Download Tutor´ıa 4 - Escuela de Ingeniería Electrónica

Instituto Tecnológico de Costa Rica
Escuela de Ingenierı́a Electrónica
EL2207 Elementos Activos
I Semestre, 2014
Tutorı́a 4
1. Determine el valor de R para el siguiente circuito, que resultará en una corriente de
diodo de 10 mA con VSS = 7 V. Utilice la curva caracterı́stica presentada.
R
+
iD
Vss
VD
−
ID [mA]
30
0,7 1
VD [V]
2. Considere un rectificador de media onda sin capacitor de filtrado para una onda de
entrada senoidal. El valor pico de la tensión de entrada es 5 V. Resuelva el problema
para un diodo ideal y para un diodo de silicio. Dibuje la forma de onda de:
a) La tensión en el diodo
b) La corriente en el diodo
c) La tensión de salida
d) Calcule la tensión promedio a la salida
3. Un puente rectificador de onda completa con una entrada senoidal de 120 VRM S tiene
una resistencia de carga de 1 kΩ.
a) Si se utilizan diodos ideales, ¿cuál es el voltaje promedio disponible en la carga?
Dr.-Ing. Paola Vega, Ing. Jorge Castro-Godı́nez
1/ 5
Elementos Activos. I Semestre, 2014
b) Demuestre que VP ROM para un rectificador ideal de onda completa es 2VP /π.
c) Encuentre el voltaje pico inverso a través de cada diodo, en caso de que los diodos
sean ideales.
d) Encuentre el voltaje pico inverso a través de cada diodo, en caso de que los diodos
sean reales.
e) Encuentre la corriente máxima a través de cada diodo, para el caso de diodos
ideales y reales.
f) ¿Cuál es el valor de la potencia que debe disipar cada diodo?
4. Para la forma de onda de la tensión de entrada, determine la tensión de salida VO en
estado estable, para el circuito siguiente. C = 1µF, V = 5 V, R = 100kΩ y el diodo es
de silicio. La frecuencia de la señal de entrada es de 100 kHz.
C
Vin
Vi
VO
20 V
R
t
V
-10 V
Figura 1: .
5. Dibuje VO para cada red de la Figura 2 para la entrada que se indica.
6. Diseñe el circuito cambiador de nivel que lleve a cabo la función descrita en la Figura
3.
7. En el circuito de la Figura 4, I es una corriente directa y VS es una señal senoidal. Los
condensadores C1 y C2 tienden a infinito.
a) ¿Cuál es la función de C1 y C2 ?
b) Asuma que las capacitancias del diodo son despreciables. Utilice un análisis de
pequeña señal del diodo para demostrar que la tensión de salida está dada por la
expresión
nVt
VO = VS ·
nVt + IRS
c) Calcule la ganancia de tensión
VO
VS
para I =1 mA, 0,1 mA y 1µA.
d) ¿A qué valor de corriente I la tensión de salida es igual a la mitad de VS ?
e) ¿Cuál es la función del circuito?
Dr.-Ing. Paola Vega, Ing. Jorge Castro-Godı́nez
2/ 5
Elementos Activos. I Semestre, 2014
5V
Si
Ideal
Vi
20 V
+
+
Vo
2,2 kΩ
Vi
t
6,8 kΩ
Vi
−
−
Ideal
2V
Ideal
Vi
Vo
Vo
Vi
20 V
Vo
1 kΩ
Vi
2,2 kΩ
t
-5 V
+5 V
4V
2,2 kΩ
2,2 kΩ
Vi
8
+
+
Si
Si
Vo
Vi
t
Vi
−
−
4V
Figura 2: .
Vi
Vi
30
20
-20 V
t
-10 V
t
Figura 3: .
8. Encuentre la tensión de salida para los circuitos de la Figura 5, Vin es una señal triangular simétrica con valor pico de 10 V.
9. Grafique la onda del voltaje de salida del circuito de la Figura 6 si la entrada es una
onda cuadrada de 50 V.
10. Considere el circuito de la Figura 7, con R = 220 Ω, VZ = 10 V, PZ max = 400 mW, Vin
= 20 V.
a) Determine VL , IL e IR si RL = 180 Ω.
b) Determine el valor de RL que establecerá las condiciones máximas de potencia
para el diodo Zener.
c) Determine el valor mı́nimo de RL para asegurar que el diodo Zener opere en la
región de ruptura.
Dr.-Ing. Paola Vega, Ing. Jorge Castro-Godı́nez
3/ 5
Vo
Elementos Activos. I Semestre, 2014
I
Rs
C1
C2
Vo
Vs
Figura 4: .
d) ¿Para qué valor de VIN min el regulador aún funciona?
11. El circuito regulador con diodo Zener de la Figura 7 está conectado a una fuente real
de 6 V. La corriente de corto circuito de la fuente está limitada a 20 mA. La potencia
máxima en el Zener es de 23 mW y su tensión de ruptura es de 2,3 V. Asuma que la
curva caracterı́stica del diodo Zener es una lı́nea recta en la región de ruptura, pero
considere que requiere de una corriente mı́nima para operar. Resuelva este problema
utilizando el método de la lı́nea de carga. Muestre claramente sus respuestas en los
gráficos.
a) ¿Para qué valores de resistencia de carga puede operar el regulador?
b) Si la resistencia de carga es máxima, ¿cuánto puede disminuir la tensión de entrada
para que el regulador aún funcione?
c) Si la resistencia de carga es mı́nima y la limitación de corriente de corto circuito
de la fuente falla, ¿cuál es la corriente máxima de la fuente a la que el regulador
puede operar sin dañarse? ¿Cuál es el valor de R al cual sucede esto?
Dr.-Ing. Paola Vega, Ing. Jorge Castro-Godı́nez
4/ 5
Elementos Activos. I Semestre, 2014
3V
5V
Vin
Vo
Vin
Vo
Vin
Vo
2V
Vin
Vo
Vin
Vo
Vin
Vo
7V
6V
Figura 5: .
5 kΩ
+
Z1
− Vo
Vi
10 V
+
Z2
−
Figura 6: .
I
R
+
Vi
Vz
VL
RL
−
Figura 7: .
Dr.-Ing. Paola Vega, Ing. Jorge Castro-Godı́nez
5/ 5
Elementos Activos. I Semestre, 2014