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Diodos y Transistores - Contenido educativo
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Explicación del funcionamiento interno de los diodos y los transistores.
Bueno, decíamos que los átomos tienen un núcleo que es donde se acumula la carga positiva.
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También están los neutrones que aportan masa pero no aportan carga.
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Y luego están los electrones que tienen carga negativa y que están por aquí rodando alrededor de mi núcleo.
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Estos electrones se van colocando en función del número atómico, porque tienen que haber las mismas cargas positivas que negativas
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para que sea un átomo neutro, si no sería un ión, y decíamos que en la regla del octeto se nos marca
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que en la última capa energética tiene que haber 8 electrones, que esto es la configuración de gas noble.
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Entonces el gas noble tiene siempre 8 electrones en su última capa, que es lo que llamamos capa de valencia,
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en la última capa energética donde se colocan electrones y eso los hace elementos muy muy muy
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estables vale cuando yo tengo un elemento que no tiene 8 electrones en su última capa tiene
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por ejemplo 7 pues lo que ocurre es que ese elemento ese átomo va a intentar captar un
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electrón de algún otro átomo que esté por alrededor para poder rellenar ese hueco bueno
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Pues cuando tengo un electrón que a un átomo le sobra, porque tiene nueve en su última capa, tiene nueve electrones, y tengo otro al lado que tiene siete,
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este electrón, este electrón que está aquí, este de aquí, que está en la última capa y está ahí suelto y además sobra
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porque hace un salto y viene a rellenar, con lo cual ya este electrón de aquí tiene 8 y este otro átomo tiene 8.
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De esta forma se completarían los dos átomos, pero claro, al perder un electrón resulta que este átomo queda con más carga positiva en el núcleo de los electrones que tiene para compensar y lo que antes era un átomo neutro ahora se ha convertido en un cation, en un átomo positivo.
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Y el otro que coge un electrón tiene más electrones que protones, por lo tanto se ha convertido en un átomo negativo.
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Y este que tiene carga positiva y este que tiene carga negativa, estos dos átomos que tienen carga positiva y carga negativa se atraen y se quedan pegados uno al otro.
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Esto es el enlace iónico.
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¿Qué pasa cuando no le sobra ninguno así tan exagerado como esto, sino que uno tiene, por ejemplo, cuatro electrones en su capa de valencia, cuatro electrones, ni tiende a soltar ni tiende a coger, está ahí como intermedio?
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vale bueno pues en este caso voy a borrar esta pantalla imaginaros qué es
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lo que le ocurre en este caso al silicio vale lo que le ocurre el silicio es que
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el átomo de silicio tiene cuatro electrones de valencia los voy a
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colocar así 1 2 3 y 4 estos son mi átomo de silicio y estos
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cuatro son mis cuatro electrones que son negativos negativo negativo negativo y
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negativo vale bueno pues para poder completar ocho electrones en esa capa última lo que va a
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hacer es compartir vale entonces otro átomo de silicio que lo tenemos aquí al lado un átomo de
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de silicio, ¿de acuerdo? Tiene otros cuatro electrones. Pues va a coger uno, dos, tres y cuatro electrones.
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Y lo que van a hacer estos átomos van a ser compartir estos dos. Por lo tanto, estos dos átomos van a estar
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tanto asociados a este átomo como asociados a este átomo, ¿vale?
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Lo mismo va a ocurrir si coloco otro átomo por aquí encima, otro átomo de silicio con otros cuatro electrones colocados de esta forma.
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Bueno, pues aquí lo que va a hacer es que estos dos electrones se van a estar compartiendo,
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Van a pertenecer tanto a este átomo como a este aquí.
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Lo mismo si colocamos otro átomo aquí a la izquierda, de silicio, con sus cuatro electrones.
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Y aquí se van a compartir estos dos.
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Hasta el infinito no, porque fíjate que cuando llego a compartir con el último átomo de silicio, que está aquí debajo, fíjate lo que ha ocurrido.
