DISPOSITIBOEN ELEKTRONIKA

Transcript

1 ema a zabal zazu Elekroika ea elekomuikazioak Saila ilboko geiariza Eskola SPOSOEN ELEKONKA * * * * * * * * 4 * * 4 * * 4 * * * * * * * Husuea * * 4 * * 4 * * 4 * * Elekroi Askea * * * * * * * * 4 * * 4 * * 4 * * * * * * * * Federico ecar Susaa Uriare ubé Guiérrez 004ko uzaila

2

3 SPOSOEN ELEKONKA. SPOSOAK. EEOALEEN EZAUGAAK 3. KOONEAEN EOAPENA 4. SOEA EA KONNAKEA 5. EKUAZO OOKOAK EEOALEA UUZKO AKEAK SAEA EA EEOALEA OOA 6. PN JUNUA OEKA EMONAMKOAN 7. OOAEN POLAZAZOA 8. OO EALAEKKO ESEAZEAK 9. OOA EEGMEN NAMKOAN 0. ZKUUAK OOEKN EA ESE OO EEOALE AZUK OA UUZKO AKEAK ANSSOE POLAA. ANSSOE POLAA ESAKOAN. ANSSOE POLAAEN SENALE HANKO EEUAK 3. ANSSOE POLAA EEGMEN NAMKOAN 4. ZKUU ANPLFKAOEEN ANALSA ANSSOE POLAA UUZKO AKEAK EEMU EFEKUKO ANSSOEA 5. EEMU EFEKUKO ANSSOEAK : SALKAPENA EA MOSFEA 6. EEMU EFEKUKO ANSSOEAK : JFEAK 7. FEAK EEGMEN NAMKOAN: SENALE XKA 8. FEEN POLAZAZOA EEMU EFEKUKO ANSSOEA UUZKO AKEAK

4

5 LEHENENGO MULZOA: SAEA EA EEOALEA. SPOSOAK.0 Oiarrizko kozeuak 3. isosiiboe ereduak 6. isosiiboe ezaugarri-kurbak: korroe-esio ea rasferezi kurbak 8.. Ae bakarreko osagaiak: - ezaugarri-kurba 8.. i aeko disosiiboak: sarrerare, ireerare ea rasfereziare ezaugarrikurba 0. EEOALEEN EZAUGAAK 3.0 Maeriale sailkaea 3. erezko erdieroaleak edo erdieroale irisekoak. Egiura krisalioa. 6. Erdieroale esrisekoak: ezuruasu e ea harzaileak N moako erdieroaleak: ezuruasu eak P moako erdieroaleak: ezuruasu harzaileak.3 Kozerazioare kalkulua: Masa-ekizare legea ea Kargare euralasua. Kozerazioe bilakaera eeraurarere arabera.4 Eramaileei buruzko ermiologiare laburea 4 3. KOONEAEN EOAPENA Korroeare eroaeare mekaismoak 6 3. Aoiare bidezko eroaea: Ohme legea 6 3. arreiaeeko eroaea Eiseie erlazioa Guzizko korroeak SOEA EA KONNAKEA irkobiakeare abiadura oreka ermodiamikoik kao Gaiazaleko birkobiakea ea sorrera 39 Oharrak 4

6 5. EKUAZO OOKOAK Jarraiuasuare ekuazioak Egoerare ekuazioak Eramailee deborarekiko aldakea: erdibiziza Eramailee osizioarekiko aldakea: barreiaeeko luzera Gaiazaleko birkobiakea 5 Eraskia: ebazi beharreko ekuazio diferezialak 55 EEOALEA UUZKO AKEAK 57 ii

7 GAEN MULZOA: OOA 6. PN JUNUA OEKA EMONAMKOAN P juurare egiura efiizioa Juura laz ea laua Oreka ermodiamikoa ea bareko oeziala Orekako rofile sorrera Poezial ermodiamikoa ebazea Eskualde diolarra oreka ermodiamikoa ea oeziala ebazea Husuako eskualdeare aalisia desoulazea oarua Husuako eskualdeare zabalera P juura oreka ermodiamikoa: laburea OOAEN POLAZAZOA efiizioak ea hizarmeezko zeiuak Eskualde diolarrare aalisia olarizazioea Eskualde euroe aalisia: Shockleyre ekuazioa Aalisi kualiaiboa Aalisi kuaiaiboa Shockleyre ekuazioa Aseasueko korroeare esaahia Kasu bereziak Seiale hadiko ereduak: zirkuiu-eredu ideala ea hurbilkeak Zirkuiue ebaze grafikoa: karga-zuzea esaikoa Zirkuiuak ebazea eredu osoak erabiliz Zirkuiuak ebazea eredu liealak erabiliz OO EALAEKKO ESEAZEAK esbiderazeak olarizazio zuzeea Husuako eskualdea ez dago birkobiakearik? jekzio baxua gaude? esio osoa husuako eskualdea agerze da? esbiderazeak alderazizko olarizazioea Juurare hausura ea Zeer diodoak Zirkuiuak Zeer diodoeki: erreguladoreak 06 iii

8 9. OOA EEGMEN NAMKOAN Kargare bidezko korol-eredua egoera esaikoa Kargare bidezko korol-eredua egoera diamikoa 0 9. Seiale xikiko erregimeare aalisia: garaea ea zirkuiu baliokidea iodoare oraera kommuazioa Eroae hasea OFF ON Eeeare aalisia ON OFF 4 0. ZKUUAK OOEKN EA ESE OO EEOALE AZUK Zirkuiu zuzezaileak: rasferezia-kurbak Uhi erdiko zuzezailea Uhi osoko zuzezailea Uhi osoko zuzezailea iragazeareki Zirkuiu ebakizaileak ese diodo erdieroale bazuk: Schoky ea LE diodoak, zelula foovolaikoa ea foodiodoa Schoky diodoak Foodiodoak ea zelula foovolaikoak Ligh emiig diodes LEs 40 OOA UUZKO AKEAK 4 Zirkuiuak ebazeko rozedure laburea 43 Arikee euziauak 47 iv

9 HUGAEN MULZOA: ANSSOE POLAA. ANSSOE POLAA ESAKOAN POLA JUNCON ANSSO 6. rasisore biolarrare egiura ea fabrikazioa 6. Fuzioamedu moduak edo la-gueak 64.3 Fuzioamedu kualiaiboa: rasisore-efekua 65.4 Modu akiboare aalisi kuaiaiboa: zirkuiuko aramero agusiak 69. SENALE HANKO EEUAK 75. Ebers-Molle eredua 76.. Ereduare dedukzioa 76.. α F, α, ES ea CS arameroe kalkulu eserimeala Ebers-Molle ekuazioe bese adieraze ba Ebers-Molle eredua garraioare ikusuuik 8..5 Ebers-Molle ekuazioe kasu bereziak 83. Ezaugarri-kurbak 85.. Sarrerako - kurba 86.. reerako - kurba 87.3 J idealarekiko desbiderazeak Early efekua Kolekoreko korrearekiko β arameroare 9 meekoasua.4 Jare la-uua fikazea: karga-zuze esaikoa 9.5 Polarizazioare egokorasua Q uuare aldakeak Auoolarizazio-zirkuiua: berrelikadura egaiboa C -re β-rekiko egokorasua: seikorasua Aldakeak eeraurareki: seikorasu-fakoreak 99 Zirkuiu bazue seikorasu-arameroak 0 v

10 3. ANSSOE POLAA EEGMEN NAMKOAN Kargare bidezko korol-eredua Kargare bidezko korol eredua egoera geldikorrea Kargare bidezko korol eredua egoera diamikoea Aurreko ekuazioak Ebers-Molle ereduik lorzea Aurreko ekuazioe ebazea garraioare ikusuuik 3. Ja komuadore gisa 3.3 Ja seiale xikia: zirkuiu baliokidea Seiale xikiko korroe osagaiak π erako zirkuiu baliokidea Ja koadriolo gisa Paramero hibridoak Ebakea-maizasua 6 Eraskiak: π ea h arameroe zirkuiuak koarazea ea errazea 7 4. ZKUU ANPLFKAOEEN ANALSA 3 4. Alifikazioa, karga zuze diamikoa ea disorsioa Alifikazioa Karga zuze diamikoa isorsioa ea are diamikoa are diamikoa oimizaze Egiure aalisia gorle komueko alifikadorea Kolekore komueko alifikadorea ase komueko alifikadorea Egiure areko koarazioa 4 ANSSOE POLAA UUZKO AKEAK 43 vi

