OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA

[OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA]INFORME DE LABORATORIO N2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERIA MECNICA FISICA III -INFORME N2

TEMA: OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDADOCENTES: ALTUNA DIAZ ISAAC GABRIEL REYES GUERRERO REYNALDO GREGORINOALUMNOS: CORDERO ALBRECHT, Johan E ESCOBAR SOTO, Frank MADUEO RAMIREZ, Cristian SECCIN: A

PERIODO: 2014-II

Lima Per

I. OBJETIVOS.-1. Hacer que el estudiante conozca los controles y empiece a manejar el osciloscopio para as poderlo usar posteriormente como:0. Instrumento de medida de voltaje contante, voltaje alterno, y como instrumento para medir amplitud, perodo y frecuencia de diferentes funciones de voltaje peridicas en el tiempo.1. Graficador XY.II. FUNDAMENTO TERICO.-

Sin duda alguna el osciloscopio constituye el instrumento que mejor caracteriza a un laboratorio de electrnica. Su utilidad se comprende fcilmente ya que permite la observacin y medida de seales, usualmente peridicas, que se estn produciendo o que se estn procesando en un circuito electrnico; es decir es un instrumento que permite saber lo que est ocurriendo con las seales de un circuito en tiempo real. En la actualidad se dispone de osciloscopios de tipo anlogo y digital, cada uno con sus ventajas y desventajas.

Osciloscopio analgico:

La tensin a medir se aplica a las placas de desviacin vertical de un tubo de rayos catdicos (utilizando un amplificador con alta impedancia de entrada y ganancia ajustable) mientras que a las placas de desviacin horizontal se aplica una tensin en diente de sierra (denominada as porque, de forma repetida, crece suavemente y luego cae de forma brusca).

Esta tensin es producida mediante un circuito oscilador apropiado y su frecuencia puede ajustarse dentro de un amplio rango de valores, lo que permite adaptarse a la frecuencia de la seal a medir. Esto es lo que se denomina base de tiempos.

En el tubo de rayos catdicos el rayo de electrones generado por el ctodo y acelerado por el nodo llega a la pantalla, recubierta interiormente de una capa fluorescente que se ilumina por el impacto de los electrones. Si se aplica una diferencia de potencial a cualquiera de las dos parejas de placas de desviacin, tiene lugar una desviacin del haz de electrones debido al campo elctrico creado por la tensin aplicada.

De este modo, la tensin en diente de sierra, que se aplica a las placas de desviacin horizontal, hace que el haz se mueva de izquierda a derecha y durante este tiempo, en ausencia de seal en las placas de desviacin vertical, dibuje una lnea recta horizontal en la pantalla y luego vuelva al punto de partida para iniciar un nuevo barrido. Este retorno no es percibido por el ojo humano debido a la velocidad a que se realiza y a que, de forma adicional, durante el mismo se produce un apagado (borrado) parcial o una desviacin del rayo.

Si en estas condiciones se aplica a las placas de desviacin vertical la seal a medir (a travs del amplificador de ganancia ajustable) el haz, adems de moverse de izquierda a derecha, se mover hacia arriba o hacia abajo, dependiendo de la polaridad de la seal, y con mayor o menor amplitud dependiendo de la tensin aplicada.

Al estar los ejes de coordenadas divididos mediante marcas, es posible establecer una relacin entre estas divisiones y el perodo del diente de sierra en lo que se refiere al eje X y al voltaje en lo referido al Y. Con ello a cada divisin horizontal corresponder un tiempo concreto, del mismo modo que a cada divisin vertical corresponder una tensin concreta.

Osciloscopio digital:

En la actualidad los osciloscopios analgicos estn siendo desplazados en gran medida por los osciloscopios digitales, entre otras razones por la facilidad de poder transferir las medidas a un ordenador personal.

En el osciloscopio digital la seal es previamente digitalizada por un conversor analgico digital. Al depender la fiabilidad de la visualizacin de la calidad de este componente, esta debe ser cuidada al mximo.

Las caractersticas y procedimientos sealados para los osciloscopios analgicos son aplicables a los digitales. Sin embargo, en estos se tienen posibilidades adicionales, tales como el disparo anticipado (pre-triggering) para la visualizacin de eventos de corta duracin, o la memorizacin del oscilograma transfiriendo los datos a un PC. Esto permite comparar medidas realizadas en el mismo punto de un circuito o elemento. Existen asimismo equipos que combinan etapas analgicas y digitales.

Estos osciloscopios aaden prestaciones y facilidades al usuario imposibles de obtener con circuitera analgica, como los siguientes:

-Medida automtica de valores de pico, mximos y mnimos de seal. Verdadero valor eficaz. -Medida de flancos de la seal y otros intervalos. - Captura de transitorios. -Clculos avanzados, como la FFT para calcular el espectro de la seal.

