Comunicacions Navals i Fonaments de Semiconductors

Necessitats en Comunicacions Navals

Els serveis de transmissió i recepció de senyals en vaixells que fan servir senyals electromagnètics són diversos i cobreixen necessitats com:

• Veu: Per a la comunicació vaixell-vaixell o vaixell-costa. S'utilitza:
  • Via ràdio convencional: comunicacions a curta distància amb ràdio VHF, comunicacions a llarga distància amb ona curta HF.
  • Via satèl·lit UHF.
• Dades (caràcters binaris): Permet la transmissió d'escrits, gràfics i dades. Els serveis més comuns són el telègraf, el teletip i el fax. Normalment, la transmissió és via ràdio normal (VHF) o per satèl·lit (UHF).
• Informació útil per a navegació.
• Radar: Per a la detecció i posicionament relatiu.

Serveis Específics de Comunicació i Dades

Telègraf

És un sistema de transmissió d'informació que es basa a transmetre una seqüència de portadora o no portadora, codificant la informació amb el codi Morse. El principal avantatge és la fiabilitat.

Teletip

És semblant al telègraf però envia informació molt ràpidament de forma automàtica. La velocitat normal d'un teletip és de 100 paraules/minut.

Navtex (MF)

Un servei semblant al teletip és la recepció d'informació meteorològica i de navegació anomenat Navtex (freqüència mitjana, MF).

IMMARSAT

Hi ha un altre sistema pel qual els vaixells estableixen comunicacions de dades o de veu, que es coneix com a IMMARSAT en les seves diferents formes. El sistema IMMARSAT permet comunicacions globals via satèl·lit (UHF).

Fax

Es fa servir per enviar fotografies, mapes o qualsevol informació gràfica. Té una velocitat d'unes 100 línies/polzada.

Radar

En el radar es produeix una transmissió i recepció de l'eco del blanc que serveix per determinar la seva posició relativa.

AIS (VHF)

Hi ha un servei de transmissió via ràdio (VHF) dels paràmetres més importants en la navegació d'una nau, com poden ser la derrota, la posició, la velocitat, etc., que va emetent el mateix vaixell perquè els que la rebin coneguin les seves intencions. Aquest servei es coneix com AIS (Automatic Identification System).

Teoria de Semiconductors i Dispositius

Teoria de Bandes d'Energia en Sòlids

En apropar dos nuclis de Silici es produeixen dos nivells d'energia molt pròxims, perquè, com que dos electrons no poden ocupar el mateix nivell energètic, es fa correspondre a un electró, que ocupa un nivell en un àtom, amb un altre àtom però amb un nivell d'energia una mica diferent.

En un cristall en el qual hi ha bilions d'àtoms molt junts, es troben un gran nombre de nivells d'energia permesos. Aquest grup de nivells s'anomena banda d'energia. Així, els diferents nivells de València formen la Banda de València (BV) i els diferents nivells d'excitació formen la Banda de Conducció (BC). Els electrons de la BC es poden moure si apliquem al cristall un camp elèctric.

Conductors, Semiconductors i Aïllants

En un conductor, la BC i la BV es confonen. En un semiconductor, la banda prohibida (gap) és petita. En un aïllant, la banda prohibida és molt gran.

Semiconductors Purs (Intrínsecs)

En un semiconductor pur hi ha pocs electrons disponibles per a la conducció a baixes temperatures, doncs hi ha pocs electrons que passin de la BV a la BC i el material es comporta com un aïllant. Si pugem la temperatura, alguns electrons passen de la BV a la BC, on poden ser accionats per un camp elèctric, produint-se un corrent elèctric. Aquests electrons que canvien de banda deixen uns espais de no càrrega, anomenats forats, que es propaguen a l'inrevés dels electrons.

Control de la Conductivitat (Dopatge)

Per tant, la conductivitat augmenta en augmentar el nombre de portadors (electrons i forats). Aquest procés de creació de portadors elèctrics per temperatura és poc controlable i, per tant, s'han de buscar altres mitjans per controlar la conductivitat del semiconductor. Això ho aconseguim posant petites quantitats d'impureses al semiconductor (procés de dopatge), de manera que predominin els electrons (tipus n) o els forats (tipus p).

La Unió PN

La unió PN es produeix quan ajuntem, per mitjà de procediments metal·lúrgics, un semiconductor tipus p (ànode) amb un semiconductor tipus n (càtode). Les impureses de cada semiconductor es neutralitzen amb els ions fixos de la xarxa cristal·lina.

Com que hi ha diferència de concentració de portadors entre un costat i l'altre, es genera un corrent de difusió de forats cap a la zona n i d'electrons cap a la zona p, que intenta igualar la concentració de portadors a tot el semiconductor.

Els forats es difonen des de la regió p cap a la regió n. Per tant, la seva concentració disminueix a prop de la unió i augmenta en el costat n. La concentració d'electrons té un comportament semblant. Per aquesta raó apareix una regió de càrrega espacial negativa a la zona p (prop de la unió) i de càrrega espacial positiva a la zona n (prop de la unió), que crea un camp elèctric intern (barrera de potencial).

El Transistor Bipolar (BJT)

El transistor bipolar npn és un dels dispositius semiconductors amb tres zones. Està format per una zona molt fina tipus p entre dues de tipus n. La capa del mig s'anomena base (B) i les altres dues emissor (E) i col·lector (C). Aquest dispositiu té dues unions: la unió emissor-base (EB) i la unió col·lector-base (CB).

Aquest tipus de transistor rep el nom de transistor bipolar perquè fa servir dos tipus de portadors de càrrega: electrons i forats. (Nota: Es podria incloure un dibuix esquemàtic aquí).

Si alimentem la unió CB en inversa i la unió EB en directa, direm que el transistor treballa a la zona activa, on pot amplificar senyals.

El corrent d'emissor (Ie) que passa per la unió EB està format principalment per electrons que van de l'emissor cap a la base.