11 LAUGAEN MULZOA: EEMU EFEKUKO ANSSOEA 5. EEMU EFEKUKO ANSSOEAK : SALKAPENA EA MOSFEA MOSFE rasisoreare oiarria: MOS egiura Meal-Oxido-Erdieroale egiura oreka MOS egiurare oraera esioea 6 5. MOSFE rasisoreare egiura, moak ea fuzioamedua MOSFEare egiura ea moak Ugalze kaaleko MOSFEare fuzioamedua Ezaugarri-kurbak N asabideko ugalze MOSFEa N asabideko urrize MOSFEa P asabideko urrize MOSFEa Kurba idealarekiko desbiderazeak: - kurba errealak 7 6. EEMU EFEKUKO ANSSOEAK : JFEAK JFEare egiura urri aldeko kaalare zabalera kalkulazea: aariko esioa Fuzioameduare oiarriak asabideko JFE ezaugarriak FEAK EEGMEN NAMKOAN: SENALE XKA Seiale xikiko laeamedua ea garae maemaikoa Seiale xikiko zirkuiu baliokidea FEEN POLAZAZOA urri auoolarizauako zirkuiua Meakeazko MOSFEarezako zirkuiua Polarizazio zirkuiu orokorra 96 EEMU EFEKUKO ANSSOEE UUZKO AKEAK 99 vii

12 viii

13 LOGAFA. J Aduriz, J. erra, O. Jaio, Elekroika Aalogikoa, Elhuyar 00. O. Arbelaiz, x. uiz, Zirkuiu elekriko ea elekroikoe oiarrizko aalisia, UEU N.. Malik, Elecroic circuis. Aalysis, simulaio ad desig, Preice-Hall., c. 4. J.M.uiz; G.L.Araujo; G.Sala, Física de los disosiivos elecróicos. ea bolumeak, E..S. geieros de elecomuicació de Madrid 5. J. Millma, C. Halk, isosiivos y circuios elecróicos, Pirámide 6. emas selecos de geiería bilduma, Addisso-Wesley beroamericaa argialexea. a Fudameos de los semicoducores. Egilea:. F. Pierre. b iodo de uió. Egilea: G. W. Neudeck c El rasisor biolar de uió Egilea: G. W. Neudeck d isosiivos de efeco de camo Egilea:. F. Pierre. ix

14 x

15 . SPOSOAK ELEKONKA ZE EN EA NOLA KOKAZEN EN HSOAN Gaurko hizegi ezikloediko bazuek azalze dueez, elekroika elekroi askeek esku haruz jazoze dire gerakariak azerze diue fisikare aala ea jakiza horre odoriozko ekologia da Elhuyar. ese ezikloedia bazuea agerze de defiizio hoek dioeez, elekroika gasea, husea edo erdieroaleea geraze de karge mugimeduari buruzko ziezia ea ekologia da. eraz, mealeako karge mugimedua ez da sarze elekroika, elekrika baizik. aia mealak elekroika ere erabilze dira, oski. Elekroika ea elekrika defiizio bakar baez bereizea ez da, beraz, erraza. Edoola ere, gaur egu, elekroika iformazioa garraiaze due seiale elekrikoak rozesazeko behar dire sisema fisikoeki loze da. Elekroikak, XX medeare azke ureea ea XX. medeare hasiera egi ziue leheego urrasak, garai harako haiba gerakizu abarmee biarez: elekroiare aurkizea 897, leheego osagai elekroikoak fabrikazea izi kaodikoe hodia -897-, huseko diodoa 904- ea riodoa 906- ea elekroikare hai loua dagoe rrai ifusioare sorzea 9.

16 aia gaur egugo elekroika ahalbideze due aurreraea XX. medeare erdialdeko ureea gerau ze: egoera solidoko elekroika soru ze, maerial erdieroalee ezaugarriea oiarriuz. Gaurko elekroika guzie oiarria de rasisorea asmazea 947 iza ze mugarri agusia. Horik aurrera, disosiibo ea zirkuiue garaea oso azkarra iza baze ere, zirkuiu iegraua 958 iza ze hurrego mugarri agusia. Horrek oiarri bakarrea osagai aiz fabrikazea ea rikoasu esazial izugarria ekarriko diu. Hare garaeea ezibesekoa iza ze lao bakarreko ekologia ia berehala soru ze, ea leheego zirkuiu iegrauak 96a saldu zire. 70eko hamarkada, elekroikak azke urras kualiaiboa egi zue: NEL exeak leheego rozesadorea soru zue,.300 rasisore xi bakarrea iegrauz. Orduik hoa, fabrikazio-ekologie garaea dela ea, iegrazio eskala ikaragarriro hadiu da: gaur egugo rozesadoreea, 5 milioi rasisore/cm baio gehiago eraikize dira ea 06. urerako aurreikusea milioi rasisore/cm da. ELEKONKA ULAZOAN EA ELEKOMUNKAZOEAKO NGENAAEN LANEAN NON KOKAZEN EN elekomuikazioek elekroikareki harrema esua iza due bei, ea bere baliabideak, elekroikarik gabe, esaeziak liraeke. Ea ez hori bakarrik: elekomuikazioa elekroikare alikazio ea moibazio agusieakoa iza da. Hala, igeiari elekroikoa ea elekomuikazio-igeiaria sioimoak izae zire XX. medeare azke laurdeeraio. Gaur egu, elekomuikazio-igeiarie rofilea, bese arlo berriago bazuk ere saru dira elemaika ea seialee rozesazea, beseak bese, baia elekroikak iulazioare oiarrieako ba izae jarraiuko du. esuiguru horrea, Oiarrizko Elekroikako Laboraegiareki baera, elekomuikazio geiarizako ikasleek Elekroikareki due leheego harremaa izae da irakasgai hau. Gero, bese hamar irakasgai elekroiko ikase dira ahiaez. Gaiera, irakasgai ez elekroiko bazuek elekroika garauriko kozeuak -ea zer esaik ez, aarau elekroikoak- erabiliko diuze. Leheego ikasureko irakasgaie area, Zirkuiue eoria da irakasgairik azekoea, baia hare helburuak ea isosiiboe Elekroikareak oso ezberdiak dira. Zirkuiue eoria, osagaiak ahiko sileak izae dira ea kolexuasua, ormalea, zirkuiue ebazeea daza. era, beseak bese zirkuiu absrakuak ebazeko bideak azalze dira. isosiiboe Elekroika, aldiz, osagai elekroiko bazue ezaugarriak odoriozauko dira, gero -Zirkuiue eoria oiarriuz- zebai zirkuiu elekroiko

17 aalizazeko asmoz. Elekroikare oiarriari eskaiiko diogu gure arrea, ea erdieroalee ezaugarriak, diodoa ea rasisoreak aalizauko diugu. Geroago eorriko dire ikasgai elekroikoea, zirkuiu aalogiko mamisuak aalizauko dira: alifikadore oerazioala, elikadura iurriak, osziladoreak, seialemodulazaileak... ea, oroba, zirkuiu ea osagai elekroiko digial ieresgarriak : seialedigializazaileak, mikrorozesadoreak, memoriak, disosiibo logiko rogramagarriak. ide horrea, rakika ugari egigo dira, askoariko reseria erabiliz. Labide bazuea, aarau elekroikoak erabilzeko, bareko fuzioamedua jakiea ez da beharrezkoa izae. Ea ola dabile jakieko, osagai bakoizare bareko egiura edo fuzioamedua zehazki ezaguzea ere ez da beharrezkoa izae. aia hori jakiea bei dira komeigarriak. Azaleko erabilera ez bagara geraze ea, adibidez, zirkuiu berriak diseiaze badiugu, zehazki korolau behar dugu osagaie erabilera. Ea horrek oiarri fisikoak jakiea eskau ohi du. Zer esaik ez disosiiboe fabrikazioa, garaeea edo ikerkuza la egieko: ordua, bareko ezaguza hori, ahiaezko bilakaze da.. Oiarrizko kozeuak SSEMAK: SAEA, EEA EA POLAZAZOA ai zirkuiu elekroiko sileeea bai sisema kolexuea, iformazio fluxuari dagokioez, zirkuiuak fuzio-kuxe bidez ordezkaze dira. Normalea, seialea ezkerraldeik sarze da ea, rozesau ea gero, emaiza eskuialdeik iree da. Sisema kolexuak fuzio jakieko kuxa mulzo baez osaze dira. Gure seialeek izaera elekrikoa izae due -esio edo korroeak izae dirabaia beselako ixura ere har dezakee. Sisema baea seialeek egie due ibilbidea ahiko luzea ea korailasua gera lieke, ea izaera ezberdiak har dizake. Adibidez, elebisa-sisema baea, sarrera sarrerako seialea objekue argia izago da. Gero, kamarak argi hori esio bilakaze du ea, egokiu odore, rasmisiosisemak uhi elekromageikoare formareki igorze du aeaik. Mediko erreikagailuak irise zaio seialea hadiu, rozesau, ea exeearaz barreiaze du. Exeko azi-sisemak uhi elekromageikoa aeaik jaso, seiale elekriko bihuru ea alifikaze du, ea, azkeea elebisara helaraze du. era, argi bilakaze da rozesazeare amaiera, ea, fooiek begiea seiale erbiosoa eragi odore, burmuiea sesazio egokia sorze da. elekomuikazio-sisemare ireera ireerako seialea, kasu hoea, argia izago da elebisa irudia. 3