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dices que se puede seguir hasta el infinito, no, porque este átomo de silicio
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que inicialmente, este átomo de silicio
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que es, lo voy a colocar aquí en azul, mi átomo de silicio inicial
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era este, que tenía uno, dos
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que tenía uno, dos
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tres y cuatro electrones en su última capa, como ahora
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estos que están compartiéndose también pertenecen al átomo
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el átomo, fijaros cuántos electrones tiene en la última capa
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cuando ha empezado a compartir con los que tiene alrededor
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pues ahora lo que tiene son 2 aquí, 4, 6 y 8
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tiene 8 electrones con lo cual ha conseguido llegar a la regla del octeto
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8 electrones en la última capa estable
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y ha conseguido sin perder electrones completar
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fijaros que lo mismo le va a ocurrir a este átomo de silicio
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que tengo aquí a mi derecha. Este átomo de silicio que tengo aquí, inicialmente tenía cuatro electrones,
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pero como está compartiendo, va a compartir con el de arriba, con el de al lado, con el de abajo,
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lo que va a ocurrir es que en total ahora tendrá ocho electrones, gracias a esos dobles que ha compartido.
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Estos dos electrones que están aquí, fijaros, estos de aquí, estos electrones,
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van a pertenecer tanto al átomo de la izquierda como al átomo de la derecha, como ya hemos dicho.
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Y los dos electrones que están aquí pertenecerán al de arriba y al de abajo.
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Estos dos que están aquí pertenecerán a la izquierda y a la derecha, y así todos.
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O sea, todos estos electrones van a estar compartidos.
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Lo que ocurre es que al final vamos a conseguir tener una estructura estable.
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Bueno, voy a hacer una cosa y es poner el vídeo para que lo veáis en la animación original,
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porque este dibujo que yo he hecho es lo que habla este chico al principio de su vídeo.
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...atomos de silicio alrededor de él, formando una estructura cristalina con enlaces...
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Vale, fijaros, esto que pone aquí es exactamente lo que yo os he contado
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El átomo de silicio, el núcleo del átomo de silicio serían las bolas color crema, color amarillo
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Y estos electrones que están aquí son los que están compartidos
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Uno de ellos pertenece al átomo de abajo y otro pertenece al átomo de arriba
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De estos dos, uno pertenece al átomo de la izquierda y otro pertenece al átomo de la derecha
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Pero se están compartiendo, de forma que, como dice ahora, cada uno de ellos completa 8 covalentes
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Es decir, que comparten sus electrones y por lo tanto poseen un total de 8 electrones de valencia por átomo, asemejándose a los gases nobles.
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¿Vale? Eso es lo que está explicando este hombre.
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Es decir, que tenemos átomos que inicialmente no tienen una estructura estable porque no tienen todos sus electrones en la última capa,
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pero gracias a estar en una estructura así como reticulada, ¿vale? En una estructura organizada,
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los átomos que están al lado comparten esos electrones y de alguna forma consiguen esa estructura estable.
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Pero claro, necesitan estar colocados así, en una estructura en forma de rejilla, como están aquí,
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para poder llegar a esa formación estable.
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Esto es lo que tenéis que entender.
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8 electrones de valencia, 8 electrones en la última capa es igual a estable.
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Y si no, no es estable.
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Bueno, ¿qué ocurre?
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Cuando ponemos una fuente de corriente eléctrica conectada a una placa de silicio, como esto está en configuración totalmente estable, este electrón no es capaz de entrar, dificultando el paso de la corriente, pero esto puede ser cambiado y se queda bloqueado, es decir, no conduce, porque no hay electrones libres.
