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Respuestas a los ejercicios seleccionados
Las curvas reales de capacitancia versus voltaje en inversa son un tanto diferentes de la figura 1t1.1S, en virtud
de que la aproximación de unión abrupta no se cumple en realidad, y la capacitancia disminuye al aumenta r
el voltaje en inversa pero de una manera diferente.
La capacitancia a voltaje cero es del orden de 5 pF/ mm2 en los dispositivos rápidos en área pequeña, a
500 pF/mm! en dispositivos de potencia de área grande.
III.6. Unión p-n.
a) Los fotodiodos y las celdas solares son unionesp~n que por efecto de la luz modifican la curva de corriente
versus voltaje. Los fotones de la luz generan pares electrón-hueco que por efecto del campo eléctrico interno de
la unión pon separan a los portadores. Los electrones se desplazan al semiconductor tipo n y los huecos al
semiconductor tipo p.
Si las terminales de la unión p-n están desconectadas se genera una autopolarización conocida como voltaje
de circuito abierto Voc ' Si existe un alambre entre las terminales de la unión p-n pasa una corriente de corto–
circuito IN' Estos parámetros son función de la irradiancia y se caracterizan por su responsitividad.
Curva para la unión
pon en la oscuridad.
Fotodlodo. /
Habitualmente se polariza. 1", \ Celda solar.
Habitualmente se
autopolarlza.
b) En la celda solar, se tiene que Voc =0.57 Vy 1", =86 mA @loomW/cm-2 en unáreade92mm2, loque
produce en la aproximación de una función parabólica la curva siguiente. Se puede ignorar el signo si se
reconoce que la celda solar aporta potencia al circuito:
1= 86 - 264.7 V' (mAl
La potencia máxima se calcula de la manera habitual, ya que en la corriente de cortocircuito y en el voltaje
de circuito abierto es cero.
La potencia máxima se obtiene cuando V = 0.3291 V, que se alcanza con un resistor de 5.74 O.
e) El tiempo de respuesta de un fotodiodo se define como el tiempo que toma a los portadores generados
por la luz alcanzar la unión p-I/.
Básicamente, existen tres componentes que determinan esta cantidad:
• Tiempo de colección: tiempo que les toma a los portadores desplazarse en la zona desértica. Este número
es muy pequeño y por lo común es del orden de un nanosegundo.
Tiempo carga: es el tiempo necesario para carga r o descargar el capacita r de la zona desértica, y es
proporcional a la multiplicación de la capacitancia de la unión yla resistencia de carga. Si e -= 100 pF
YR =SO O t = Sns, si R :0 2 O,entonces t = 200 ns.
Tiempo de difusión: es el tiempo necesario para que los portadores generados fuera de la zona desértica
alca ncen la zona desértica. Si la radiación se ,lbsorbe poco, como en el infrarrojo, este tiempo llega a ser
de 2 Ils; si se tiene gran absorción, como en el color rojo, se puede llegar a tener una respuesta de 50 ns.
La velocidad de respuesta se incrementa si se emplea un dispositivo de área pequeña, una. pequeña.
capacitancia de unión, un voltaje en inversa grande, radiación visible y una pequeña resistencia de carga.
d) En estado estable la corriente del fotodiodo en la. oscuridad es de 30 nA. Al iluminarlo con 200 11W de radiación
visible (ya que en promedio recibe l OOmW), probablemente mande la corriente del fotodiodo a saturación, ya que
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