COMPONENTES DE UN OSCILOSCOPIOPara comprender el funcionamiento de un osciloscopio en su totalidad, se debe tener en consideracin que sus complejas funciones de mediciones se llevan a cabo por el funcionamiento de distintos subsistemas.

Las partes esenciales (o subsistemas) que se pueden distinguir son:}- Tubos de rayos catdicos (TRC).- Amplificador X-Y sistema de deflexin horizontal-vertical.- Fuente de poder.- Puntas de pruebas.- Circuitos de calibracin.

La seal a medir se detecta por medio de las puntas de pruebas o sondas del osciloscopio (generalmente cable coaxial) e ingresa al osciloscopio (terminales de entrada del equipo). Con frecuencia la seal en este punto tiene una amplitud demasiado pequea para activar el TRC. Se usa la amplificacin antes de llegar a las placas de deflexin vertical. Con todo ello y dentro del TRC, se crea un haz de electrones mediante un can de electrones que es dirigido a una pantalla fluorescente creando un punto de luz en el lugar del impacto con la pantalla. Dicho haz se dirige en forma vertical en proporcin a la magnitud del voltaje aplicado a las placas de deflexin vertical del tubo. Esta seal amplificada de entrada tambin est monitoreada por el sistema de deflexin horizontal, el cual tiene la misin de barrer horizontalmente el haz de electrones a travs de la pantalla a una velocidad uniforme.

La deflexin simultnea del haz de electrones en la direccin vertical (por el sistema de deflexin vertical y las placas de deflexin vertical) y en la direccin horizontal (por los circuitos de base de tiempo y las placas de deflexin horizontal) hace que el punto de luz producido por el haz de electrones trace una lnea en el TRC. Si la entrada es peridica y los circuitos base de tiempo sincronizan correctamente el barrido horizontal con la deflexin vertical, el punto de luz recorrer el mismo camino una vez y otra vez. Si la frecuencia de la seal peridica es bastante alta (mucho mayor de 50 Hz), el trazo aparecer como una imagen permanente y estable en la pantalla.

Despliegue del rayo o haz de electrones (TRC)El tubo en s es un recipiente sellado de vidrio con un can de electrones y un sistema de deflexin dentro de l y una pantalla fluorescente todo ello inmerso en un alto vaco de manera que no interfieran las molculas gaseosas en el camino del haz de electrones y pierda su alta finesa.

Amplificador X-Y sistema de deflexin horizontal verticalEn el can el can electrnico y la pantalla existen dos pares de electrodos paralelos conocidos como placas deflectoras. Un par est colocado verticalmente, produciendo una deflexin vertical (eje y) y el otro est dispuesto en forma horizontal produciendo una deflexin horizontal (eje x). Segn sea el potencial aplicado a estos electrodos, ser la ubicacin del punto donde incide el haz luminoso en la pantalla. La deflexin ser ms o menos grande y en un sentido o en otro segn sean los valores y polaridades de los potenciales aplicados. La aplicacin simultnea de tensiones apropiadas a ambos pares de placas permite controlar el impacto luminoso en todo el plano X-Y.

La pantalla fluorescenteEl interior de la pantalla est recubierto por un depsito de fluorescente que al incidir el haz de luz de electrones emite luz que es captada del exterior del tubo. Esta capa es de fsforo y debe ser lo suficientemente delgada como para ser atravesada por la luz. Las sustancias fluorescentes naturales o sintticas, tiles para pantallas son numerosas, produciendo distintos colores o luminosidad. Las de uso comn son muy pocas. Algunas de estas substancias ofrecen una persistencia grande y otras persistencia muy baja. El tiempo que tarda la intensidad del punto para disminuir al 10 por ciento su brillantez se llama persistencia del fsforo. Para osciloscopio de laboratorio un fosforescente verde media da una imagen que para todos los fines es altamente de calidad. En la siguiente tabla se indican las ms usadas.

Trigger disparo.La posicin del punto en la pantalla de tubo de rayos catdicos est determinada por la suma de dos vectores, que representan la posicin en el eje X e Y.Si la seal de entrada, eje Y, tiene una forma de onda peridica, cada ciclo de la onda base de tiempo debe producir un trazo que coincida punto por punto con el trazo precedente, si esto se cumple, la seal se mantiene fija en la pantalla y se dice que es estable. El disparo interno consigue estabilidad usando la seal Y de entrada para controlar la partida de cada barrido horizontal.

Ganancia y sensibilidad del amplificador del OsciloscopioSe describe a modo de repaso de la operacin combinada del atenuador, el PreAmplificador y el amplificador vertical. El amplificador principal (junto con el preamplificador) est diseado para dar una ganancia, K, de un valor fijo, esto significa que todas las seales aplicadas a la entrada se amplifican por igual factor de ganancia (tpicamente K=1000 a 2000) lo cual tiene ventajas en su diseo desde el punto de vista de la estabilidad y ancho de banda.