18 gorlea, erreikagailua, exeko sisema, elebisa,... ia edoo, alifikadoreak oaze diugu. Haie erabilerare eskemarik sileea. rudikoa da. Sarrera Alifikadorea reera Elikadura. rudia. Alifikadore bae eskema Alifikadoreare egikizua seialea hadizea da, ea, horrearako, oiarria rasisoreea due zirkuiuak erabilze dira. aia ireera sarrera baio hadiagoa izaeko oezia edo eergia gehiago izaeko ez da ahikoa zirkuiu alifikadorea erdia jarzea: Zirkuiu hori elikau behar da, ohiko idar elekrikoaz, baeria-sisema baez, gasoliozko sorgailu baez edo sorgailu foovolaikoez. Egokiro la egieko, kaoik jarri behar de eergia iurria, elikadura-iurri edo elikadura izedauko dugu. Sarrera: Sarrerako seialea sorgailu ea serieko iedazia erresisezia baez adieraze da ormalea. Fisikoki sisema oso ba iza daieke, baia baia rasdukore sile ba ere eeraura-sesorea da rasdukoreare adibide ba. Horrek, behi elikauz gero, eeraurarekiko roorzioala de esioa emae du; -adibidez, 0 m/ºc-. Alifikaze zirkuiua ea olarizazioa: Sarrerak rasdukoreak, adibidez emae due seialea oso xikia izae deez, erabili baio lehe alifikau behar izae dugu. Horrearako erabilze de zirkuiu alifikadorea era askoakoa iza daieke: rasisore baez ea bi erresiseziaz aola dezakegu, zirkuiu iegrauak erabil daiezke, edo sisema ahiko kolexu ba egi daieke. Loruriko alifikaze-irabazia igurukoa iza daieke, baia, edozei kasua, zirkuiua kaoik elikau beharko dugu. Zirkuiua olarizau behar dugu. reera: reerako seialea sarrerakoa baio egokiagoa da la egieko ea, adibidez, mikrokorolagailu baera sarzeko res legoke olabai, deskribaze ari gare ireera hau, hurrego eaare sarrera da reerako seialeak aurkiuko due zirkuiua kasu hoea, mikrokorolagailua iedazia baez adieraze da. edazia horri karga deize diogu. 4

19 SENALE JAAUAK EA SENALE ALENOAK adira debora zehar aldaze ez dire seialeak. Seiale horiei jarraiuak edo zuzeak derize. Adibidez,.5 voleko ila bae bi ermialea edo eeraura eurze due sesore bae ireera dagoe esioa volmeroa jarze badugu, eurkea guxi aldaze da momeu baeik besera. Aldiz, ahosari dagokio seialea hau da, mikrofooik lorze de esioa, adibidez, oso azkar aldaze da. esio edo korroe horri seiale alero deize diogu. Seiale bae baez beseko balioa ulua deea, berriz, alero garbia derizogu Askoa, errazago la egiearre, seiale osoak oiarrizko bi osagaia deskoosaze diugu: baeik, jarraiua seialeare baez beseko balioa ea, beseik, aleroa seiale osoari baez besekoa keduz lorze dea: forma bereko seialea, baia baez beseko balio husekoa. formazioa, gehieea, osagai aleroa ageri da. ereizeko asmoz, seialeare osagaiak hoela adieraze dira: Jarraiuko osagaiak, lera larriz ea azi-idize larriz. Aleroko osagaiak, lera xehez ea azi-idize xehez. Seiale osoak, lera xehez ea azi-idize larriz.. rudiko eskema, sarrerako esioa v i, seiale aleroa da; olarizaziokoa PP, aldiz, jarraiua; ea ireerako seialeak bi osagai diu, jarraiua ea aleroa esioari dagokioez, L zuzea- ea v l aleroa-; korroeare bi osagaiak L zuzea- ea i l aleroa-. Seiale osoa v L edo i L da. L load karga hizeik daor, baia, bazuea, O aziidizea erabilze da ouu hizeik. Sarrerako seialeearako, azi-idizea igelesezko i hizeik erabilze da. Exea erabilze diugu aarauea ordeadorea, adibidez, jaorrizko elikadura 0 voleko esio aleroa da sare elekrikoik, exufeik, jasoze dugua, hai zuze ere. Aaraue bareko zirkuiu elekroikoea elikadura gisa seiale jarraiuak erabili ohi direez adibidez, ordeadoreare CPU delakoa edo disko gogorra elikazeko, 5 edo 3.5 voleko esioa erabili ohi da, ormalea,, esio aleroa jarraiu bihurzeko bloke ba egoe da aaraua saru bezai laser. loke hori elikadura-iurria da. 5

20 LOA v LOA LOA v load mea LOA v load. rudia. Seiale jarraiuak edo zuzeak ea aleroak. Hizaruako ikurrak.. isosiiboe ereduak Azkeea, zirkuiu baea disosiibo ba erabili behar badugu, gehie ieresaze zaigua berare oraera aurreikusea da. Ea oraera horre ezaugarri agusiak kaoko ermial mealikoea ageruko dire esio ea korroee areko erlazioak dira. Erlazio horiek maemaikoki edo grafikoki - kurbe bidez adierazi ohi dira. Osagai elekroiko bae fuzioamedua edo - kurbak zehazasu osoz jakieko, ekuazio fisikoeaik abia gaiezke. aia horie ebazea laza da ordeadorea behar izae da, hare aalisi fisikoik sorze dire ekuazio mulzoa ebazea eziezkoa bailizaeke besela. - kurbak lorzeko bese bide ba, osagaia haru ea zuzeea eurzea da. isosiiboe deskribaeik oea dira kurba eserimeal horiek, ea fabrikazaileek disosiibo-mulzo bakoizari dagozkioak dau-liburuea islaze diuze. 6

21 aia osagaia modelo lieal sile baez ordezea edo modelazea da erabilgarriea. Silea izaik, eredua hurbilkea ba beserik ez da izago ez da zehaza izago, ea, ziur aski, egoera oso bereziea ez da baliagarria izago, baia guri ieresaze zaigu area gure la-uua- disosiiboare oraera ahiko ogi deskribaze badu, erabilgarria izago da. Modelo liealera iriseko bi bide diugu ikus.3 rudia: Ekuazio zehaz guziak laeau odore, zebai feomeo edo ekuazio husiriziz, ekuazio sileagoak loruz ea ebaziz modelo liealera, silera, helzea. Neuruako kurbeaik zebai hurbilkea egiez, kurba horie ekuazio baliokideak sorzea. Kurba elekrikoe eurgailua Neuruz - kurbak edo ezaugarri - kurbak Fabrikazioa Aalez aal lieal bihuruz isosiibo erreala isosiiboare eredu silea lieala Fisika elekroika Ebaziz ea laburbilduz Aalisi maemaikoa Ebaziz Ekuazio kolexueaik, ekuazio liealeara.3 rudia. Osagaie modelakea ea - kurbe erabilera 7

22 Hala, disosiiboe adierazeak hiru forma iza dizake: Zirkuiu-ikurra: zirkuiuea osagaia irudikazeko marrazkia. azuea, balio omiala jarze da odoa. Ekuazio maemaikoa: v i v v vol, i aere. Ezaugarri-kurbak edo disosiiboare kurba karakerisikoak: ekuazio maemaikoe adieraze grafikoa. Kurbak eorikoak iza daiezke, baia erabilgarriagoak dira dau-liburueako kurba eserimealak..3 isosiiboe ezaugarri-kurbak: korroe-esio ea rasferezi kurbak.3. AE AKAEKO OSAGAAK: KOONE-ENSOAEN EZAUGA KUA Ae bakarreko disosiiboea bi odo edo ermial daudeez, esio bakar ba ea korroe bakar ba ezar daiezke. eraz, bi aldagai daude: ea. isosiiboe izaerak bi aldagaie areko erlazio ba ekuazio ba emae digu. Osagaia zirkuiu baea sarzea, zirkuiuak fikaze du korroe ea esioare areko bigarre erlazioa. eraz, bi ekuazioeaik bi aldagaiak ebaziz, ea jakigo diugu. Jarraia, ae bakarreko disosiibo bazue adierazeak aurkezuko diugu. Erresisezia i v i v.4 rudia. Erresiseziare ikurra, - kurba ea ekuazioa Hau da, Ω balioko erresisezia erorze de esioa hura bera zeharkaze due korroearekiko roorzioala da, ea da roorzioare kosaea. 8

