GUIA DE APRENDIZAJE Y AUTOEVALUACION UNIDAD N 2 FUNDAMENTOS DE LOS DIODOS Y SUS APLICACIONES

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN JUAN. FACULTAD DE INGENIERIA. DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA Y AUTOMATICA. GABINETE DE TECNOLOGIA MÉDICA. Área: Electrónica Analógica. Asignatura: "Electrónica Analógica". Carrera: Bioingeniería. GUIA DE APRENDIZAJE Y AUTOEVALUACION UNIDAD N 2 FUNDAMENTOS DE LOS DIODOS Y SUS APLICACIONES Actividades a desarrollar por los alumnos: 1- Leer y comprender el libro de texto de la cátedra. 2- Realizar el práctico de gabinete que se propone a continuación: PRACTICO DE GABINETE El alumno deberá resolver los siguientes ejercicios: 1) Si se aplican 18 V al siguiente circuito, qué tensión medirá el voltímetro si D1 es de silicio? 2) Si el diodo D del circuito puede soportar una corriente máxima de 500 ma, cuál es el mínimo valor de la resistencia R con el que se puede utilizar el circuito si se aplican 20 V? Rta: 38,6 ohm Si la resistencia R del circuito, es de 100 ohm y se aplican 10 V al circuito, cuánto valdrá la potencia disipada en el diodo D? Rta: 651 mw 3)

2 Si el diodo D del siguiente circuito tiene un pico inverso de voltaje (PIV) de 100 V, cuánto es la tensión máxima que se puede aplicar al circuito?, y si se conecta una resistencia en paralelo con el diodo R2=2.7 k? Rta: 100 V; V Si el diodo tiene una Io de 5 µa. Cuál será la potencia que disipará si se E = 60 V?, y si se conecta una resistencia de 2.7 k en paralelo con el diodo? Rta: 0,3mW, µw. 4) El generador del circuito de la figura puede aportar una tensión comprendida entre V. Se pide determinar las expresiones que permitan calcular VOUT en función de VIN dentro del rango indicado. 5) Calcular el punto de operación del diodo para ECC=10V, R1 = R2 = R3 = 1K Considerar la segunda aproximación. Rta: 2,86 ma 6) En el circuito de la figura se pide: Potencia suministrada por la fuente. Potencia disipada por cada una de las resistencias. Potencia disipada por el diodo.

3 7) Si el generador de señal "e" de la figura produce una onda senoidal de 10 V entre pico y pico, y la resistencia R tiene un valor de 500 ohmios, qué características debemos exigir a un diodo de silicio para utilizarlo como se indica en la figura? 8) Si se diseña un circuito como el de la figura, Qué características deberíamos exigir al diodo? (e = 10 sen wt) 9) Para los siguientes circuitos hallar la tensión entre A y B, a) en función del tiempo b) en función de la entrada (función de transferencia).- Nota: las fuentes de alterna están indicadas en Vp, no en Vpp.

4 10) Determinar en cada diodo de los circuitos rectificadores siguientes: a) Los valores de pico de tensión inversa y corriente directa. b) Indicar en todo el secundario, con línea de puntos, la circulación de la corriente durante el semiciclo negativo y con líneas de rayas, la circulación de la corriente durante el semiciclo positivo. La tensión de alimentación Vi= 220Vef. y la carga es de 1KΩ. Suponer diodos ideales. Compare resultados. a) b) c) 11) En el circuito rectificador de la figura, se ha colocado un voltímetro de C.C. en la carga y un voltímetro de C.A. en el secundario del transformador. Marque con una cruz cual valor de tensión mide cada voltímetro: Valor eficaz. Valor medio Valor de pico Voltímetro de C.C. Voltímetro de C.A. 12) Calcule el factor de rizado de los circuitos de la figura. Compare resultados. Con C=10 µf Rl= 100Ω a)

