3.5 CARGA ALMACENADA Y CAPACITANCIA EN LA UNION.

CONCEPTOS

• Capacitancia o capacidad es la propiedad de un circuito que se opone a cualquier cambio en el voltaje.

• Se tiene un condensador cuando se sitúa 2 conductores próximos entre sí, pero separados por un aislante (dieléctrico).

• Capacitor: dispositivo eléctrico formado por dos electrodos separados por un dieléctrico.

• Carga: Cantidad de portadores positivos o negativos.

CAPACITANCIA INTERNA DE LA UNION P-N

a) Campo eléctrico de la unión pn en pol. Inversa.

b) Campo eléctrico de un capacitor.

• Ecuación básica de un condensador:C = єA/d

Donde:Є= permitividad del dieléctrico (aislador)A=área de las placasd=distancia entre las placas

CAPACITANCIA DEL DIODO

• La capacitancia del diodo surge de 2 distintas regiones de carga:

1)La capacitancia de la unión surge de la región de agotamiento donde hay un dipolo de carga fija positiva y negativa.

2)La capacitancia de difusión es debida a la región externa a la región de agotamiento.

• Bajo condiciones de pol. Inversa, prácticamente no hay portadores inyectados y domina la capacitancia de la unión, de región de agotamiento o de transición CT

• La capacitancia de difusión CD o de almacenamiento debida a portadores inyectados domina bajo condiciones de pol. Directa.

• La capacitancia es dependiente del voltaje aplicado.

CAPACITANCIA INTERNA DEL DIODO

• La unión p-n presenta una capacitancia no despreciable bajo condiciones de pol. directa e inversa.

• Para el capacitor de la fig.(b) las cargas en las placas son iguales a: Q+ = CV y Q- = -CVdonde:C = Capacitancia total de la placa.

Q+ = Q- = Q

Para la unión pn con pol. inversa: Q+ = qNDWNA y Q- = -qNAWPA donde:Q+ = carga positiva total y Q-= carga negativa total

• El diodo tiene una capacitancia análoga a la de una estructura de capacitor.

• Para el capacitor como para el diodo, un cambio en el voltaje aplicado causa un cambio en Q+ = Q- .Cuando V aumente por ∆v, las cargas ∆Q = ±C ∆v fluirán a las placas del capacitor y el campo eléctrico entre ellas se incrementará en proporción directa.

• Cuando el voltaje aplicado al diodo con pol. inversa queda incrementado en ∆vD, el incremento en Q+ y Q- se debe a un mayor número de núcleos iónicos donantes y aceptores cargados, lo que produce un ensanchamiento de la región de agotamiento y un incremento en el campo eléctrico de la región de agotamiento.

• La capacitancia de la unión con pol. inversa en pequeña señal se conoce como capacitancia de agotamiento.

• El diodo en pol. directa con un voltaje aplicado vD la capacitancia de agotamiento está presente, pero otra capacitancia interna, llamada capacitancia de almacenamiento de carga o de difusión, es más significativa.

• El origen de la capacitancia de difusión se debe al flujo de corriente a través de la unión.

• El flujo de corriente ocurre cuando se inyectan los huecos

del lado p hacia el lado n y los electrones son inyectados del lado n al lado p. Estas cargas inyectadas generan concentraciones de portadores, que se van reduciendo en la región de agotamiento y causan el flujo de una corriente de difusión.

• Si el voltaje aplicado al diodo se incrementa de vD a vD + ∆vD, deberá fluir un incremento de carga ∆Q por las terminales externas del dispositivo.

CD = ∆Q / ∆vD

• La capacitancia presente de manera natural en la estructura básica de los diodos, a menudo afecta el comportamiento de un circuito.

APLICACIONES DE LOS DIODOS

ELECTRONICAELECTRONICA• CIRCUITOS LÓGICOS.

1. Lógica diodo transistor (DTL).

2. Fijadores de voltaje para evitar oscilaciones en el voltaje.

• RECTIFICADORES PARA FORMA DE ONDA.

• DIODOS VARACTORES PARA CIRCUITOS DE SINTONÍA.

• DIODOS DE EFECTO TÚNEL.

• DIODOS DE MICROONDAS.

OPTOELECTRÓNICAOPTOELECTRÓNICA• DETECTORES.

• FOTODETECTORES DE AVALANCHA.

• MODULADORES.

• DIODOS EMISOR DE LUZ.

• LÁSERES DE SEMICONDUCTOR.