23 ss balioko esio Sorgailu deedeea Sorgailu horrek SS balioa maeze du esioa bei, ea, horrearako, zirkuiuak eskaze due korroea emae dio edo haru. i v v SS SS v C ac _ eak si w SS v.5 rudia. esio Sorgailu deedeeare ikurra, - kurba ea ekuazioa ss balioko Korroe Zuzeeko Sorgailu deedeea: Osagai horrek SS korroea ijekaze du bei zirkuiura, ea horrearako behar de esioa emae du edo jasae du. i SS S S i i SS SS i v C ac _ eak si w.6 rudia. Korroe Sorgailu deedeeare ikurra, - kurba ea ekuazioa Zirkuiulaburra ea zirkuiu irekia Zirkuiulaburra ON egoera dagoe eegailuare edo kable bae arekoa da. Erresisezia uluko osagaia deez, v 0 beeko da bei. Kaoko zirkuiuak fikauko du korroea. ese ikusuu baeik, zero balioko esio-sorgailua ere bada. Zirkuiu irekia, OFF egoera dagoe eegailuare edo erresisezia ifiiu bae arekoa da. Korroea, asabiderik ez dueez, ulua da ea i 0 beeko da bei. Gaiozeko zirkuiuek fikaze due esioa. 9

24 eraz, zero balioko korroe-sorgailuza ere har daieke, olabai. i i v v v 0 i 0.7 rudia. Zirkuiulaburrare ezk ea zirkuiu irekiare esk ezaugarri-kurbak, ikurrak ea ekuazioak.3. AEKO SPOSOAK: SAEA, EEA EA ANSFEENZA KUA KAAKESKOAK isosiibo edo zirkuiu askok bi ae diuze kaoaldeareki komuikazeko. Ae horieako ba sarreraza harze da ea besea, ireeraza. Ae bakoizea, bi odo edo ermial daude, ea baeik joae de korroea beseik izulze da. Kuxare barrua dagoea ahi dugu bezai silea edo kolikaua iza daieke. Sarrerako kaoko zirkuiua i i v i aeko zirkuiua v reerako kaoko zirkuiua i i.8 rudia. i aeko zirkuiua.8 rudia ikuse deez, badaude lau aldagai ezaguze ez diuguak, ea zirkuiuak haie areko bi erlazio emae dizkigu. Kaoko bi zirkuiuek ekuazio baa emaez, lau erlazio ea lau aldagai diue sisema ebaze da. Grafikoki adierazeko, bi erlazio izaea? ahikoa iza arre arre, ormalea hiru kurba aurkeze dira: sarrerako - kurba, ireerako - kurba ea sarreraik ireerarako rasferezia-kurba. Zer da rasferize edo asaze da? azuea esioa, besea korroea edo oezia, baia, azkeea, iformazioa. Odore, bi aeko disosiibo bazuk aurkezuko diugu. 0

25 esioare bidez korolauako esio-sorgailua: Erlazioak hoako hauek dira: i 0 v µ v i v i v v k v k v v.9 rudia. esioare meeko esio-sorgailua: a ikurra b sarrerako ezaugarria c ireerako ezaugarria d rasferezia-kurba Sarrera ea ireera erlazioaze diue kosaea µ rasmiazia da..9.c rudia i korroeare ea v esioare areko erlazioa adierazeko, v esioari balio jaki bazuk ema behar zaizkio. Korroeare bidez korolauako korroe-sorgailua: Erlazio aaliikoak hoako hauek dira: v i 0 β i reera ea sarrera erlazioaze diue kosaea β rasmiazia da..0.c rudia i ea v aldagaie areko erlazioa adierazeko, i aramero gisa erabilze da.

26 i v i k i i v i i k.0 rudia. Korroe meeko korroe-sorgailua. a ikurra b sarrerako ezaugarria c ireerako ezaugarria d rasferezi kurba i aeko bese disosiibo bazuk. rudia, korroez korolauako esio-sorgailua v 0; v r m x i ea esioz korolauako korroe-sorgailua i 0; i g m x v irudikau dira. a b. rudia. esioz korolauako korroe-sorgailua a ea korroez korolauako esio-sorgailua b

27 . EEOALEEN EZAUGAAK Gaur egu, disosiibo elekroiko gehieak erdieroale izeeko maerialez fabrikaze dira ea horie ezaugarri elekrikoak disosiiboe fuzioameduare oiarriak dira. Hori dela ea, ahiz ea askoa disosiiboak erabilzeko barruik geraze dea ezaguzea beharrezkoa ez iza, erdieroaleak azeruko diugu. Haseko, isolazaile, eroale ea erdieroalee areko ezberdiasuak ikusiko diugu. Odore, erdieroale moak aurkezuko dira. i ikusegiaik abia gaiezke horreara: Erdieroalee egiura krisalioik; hau da, loura kobaleeik. Eergiare ikusuuik; hau da, eergia-bade ereduik. Asigaura hoea baez ere leheego ikusuua erabiliko dugu.. Maeriale sailkaea Maeria aomo euroez osaze da. Horiek osiiboki kargauako ukleo ba ea karga hori orekazeko behar dire elekroiak diuze. Elekroiak, aomoare igurua, orbiea baaze dira. Kaokoak askoz libreago daude aomoik alde egieko edo iguruko aomoeki baazeko, ea baleziako elekroiak deize zaie.

28 . rudia. aleziako elekroiak Aomoak berdiak edo ezberdiak molekulaa bilze dira. Errazeko asmoz, aomo bakar baeko molekula ba haruko dugu hemedik aurrera; silizio aomoa, esae baerako. Maeria osazeko, aomo horiek elkarreki loze dira. Lourare idarrare arabera, maerialare egoera edo fasea solidoa, likidoa edo gaseosoa iza daieke. Solidoa, elkarre areko erakare idarra hadia da ea, hor, aomoe areko disaziarik laburreak aurkize diugu. Solidoe ezaugarriea ezberdiasu fisiko abarmeak sumaze diugu bareko egiurare arabera.. rudia. Solido amorfoa, olikrisalioa ea krisalioa Solido amorfoa formarik gabekoa-, ikusegi makroskoikoik ez da iolako ordearik ikuse. Nahiz ea zai bereko uskeak iza, aomoe osizioa eraba ezberdia da uu baeik besera. Krisalea aomoak hiru dimesioea daude ordeauak/lerrokauak. Lagi xikia haruz gero, ikuse da hori behi ea berriro erreikaze dela: bai geomeria bai disaziak berdi-berdiak dira egiura osoa. Maerial olikrisalioea, krisale egiura hori ikuse da, baia aldeka: krisal ugariz koosaze dira. alde edo krisale areko geruzek ale-muga due izea. 4

29 Hemedik aurrera, solido krisalioei buruz ariko gara. Solido krisalioak hiru mailaa sailka daiezke bere eroakorasua koua haruz: Eroale oak edo mealak Cu, Ag, Al. ielekrikoak edo solazaileak: mika, beira azke hau amorfoa da. Erdieroaleak. MEALAK: ere egiura krisalioa, aomoe kaoko elekroiak baleziakoak aomo guziek elkarreki baaze diuze ea maerial osoa zehar mugi daiezke. Meal gehieea, aomo bakoizak elekroi baez harze du are ea elekroi aske e - horie kourua kozerazioa > 0 3 E3 e - /cm 3. Eremu elekriko ba alikaze badugu vol/cm, elekroi horiek errazasu hadiz mugi daiezke. Horre odorioz, korroea sorze da, leku jaki baeik segudo bakoizeko elekroi asaze badira, korroea q aere izago da, korako orazkoa q elekroi E-9 C. ei ere, erresisezia jaki ba oaze due mugizeko, sareare kora aomoe aurka alka egie baiue. Hori geomeriare ea ρ maerialare berezko erresiseziare araberakoa da: ρ luzera / Sekzioa ohm. Meale berezko erresisezia erresisibiaea, ρ 0-4, 0-6 Ωcm izae da giroeeraura. eeraura igoze deea, erresisezia ixka ba hadize da, elekroie mugikorasua xikiagoa baia sareare mugimedu ermikoa garrazisua da. Guri dagokiguez, erresisezia xikia da eeraura are zabalea. ELEKKOAK: Haiea, aomo bakoizare jaorrizko elekroiak berare igurua maeze dira. Ez dira, beraz, edoora joaeko libreak, ahiz ea eremu elekriko alua alikau. Giroeeraura, ρ dielekriko 0 8 Ωcm. eeraurare arabera?? ixka ba jaise da ρ hori. EEOALEAK: Giro-eeraura ez dira ez eroale oak ez ea isolazaileak ere. ρ 0-3 Ωcm 0 5 Ωcm area dago. eeraura baxuea oso baxuea, 30 K, oso isolazaile oak izae dira ea eeraura aluea eroale oak iza daiezke. Horre arrazoia elekroi askee sorrera daza. Feomeoa ulerzeko gakoa egiura krisalioa deez, horixe izago da hurrego uua. 5