5 Con C=100 µf Rl= 10 KΩ 13) Una onda senoidal excita el siguiente circuito b) Rl= 1KΩ Vi= 50V sen wt Determinar: a) Gráfico de la evolución de V R (t) y V S (t). b) De acuerdo con las características dadas de los diodos verificar si se encuentran trabajando bien, y determinar la máxima V I admitida por el circuito. c) Si V S =0 enumerar distintas posibles fallas que pueden producir este efecto. d) Cual es el valor mínimo de R admisible por el circuito con el valor de V i = 10V senωt. Diodo Tipo IF (ma) IFRM (ma) VRFM (V) D1 AA217 (Ge) D2 BA218 (Si) ) Ídem al problema 4) pero con los siguientes circuitos: En todos los casos: R = 1KΩ y V i = 10V senωt a) b) Con R1 = 1Ω c) d) e)

6 15) Dado el siguiente circuito: a) Dibujar Vo(t), para una señal de entrada como la ilustrada. b) Repetir el punto a), si ahora Vi(t) varía entre +75 y +15 V. c) Calcular para a) y b) la corriente máxima que circula por el diodo y graficarla. R 1 = R 2 = 100 K, r i = 1Ω, E = 10 V, D ideal 16) a) Si la corriente inversa de saturación del diodo de la figura es 1µA, y su tensión inversa pico (VIP) es 500 V, para una tensión de entrada como la de la fig. a). I) Calcular el valor de R 1 para que el diodo no se destruya. b) Si la corriente de cresta en media onda a través del diodo es 1A, y la señal de entrada es triangular como la de la fig. b). I) Recalcular R 1 para no exceder ese valor de corriente. II) Si I 0 = 1µA, hallar la VIP que debería tener el diodo, para impedir su ruptura. a) b) 17) En el siguiente circuito V i (t) = 20 sen ωt. a) Dibujar V RL (t) superpuesta con el gráfico de la tensión de entrada. b) Dibujar la corriente que circula por el diodo. Expresar su valor máximo.

7 c) Especificar las características que debe cumplir el diodo para trabajar en el circuito. d) Repetir a), b), y c) con E invertida. Datos: E = 10 V R L = 10 K r i = 1Ω D ideal. 18) En el siguiente circuito, considerando el diodo D ideal: a) Calcular las tensiones en los bornes A y B. b) Si se mide un potencial en el borne A de V A = 0V y V B = 0 V, mencione todas las fallas posibles. c) Si se mide un potencial de +3 V en el borne A, y 0 V en el borne B. Mencione las posibles fallas. d) Si la alimentación se desconecta y el extremo superior de R 1 se pone a masa. Se utiliza un ómhetro para leer las resistencias con polarización directa e inversa del diodo. Las dos lecturas resultan idénticas. Cuál es la lectura del ómhetro? 19) a) Dibujar un circuito regulador Zener, con una tensión de entrada V i = 20 Vcc, la R i = 330Ω; el zener utilizado es el 1N963B (Vz= 12 V) y la resistencia de carga R L = 1,5 K. La tensión de entrada varía en ±15% y la R i tiene una tolerancia de ±10%. b) Con la carga desconectada. Cuál es la corriente máxima que circula por el zener? c) Conectar la carga, y calcular las corrientes máximas y mínimas por las tres ramas del circuito. d) Calcular máxima potencia disipada por el zener y las resistencias, en funcionamiento. e) Si la tensión de la fuente cae a 0 V. En algún punto de esa disminución, el diodo zener dejará de regular. Calcular la tensión de la fuente de entrada para la cual se pierde la regulación. f) Si el diodo zener se sustituye por un 1N961(Vz = 10 V) Cuáles son los valores de la tensión en la carga y la máxima corriente que circulará por el zener?. 20) Calcular un circuito regulador con diodo zener, a fin de que pueda trabajar con los datos especificados: a) Calcular el rango de variación de la resistencia limitadora R i. c) Adoptar el valor más adecuado de Ri, explique por qué. Elija su valor normalizado. c) Especificar las características que debe cumplir el zener para trabajar en el circuito, y elija de las hojas de datos el diodo zener, recalcule si fuera necesario. Datos: 16 V V i 20 V 10 ma i L 100 ma V RL = 10 V 21) En el siguiente circuito regulador de tensión: a) Entre qué valores máximos y mínimos puede variar R i, regulando en todo momento el circuito.? b) Elegir el valor de R i más adecuado?