Fuente de PoderFuentes de poder internas convierten el voltaje AC de consumo, en potenciales DC continuos necesario para el funcionamiento del instrumento. Si es necesario por el tipo de osciloscopio, tambin producen la alta tensin con que trabaja el tubo de rayos catdicos.

Puntas de prueba del osciloscopioLas puntas de prueba del osciloscopio efectan la importante tarea de detectar las seales en su fuente y transferirlas hasta las entradas del osciloscopio. Idealmente las puntas deberan efectuar esta funcin sin cargar o perturbar de modo alguno los circuitos bajo prueba.

Los tipos ms sencillos de puntas seran tan slo tramos de conductor entre el circuito a medir y el osciloscopio. Sin embargo, tales puntas casi siempre resultan inadecuadas debido a que tendran predisposicin a recoger y alimentar al osciloscopio de seales indeseadas espreas. La respuesta de frecuencia de una punta de prueba se debe igualar a la respuesta del osciloscopio en el que se fije. Por ejemplo una punta con una frecuencia de 50 MHz y -3 dB no sera adecuada para un osciloscopio de 400 MHz.

Tambin se debe observar el nivel de tensin mximo que es posible aplicar a una punta de prueba.Existen 3 tipos de puntas de prueba:a) Puntas de compensacin pasiva para voltaje.b) Puntas de prueba activas de voltaje.c) Puntas de prueba para corriente.

Circuitos de calibracinEs fundamental que en forma peridica se estn revisando los circuitos de calibracin. Para esto la mayora de los osciloscopios generan una seal de referencia de frecuencia y magnitud conocidas.Dicha seal es del tipo cuadrada de magnitud 1 Volt PP y frecuencia 1 kHz. Esta referencia alimenta los amplificadores verticales y base de tiempo para ser calibrados. Tambin esta seal permite efectuar los ajustes de compensacin de puntas de pruebas.

Para usar un osciloscopio tenemos primero que tener conocimientos previos sobre las ondas ya que trabajaremos con funciones de voltaje peridicas en el tiempo:

Tipos de ondas Se pueden clasificar las ondas en los cuatro tipos siguientes: Ondas senoidales Ondas cuadradas y rectangulares Ondas triangulares y en diente de sierra. Pulsos y flancos escalones.

Ondas senoidales Son las ondas fundamentales y eso por varias razones: Poseen unas propiedades matemticas muy interesantes (por ejemplo con combinaciones de seales senoidales de diferente amplitud y frecuencia se puede reconstruir cualquier forma de onda), la seal que se obtiene de las tomas de corriente de cualquier casa tienen esta forma, las seales de test producidas por los circuitos osciladores de un generador de seal son tambin senoidales, la mayoria de las fuentes de potencia en AC (corriente alterna) producen seales senoidales. La seal senoidal amortiguada es un caso especial de este tipo de ondas y se producen en fenomenos de oscilacin, pero que no se mantienen en el tiempo.Ondas cuadradas y rectangulares Las ondas cuadradas son bsicamente ondas que pasan de un estado a otro de tensin, a intervalos regulares, en un tiempo muy reducido. Son utilizadas usualmente para probar amplificadores (esto es debido a que este tipo de seales contienen en si mismas todas las frecuencias). La televisin, la radio y los ordenadores utilizan mucho este tipo de seales, fundamentalmente como relojes y temporizadores. Las ondas rectangulares se diferencian de las cuadradas en no tener iguales los intervalos en los que la tensin permanece a nivel alto y bajo. Son particularmente importantes para analizar circuitos digitales.

Ondas triangulares y en diente de sierra Se producen en circuitos diseados para controlar voltajes linealmente, como pueden ser, por ejemplo, el barrido horizontal de un osciloscopio analgi co el barrido tanto horizontal como vertical de una televisin. Las transiciones entre el nivel mnimo y mximo de la seal cambian a un ritmo constante. Estas transiciones se denominan rampas. La onda en diente de sierra es un caso especial de seal triangular con una rampa descendente de mucha ms pendiente que la rampa ascendente.

III. EQUIPO UTILIZADO.-

Osciloscopio de 25 Mhz, Elenco modelo S-1325.- Un osciloscopio es un instrumento de medicin electrnico para la representacin grfica de seales elctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrnica de seal, frecuentemente junto a un analizador de espectro.Presenta los valores de las seales elctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen as obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje THRASHER" o "Cilindro de Wehnelt" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza.Los osciloscopios, clasificados segn su funcionamiento interno, pueden ser tanto analgicos como digitales, siendo el resultado mostrado idntico en cualquiera de los dos casos, en teora.

Pila de 1.5v.-

Fuente de voltaje constante con varias salidas y Multmetro Digital.-El multmetro digital es un instrumento electrnico de medicin que generalmente calcula voltaje, resistencia y corriente, aunque dependiendo del modelo de multmetro puede medir otras magnitudes como capacitancia y temperatura. Gracias al multmetro podemos comprobar el correcto funcionamiento de los componentes y circuitos electrnicos.