30 . erezko erdieroaleak edo erdieroale irisekoak. Egiura krisalioa. Erdieroale maerial ba irisekoa edo urua da, erdieroaleare 0 9 aomoko ezuruasu ba edo guxiago badago ezuruasua bese moako aomo ba lizaeke. esela esrisekoa da. Ohiko erdieroaleea silizioa, germaioa,.3 irudia agerze de esrukura hiru dimesioea erreikauz egiuraze da krisala..3 rudia. Egiura diamaioa hyerhysics.hy-asr.gsu.edu Silizio 4 ea germaio 3 aomoek lau elekroi diuze bere azke geruza. Jakia deez, aomoe egoerarik egokorrea azke geruza zorzi elekroi izaea da. Horrearako, aomo bakoizak bere lau elekroiak koarize diu iguruko bese lau aomoeki, ea horieako bakoizeik baa haru. Horrela, zorzi elekroi diu, bese aomoeki baaurik bada ere. Loura bakoizeko bi elekroi horiek adar horreaik mugize dira, beraie bi jabee area. Loura moa horri loura kobalee derizo. Egiura horrea, aomoak elkarregadik urruze dira, ea, lao ba baio, eraedro ba eraze due. eraedro hori hiru dimesioea erreikauz ez dago egiura koheree ba lorzerik. ai, ordea,.3 rudia agerze de zorzi eraedroko egiura. Silizioak diue egiureako bae zelula uiarioa da hori kasu horreako zelulak 8 aomo diu. Zelula uiario ezberdiak daude, egiura ezberdiak sorze. 6

31 * * * * * * Loura Kobaleea * * 4 * * 4 * * * * * * 4 * * * * aleziako Elekroiak * * 4 * * 4 * * 4 * * * * * * * * Silizio-ioiak * * 4 * * 4 * * 4 * * * * * * * *.4 rudia. Krisala eeraura baxua eeraura oso baxua deea ~0K, aomo bakoizak bere elekroiak zuhurki gordeze diu ea loura bakoizak bere bi elekroiak diu. Ez dago, beraz, mugizeko karga askerik ea, eremu elekriko ba alikazea, ez da ia korroerik soruko. Maeriala isolazailea da, beraz. * * * Hausiako Loura Kobaleea * * * * * 4 * * 4 * * 4 * * * * * Husuea Si ioia * * aleziako Elekroiak * * * * 4 * * 4 * * * * * * 4 * * 4 * * 4 * * 4 * * * * Elekroi Askea Loura Kobaleea * * * * * *.5 rudia. Krisala giro-eeraura eeraura igozea, aomoe higidura/ikara ermikoak zebai loura kobaleere hausura dakar ea krisalea zehar mugi daiezkee karga libreak agerze dira. Loura ba hauseko behar de guxieeko eergia E G da E GSi.5 e, E GGe 0.7 e, giroeeraura ea eeraurare arabera jaise dira. Eergi ade / Maile eoriak azalze du horre zezu fisikoa. E G ioizazio-eergiare azekoa da, baia ioizazioeergia klasikoa baio askoz xikiagoa: aomo bakar bai elekroi ba kezea lazagoa da 7

32 zebai aomok koarize dueea baio. Eroaeeko elekroi edo elekroi aske e - bilakau da; hau da, korroe-eramaile ba dugu. Elekroiak, alde egiea, zulo ba, husue ba uze du. Elekroiak bere bidea egigo du sare krisalioa zehar husue ba oau are. Ordua, biak lou ea desagerze dira, ea, horre odorioz, eergia askaze da: birkobiaze dira. aia husuea ere olabai mugize da: oso erraza da esaisikoki- aldameeko elekroi baek husuea beezea. Horrebesez, esa daieke husue berriak beeze diuze elekroie mugimedua jarraiu baio, elekroi ezberdiak direez, husuea mugize dela. Ea modu ideedeea. Husuea ez da elekroi askea bezai bizkorra esaisika kouak, baia mugiu egie da., eeako elekroie korroe bera emaeko, hare karga.6e-9 C da. Elekroi askee kozerazioari kourua/bolumea derizo. Husuee kozerazioari, berriz,. Erdieroale uruea irisekoea, beraz, elekroi aske bakoizeko husue ba sorze da i. esageru ere, areka desagerze dira. Ea elekroie kozerazioa eeraurare arabera igoze da. Siliziozko zeimero kubiko baea: 5 0 aomo daude elekroi diugu, horieako 0 3 azke geruza Giro-eeraura, 0 0 elekroi iguru diugu ea bese haibese husue. eraz, azke geruzako 0 3 elekroieaik, ba baio ez da askaze. OEKA EMONAMKOA Lagi ba oreka ermodiamikoa Oa egogo da baldi ea asaldiik isolaua badago iolako kao-eragi edo kizikaeik gabe. Oreka ermodiamikoa, defiizioz, ez dago eeraura-aldakearik eza arikulafluxurik ere. Oreka egoeak kizikaeak asaldiik ez izaea eskaze dueez, egoera geldikorra da. Oreka ermodiamikoa, olabai, kizikae oro desagerzerakoa, maerialak bilaze due egoera geldikorra da. Egoera horrea, maerialare uu makroskoiko bakoizea, kozerazioak kosaeak dira ea arikule fluxua ulua da, baia horrek ez du esa ahi iolako erreakzio edo mugimedurik ez dagoeik. za ere, lourak eegabe auru ea berreraikize dira. Ea arikula askeak eramaileak modu aleaorioa mugize dira, baia arikula moa bakoizare mugimedu garbia ulua da. 8

33 ,E7,E6,E5,E4,E3,E,E icm-3,e0,e09,e08 i_sicm-3 i_gecm-3 i_asgacm-3,e07,e06,e05,e04,e03,e K.6 rudia. Ge, Si ea GaAs maeriale berezko eramailee kozerazioe bilakaera eeraurare arabera 9

34 .3 Erdieroale esrisekoak: ezuruasu e ea harzaileak Erdieroale maerial ba esrisekoa da, bere baia ezuruasu ahikoak diueea. Hos: berezko 0 9 aomoko ezuruasu ba baio gehiago duguea ezuruasu/cm 3. erezko erdieroaleea, elekroi ea husue kourua kozerazioa eeraura ormalea ahiko baxua da. Adibidez, silizioa, zeimero kubiko bakoizeko 5 0 aomo badaude ere, bakarrik 0 0 eramaile are daude. Eramaile-kozerazioa hadizeko, ezuruasuak saru ohi dira, kourua korolau dz. Hala, doauriko erdieroaleak sorze dira. Ezuruasuei doazaileak edo doagarriak derize ea rozesuei doakea edozei ezuruasuek ez du balio. Ezuruasuak eramaile moa bae kozerazioa hadize du..3. N MOAKO EEOALEAK: EZPUUASUN EMALEAK * * * * * * * * 4 * * 4 * * 4 * * aleziako Elekroiak * * * * * * Elekroi askea * * 4 * * 5 * * 4 * * Si ioiak * * * * * * alezia 5 due ezuruasu-ioia * * 4 * * 4 * * 4 * * * * *.7 rudia. Ezuruasu ea ea elekroia.7 rudia, doauako siliziozko krisala irudikau da. Maeriala silizioa da oraidik, baia hare egiura aldau da, olabai irisi de fosforo aomo baek erdiko silizioare osua haru duela. Fosforoare zebaki aomikoa 5 deez, barare amaia silizioare azekoa da ea sare krisalioa arazo hadirik gabe sarze da. aia, bere azke geruza aomikoa, bos elekroi diu, silizioak ez bezala. eraz, iguruko lau silizioe lourak ase odore, lourarik gabeko koariu gabeko elekroi ba gerauko da lourarik ez due fosforo aomoare igurua. Fosforoak, orai, azke geruza zorzi elekroi diueez, loura ahuldu egi da: ez da beharrezkoa hai hurbil egoea. eraz, elekroi aske ba erraz sor daieke ioi osiibo baeki baera. oiak mugizerik ez due biarea, elekroiak bai. 0 * * *