8 c) Calcular la máxima potencia disipada en funcionamiento por Z 1, Z 2 y R i. d) Con el valor elegido por usted en el punto b) calcular entre qué valores máximos y mínimos puede variar E, regulando en todo momento el circuito. Datos: Llave S en A ó B i L1 = 100 ma. i L2 = 10 / 30 ma. i L3 = 60 ma 30 V E 40 V Z 1 : ECG5121A (5W, 7.5 V) Z 2 : ECG5186A (10W, 10 V) Nota: Adoptar el 5% del valor de la máxima corriente por el zener, como I Z. Rta: a) 19,56 Ω < Ri < 31,25 Ω b) Ri = 31,25 Ω c)pz1= 2,85 W, PZ2= 2,35 W y PRi= 7,2 W d) Emáx = 48,9 V y Emin = 30V 22) Dado el siguiente circuito Considerando al diodo como ideal dibujar la forma de onda de V S y V D para una a) V i = 10 senωt, E 1 = E 2 = 4V b) V i = 10 senωt, E 1 = 3V, E 2 = -9V c) V i triangular con 10V pico, E 1 = 2V, E 2 = -2V 23) Dado el siguiente circuito Para una Vi = 10 senωt, E = 4V, y considerando diodos ideales graficar V S y V R. Realizar lo mismo para E = -4V. 24) Para el siguiente circuito utilizado como recortador.

9 Con V Z = 3V (considerar el diodo zener ideal) E = 2V Vi = 10 senωt a) Graficar las tensiones V S y V R b) Invertir E y repetir a) 25) En los siguientes circuitos "limitadores", llamados así porque la onda de salida repite la onda de entrada hasta un cierto valor límite, el alumno deberá: a) Graficar la tensión de salida V S. b) Graficar la tensión V R sobre el resistor R. c) Invertir E 1 en el circuito b) y repetir los puntos a) y b). d) Considerar a V i como una señal triangular con 10V de pico, y repetir los ítems a), b), c). Considerar todos los diodos como ideales y la señal V i triangular y de amplitud 10 Volts. a) b) 26) En los siguientes circuitos "recortadores", llamados así por ser capaces de eliminar un trozo intermedio de la onda, el alumno deberá: a) b) a) Graficar la tensión de salida V S. b) Comparar la gráfica obtenida con la del ejercicio anterior. Sacar conclusiones. 27) Dado el siguiente circuito regulador: a) Considerando los diodos rectificadores y zener como ideales, graficar V S. b) Calcular la máxima disipación de potencia en los diodos zener y la máxima tensión inversa que soporta el diodo rectificador.

10 R 1 = R 2 = R 3 = R 4 =1KΩ V Z1 = 10v, V Z2 = V Z3 = 5V V i es una señal triangular de 64V de pico 28) Dado el circuito: a) Graficar V RL1 y V RL2 a través de sus ecuaciones (por tramos) y calcular la máxima disipación de potencia en los diodos zener, considerando: Las llaves S1 y S2, cerradas. R L1 = R = 1KΩ y R L2 = R 3 = 2 KΩ. Diodos zener ideales. Tensión de entrada triangular de 150 V pp. b) Calcular la máxima disipación de potencia en los zeners, considerando que las llaves S1 y S2, pueden abrirse y cerrarse indistintamente. c) Rediseñar el circuito,considerando las gráficas realizadas en a). Calcular: R, R L1 y R L2 La máxima disipación de potencia disponible en las cargas, en regulación. Datos de los zener: Zener Vz [V] P [ W] Z Z2 5 1 Z Rta: c) R = 500Ω RL1=500Ω, Rl2= 666Ω