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no hay posibilidad de que este electrón vaya circulando
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porque está todo en una estructura muy estable
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entonces esto lo podemos cambiar a través de una cosa
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que llamamos doping
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cuando yo hago el doping
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lo que hago es sustituir algunos de estos átomos
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por otros que
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o tienen más electrones o tienen menos
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¿vale? eso es lo que se llama el doping
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Con lo cual en esa estructura yo voy a quitar un átomo de silicio y voy a meter por ejemplo el arsénico o el fósforo que tienen un electrón más o le voy a meter aluminio o galio o indio que son otros átomos que tienen uno menos.
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Con lo cual, ¿qué va a ocurrir? Que se va a quedar esa estructura descompensada.
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Hemos metido una alteración en la cual los electrones, los átomos que están marcados ahora en rojo son átomos dopados
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y tienen un electrón más que queda aquí como suelto. Este átomo tiene un electrón extra que queda suelto.
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Entonces genera un exceso de electrones. Este exceso de electrones va a hacer que a este cristal se le llame cristal N de negativo.
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Entonces tenemos átomos con un total de 9 electrones. Y ya que 8 era nuestro número mágico, podríamos decir que uno de los electrones sobrará o quedará más libre que los demás.
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Este es el electrón que cuando lo metemos en una fuente de energía, a este elemento dopado se le llama semiconductor de tipo N, ¿de acuerdo?
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Entonces, la gracia de esto es que yo cojo una estructura muy estable y la convierto en inestable añadiendole unos elementos que tienen un electrón de más
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y entonces cuando yo le meto una corriente eléctrica, ese electrón es el que está circulando.
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Los electrones circulan del negativo al positivo, entonces van a circular en mi fuente de alimentación, en mi pila, salen de un sitio y vuelven por la parte de atrás.
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Pero claro, si esta placa está en configuración 100% estable, el electrón no es capaz de atravesarla porque no tiene hueco donde entrar.
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como ahora tengo unos electrones que están más sueltos que están ahí que como
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que sobran pues entonces eso favorece que yo pueda empezar a generar una
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circulación de electrones gracias a que los electrones van a ir circulando por
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esos esos digamos espacios extra que se han quedado con los electrones que tengo
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demás qué pasa si ahora en vez de meterle un átomo que tiene un electrón
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de más, le meto un átomo que tiene un electrón de menos. Ahora dopamos con átomos que tienen
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un electrón menos, con lo cual lo que me queda es un hueco, ¿vale? Un hueco que está deseando
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rellenarse, ¿de acuerdo? Este hueco está deseando rellenarse, pero cuando se rellena, lo que va a
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ocurrir es que se quiere rellenar por el átomo de arriba, pero no se quiere rellenar por el átomo
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de abajo porque el átomo de abajo deja de ser neutro si se rellena entonces lo que va a ocurrir
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ahora es que tenemos huecos en lugar de electrones y generando un movimiento de los huecos en la
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dirección opuesta los huecos se van a rellenar por electrones y lo que va a ocurrir es que cuando
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yo relleno un hueco va a intentar quedarse vacío y va a correr ese electrón al siguiente hueco y
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va a correr el electrón al siguiente hueco y podemos verlo como que los
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electrones están circulando hacia la derecha o como que los huecos van hacia
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la izquierda el caso es que se genera también circulación de electrones eso
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que veis ahí en rojo son los huecos que van en la dirección contraria que los
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electrones porque los huecos realmente se van quedando vacíos en la dirección
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corresponde a una carga positiva vale de esta forma cuando cuando ponemos dos
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juntos, imaginaros que aquí tenemos
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este de la izquierda es un cristal
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de tipo positivo
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es decir, tiene huecos, veis que
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tiene agujeros, y aquí a la derecha
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tengo un cristal de tipo
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negativo, dopado con
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más electrones de los
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necesarios, por lo tanto tengo
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un material negativo y un material
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positivo
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perfecto, los pongo juntos
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¿vale?
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conectamos estos dos tipos de semiconductores
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dado que sus cargas son
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opuestas, éstas se atraerán
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justo en la unión. Y al aplicarle
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una fuente de voltaje, tendremos dos posibles resultados.
