_D}$$

¿Cuál es la fórmula para la resistencia dinámica o de CA ($r_d$)?

$$r_d = \frac{\Delta V_d}{\Delta I_d}$$

¿Cuál es la fórmula simplificada de la resistencia dinámica ($r_d$) derivada de la ecuación de Shockley ($n=1$)?

$$r_d = \frac{26\,mV}{I_D}$$

¿Cuáles son los componentes del circuito equivalente lineal por segmentos de un diodo?

Una resistencia de CA promedio ($r_{prom}$), una batería de voltaje de umbral ($V_K$) y un diodo ideal.

¿Dónde predomina la capacitancia de transición ($C_T$) en un diodo?

En la región de polarización en inversa.

¿Qué es el tiempo de recuperación en inversa ($t_{rr}$)?

Es el tiempo necesario para que el diodo cambie del estado de conducción al de no conducción al invertir la polaridad del voltaje.

¿Cómo se identifica físicamente el cátodo en la mayoría de los diodos comerciales?

Suele aparecer marcado con una banda o un punto.

¿Cuál es la dirección de conducción en un diodo Zener?

Es opuesta a la de la flecha del símbolo, operando principalmente en su región de ruptura en inversa.

¿Qué materiales se utilizan típicamente para construir LED infrarrojos?

Diodos construidos de arseniuro de galio ($GaAs$).

¿Qué determina el color de la luz emitida por un LED?

La longitud de onda y la frecuencia, las cuales están directamente relacionadas con la brecha de banda de energía del material.

¿Cuáles son las tres capas que componen un transistor de unión bipolar (BJT)?

Emisor, base y colector.

¿Cuál es la relación fundamental de corrientes en un transistor BJT?

$$I_E = I_C + I_B$$

¿Cómo se define el factor alfa ($\alpha$) de CD?

Es la relación entre la corriente del colector y la del emisor: $\alpha_{cd} = \frac{I_C}{I_E}$

¿Cómo se define beta ($\beta$) o ganancia de corriente de CD en un BJT?

Es la relación entre la corriente del colector y la corriente de la base: $\beta_{cd} = \frac{I_C}{I_B}$

¿Cuál es la relación matemática entre $\alpha$ y $\beta$?

$\beta = \frac{\alpha}{1 - \alpha}$ y $\alpha = \frac{\beta}{\beta + 1}$

¿Cuál es la característica principal de un transistor en su región de corte?

Las uniones base-emisor y colector-base se encuentran polarizadas en inversa, y la corriente del colector es esencialmente cero.

¿Qué voltaje se asume típicamente para $V_{BE}$ en un transistor de silicio en la región activa?

$$V_{BE} = 0.7\,V$$

¿Cómo se define la potencia máxima disipada por un transistor ($P_{C\,m\acute{a}x}$)?

$$P_{C\,m\acute{a}x} = V_{CE} I_C$$

¿Cuál es la diferencia fundamental en el control entre un BJT y un FET?

El BJT es un dispositivo controlado por corriente, mientras que el FET es un dispositivo controlado por voltaje.

¿Qué ecuación define la relación de transferencia en un JFET?

La ecuación de Shockley: $I_D = I_{DSS} (1 - \frac{V_{GS}}{V_p})^2$

¿Qué representa $I_{DSS}$ en un JFET?

La corriente de drenaje a fuente con la entrada en cortocircuito ($V_{GS} = 0\,V$).

¿Cuál es la eficiencia máxima teórica de un amplificador clase A alimentado en serie?

$$25\%$$

¿Cuál es la eficiencia máxima teórica de un amplificador clase B?

$$78.5\%$$

¿Qué es un amplificador de potencia clase D?

Es un amplificador que opera con señales digitales o de pulso y puede alcanzar una eficiencia de potencia de más del $90\%\,.$.\"

¿Qué es la distorsión del segundo armónico en un amplificador?

Es un tipo de distorsión originada por una característica no lineal que genera una frecuencia a dos veces la frecuencia fundamental.

¿Cómo se define la distorsión armónica total (THD)?

$THD = \sqrt{D_2^2 + D_3^2 + D_4^2 + \dots}$ donde $D_n$ representa las distorsiones armónicas individuales.