35 Makroskoikoki maeriala euro maeze bada, bese alde baeik kaoik adibidez, elekroi ba badaor. eeraura oso xikia deea, elekroia lourik geraze da ahiz ea loura ahula iza, ez du hura aurzeko behar due eergia ahikorik. aia, eeraura oso baxua ez bada, badugu elekroi aske ba. Zeimero kubiko bakoizeko 0 5 fosforo aomo sarze badiugu, esazekoa da leheego hurbilkea elekroi ea 0 0 husue egogo direla. Ugarieak, elekroiak dira. Urrieak, berriz, husueak dira. Elekroi askeak sorze diuze maerialek ezuruasu e due izea. Giroeeraura, husue baio elekroi gehiago diue maeriala moako maeriala da, eramaile agusiee karga egaiboa delako..3. P MOAKO EEOALEAK: EZPUUASUN HAZALEAK * * * * * * * * 4 * * 4 * * 4 * * Husuea aleziako elekroiak * * * * * * 4 * * 3 * * * 4 * * Loura kobaleeak Si ioiak * * * * * * 4 * * 4 * * * * 4 * * alezia 3 due ezuruasu-ioia * * * * * *.8 rudia. Ezuruasu harzailea ea husuea.8 rudiko siliziozko krisalea, boro aomo baek haru du erdiko silizioare osua. Hare zebaki aomikoa bos deez, azke geruza elekroikoa, hiru elekroi diu. Hori dela ea, iguruko lau silizioe elekroieki ere, oraidik, elekroi ba fala zaio azke geruza zorzi elekroi izaeko. Nahiz ea euroa iza, bese elekroi ba balu, egokorragoa lizaeke. Horaz, iguruko loura baeik elekroi ba askaze bada, boroak berehala harze du. Hala, koesau gabeko husue ba sorze da, krisaleik mugizeko res. Negaiboki kargauriko gueak ioiak, aldiz, ezi da mugiu. Elekroiak harze diuze ezuruasuek harzaile due izea. Harzailez doauriko maerialea, husueak ugariago dira elekroiak baio; hala ere, bieaik daude elekroiak lourak ermikoki/esaisikoki aurzeik daoz. Eramaile ugarieee karga osiiboa deez, maeriala moakoa dela esae da..

36 Hiru ohar: Aomo doagarriak doauako maerialea berezko aomoe lekua harzeko gai iza behar du. Silizioa doazeko, ee area, fosforoa, aimoioa ea arseikoa erabilze diugu. oagarri harzailee area, boroa, alumiioa, galioa ea idioa diugu. Prozesu hori krisala hazea bera edo gero, disosiiboare fabrikazioa, kaoik ezuruasuak sarraraziz egi daieke. Aomo doazaile baek eramaile ba sorrarazea, korako zeiuaz kargaze da. e- ba soru orduko, osiiboki; h ba sorzea, egaiboki. Eramaileak mugi daiezke, korroea erama dezakee ea maerialak horie bidez eroae du. oia bera dago, iko fikaurik. Zeimero kubiko bakoizeko kozerazioak: 5 0 silizio aomo; 0 0 eramaile bikoe; 0 5 doagarri aomo gehiuz gero: 0 5 ioi, korako moako 0 5 eramaile ugarieak edo maioriarioak ea ioie zeiu bereko eramaile bazuk urrieak edo mioriarioak.4 Kozerazioare kalkulua: Masa-ekizare legea ea Kargare euralasua. Kozerazioe bilakaera eeraurareki. MASA-EKNZAEN LEGEA Kimika, erreakzio askok masa-ekizare legea delakoa beeze due. Lege horrek dioeez, erreakzioare abiadura erreakzioare bi osagaie kozerazioe biderkadurare mee dago. Gure kasua, erreakzioa hoako hau da: loura e h, sorrera;, birkobiakea No sorrera G f ; ea birkobiakea f ; Oreka G G h h f / f f 3 i ] eraz, masa-ekizare legeak hoako hau dio : eeraura jaki baea, x kosaea Ea berezko erdieroaleea x i x i i beeze deez, kosaea bei i da, bai erdieroale irisekoearako bai erdieroale esrisekoearako: i Masa-ekizare legea oreka beeze dire ekuazio agusieako ba da.

37 KAGAEN NEUALASUNAEN EKUAZOA Orai areko ekuazioea, ezuruasu-kozerazioa ez da ageru. Lehe hurbilkea baea esa duguez, ugarie kozerazioa M ~ ezuruasu kourua. Kargare euralasuak ezuruasu ea eramailee areko erlazio zehaza dakar. emagu uiformeki doauako erdieroale ba dugula, ea ezuruasu kozerazioak N ea N A direla e ea harzaileeak, hurreez hurre. eraz, makroskoikoki begirauz, uu bakoizea dagoe kargak zero iza behar dueez, [ N N ] 0 q k arg a - q k arg a q osiiboak egaiboak A o N, ea N A -, ioizauako ezuruasu harzaile ea eak baiira. Gure ohiko kasuea, eeraura K 5-7ºC igurukoa izae deez, ezuruasu guziak ioizaurik egoe dira ea, beraz: N - - N A 0; LAKAEA ENPEAUAEKN [P moako erdieroale baea] emagu N A ezuruasu harzailez doauriko erdieroalezko lagi ba dugula. [Giro-eeraura, N - A N A >> i ] eraz, N A i 0 N A N A 4 i N i i A N A K.9 rudia. Ezuruasu-kozerazioare ohiko bilakaera eeraurare arabera moako erdieroale baea 3

38 Hiru oraera ikuse diugu: eeraura oso baxuea, ezuruasu guziak ez daude ioizaurik, ea, beraz, N - A < N A. Ordua, N - A >> i bada, N - A, baia, N - A << i bada, ordua, i. eeraura igozea adibidez, giro-eeraura, ezuruasu guziak ioizaze dira N - A N A ea, ordua, N A. eeraura asko igoze bada >> ambie, ordua, i >> N A bilakaze da. Ea i. Lagia, oraerare aldeik, iriseko bihurze da berriro..5 Eramaileei buruzko ermiologiare laburea oazaileak edo maerial doagarriak: erdieroaleei dosi korolauea gehize zaizkie ezuruasu berezie aomoak, elekroi edo husue-kouruak hadizeko. Erdieroale irisekoa: doau gabeko erdieroalea, oso maerial garbia edo urua; ezuruasu-kouru husala dueeez, ezaugarriak berez edo irisekoki diu. Erdieroale esrisekoa: doauriko erdieroalea. oakeak erdieroaleare ezaugarriak ea oraera abarmeki aldaraze diu. Ezuruasu ea: elekroi kourua hadize due ezuruasua; moako doazailea. Ezuruasu harzailea: husue-kozerazioa igoze due ezuruasua; moako doazailea. N moako maeriala: ezuruasu ez doaurikoa; husue baio elekroi gehiago diu. P moako maeriala: ezuruasu harzailez doaurikoa; elekroi baio husue gehiago diu. Eramaile ugarieak edo gehie-eramaileak: erdieroalezko lagi baea gehie azalze dire korroe-eramaileak. N moako maerialea, elekroiak; moakoea, husueak. Eramaile urriea edo guxie-eramailea: lagi baea guxie azalze de eramaile moa. N moako maerialea, husuea; moakoea, elekroia. 4

39 3. KOONEAEN EOAPENA Aurreko ikasgaia, erdieroale baea oreka ermodiamikoa elekroi ea husuekozerazioak ebazeko erabilze dire ekuazioak ikasi geiue. Oreka ermodiamikoa, eramaile moa bakoizare mugimedu garbia ulua iza arre, eramaileak ez daude geldirik. Jaorri ermikoa due eergia zieikoa dueez, eramaileak eegabe mugize dira. bilaldiak laburrak ea aleaorioak dira, sare krisalioa aomoeki alka egie duelako. Mugimedu ermiko hori aleaorioa deez, korroea, guzira, zero da. 3. rudia. Elekroi bae mugimedu aleaorioa