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Fijaros que
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en el primer caso vamos a poder tener dos resultados.
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¿Qué ocurre
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si yo conecto
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la fuente de electrones?
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Es decir, cuando los electrones van circulando
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en la dirección
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que entran por la parte positiva.
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Bueno, pues en ese caso
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como tengo electrones negativos
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y éstos están cargados positivamente
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los huecos van a intentar acercarse
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hacia los electrones
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y lo que va a ocurrir es que se va a crear
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una zona en premedias
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que va a hacer que se aísle
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y eso genera que no
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eso genera que no corran las cargas
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las cargas no son capaces de circular
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porque no están entrando por donde hay exceso de electrones
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que era por donde podían pasar
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entonces, fijaros, cuando yo genero
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una corriente eléctrica que vienen los electrones
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aquí, lo que hace es que
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conductores intentarán desplazarse
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en la parte intermedia, impidiendo
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el paso de la corriente.
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A esto se le conoce como polarización
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inversa. En el segundo caso, si invertimos
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la polaridad de nuestra fuente, los
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electrones libres de ese conductor
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tipo N saltarán a través de los huecos
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del semiconductor tipo P,
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permitiendo el paso de la corriente.
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Y entonces se pasa la corriente
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de un lado al otro.
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Eso
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se llama polarización directa.
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Es decir, cuando sí que lo conectamos
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cuando los átomos se atraen por su carga eléctrica opuesta
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es necesario que el voltaje aplicado sea
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para que empiece a circular la corriente
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dado que aquí hay un pequeño salto energético
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vamos a necesitar un mínimo de 0,7 voltios
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entonces si yo no pongo aquí una pila con más de 0,7 voltios
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aunque la ponga en polarización directa
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no haré que empiece a circular la corriente
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la corriente necesita un poquito de voltaje para que empiece a circular
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y ese voltaje son 0,7 voltios
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¿Vale? Bueno, pues eso es cómo funcionan los semiconductores de tipo P y los semiconductores de tipo N.
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Vuelvo a mi pizarrilla, voy a limpiarla.
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Con lo cual, si yo tengo un semiconductor de tipo P, que son los que tienen huecos, y uno de tipo N,
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y esto lo conecto a una fuente de alimentación en polarización directa,
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es decir, positivo con positivo y negativo con negativo, lo que va a ocurrir es que aquí los electrones van a empezar a circular y va a existir corriente eléctrica,
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es decir, este semiconductor va a conducir y va a dejar pasar los electrones, con lo cual, fijaros que yo lo estoy poniendo en la dirección contraria a lo que realmente ocurre,
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porque realmente los electrones salen del negativo y llegan al positivo, pero la corriente eléctrica yo la indico de positivo a negativo, por lo tanto la flecha la pongo así.
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Pero lo que está ocurriendo internamente a nivel físico es que los electrones están saltando aquí de átomo a átomo, aquí pasan a los huecos y terminan saliendo por ahí
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y los electrones que salen de la pila son capaces de terminar su ciclo completo y llegar a la pila por el otro lado
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atravesando el semiconductor. Bueno, pues esto es lo que llamamos un diodo.
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Por eso el diodo, que tiene este símbolo y lo veíamos en la primera evaluación, dejaba pasar en una dirección
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pero en la dirección contraria bloqueaba el paso. Y es por este principio físico.