11 29) En el siguiente circuito regulador, calcular: a) El mínimo valor de Rl, que permite entregar la máxima potencia de salida. b)el máximo porcentaje de variación en la tensión de entrada, que permite regular al circuito. c)la potencia máxima que disipan los zener y las resistencias del circuito. d)si la llave S está cerrada, y la Ve invierte su polaridad con un valor máximo de 80 V, calcule la tensión de salida. Considerar que las caídas de tensión directa en los diodos es nula. Diodo zener Vz (V) Izmin.[mA] P [W ] Diodo rectif. IFM [ma] VPI [V] Z1 5 0,5 0,5 D Z D Rta: a)rl= 200 Ω b) Porcentaje de % de Ve= 13,3% d)20v. 30) Dado el circuito, diseñarlo en forma completa, teniendo en cuenta que la señal de entrada es una tensión continua que varía entre un valor mínimo y máximo de 120V; pudiendo incluso invertir su polaridad. Considerando que: las llaves S1 y S2 pueden abrirse o cerrarse indistintamente La máxima potencia que se dispone en la carga Rl3 en todo momento es de 414 mw. Calcular: a) R1, R2, RL1 y RL3 b) La mínima tensión de entrada que permite regular al circuito c) Máxima potencia que disipan los zener y las resistencias. Datos de los zener: Zener Vz [V] P [ W] Imin [ma] Z Z2 5 1/2 5 Z Z Z

12 Rta: R2= 150Ω, R1=600Ω, RL3=543 Ω, RL1=176 Ω Vimin=115V. 31) Dado el siguiente circuito, diseñarlo en forma completa, teniendo en cuenta que la señal de entrada es una tensión continua que varía entre un valor mínimo y máximo de 160V; pudiendo incluso invertir su polaridad. Considerando que: las llaves S1 y S2 pueden abrirse o cerrarse indistintamente La corriente a través de RL3 puede variar entre 50 y 150 ma, con cualquier polaridad de entrada. La máxima potencia que se dispone en las cargas Rl1 y RL2 en todo momento es de 100 mw. Calcular: a) Ri1, Ri2, RL1 y RL2 b) La mínima tensión de entrada que permite regular al circuito c) Máxima potencia que disipan los zener y las resistencias. Datos de los zener: Zener Vz [V] P [ W] Izmin [ma] Z Z Z Z Rta: Ri1=Ri2= 620Ω, RL1= 250Ω, RL2=250Ω, Vemin= 147V

13 32) En el circuito de la figura, la tensión de entrada es una onda triangular de ±10 V de pico: a) Representar la curva de transferencia del circuito Vo-Vi: b) Graficar la señal de salida Vo. c) Graficar las corrientes por D 1 y D 2. Nota: Considerar los diodos D, ideales: (V D = 0 V, r d = 0Ω) Vi 1k D1 1k 1k 2k + 9V D2 Vo 1k 33) En el siguiente circuito las características son: R i = 50 Ω; R 2 = 200 Ω Diodo Zener Vz = 36 V; Pz = 18 W. Iz = 10% Izmáx a) Si el diodo zener está trabajando en el punto indicado en su curva característica, calcular cuánto vale la tensión de entrada E. b) Calcular la máxima tensión de entrada E, permisible. Si ahora se retira la carga R 2, y la tensión de entrada E decae a 15,40 Volt: c) Calcular la tensión existente a los bornes AB. d) Qué valor de corriente circula por el zener? Vz + - E Ri D1 ZENER A R 2 100mA B Rta: a) 50 V, b)70 V, c)14,4 V y d)20ma