Transformador de voltaje alterno 220v/6v, 60 Hz.-El transformador es un dispositivo que convierte la energa elctrica alterna de un cierto nivel de tensin, en energa alterna de otro nivel de tensin, por medio de interaccin electromagntica. Est constituido por dos o ms bobinas de material conductor, aisladas entre s elctricamente y por lo general enrolladas alrededor de un mismo ncleo de material ferromagntico. La nica conexin entre las bobinas la constituye el flujo magntico comn que se establece en el ncleo.

Generador de Funcin Elenco GF-8026.-El generador de funciones es un equipo capaz de generar seales variables en el dominio del tiempo para ser aplicadas posteriormente sobre el circuito bajo prueba.Las formas de onda tpicas son las triangulares, cuadradas y senoidales. Tambin son muy utilizadas las seales TTL que pueden ser utilizadas como seal de prueba o referencia en circuitos digitales. Otras aplicaciones del generador de funciones pueden ser las de calibracin de equipos, rampas de alimentacin de osciloscopios, etc

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Y TOMA DE DATOS.-

Despus de la identificacin de los controles e interruptores de nuestro Osciloscopio, procedimos con la medicin de los voltajes d.c. (Corriente Continua) con el Multmetro y con el Osciloscopio, obteniendo la siguiente tabla de datos:Ejm: Medicin del Voltaje de la Fuente a 3V con el Multmetro y la grfica del voltaje a escala 0,5(El eje X est ubicado 2 casillas debajo del centro)

MultmetroOsciloscopio

FUENTE3 3,1221,55 3,1

65,95236,00

98,8024,58,80

Posteriormente procedimos con la medicin de voltaje a.c. (Corriente Alterna) del transformador usando el Osciloscopio y el Multmetro; y usamos el Generador de Seales para producir funciones de onda que dependen del tiempo en forma cuadrada, diente de sierra y senoidal.

Generador (Hz)Osciloscopio (Hz)seal

f1 156153,85

f2129125,0

f3206200,0

Ondas producidas por el generador de seales del tipo senoidal, diente de sierra ycuadrada.

Lo siguiente de la experiencia fue utilizar el Osciloscopio como graficador XY, siguiendo los pasos enseados por el profesor con respecto a los controles, ubicamos en un canal el Transformador y en el otro el Generador de Seales con el cual hicimos variar la frecuencia y obtuvimos los siguientes grficos:

V. CLCULOS Y RESULTADOS.-

1. Haga una tabla de tres columnas indicndole voltaje medido con el osciloscopio, el voltaje medido con el multmetro y el voltaje nominal de cada salida de la fuente.Voltaje Nominal

MultmetroOsciloscopio

FUENTE33,123,1

65,956,0

98,808,9

2. Es realmente constante el voltaje de cada salida dado por esta fuente?

En los materiales se supone en primera instancia que la fuente es de voltaje constante.Pero en nuestra tabla para un voltaje nominal y tambin el voltaje medido por el multmetro hace parecer que es constante pero con el osciloscopio se nota que el voltaje vara en pequea magnitud. Y esto significara que su voltaje es alterno.Adems para la fuente nos genera una grafica de la forma senoidal, y para que sea constante ya la grafica debera ser una recta (constante en el tiempo) como es el caso para la pila. Grfica de la fuente:(Voltaje variable en el tiempo)

3. Cul es el periodo del voltaje alterno dado por el transformador de 6 v? Diga el nmero de divisiones cuando el control 28 est en posicin 1ms/divisin, 2ms/ divisin, 5ms/ divisin Cul es la frecuencia medida?Voltaje alterno (6V):

Fuente Pila (V)Osciloscopio (div)Perodo (ms)Frecuencia (Hz)

1 ms / div2 ms / div5 ms /div

6 7,6 3,81,52 7,6131,58

Perodo:

Frecuencia:

Voltaje alterno (6V):Fuente Pila (V)Multmetro (V) Amplitud(5 volts / div)Osciloscopio(5 volts / div)

65,5585,66

Amplitud:

Voltaje pico-pico:

4. Dibuje la pantalla cuadriculada del osciloscopio e indique lo observado en el osciloscopio usado como graficador XY en los pasos 17 y 18 de la gua.