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por los semiconductores de tipo P y de tipo N, semiconductores que están dopados, en este caso
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dopados con un átomo, con átomos que tienen un electrón más, en el caso del N, y en el caso del P,
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pues con átomos que tienen un electrón menos y me dejan huecos. Perfecto, pues ¿qué pasa con los
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transistores que son los transistores bueno pues cuando yo hablo de transistores vale lo que tengo
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es un diodo n y lo que voy a hacer es ponerle otro diodo pero al revés realmente si os dais
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cuenta como esta parte es una parte p con una parte p yo esto lo puedo borrar y puedo ponerlo
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solamente así vale de acuerdo con lo cual tenemos un cristal n un cristal p y un cristal n si yo
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ahora esto lo conecto a una fuente de alimentación que va a ocurrir daros cuenta el cristal np va a
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impedir en la corriente en una dirección y el cristal pn lo es un diodo dado la vuelta pues
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va a impedir la corriente en la otra dirección, con lo cual este artilugio no deja pasar la corriente
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ni para la izquierda ni para la derecha, ¿vale? Es decir, ni podemos pasar la corriente para allá
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ni la podemos pasar para acá, porque en cualquiera de los dos me voy a encontrar con un diodo
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que está polarizado inversamente y eso me bloquea la corriente, ¿vale?
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Pues vaya mierda de cacharro, ¿verdad? Si fuese PNP sería lo mismo, ¿vale?
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No, no pasaría, se quedaría igual. ¿Por qué? Porque en el caso de tener, siempre voy a tener uno en polarización inversa.
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Un PNP sería lo mismo. ¿Pero qué pasa? Fijaros, que yo en un transistor lo que puedo hacer es meterle aquí, ¿vale?
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meterle aquí corriente eléctrica, de forma que si yo polarizo esta zona central y le meto electrones, relleno los huecos que tenía
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y entonces ya puede pasar la circulación de electrones de un lado al otro. ¿Por qué? Porque yo voy metiendo electrones extra desde esta patilla
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Y esos electrones extra quedan sueltos y esos electrones sueltos generan que yo pueda empezar a circular.
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Por lo tanto, cuando yo tengo un transistor, lo que tengo es un artilugio, voy a ponerlo para que lo entendáis, así, con tres patillas.
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Lo que voy a tener es un artilugio con tres patillas.
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una patilla, voy a borrar esto, una patilla que es esta, que es la patilla de la base
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y que me sirve para hacer que pase o no pase la corriente
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este es el colector, que es el que hace que, o sea es por donde entran los electrones
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Y este de aquí sería el emisor que es realmente, por aquí es por donde entran los electrones, por aquí es por donde salen los electrones y por aquí es por donde yo cuando conecto esto a una fuente de corriente en polarización directa, esto empieza a conducir.
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esa es la gracia si tengo un pnp lo que ocurre es que la base en este caso si la polarizó la base
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en este caso lo que va a hacer es que deja de conducir cuando yo polarizó la base si yo esto
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lo conecto a 0 voltios entonces conduce corriente eléctrica y si lo conecto a 5 voltios por ejemplo
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a 5 voltios esto corta la corriente sin embargo en este cuando yo lo conecto a 5 voltios es cuando
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deja pasar y cuando conecta a 0 voltios es cuando corta funciona el funcionamiento es al revés es
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como un interruptor pero al revés en este caso cuando yo activo la base con voltios deja pasar
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la corriente entre el colector y el emisor y en este cuando activo la base es cuando corta
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vale la activación se hace siempre en la base vale porque es la zona intermedia y cuando yo activo la
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base eso genera que entre las otras dos partes que son iguales pueda pasar o no la corriente bueno
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pues esto sería un transistor y un transistor siempre me lo voy a encontrar como un aparatito
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con tres patillas que van a estar marcadas como colector emisor y base fijaros que aquí tenemos
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lo que os acabo de decir un cristal npn tenemos una batería que está intentando meter electrones
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del de un extremo al otro y la luz no se enciende hasta que yo no activo la base con otra pila le
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doy voltaje y entonces empieza a circular la corriente vale esto es lo mismo que tenemos
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esto es un grifo un grifo que tiene una válvula esta válvula se activa si yo meto presión de
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agua por este lado entonces al meter presión de agua por aquí lo que hago es que la levanto pero
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como este lado da presión lateral esto no se mueve no se abre vale entonces el agua no pasa
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mientras que John no meta por este otro cable
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que es el cable de la base
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ningún tipo de presión, ¿vale? Fijaros
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...donde el voltaje de la base
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será más baja que la de los otros dos
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conectores, por lo cual nos iniciará
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la reacción que permitirá el paso de la corriente
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entre el colector y el emisor
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¿vale? O sea, nuestra válvula
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se mantendrá cerrada. Aquí la válvula
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está cerrada. En el segundo caso estaremos en la
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región activa directa y aumentaremos el
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voltaje de la base gradualmente
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lo cual aumentará el paso de la corriente
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Al empezar a meter un poquito de presión, la puerta sube.
