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1990, ELECTRÓNICA FUNDAMENTAL 7
ELECTRÓNICA FUNDAMENTAL 7 Teoría y Práctica. Desde la válvula hasta el circuito integrado. Problemas de Electrónica. Resueltos y con soluciones. Electricidad. Electrónica con válvulas de vacío. Electrónica con transistores y semiconductores. Circuitos integrados analógicos. Circuitos integrados digitales. Microprocesadores (8085)
Es un hecho conocido que frotando una barra de plástico con un paño y acercándola luego a pequeños pedazos de papel éstos son atraídos hacia la barra. Si se aproximan una barra de ebonita a otra de vidrio, se comprobará que no existe ningún efecto entre ellas (ni atracción ni repulsión). Si luego se las frota y se las acerca una contra otra se notaran los efectos de atracción. Se dice entonces que los cuerpos están electrizados y se puede concluir que la electrización se produjo por frotamiento. A éste tipo de electricidad se la denomina estática. Todos estamos familiarizados con los efectos de la electricidad estática incluso algunas personas son más susceptibles que otras a su influencia. Para explicar como se origina la electricidad estática, hemos de considerar que la materia está compuesta de átomos, y los átomos de partículas cargadas, de modo de que queda conformada por un núcleo compuesto por protones con carga positiva y de neutrones carentes de carga eléctrica, rodeado de una nube de electrones que tienen carga negativa. Normalmente, la materia es neutra, tiene el mismo número de cargas positivas (protones) y negativas (electrones). En el caso de las barras algunos electrones abandonan en unos a ésta, por acción del frotamiento, y otra veces abandona el paño para pasar a la barra.
Los fenómenos eléctricos que se pueden producir artificialmente son conocidos desde hace bastante tiempo. Antiguamente los griegos ya sabían que frotando el ámbar podían atraer materiales ligeros como el papel,e hilos. En aquella época éstos fenómenos solamente tenían explicación mágica ó divina. También a ésta época se remonta un concepto fundamental de éstos fenómenos, pues en griego, el ámbar se llama elektron. Más tarde se descubrió la electricidad por frotamiento en otros materiales. Sin embargo, su aplicación se limitó, en aquellos tiempos, a exhibiciones recreativas. Las investigaciones sobre los fundamentos de la electricidad, efectuadas durante el siglo XIX, tuvieron, entre otros resultados, la invención de la ampolleta en 1854, que más tarde la industrializaría Thomas Alva Edison (1847-1931) en 1879, y que se comenzaría a fabricar en serie en 1882. Con esto se había dado un gran paso para que la electricidad fuera útil al hombre. La obtención de electricidad mediante inducción electromagnética fue otro desarrollo importante en la utilización técnica de fenómenos eléctricos. El primer generador fue inventado en el año 1866 por Werner Siemens. Esto permitió la obtención de la electricidad en forma fácil y económica. CARACTERISTICAS ELECTROSTATICAS DE LOS CUERPOS Todos estamos familiarizados con los efectos de la electricidad estática, incluso algunas personas son más susceptibles que otras a su influencia. Ciertos usuarios de automóviles sienten sus efectos al cerrarlo con la llave (un objeto metálico puntiagudo) o al tocar la chapa del coche. Algunos materiales al ponerse en contacto o frotarse enérgicamente manifiestan propiedades de atracción o repulsión respecto de otros materiales. Se dice entonces que el material está cargado. Se identifican dos tipos de cargas: positiva y negativa. Por ejemplo cuando frotamos un bolígrafo con nuestra ropa y a continuación lo acercamos a pequeños trozos de papel, comprobamos que el bolígrafo los atrae. Algo similar ocurre cuando se frota vidrio con seda o ámbar con lana. La cantidad y tipo de carga depende de la naturaleza de los materiales y del área de la superficie que entra en contacto. Otro de los factores que intervienen es el estado de las superficies, si son lisas o rugosas (entonces, la superficie de contacto es pequeña). La humedad o impurezas que contengan las superficies proporcionan un camino para que se recombinen las cargas. La presencia de impurezas en el aire tiene el mismo efecto que la humedad. Para determinar el tipo de carga que adquieren los cuerpos, se deben observar los efectos que se producen entre materiales cargados, es decir observar si se atraen o se repelen. La atracción se presenta cuando las cargas de cada material son diferentes y la repulsión se presenta cuando las cargas son iguales. La interacción entre las cargas se expresa de la siguiente forma: Cargas iguales se repelen Cargas opuestas se atraen
Capítol V 5. JUNCIÓ PN 5.1 Junció PN en equilibri 5.1.1 Introducció qualitativa Una junció PN és la unió de dues regions amb dopatge tipus p i tipus n respectivament. Parlem d'homojuncions si es tracta de regions de diferent dopatge definides sobre el mateix semiconductor, amb la qual cosa l´amplada del gap de les dues parts és la mateixa. Si no es tracta del mateix semiconductor, aleshores parlem d'una heterojunció. En aquest tema considerarem només el cas d´homojuncions. Podem esquematitzar la situació de les dues regions, amb dopatge diferent però neutres, abans de posar-les en contacte segons l'estructura de bandes de la figura 5.1a. Quan les dues regions s'uneixen, el sistema evoluciona fins a assolir una situació d´equilibri termodinàmic, en que el nivell de Fermi és únic per a tot el material, segons la figura 5.1b. Des que s´uneixen les dues parts fins que s´arriba a l´equilibri, s´esdevenen diversos fenòmens que tractarem d´explicar ordenadament: • A una temperatura fixada abans de la unió, els semiconductors tenen portadors majoritaris diferents (el semiconductor de tipus n tindrà més electrons que forats i al de tipus p li succeirà el contrari). Aquest fet es pot veure esquematitzat a la figura 5.2 on p Po , n Po representen les concentracions de forats i electrons a la regió P en equilibri i p no i n no les corresponents concentracions a la regió N, suposant una escala logarítmica per les concentracions a l'eix d'ordenades. Sovint el disseny de les juncions PN implica un dopatge més alt per una de les Figura 5.1a: Esquema del diagrama de bandes de dues regions del mateix semiconductor dopades tipus p i tipus n abans de posar-les en contacte. E F (P) indica la posició del nivell de Fermi a la regió tipus P i E F (N) la posició del nivell de Fermi a la regió tipus N.
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