En electrónica , la fuga es la transferencia gradual de energía eléctrica a través de un límite normalmente considerado como aislante , como la descarga espontánea de un condensador cargado , el acoplamiento magnético de un transformador con otros componentes o el flujo de corriente a través de un transistor en estado "apagado". estado o un diodo polarizado inverso .
La pérdida gradual de energía de un capacitor cargado es causada principalmente por dispositivos electrónicos conectados a los capacitores, como transistores o diodos, que conducen una pequeña cantidad de corriente incluso cuando están apagados. Aunque esta corriente apagada es un orden de magnitud menor que la corriente que pasa por el dispositivo cuando está encendido, la corriente aún descarga lentamente el capacitor. Otro factor que contribuye a las fugas de un condensador es la imperfección no deseada de algunos materiales dieléctricos utilizados en los condensadores, también conocida como fuga dieléctrica . Es el resultado de que el material dieléctrico no es un aislante perfecto y tiene una conductividad distinta de cero, lo que permite que fluya una corriente de fuga que descarga lentamente el condensador. [1]
Otro tipo de fuga ocurre cuando la corriente se escapa del circuito previsto y, en cambio, fluye a través de algún camino alternativo. Este tipo de fuga no es deseable porque la corriente que fluye a través del camino alternativo puede causar daños, incendios, ruido de RF o electrocución. [2] Las fugas de este tipo se pueden medir observando que el flujo de corriente en algún punto del circuito no coincide con el flujo en otro. Una fuga en un sistema de alto voltaje puede ser fatal para un ser humano que esté en contacto con la fuga, como cuando una persona accidentalmente conecta a tierra una línea eléctrica de alto voltaje. [3]
Una fuga también puede significar una transferencia no deseada de energía de un circuito a otro. Por ejemplo, las líneas de flujo magnético no estarán completamente confinadas dentro del núcleo de un transformador de potencia ; otro circuito puede acoplarse al transformador y recibir algo de energía filtrada a la frecuencia de la red eléctrica, lo que provocará un zumbido audible en una aplicación de audio. [4]
La corriente de fuga es también cualquier corriente que fluye cuando la corriente ideal es cero. Tal es el caso de los conjuntos electrónicos cuando se encuentran en modo de espera, deshabilitado o "suspensión" ( alimentación en espera ). Estos dispositivos pueden consumir uno o dos microamperios mientras están en su estado de reposo, en comparación con cientos o miles de miliamperios cuando están en pleno funcionamiento. Estas corrientes de fuga se están convirtiendo en un factor importante para los fabricantes de dispositivos portátiles debido a su efecto indeseable sobre el tiempo de funcionamiento de la batería para el consumidor. [5]
Cuando se utilizan filtros de red en los circuitos de alimentación que suministran un conjunto eléctrico o electrónico, por ejemplo, un variador de frecuencia o un convertidor de potencia CA/CC, las corrientes de fuga fluirán a través de los condensadores "Y" que están conectados entre los conductores vivos y neutros para el conductor de puesta a tierra o de puesta a tierra. La corriente que fluye a través de estos capacitores se debe a la impedancia de los capacitores a las frecuencias de la línea eléctrica. [6] [7] Generalmente se considera aceptable cierta cantidad de corriente de fuga; sin embargo, una corriente de fuga excesiva, que exceda los 30 mA, puede crear un peligro para los usuarios del equipo. En algunas aplicaciones, por ejemplo, dispositivos médicos en contacto con el paciente, la cantidad aceptable de corriente de fuga puede ser bastante baja, menos de 10 mA.
En los dispositivos semiconductores , la fuga es un fenómeno cuántico en el que los portadores de carga móviles (electrones o huecos ) atraviesan una región aislante. Las fugas aumentan exponencialmente a medida que disminuye el espesor de la región aislante. Las fugas de túnel también pueden ocurrir a través de uniones de semiconductores entre semiconductores de tipo P y tipo N fuertemente dopados . Además de hacer túneles a través del aislador de compuerta o las uniones, los portadores también pueden tener fugas entre los terminales de fuente y drenaje de un transistor semiconductor de óxido metálico (MOS) . Esto se llama conducción subumbral . La principal fuente de fuga ocurre dentro de los transistores , pero los electrones también pueden fugarse entre las interconexiones. Las fugas aumentan el consumo de energía y, si son lo suficientemente grandes, pueden provocar una falla total del circuito.
Actualmente, las fugas son uno de los principales factores que limitan el aumento del rendimiento del procesador de la computadora. Los esfuerzos para minimizar las fugas incluyen el uso de silicio deformado , dieléctricos de alto κ y/o niveles de dopantes más fuertes en el semiconductor. La reducción de fugas para continuar con la ley de Moore no sólo requerirá nuevas soluciones materiales sino también un diseño adecuado del sistema.
Ciertos tipos de defectos de fabricación de semiconductores se manifiestan como un aumento de las fugas. Por lo tanto, medir las fugas, o prueba Iddq , es un método rápido y económico para encontrar chips defectuosos.
El aumento de fugas es un modo de falla común que resulta de una sobretensión no catastrófica de un dispositivo semiconductor, cuando la unión o el óxido de la puerta sufre un daño permanente que no es suficiente para causar una falla catastrófica . Una tensión excesiva en el óxido de la puerta puede provocar una corriente de fuga inducida por tensión .
En los transistores de unión bipolar , la corriente del emisor es la suma de las corrientes del colector y de la base. Yo mi = Yo c + Yo b . La corriente del colector tiene dos componentes: portadores minoritarios y portadores mayoritarios. La corriente minoritaria se llama corriente de fuga [ se necesita aclaración ] .
En los transistores de efecto de campo de heteroestructura (HFET), la fuga de la puerta generalmente se atribuye a la alta densidad de trampas que residen dentro de la barrera. Hasta ahora se ha observado que la fuga de puerta de los HFET de GaN se mantiene en niveles más altos en comparación con otras contrapartes, como los GaA. [8]
La corriente de fuga generalmente se mide en microamperios. Para un diodo con polarización inversa, es sensible a la temperatura. La corriente de fuga debe examinarse cuidadosamente en aplicaciones que funcionan en amplios rangos de temperatura para conocer las características del diodo.
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