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En otras palabras, la corriente del colector será igual a la corriente que va a ser multiplicada.
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Pero fijaros que si la corriente es muy pequeñita, no sale todo el agua que está por aquí.
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Es decir, sale un poquito.
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Y entonces esto es lo que conocemos como zona de amplificación.
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Es decir, aquí lo que vamos a tener es que sale menos cantidad que la que entra.
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Y va a salir una parte proporcional a la presión que yo meta.
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si meto mucha presión va a salir más cantidad
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y si meto poca presión va a salir menos cantidad
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¿vale? ¿hasta cuándo?
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hasta que abramos el grifo a tope
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¿cuánta más
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presión meta?
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más pasa
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aquí
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estaría con la presión completa
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y estaría pasando toda la corriente
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¿vale?
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entonces fijaros
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este simil
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me permite ver que cuando yo meto presión por esta cañería pequeña está está este tapón sube
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y me deja pasar la corriente vale pues es lo mismo que estamos haciendo en nuestro transistor cuando
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yo meto voltios al centro cuantos más voltios meta más cantidad va a pasar hasta cuando pues
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hasta que meta suficiente voltaje que deje pasar todo. Entonces tenemos las tres zonas de trabajo de un transistor que los explica en el vídeo.
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Las tres zonas de trabajo son estas. Cuando el transistor no está alimentado, cuando la base tiene un voltaje menor que 0,7 voltios, lo que ocurre es que no deja pasar la corriente.
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el transistor, por lo tanto está lo que llamamos en corte, está cortado. Si tenemos en la base
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un voltaje que está entre 0,7 voltios, esto es menor que el voltaje de la base y está por debajo
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de, si no recuerdo mal eran 2,4, normalmente en los transistores de silicio, aquí lo que tenemos
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es la zona activa, que va a funcionar, como decíamos, proporcionalmente a los voltios que yo le ponga en la base.
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Cuantos más voltios meta en la base, más corriente es capaz de pasar.
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Y cuantos menos voltios ponga en la base, menos corriente va a poder pasar.
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Con lo cual tengo una zona en la cual la corriente que pasa por el transistor es proporcional a la tensión de la base.
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Y si yo en la base meto una tensión mayor de 2,4, entonces estamos en saturación.
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Y eso lo que me va a decir es que el transistor va a pasar toda la corriente del colector al emisor.
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Toda la corriente del colector al emisor es capaz de pasar, entera.
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Y ya me da igual tener 2,4 que 2,5 que 2,6 que 3 voltios.
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El caso es que va a pasar toda.
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Entonces estas serían las tres zonas de trabajo de un transistor y dependen de la corriente que yo meta por la base.
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- Autor/es:
- JUAN RAMÓN GARCÍA MONTES
- Subido por:
- Juan Ramã‼N G.
- Licencia:
- Reconocimiento - No comercial - Sin obra derivada
- Visualizaciones:
- 95
- Fecha:
- 20 de enero de 2021 - 22:10
- Visibilidad:
- Público
- Centro:
- IES ANTONIO GAUDI
- Duración:
- 29′ 08″
- Relación de aspecto:
- 16:10 El estándar usado por los portátiles de 15,4" y algunos otros, es ancho como el 16:9.
- Resolución:
- 1676x1050 píxeles
- Tamaño:
- 121.54 MBytes