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Ejercicio 1 Tarea 1 Física Electrónica – Identificación y c. de un semiconductor UNAD 2026 (16-01)

Conviértete en miembro de este canal para disfrutar de ventajas:    / @educarlos_ing   Ejercicio 1 – Identificación y caracterización de un semiconductor (15 puntos) Se entrega una muestra de material sólido desconocido para su caracterización eléctrica. Con el fin de analizar su comportamiento y clasificarlo adecuadamente. Para ello, se realizan dos mediciones experimentales independientes. Experimento 1: Curva corriente–voltaje A temperatura ambiente (T = 300 K), se mide la corriente eléctrica que circula por el material al aplicar diferentes valores de voltaje, obteniéndose la gráfica corriente vs. voltaje (I–V). a) A partir de la curva I–V, calcule la resistencia diferencial del material en dos regiones distintas del voltaje aplicado. Con base en los resultados obtenidos, determine si el material presenta un comportamiento óhmico o no óhmico, justificando su respuesta. b) Estime el voltaje umbral Vt del material a partir de la gráfica I–V. Explique su significado físico en términos del transporte de portadores de carga. Experimento 2: Conductividad en función de la temperatura Se mide la conductividad eléctrica del material para diferentes temperaturas. A partir de los datos experimentales se grafica ln(σ) en función de 1/T. El ajuste lineal de los datos produce una recta de pendiente m. c) Suponiendo que en la región conductora el material se comporta como un semiconductor intrínseco, use la expresión: σ(T) = σ0 e^(-Eg / (2kB T)) y determine la energía de brecha Eg del material a partir de la pendiente de la gráfica ln(σ) en función de 1/T. Indique claramente el procedimiento seguido y compare este resultado con los valores típicos de la energía de brecha de semiconductores elementales conocidos. ¿Con cuál material presenta mayor concordancia el valor obtenido? Asuma que kB = 8.617 × 10^-5 eV/K. d) Verifique si el valor de Eg obtenido es coherente con el voltaje umbral estimado en el inciso (b). Discuta cualitativamente la relación entre ambos parámetros. e) Con base en los resultados experimentales obtenidos y en el modelo de bandas de energía, clasifique el material como conductor, aislante o semiconductor, e indique una posible aplicación tecnológica asociada a dicho tipo de material. Ejercicio 2 – Aplicaciones industriales: El diodo (15 puntos) En una planta de procesamiento de alimentos, una línea de vapor debe operar entre 60 °C y 80 °C para garantizar condiciones sanitarias adecuadas. Por razones de seguridad y costos, se desea implementar un sistema pasivo de alerta térmica que active un indicador luminoso cuando la temperatura de la tubería supere los 85 °C. La empresa solicita que el sistema: • Sea alimentado con una fuente DC de 12 V. • No utilice transistores ni amplificadores operacionales. • Esté basado únicamente en diodos y resistencias. • Sea robusto y de bajo mantenimiento. Para ello, se propone el siguiente circuito. Con base en el circuito anterior: a) Calcule la tensión total del arreglo de 6 diodos a 60 °C, 80 °C y 85 °C, considerando que la variación de la tensión de un diodo a 25 °C es de 0.7 V (VF(25°C) = 0.7 V) y que su coeficiente térmico es de −2 mV/°C. b) Determine el margen de tensión entre 80 °C y 85 °C. Usando R1 = 1 kΩ y un LED con caída de 2 V: a) Determine la corriente del circuito a 60 °C, 80 °C y 85 °C. b) Calcule la variación de corriente entre 80 °C y 85 °C. c) Analice si dicha variación es suficiente para producir un cambio visible en el LED. Si cada diodo tiene una tolerancia de ±0.05 V y la fuente puede variar ±5 %: a) Determine cómo afectan estas variaciones al punto de activación. b) Compare el margen térmico con las posibles variaciones eléctricas. Con base en los cálculos anteriores, determine si el circuito: a) Garantiza ausencia de falsas alarmas entre 60 °C y 80 °C. b) Garantiza activación confiable al superar 85 °C. Justifique cuantitativamente su respuesta. Si el circuito no cumple con el objetivo inicialmente planteado, proponga una nueva configuración y condiciones. Para el desarrollo de los ejercicios 3 y 4, tenga en cuenta la siguiente información: El valor ψ corresponde al numeral seleccionado por el estudiante: Estudiante 1: ψ = 1 Estudiante 2: ψ = 3 Estudiante 3: ψ = 5 Estudiante 4: ψ = 7 Estudiante 5: ψ = 9