5. Dibuje la pantalla cuadriculada del osciloscopio e indique lo observado en el osciloscopio usado como graficador XY en los pasos 17 y 18 de la gua.CHANNEL ICHANNEL II

6. Repita 5 pero con el control 16 en la posicin afuera

CHANNEL I

CHANNEL II

VI. OBSERVACIONES.-

Los potenciales obtenidos en cada uno de los casos varan en cierto rango debido a la incertidumbre y a la seleccin de la escala que usamos en el osciloscopio, y esta tambin varia con respecto al Multmetro por su distinta precisin instrumental. Notamos que el multmetro tiene mayor precisin que el osciloscopio debido a que el multmetro muestra una cifra que oscila mnimamente y el osciloscopio varia mas segn la escala seleccionada. Cuando se utiliz el osciloscopio para las medidas de voltaje, se observa que al instante de conectar la fuente de voltaje constante, el punto luminoso cambia inmediatamente de posicin, subiendo el punto hacia arriba, aqu se tuvo que graduar el selector 13 para medir el voltaje de la fuente. Posteriormente cuando se conect el transformador, y se procedi al clculo de los valores de amplitud y voltaje pico a pico; aqu se tuvo que detener la curva senoidal para un mejor conteo del nmero de divisiones en el grfico. Lo mismo sucedi para determinar el periodo del voltaje alterno. Al comparar los valores de voltaje eficaz con el voltaje obtenido por el multmetro, encontramos que el valor obtenido estuvo muy prximo al del multmetro. De lo cual podemos concluir que el osciloscopio es una herramienta muy til para el clculo del voltaje eficaz. Adems que no slo se realiza este clculo de manera casi exacta, sino tambin realiza otras operaciones como medir la amplitud, periodo y frecuencia de diferentes funciones de voltaje peridicas en el tiempo Las figuras en XY que se generan al conectar el generador de funcin con el transformador varan de acuerdo a las frecuencia asignada con el generador de de funcin, debido a que la del transformador es constante.

VII. CONCLUSIONES:

El osciloscopio es un instrumento de importancia puesto que permite medir voltajes, frecuencia, amplitudes, periodos y adems permite tambin la grfica de funciones de voltajes en XY.

El osciloscopio se utiliza a menudo para tomar medidas en circuitos elctricos. Es especialmente til porque puede mostrar cmo varan dichas medidas a lo largo del tiempo, o cmo varan dos o ms medidas una respecto de otra.

La diferencia entre los valores de voltaje del osciloscopio y del multmetro digital es que el primero mide como vara el voltaje (pico-pico) y el segundo mide el voltaje eficaz, donde .

Un Generador de Funciones es un aparato electrnico que produce ondas senoidales, cuadradas y triangulares. Sus aplicaciones incluyen pruebas y calibracin de sistemas de audio, ultrasnicos y servo.

Una onda senoidal se puede obtener en el conector de la salida principal cuando se presiona la opcin de onda senoidal en el botn de funcin y cuando cualquier botn del rango de frecuencia est tambin presionado. La frecuencia de la onda se establece por la combinacin del botn de rango y el control de variacin de frecuencia. La salida tendr que ser revisada con un osciloscopio.

Una onda cuadrada se puede obtener en el conector de la salida principal cuando se presiona la opcin de onda cuadrada en el botn de funcin y cuando cualquier botn del rango de frecuencia est tambin presionado. La frecuencia de la onda se establece por la combinacin del botn de rango y el control de variacin de frecuencia.

VIII. BIBLIOGRAFIA.- http://www.unicrom.com/Tut_osciloscopio1.asp http://www.apuntesdeelectronica.com/instrumentacion/osciloscopio-2.htm http://www2.ing.puc.cl/~iee2172/files/instrumentacion/osciloscopio_guia.pdf http://www.udb.edu.sv/Academia/Laboratorios/ccbasicas/EMA/guia7EMA.pdf http://www.slideshare.net/guest07963/osciloscopio-presentation

IX. ANEXO:ELECTRONICA ORGANICA:1. Qu es la electrnica orgnica y que materiales y compuestos utiliza?La electrnica orgnica naci en 1977 con el descubrimiento de los polmeros conductores, por parte de Hideko Shirakawa, Alan Heeger y Alan MacDiarmi. Este descubrimiento los condujo a ganarse el premio Nobel de qumica en el ao 2000.Los materiales orgnicos se dividen en compuestos, de pocas molculas (monmeros y oligmeros) y en compuestos de grandes cantidades de molculas o compuestos polimricos. Estos materiales tienen la capacidad de conducir energa y emitir luz gracias a que tienen una configuracin especfica, denominada conjugacin. Esta configuracin se caracteriza por la alternacin de enlaces simples y dobles en la cadena principal de estos materiales.Los materiales orgnicos con propiedades electrnicas y optoelectrnicas han sido toda unarevolucinen laindustriaelectrnica, la cual los ha comenzado a implementar en pantallas para celulares, televisores, celdas fotovolticas, lseres, etc., adems de implementar nuevas aplicaciones tales como, papel electrnico,msculosartificiales, ventanas inteligentes, nervios artificiales, entre otras.La electrnica orgnica aun no alcanza eldesempeode la electrnica tradicional del silicio y el germanio, pero en el mediano plazo, se espera que reemplace a los semiconductores inorgnicos en el campo optoelectrnico, gracias a su facilidad de fabricacin, bajoprecioy mejor desempeo. En el largo plazo, se espera que los semiconductores orgnicos mejoren su velocidad y puedan competir con la electrnica tradicional en todos los campos.

