FISICA IV
08/03/11
EQUIPO #3
*TEMAS*
1-CAPACITANCIA
2-CAPACITANCIA UNION PN
3-CONDUCCIONES DE POLARIZACION
4DIRECTA E INDIRECTA
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:
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.
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.
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.
Los dos efectos de capacitancia
son:
 Capacitancia de transición o de agotamiento.
 Capacitancia de difusión o de almacenamiento.
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) .
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.
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.
Capacitancia de 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
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".
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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:
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.
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.
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Polarizacion directa.