INSTITUTO TECNOLOGICO DE SALTILLO

1. INSTITUTO TECNOLOGICO DE SALTILLO FISICA IV 08/03/11 EQUIPO #3 *TEMAS* 1-CAPACITANCIA 2-CAPACITANCIA UNION PN 3-CONDUCCIONES DE POLARIZACION 4DIRECTA E INDIRECTA

2. CAPACITANCIA. La capacidad o capacitancia eléctrica es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica, también es una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada para un potencial eléctrico dado. El dispositivo más común que almacena energía de esta forma es el capacitor. La relación entre la diferencia de potencial (o tensión) existente entre las placas del capacitor y la carga eléctrica almacenada en éste, se describe mediante la siguiente ecuación:

3. donde: C: es la capacidad, medida en faradios (en honor al físico experimental Michael Faraday); esta unidad es relativamente grande y suelen utilizarse submúltiplos como el microfaradio o picofaradio. Q: es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios; V : es la diferencia de potencial (o tensión), medida en voltios. LACAPACITANCIA SIEMPRE : *Depende de placas paralelas, cilíndrico, esférico *Depende es del dieléctrico. *La dinámica eléctrica del condensador se expresa gracias a la siguiente ecuación diferencial, que se obtiene derivando respecto al tiempo. Donde i representa la corriente eléctrica, medida en amperios.

4. CAPACITANCIA EN UNA UNION P-N. Una unión p –n y un capacitor cargado, son cosas parecidas. La carga almacenada en la región de la unión proviene del movimiento de los electrones de la región n, lo cual ocasiona donadores. Al completarse los enlaces covalentes de los átomos aceptores de un material tipo p se producen cargas negativas permanentes. El que exista un movimiento de portadores libres cerca de la unión provoca una región desértica la cual tolera un exceso de cargas y un campo Eléctrico.

5. En el semiconductor p-n existen dos efectos de capacitancia que deben considerarse. Ambos tipos de capacitancia se encuentran en las regiones de polarización directa y polarización inversa, pero una sobrepasa la otra de tal manera que en cada región solo se consideran los efectos de una sola capacitancia.

6. Los dos efectos de capacitancia son: Capacitancia de transición o de agotamiento. Capacitancia de difusión o de almacenamiento.

7. En la región de polarización inversa se tiene la capacitancia de la región de transición o de agotamiento (CT ). En la región de polarización directa se tiene la capacitancia de difusión o de almacenamiento (CD) .

8. Capacitancia de transición o de agotamiento. En la región de polarización inversa existe una región de agotamiento (libre de portadores) que se comporta como un aislante entre las capas de carga opuesta. Debido a que el ancho de esta región (d) se incrementara mediante el aumento del potencial de polarización inversa, la capacitancia de transición que resulta disminuirá.

9. Capacitancia de difusión o de almacenamiento. El efecto también se encuentra en la región de polarización directa, pero este es mucho menor que un efecto de capacitancia directamente dependiente de la velocidad a la que la carga es inyectada hacia las regiones justo fuera de la región de agotamiento. El resultado es que niveles crecientes de corriente resultaran niveles crecientes de la capacitancia de difusión.

10. Capacitanciade transición y de difusión en función de la polarización. C(pF) 15 10 Polarización inversa (CT) 5 Polarización directa (CD) (V) -25 -20 -15 -10 -5 0 0.25 0.5

11. Polarización directa. Si el terminal positivo de la fuente está conectado al material tipo p y el terminal negativo de la fuente está conectado al material tipo n, diremos que estamos en "Polarización Directa".

12. En este caso tenemos una corriente que circula con facilidad, debido a que la fuente obliga a que los electrones libres y huecos fluyan hacia la unión. Al moverse los electrones libres hacia la unión, se crean iones positivos en el extremo derecho de la unión que atraerán a los electrones hacia el cristal desde el circuito externo. Así los electrones libres pueden abandonar el terminal negativo de la fuente y fluir hacia el extremo derecho del cristal. El sentido de la corriente lo tomaremos siempre contrario al del electrón.