Los materiales orgnicos son compuestos que basan su estructura en el tomo de carbono. Este al igual que el silicio y el germanio hace parte del grupo IV de la tabla peridica y como es caracterstica de los elementos de este grupo, tiene una valencia de cuatro, lo que le permite enlazarse con cuatro tomos ms. El carbono como tambin los dems elementos del grupo IV presentan una distribucin electrnica que termina en sp, que determina que solo son capaces de formar dos enlaces, pero esto est muy alejado de la realidad, en donde como ya mencionamos se enlazan con cuatro tomos, entonces, Cmo es posible que se formen cuatro enlaces?.

2. Cules son sus aplicaciones actuales y futuras?Capacitores de PolypirrolEn general, las cargas en los capacitores convencionales son almacenadas en la superficie de los electrodos. Si en estos se incrementa el rea de la superficie, proporcionalmente se incrementa la capacitancia. Sin embargo, los capacitores basados en polmeros conductores, tienen la ventaja de almacenar carga a travs del material y no simplemente en la superficie. Una segunda ventaja de los capacitores basados en polmeros conductores (CPC"s) es que la separacin efectiva de las placas esta en el orden de los 2 nm, permitiendo un tremendo almacenamiento de energa. No obstante, en la actualidad, estos dispositivos tienen anchos de banda que estn varios ordenes de magnitud por debajo de los capacitores convencionales y los potenciales aplicados alcanzan tan solo 4 V.

Celdas fotovoltaicas orgnicasLas celdas fotovoltaicas orgnicas, son dispositivos que convierten la luz en electricidad, de manera contraria a los OLED, y en los cuales el semiconductor, al igual que en todos los dispositivos electrnicos orgnicos, es un material orgnico conjugado. El mecanismo mediante el cual estos dispositivos convierten la luz en corriente elctrica, se denomina efecto fotovoltaico."Kallman reporto la primera celda fotovoltaica orgnica basada en un cristal individual de antraceno en 1959. Sin embargo estas celdas basadas en materiales orgnicos fueron consideradas inadecuadas como fuentes de energa, esto en parte, debido a que las excitaciones pticas producan pares electrn/hueco fuertemente acoplados. Por lo tanto, los portadores de carga fotogenerados de esta manera, no eran directamente asequibles a circuitos externos, lo cual resultaba en una eficiencia cuntica externa insuficiente. Esta pobre respuesta fotovoltaica fue atribuida a la naturaleza cuasi-aislante de los semiconductores orgnicos intrnsecos"[88].

Lser orgnicoMuchos polmeros conjugados son capaces de emitir luz. Esto puede ser generado por fotoluminiscencia o electroluminiscencia, mediante la aplicacin de un voltaje. La vigorosa actividad relacionada con el desarrollo de polmeros emisores de luz en todo el mundo a conllevado a avances extraordinarios en los materiales en la dcada pasada, facilitando el desarrollo de otras aplicaciones como transistores, celdas solares y lseres."Hay muchas razones por las cuales los materiales orgnicos semiconductores son atractivos como materiales para lseres. Entre ellas estn que: existe una gran variedad de polmeros que pueden emitir luz en el espectro visible, los polmeros tienen amplios espectros (posibilitando la fabricacin de lseres sintonizables), los polmeros tienen fuertes coeficientes de absorcin, lo cual implica que tienen el potencial para grandes amplificaciones de la luz, el espectro de absorcin y de fluorescencia estn bien separados, por lo tanto la absorcin de la luz emitida es dbil y adems los polmeros semiconductores combinan las ventajas especificas para lseres, con las ventajas generales de los polmeros, como son la variacin de las caractersticas de emisin de luz mediante cambios en la estructura del polmero, fabricacin simple y barata y la flexibilidad"