40 alke area, mugimeduak ahiko azkarrak izae dira giro-eeraura ere v h E7 cm/s orduko km. Kaoik erurbazio ba daorreea bakarrik gera daieke korroe elekrikoa, besela eramailee guzizko erazua husa da-ea. Erdieroaleea, hiru erazu osible daude kaoko eragi bae aurrea: aoia, barreiaea ea sorrera-birkobiakea rozesuak. Kaiulu hoea leheego biak ikusiko diugu, ea azke rozesua hurregoa ikasiko dugu. Nahiz ea bakoiza bere aldeik aalizau, hiru rozesuak baera geraze dira, ea elkarreki erlazioaze dira. 3. Korroeare eroaeare mekaismoak: Aoiko mekaismoa: erdieroalea, kaoko kausa ba dela-ea, eremu elekriko ba oezial ba- agerze deea geraze da. Mealea geraze deare azekoa da, ea bere adierazide maemaikoa Ohme legea da. arreiaeeko mekaismoa: elekroi- ea husue-kozerazioea gradieeak edo esazioarekiko aldakeak daudeea geraze da. Mekaismo hori erdieroalee bereziasu ba da ea horik daoz disosiiboe ezaugarri ea alikazio gehieak 3. Aoiare bidezko eroaea: Ohme legea Aoia edo deriba, defiizioz, karga due arikula aske baek alikauako eremu elekriko bae meea due mugimedua da. Erdieroale baea, alikauako eremu baek, karga osiiboak ea egaiboak bereize ahalegize da. Karga osiiboek husueek eremuare orazkoa joaeko joera agerze due. Negaiboek elekroiek, aldiz, eremuare korako orazkoa joko due ikus 3. rudia. Sareare korako alkak direla-ea ermikoki iraulze ari de sareko aomoe ea ezuruasue ioie kora- azelerazioa ee ea berrase da. Esa daieke kaoik, ikusegi makroskoikoik, eramaile bakoizare higidura garbia v kosae baez geraze dela baez bese. 6

41 ε -d/dx C h v v e - C C 3. rudia Aoiko korroeare mekaismoa Aoia, beraz, eremuak eramaileak bere orazkoa edo korakoa- mugiarazea da; mugimedu hori abiadura eragikor kosaeaz geraze da. Higidura ermikoak bere horrea jarraize du. Gaiezarze zaio aoiare eragia husa izago ez deez, mugimedu ermikoa ez dugu ormalea aiaze, baia ez da desageru. Hau da, rakikoki, aiza ez harzeko modukoa da. Eramaileek harze due baez beseko abiadura eremuare balio absoluuare araberakoa da. Kasu orokorrea, meekoasu ahiko kolexuak agerze dira ea modelaze maemaikoa ez da baere erraza. aia, gure ohiko egoerea, eramaileek harze due abiadura eremuarekiko roorzioala da, 3.3 rudia ikuse deez ieresgarria izae de area. Gero aseze da, ea ez dago E7 cm/s lorzerik. 3.3 rudia. Aoiko abiadurare eurkea eserimealak eeraura ea doakea fikoak maeduz: eremuarekiko meekoasu lieala du are zabal baea 7

42 eraz, ea eragie due abiadurare orazkoa koua harua, guri ieresaze zaigu area: v cm/s -µ x ε/cm v cm/s µ x ε/cm o µ mugikorasua baia, µ 00 cm /s/ ea µ 400 cm /s/ izae baiira guxi gorabehera. AOKO KOONEAEN AEAZPENAEN EAZPENA: ε A 0 x -v x x 3.4 rudia. Aoiko korroeare ebazeerako eskema husueearako L luzera ea A sekzioa diue erdieroalezko lagia harua, debora sekzio ba eskuieraz zeharkaze due c moako eramailee korroea kalkulauko dugu: c bolumeeko c moako eramailee kozerazioa da v eramailee abiadura da egaiboa iza lieke ea, beraz, eramaileek v disazia egie due debora. debora A sekzioa eskuieraz zeharkaze due c eramaileak cav ebora horrea A sekzioa eskuieraz zeharkaze due karga q c cav Korroea Karga / q c cav. Korroe-desiaea Korroe/A q c cv. Emaiza elekroiearako ea husueearako bereiziz gero: J, aoi -q x x v J, aoi q x x v 8

43 Aurreko ekuazioea abiadure adierazeak erabilia, J, aoi -q x x -µ x ε q µ ε J, aoi q x x µ x ε q µ ε eraz, aoiko korroea, guzira: J aoi J, aoi J, aoi q µ ε q µ ε q µ µ ε esalde, Ohme legeak dioeez: x JA x ρ L/A ε x L J ε / ρ σ x ε o σ eroakorasua ea ρ erresisibiaea dire. Eroakorasua maerialak eroaeko due errazasua da siemes/cm edo /ohm/cm. Erresisibiaea maerialak korroea eroaeari jarze dio oosizioa da. σ q µ µ σ σ qµ qµ ρ / σ ρ / σ ρ / /ρ /ρ eraz, bi eramaile moa izaea bi erresisezia araleloa izaea bezalakoa da. erezko erdieroale baea, oreka, i ea, beraz, σ q µ µ i σ i berezko eroakorasua. erehala ikuse deez, eeraura igo ahala, i haze da ea erdieroaleak hobeo eroae du. Erdieroale esriseko baea, M >> m ea, beraz: σ q mµ m Mµ M ~ q Mµ M. Ordua, σ σ M. MUGKOASUNA, µ: Aoiare aramero agusia azeru behar dugu jarraia, hau da, mugikorasua: Uiaeak: cm //s Gure roblemea kosaea izago de arre, ez da zehazki kosaea. eeraurare, ezuruasu-kozerazioare ea eremuare mee dago. Eramaile bae mugikorasuak, bere izeak adieraze dueez, eramaileak - eremu bae ea- due mugizeko errazasua adieraze digu. Kasu gehieea, µ > µ ; Normalea izae diugu doakeeki, µ ~.5 µ. Horregaik, doakea berdia izaez gero, moako erdieroaleak eroale hobeak izae dira. 9

44 3.5 rudia. Elekroie mugikorasua eeraurare ea doakeare arabera 3.6 rudia. Husuee mugikorasua eeraurare ea doakeare arabera 30

45 Mugikorasua cm//s elekroiea husueea E4 E5 E6 E7 E8 E9 E0 E oakea cm rudia. Husuee ea elekroiee mugikorasua doakeare arabera giro-eeraura 3

46 3.3 arreiaeeko eroaea Gase zieika, barreiaea edo difusioa feomeo ezagua da arikula klasikoea, ea, higidura ermiko aleaorioa du jaorria. Higidura horrek, gasa bere gordailu osoa zehar barreiazera mugizera darama. alka bae odore, arikula bakoizak edozei orazko harzeko robabiliae berak diu. Hori dela-ea, eramaileak oso ugari dire okieaik, oso urri direearaz mugiu edo barreiaze dira. Gas-ihesak horre adibide izago dira. arreiaea, beraz, kozerazioare aldakea esazialak daudeea geraze da. arreiazeko ez da beharrezkoa arikulek karga izaea arikula askeak izaeareki ahiko da. Parikula horiek karga dueea, difusioko jarioak korroe elekrikoa dakar. AEAPENEKO KOONEAEN AEAZPENAEN EAZPENA: emagu erdieroale baea eramaile moa orokor bae kozerazioa Cx dela, hau da, osizioare fuzioa dela. cx Fx C C x x x 3.8 rudia. X ardazea aldaze de eramaile-kozerazioa ea barreiaeeko jarioa Horrebesez, eramaile moa horre jarioak uu baeik alboko uu baera dagoe kozerazio aldearekiko meekoasu lieala du. Era berea, disaziarekiko meekoasu ibersoa du. Jarioa C hadiagoa de lekuik C xikiagoa de lekura doa. Maemaikoki: F - K x C-C/-. Fx - K x [Cx -Cx ]/x -x x ~x egiez, 3

47 Fx - K x [Cxdx-Cx/x dx - x -K x dcx/dx -K x Cx Fx - x Cx Ficke leheego legea cm /s difusio edo barreiaeeko koefizieea da Hala, fluxu-desiaeak cm /s arikula/cm 3 izago diu. / cm arikula/cm /s uiaeak Kasu rakiko baea, x uua gaiazal ba da. Lagiare sekzioa A cm bada, F arikula / cm /s Fx - x Cx bada ea eramailee karga k bada, eramaile_barreiae k eramaile x - eramaile x Cx x A J _barreiae -q x - x x q ormalea q d/dx J _barreiae q x - x x -q ormalea - q d/dx Erdieroalea ormalea bi eramaile moak izae diuguez, J barreiae J _barreiae J _barreiae q - q q Eiseie erlazioa eramaile eramaile horre barreiaeare koefizieea da. Mugikorasuareki geraze ze bezalaxe, eramaile moare, maerialare, eeraurare ea ezuruasukozerazioare mee dago. ere. za ere, bi arameroe areko erlazio ba dago: Eiseie erlazioa, hai zuze K q o oezial ermikoa baia µ µ o K J/K edo e/k, olzmae kosaea baia. Giro-eeraura, K/q Erlazio horrek argi uze du aoia ea barreiaea ez direla ideedeeak. kusuu sile baeik, aurrikus geezakee, zere, mugikorasua hadiagoa bada, difusio koefizieea hadiagoa izago baia. eeraura igozerakoa, eramailee ea sareare mugimedu aleaorioak areagoze dira. eraz, barreiazeko joera m hadiagoa da, baia kaoko eremu bae ea sarea zehar ibilbide zuzea harzeko errazasua µ m xikixeagoa. 33