13. Lo que le sucede al electrón: Tras abandonar el terminal negativo de la fuente, se desplaza a través de la zona n como electrón libre. En la unión se recombina con un hueco y se convierte en electrón de valencia. Se desplaza a través de la zona p como electrón de valencia.

14. Si se polariza la unión PN en sentido directo, la tensión U de la pila contrarresta la barrera de potencial creada por la distribución espacial de cargas en la unión, desbloqueándola, y apareciendo una circulación de electrones de la región N a la región P y una circulación de huecos en sentido contrarío.

15. Tenemos así una corriente eléctrica de valor elevado, puesto que la unión PN se hace conductora, presentando una resistencia eléctrica muy pequeña. El flujo de electrones se mantiene gracias a la pila que los traslada por el circuito exterior circulando con el sentido eléctrico real, que es contrario al convencional establecido para la corriente eléctrica.

16. Polarización inversa Se invierte la polaridad de la fuente de continua, el diodo se polariza en inversa, el terminal negativo de la batería conectado al lado p y el positivo al  n, esta conexión se denomina "Polarización Inversa". El terminal negativo de la batería atrae a los huecos y el terminal positivo atrae a los electrones libres, así los huecos y los electrones libres se alejan de la unión y la z.c.e. se ensancha.

17. Cuando la unión se polariza en forma inversa los materiales libres tipo N: electrones son atraídos por la terminal positiva de la fuente y por esto los aleja de la unión. Lo mismo sucede con los huecos = P, en base a esto la barrera de energía se vuelve mas ancha llegando a ser de la misma magnitud que la fuente aplicada y el flujo de corriente es extremadamente pequeño debido a la escasa cantidad de portadores libres y se llama corriente de saturación inversa.

18. A mayor anchura de la z.c.e. mayor diferencia de potencial, la zona de deplexión deja de aumentar cuando su diferencia de potencial es igual a la tensión inversa aplicada (V), entonces los electrones y huecos dejan de alejarse de la unión. A mayor la tensión inversa aplicada mayor será la z.c.e. A mayor anchura de la z.c.e. mayor diferencia de potencial, la zona de deplexión deja de aumentar cuando su diferencia de potencial es igual a la tensión inversa aplicada (V), entonces los electrones y huecos dejan de alejarse de la unión.

19. A mayor la tensión inversa aplicada mayor será la z.c.e Existe una pequeña corriente en polarización inversa, porque la energía térmica crea continuamente pares electrón-hueco, lo que hace que halla pequeñas concentraciones de portadores minoritarios a ambos lados, la mayor parte se recombina con los mayoritarios pero los que están en la z.c.e. pueden vivir lo suficiente para cruzar la unión y tenemos así una pequeña corriente. La zona de deplexión empuja a los electrones hacia la derecha y el hueco a la izquierda, se crea así una la "Corriente Inversa de Saturación"(IS) que depende de la temperatura.

20. Diodo rectificador: Polarización inversa. El positivo de la batería va al cátodo y el negativo al ánodo. El diodo no conduce. Toda la tensión cae en el . Puede existir una pequeña corriente de fuga del orden de µAmperios.

21. P Semiconductores tipo P.- ( Positivo )   El mas utilizado es el Silicio con impurezas de Indio. Semiconductores tipo N.- ( Negativo ) Cuando al Silicio se le añade Arsénico obtenemos un semiconductor tipo N. Dentro de los semiconductores podemos definir los siguientes componentes electrónicos: N

22. (frecuencias muy altas como VHF, UHF y circuitos de microondas) Diodo pin Cuando se le aplica una polarización directa al diodo PIN, conduce corriente y se comporta como un interruptor cerrado. Si se le aplica una polarización inversa se comporta como un interruptor abierto, no dejando pasar la señal.

23. Diodo VARACTOR o VARICAP:  Se utiliza con polarización inversa.Al aplicarle una tensión en sus extremos se almacena una carga eléctrica como en un condensador. Cuanto mayor sea el voltaje aplicado, menor será la capacidad.