3. Se podr fabricar transistores y computadoras con molculas organicas?Transistores orgnicos de efecto de campoEl transistor es la piedra angular de la electrnica de estado slido, y representa una de las mas grandes invenciones del siglo XX. Todos los transistores se caracterizan por tener tres terminales, en donde la corriente entre dos de estos es controlada por un tercer terminal. Los transistores pueden ser clasificados en dos familias, de acuerdo a como estos controlan su funcionamiento. Una de estas familias se caracteriza porque su control es a travs de una corriente por el tercer terminal, y la otra familia se caracteriza porque su control es a travs de un voltaje en el tercer terminal.En los transistores controlados por corriente, los tres terminales son llamados: base (B), colector (C), y emisor (E). En estos la base controla la corriente entre el colector y el emisor. Tales transistores son fabricados dopando el mismo semiconductor (normalmente el silicio), con dopantes tipo n y tipo p en diferentes regiones, logrando configuraciones tanto npn como pnp, y son llamados transistores bipolares."Los semiconductores orgnicos no permiten la manufactura de transistores bipolares, ya que la mayora de los semiconductores orgnicos solo pueden transportar o huecos o electrones y los materiales orgnicos intrnsecos tipo p no pueden ser transformados en tipo n mediante el dopaje con donantes.Los transistores controlados por voltaje son conocidos como FET (field effect transistor) o transistores de efecto de campo. En estos los terminales son llamados source (S), drain (D) y gate (G), fuente, drenaje y compuerta respectivamente. Un voltaje en la gate o compuerta controla la corriente S-D (fuente/drenaje). Los principios bsicos de los FET datan de 1930 (J. E Lilienfeldt, US Patent 1745175, 1930). Con respecto al diseo, los FET son ms simples que los transistores bipolares, ya que requieren solo materiales de un solo tipo de portador de carga (n o p). Los FET pueden ser fabricados en grandes densidades de integracin y son tpicamente utilizados en compuertas lgicas en electrnica digital."Debido a su operacin con un solo tipo de portador de carga, los transistores fabricados con materiales orgnicos son invariablemente transistores de efecto de campo (FET). Los FET orgnicos u OFET, se conocen usualmente como transistores orgnicos de pelcula delgada u OTFT y estos sern los que trataremos en esta seccin. El mayor impulso detrs de las investigaciones en FETs orgnicos (OFETs) provino de la idea de hacer circuitos integrados de bajo desempeo completamente de plstico, con los cuales poder hacer displays mas baratos, livianos y flexibles"[71].5.2.1 Diseo del transistor: Los OTFT o transistores orgnicos de pelcula delgada segn Haldun[72], estn diseados en dos formas. Una es con los contactos de drain y source en el tope y la otra es con los contactos de drain y source en el fondo del semiconductor.

Computadoras Organicas:Un equipo de investigadores de Japn y Estados Unidos han construido una "computadora molecular" cuyas operaciones imitan elcerebrohumano. El pequeo circuito, hecho con molculasorgnicassobre una capa de oro, es capaz de hacer clculos ultrarpidos, a la manera en que los hacen lasneuronas.

Cuando actualmente comparamos la capacidad delcerebrocon lascomputadoras, incluso las ms rpidas y multitarea estn a kilmetros de distancia detrs de la mente humana. Aunque lasneuronassolo hagan algunos miles de tareas por segundo (comparados con los millones de clculos que una computadora puede hacer en el mismo lapso) lamente humanapuede entender y responder de una forma todava imposible para cualquier mquina.

Arriba: Imgenes de resonancia magntica de un cerebro humano. Abajo, lospatrones de procesamiento del nuevo procesador. Imagen: A. Bandyopadhyay

Esto es porque lascomputadorasprocesan la informacin secuencialmente, mientras que el cerebro es una red complejamente interconectada donde un solo impulso elctrico hace muchsimas "operaciones concurrentes" o simultneas. As lo explica el fsicoRanjit Pati, de la Universidad Tecnolgica de Michigan.

Las computadoras no pueden hacer eso todava. PeroPatiest trabajando para que sea posible. El y su equipo estn trabajando con unamolcula orgnicallamadaDDQ, que est hecha con nitrgeno, oxgeno, carbono y cloro, capaz de cambiar entre cuatro estados de conductividad: cero, uno, dos y tres; en lugar del cero y uno de la notacin binaria de lascomputadorasconvencionales.Estamolculapuede interactuar con otras de una forma parecida a cmo interactan lasneuronasen elcerebro. Esteprocesador orgnico no solo es ms inteligente y multitarea que un procesador binario, tambin se cura a s mismo: si una molcula "muere" o deja de funcionar, otra la reemplaza en su mista tarea.Esteprocesador, en su rudimentario estado actual, ya ha provocado algunos escalofros a sus creadores ya que al comparar grficamente suspatrones de cmputocon imgenes de resonancia magntica reales delcerebro humanoen funcionamiento aparecen espontneamente patrones similares que no se pueden adjudicar al azar.Si todo va bien y se puede ir aumentando y afinando el poder de este nuevoprocesador, los cientficos esperan usarlo en tareas de clculo que hoy rebasan la capacidad de lascomputadorasms grandes y poderosas, como por ejemplo el clculo de probabilidades de fenmenos ultra complejos como el clima, la evolucin molecular de ciertas enfermedades, la ocurrencia de desastres naturales, etc.