48 3.5 Guzizko korroeak Eroaea bi mekaismoez geraze deez, guzira: J J J J _b J _a J _b J _a J J _a J _a J _b J _b J aoi J barreiae J σ x ε q - J ohm J difusio o σ σ σ q µ µ Hor ikuse duguez, Ohme legea ez da bei beeze erdieroaleea. za ere, bakarrik deea beeze da: adibidez, uiformeki doauako lagiea, oreka ermodiamikoko kozerazioak diuguea 0 ea 0. 34

49 4. SOEA EA KONNAKEA Sorrera ea birkobiakea orekaik kao geraze dire rozesu agusieakoak dira. Hoa korako bi rozesu horie defiizio zehaza: Sorrera eramaileak sorze diue rozesua da. Hau da, elekroi askeak e - edo e aske ea husueak h areka sorze diue erreakzioa da. irkobiazea eramaileak areka desagerraraze diue rozesua da. Hau da, loura kobaleeak berreraikize diue erreakzioa da. loura eergia elekroia husuea Erreakzio osagarriak direez, askoa rozesu bakarza G- joze diugu. Eergia -bade eoria, elekroi bae baleziako badaik eroaeeko badarako rasizioa da sorrera horrearako, E G baio eergia hadiagoa ema behar diogu elekroiari. irkobiakea elekroiare korako rasizioari dagokio eroaeeko badaik baleziako badara asazea, E G eergia askauko da. Sorrerarako behar de eergia maerialari emaeko, edo birkobiakea-rozesuare eergia askazeko, haiba bide daude: eeraura igozea sorrera-birkobiakea ermikoak; maeriala argizaze edo argia igorzea foosorrera ea foobirkobiakea, 35

50 o: loura fooia e h ; bese arikula bazuez maeriala bobardazea elekroi, euroi edo X iziak erabiliz... ebora uiaeko ea bolume uiaeko sorrere kourua edo kozerazioa erdieroaleare ea eeraurare mee dago, beseak bese: G G maeriala,... irkobiakea, horieaz gai, eramailee kozerazioare mee dago: maeriala,,,... zere birkobiakea elekroi baek ea husue baek elkar oazeko robabiliaeare mee baiago ea robabiliae hori kozerazioare mee baiago. Koua haru behar da sorrera ea birkobiakea ermikoak eegabe geraze ari direla. Oreka ermodiamikoa, sorrera ea birkobiakeare abiadurak berdiak dira, ea, beraz, eramailee baez beseko kozerazioek kosae iraue due: G h h k i. ai sorrera bai birkobiakea erdieroaleare bolumeea edo gaiazalea gera daiezke; azke kasu horrea izae diuze bereziasuak direla-ea, gaiazaleko sorrera ea gaiazaleko birkobiakea deize diogu. Sorrerak ea birkobiakeak zeharkako eragia due erdieroaleea agerze dire korroeea, aoiko ea barreiaeeko rozesuea are harze due eramailee kozerazioak aldaze baiiuze. 4. irkobiakeare abiadura oreka ermodiamikoik kao Erdieroaleea, masa-ekizare legea uu guziea beezea orekare ezaugarria da. Hau da, 0 ea 0 orekako elekroi ea husuee kozerazioak badira: 0 0 i Orekaik kao gaudeea kaoko eragi ba erdieroalea alikaze ari bagara edo asaldiko kizikae bae efekuak oraidik badirau, elekroie ea husuee kozerazio berriak izago diugu: ea, ea, orai: Zehazkiago: i Kaoko kausa baek eramailee ijekzioa eragi badu Kaoko kausa baek eramaileak aera badiu > < i i Kaoko kausa ee odore, egoera diamikoa gaude, zeiea maerialare bareko erreakzioa bakarrik gerauko baia. Erreakzio hori maeriala oreka egoerara izularaze saiauko da. Sorrera-birkobiakea rozesuak maemaikoki karakerizazeko, soberakieki la egie da, elekroie ea husuee kozerazio osoeki la egi ordez: 36

51 ' 0 ' 0 ea ' ' kargare euralasua beezeko Hau da, ' ea ' orekareki koaraua daude soberako kozerazioak edo soberakiak dira. Argi dagoeez, ' < 0 ea ' < 0 izaeak esa ahi du kaoko kausa dela ea eramailee fala edo eskasia dugula. NJEKZO MALAK: NJEKZO AXUA EA NJEKZO ALUA Kasu ieresgarri askoa, soberako urrieak oreka ermodiamikoa daude ugarieak baio askoz guxiago izae dira moakoa bada, ' << 0 ; moakoa bada, ' << 0 ea ijekzio baxua gaudela esago dugu. esela, ijekzio eraiea edo alua A egogo gara. jekzio baxua izedae orokorragoa alikauz: m << M 0 m m 0 m M M 0 M ea, kargare euralasuaz, M M 0 m M 0 Askoa, M 0 >> m' >> m 0 beeze da, ea ordua m ~ m'. Hau da, ijekzio maila baxua ugariee kozerazioa ia aldaze ez de arre, urriee kourua haiba bider hadiu ohi da. Horre odorioz, ijekzio baxua hau da, gure ohiko egoera, urriee soberakiareki la egie dugu. Oreka ermodiamikoik kao: h egoera iragakorrea ahiz geldikorrea Hau da, kaoko kausak sorrerare ea birkobiakeare areko balazea aurze du. Kaoko kausari aurre egieko, maeriala oreka ermodiamikora izulze saiaze da. Maerialare erazua -oreka edo, hobeo esada, egokorasua bilazeko maerialak egie due ahalegia- eurzeko, U, irkobiakeare Abiadura Garbia laburuz, askoa birkobiakea izago dea erabilze da, ea hoela defiize: U irkobiakea Osoa irkobiakea edo sorrera ermikoa h 37

52 U > 0 deea, > h, kaoko kausa eramaileak ijekaze ari da edo, orai, guxi eragie ariu da ea efekua oraidik abarize da ea, lagiea, eramailee birkobiakea areagoze da oreka zegoea baio hadiagoa da. U < 0 deea, < h, kaoko kausa eramaile-fala ba sorze ari da edo eragi iza du ea sisemak eramailee birkobiakea guxiuz egie dio aurre sorrera areagou dela emae du, zere ea sorrera ermikoa ez baia aldaze. Aiau deez, bai sorrera bai birkobiakea askoariko mekaismoz gera daiezke. ada-bada rozesuea, elekroie rasizioak zuzeea geraze dira baleziako badako ea eroaeeko badako egoere area. Hala ere, erdieroaleea, ohiko rozesuak zeharkako rozesuak biareko zeroe bidezko rozesuak izae dira, ea Shockley- ead-hall delako birkobiakea eragie due. kusuu fisikoik, biareko zero edo sorrera-birkobiakea-gue hauek ezuruasu berezie aomoak dira silizioare kasua, urrea, burdia ea kobrea izae dira edo sare krisalioare akasak aomo bae fala, adibidez. Erdieroaleare debekauako badare erdiare igurua eergi maila baimeduak sarzea da haie ezaugarririk garrazisuea, ea horrek rasizio elekroikoak erraze diu, bai eroaeeko badaraz, bai baleziako badaraz. Esa duguez, U eramailee kozerazioe fuzioa da, oakeare robabiliaea ea kozerazioeki aldaze delako. U U, fuzioa ez da baere erraza ea, modelazeko, adieraze maemaiko kolexu ugari daude bai bada-bada, bai zeharkako rozesueza. jekzio baxua, feomeoa adieraze ahiko sile baez adieraz daieke: U m' τ m Hau da, moako lagiea U ' τ ' τ ea moakoea U ' ' τ τ o τ m s urriee erdibiziza edo baez beseko bizirauea baia. Siliziozko disosiibo gehieea, 0. µs < τ m < 000 µs. 38