4. Qu son los OLED y donde se viene aplicando?Dispositivos electrnicos orgnicosEn este captulo, habiendo explicado en forma general los aspectos fundamentales que producen que un material orgnico se comporte como semiconductor, vamos a sondear algunas de las principales aplicaciones en las cuales estos semiconductores estn siendo utilizados, con el fin de tener una idea mucho ms clara de lo que se puede hacer con estos materiales. Para comenzar, primero nos referiremos a una de las mayores aplicaciones en las que se est implementando la electrnica orgnica, que son los OLED o diodos emisores de luz orgnicos. OLED (Organic Light Emiter Diode)Desde el descubrimiento en 1987 de los LED"s fabricados con pequeas molculas orgnicas (SMOLEDs) y en 1990 de los LED"s fabricados con polmeros orgnicos (PLEDs), los OLED han venido siendo estudiados en muchos laboratorios alrededor del mundo. Ambos tipos de LED"s forman parte de una granfamiliallamada OLEDs (dispositivos orgnicos emisores de luz), los cuales operan en ciertos materiales orgnicos, bajo el principio de convertir energa elctrica en luz, un fenmeno conocido como electrolumiscencia. En su forma ms simple, segn el LAMP[59], un OLED consiste de una capa de material orgnico luminiscente, formando un emparedado entre dos electrodos. Cuando una corriente elctrica es pasada entre los electrodos, a travs de la capa orgnica, la luz es emitida con un color que depende en particular del material usado. Para poder observar la luz emitida por un OLED, como mnimo uno de los electrodos debe ser transparente.Aunque los SMOLED como los PLED se diferencian en que uno utiliza polmeros (grandes molculas) y las otras pequeas molculas como capa emisora, ambos tienen la misma estructura, y operan esencialmente de la misma forma. Sin embargo, en cuanto a la fabricacin existe una gran diferencia, y es que las pequeas molculas son aplicadas usando la tcnica de deposicin multicapa de vapor al vaco (VTE), mientras que los polmeros, con su estructura molecular ms grande, permiten ser depositados mediantespin coatingo inyeccin de tinta, como lo hacen lasimpresorasconvencionales. Estastcnicasse diferencian en que la VTE es ms complicada y costosa que elspin coatingo la impresin por inyeccin de tinta.

Estructura de un OLED:La estructura de un OLED es de tres capas. Una capa con la propiedad de transporte de huecos, una que emita luz y otra de transporte de electrones, se encuentran entre un nodo de ITO y un ctodo metlico de bajaFuncinde Trabajo. Cuando el voltaje es aplicado, las cargas positivas y negativas inyectadas se recombinan en la capa emisora y se da la electroluminiscencia.

Figura 40.Estructura de OLED.Fuente:Organic Light emitting devices (OLED).[en lnea]. s.l.: LAMP. s.f [consluta: Nov 2004].

Figura .Capas funcionales de un OLED.

En la figura, se muestran las capas funcionales que conforman un OLED tpico. All de derecha a izquierda EIL,ETL, EML, HTL y HIL son la capa inyectora de electrones, la capa transportadora de electrones, la capa emisora de luz, la capa de transporte de huecos y la capa inyectora de huecos respectivamente.Funcionamiento de un OLED:En el funcionamiento de un OLED se ven involucrados cincoprocesosbsicos, que son:- Inyeccin de cargas:Los materiales orgnicos tienen bajas concentraciones de portadores y no tienen niveles superficiales. Por lo tanto, los portadores son inyectados desde los electrodos. El electrodo que tiene una alta funcin de trabajo se comporta como el nodo y el de la mas baja funcin de trabajo se comporta como el ctodo. La operacin de un OLED depende de la inyeccin de huecos del nodo y de electrones desde el ctodo, cuando un voltaje es aplicado a travs del dispositivo.- Relajacin de portadores:Este proceso consiste en que los portadores inyectados desde los electrodos, crean polarones negativos y positivos cuando entran en la capa emisora (semiconductor).- Movimiento de portadores:Aqu los portadores se mueven durante un proceso de conduccin porhoppinga travs de las capas orgnicas, hasta que se encuentran con otro portador y se recombinan para formar un excitn.- Creacin de un excitn:Los materiales orgnicos tienen una constante dielctrica muy baja, y por lo tanto no disminuyen los campos elctricos de las cargas. Las cargas en movimiento se unen debido a sus fuertes interacciones y estas uniones son llamadas excitones. Estos generan singletes o tripletes de acuerdo a la combinacin de espines.- Emisin:Esta es la ltima etapa en el proceso electroluminiscente, y consiste en que los excitones generados al recombinarse emiten luz, cuya energa es equivalente a la energa del gap de los polarones.Fabricacin de un SMOLED tpico:Segn el Orgoworld[, la fabricacin de un SMOLED,comienza con un sustrato transparente comovidrioo PET (poly (ethilene terephthalate)), el cual se recubre con una capa de electrodo transparente de xido de Indio-estao(ITO), que posteriormente se recubre con una capa delgada decobrephthalocyanine, la cual le proporciona mayor estabilidad trmica. Seguidamente se deposita al vaco una capa de material tipo p como naftafenileno benzidine (NPB) y luego, tambien al vaco, una capa de material tipo n comoaluminiohidroxiquinolena (Alq), para finalmente depositarse una aleacin de plata-magnesio como ctodo.

Figura .Estructura de SMOLED.

Universidad Nacional de IngenieraFacultad de Ingeniera Elctrica y Electrnica