Figura 1 Figura 2. b) Obtener, ahora, un valor más preciso de V D para la temperatura T a. V AA

Transcripción

1 DODOS. Se desea diseñar el circuito de polarización de un diodo emisor de luz (LED) de arseniuro de galio (GaAs) conforme a la figura. La característica - del LED se representa en la figura, en la que también se ha dibujado la recta de carga del circuito. 9 Calcule: 8 a) La tensión de polarización del LED, L e en el punto de 7 polarización. 6 b) Los valores de la resistencia y de la fuente de tensión CC. recta de carga del cto. 5 CC L Corriente, (ma) 4 3 LED,,5,,5,,5 3, 3,5 4, 4,5 Tensión, L (voltios) Figura Figura. La característica en directa del diodo en el circuito de la figura se rige por la ecuación de Shockley (es decir se trata de un diodo ideal, con n=). La corriente de saturación es = - A a la D temperatura ambiente de T a =9 K (kt a =,5 e) y se duplica cada 4,83 C de incremento de la temperatura. Los otros elementos del circuito, = kω y AA =4,5, son independientes de la temperatura. a) Suponiendo D,5, en el circuito, obtener la corriente D. D b) Obtener, ahora, un valor más preciso de D para la temperatura T a. AA c) Cuál es la potencia disipada en el diodo?. d) Si la temperatura de funcionamiento aumenta en 4,5 C por encima de la ambiente, deducir cuál será la variación D en magnitud y signo. 3. En el circuito de la figura los diodos de GaAs D, D y D3 son iguales y sus características - pueden aproximarse por el modelo lineal por tramos de la figura. El conmutador puede estar en una de las dos posiciones señaladas como A y B. Determine: a) La corriente D que atraviesa los diodos con el conmutador en la posición A b) La corriente D que atraviesa los diodos con el conmutador en B si F = Ω c) La corriente D que atraviesa los diodos con el conmutador en B si F = Ω Suponga siempre estado estacionario. DATOS: CC = ; P = 5 ma; = 3 kω; = kω; γ =. CC D D CC P A B D D D 3 P F - Figura. NOTA: Por un generador de corriente en circuito abierto no circula corriente. γ Figura. D

2 DODOS 4. Suponiendo que la característica - de los diodos Zener Z y Z es la representada en la figura y que la característica - del diodo D es la de la figura, se pide, para el circuito de la figura 3: a) Calcular D y D b) Sabiendo que el diodo Z está ON, deducir el estado de Z c) Calcular Z Z D Z -7,5µA Z µa D Z D Z Z D - D Figura DATOS: =, MΩ; = ; = 8 Figura Figura 3 5. El componente de dos terminales de la figura limita la tensión en bornas de la resistencia mediante la acción de los diodos D y D. a) Cuál es esa tensión límite en valor absoluto, si considera como primera aproximación el modelo lineal por tramos para los diodos? b) Obtenga y represente gráficamente la característica - del componente en estática, utilizando de nuevo el modelo lineal por tramos. c) Considerando como segundo nivel de aproximación el modelo de Shockley para los diodos, calcule el valor de la resistencia equivalente r EQ del componente para pequeña señal en el punto de trabajo Q = 58 m. D D DATOS: = kω, t = 5 m Parámetros de los diodos, Modelo lineal por tramos: γ, r d =, Z Modelo de Shockley: S =, pa = g = di D d r d dv D v D = Q NOTA: Para el cálculo de pequeña señal del apartado c) los efectos capacitivos de los diodos son despreciables. 6. El rectificador de la figura es un rectificador de onda completa llamado rectificador en puente. Suponiendo que los diodos pueden representarse por un modelo lineal por tramos con tensión de codo γ, dibuje la característica de transferencia (v ) y esboce la función (t) para el caso en que v (t) es una sinusoide de amplitud > γ. v D D D3 D4

3 DODOS 3 7. En la figura se presenta un circuito recortador utilizado para limitar el valor de la tensión a la salida,. Se aproxima el funcionamiento del diodo con un modelo lineal por tramos con una resistencia en directa, f = Ω, una tensión umbral, γ=,5, y una tensión de disrupción, Z =. a) Calcule y represente la función de transferencia =f(v ) en este caso. b) epresente la señal a la salida (t) si la señal a la entrada, v (t), es la señal triangular de la figura. c) Si se refina el modelo del diodo considerando el valor de f = Ω, calcule la nueva expresión de la función de transferencia =f(v ) DATOS: B =, = kω v B Figura v T/ Figura T t v = v. Para ello, se plantea el circuito de la 8. Se desea diseñar un circuito electrónico que realice la función O figura., cuya curva de transferencia está formada por tres tramos lineales que aproximan dicha función, tal y como indica la figura.. Para que el circuito funcione correctamente, los diodos D y D han de estar en corte en el tramo (v < ), D ha de conducir y D estar en corte en el tramo (< v <4) y ambos diodos han de conducir en el tramo 3 (4<v <9). Se pide: a) alores de y que aseguran que los estados de los diodos son los arriba señalados. (,5 p) b) alor de para que la función de transferencia del circuito sea la del tramo para < v <4. ( p) c) alor de para que la función de transferencia del circuito sea la del tramo 3 para 4< v <9. ( p) DATOS: = kω. Para ambos diodos, i= para v<,7 y v=,7 para i> A. 4 D D 3 v o() v () Figura. Figura.

4 DODOS 4 9. En el circuito de la figura C es muy grande de forma que su impedancia es despreciable a las frecuencias de interés de la señal v S. gnore también los efectos capacitivos en el diodo. a) Utilizando el modelo de pequeña señal para el diodo, expresar la tensión de salida en función de v S y de. Suponga S = kω, T =,5 y n =, y particularice para = ma;, ma; µa. Este circuito funciona como un atenuador variable controlado por la corriente. b) Calcule el valor de tal que la señal de salida es la mitad de la de entrada. v S S C. En el circuito regulador de tensión de la figura se escoge el valor de para tener un valor de tensión a la salida O =,7. a) Use el modelo de pequeña señal del diodo para mostrar que el cambio en el voltaje de salida que corresponde a un cambio de en la tensión no regulada N es: nr vo nt F L = vnr nt N.7 Donde n es el factor de idealidad del diodo y T =,5 la tensión térmica. Este parámetro se llama factor de regulación de línea (line regulation) y suele expresarse en m/. b) Generalice la expresión anterior para el caso de m diodos conectados en serie y el valor de ajustado de forma que la tensión en cada diodo sea,7 (así que O O = m,7 ) Calcular el valor de F L para N = (nominal) y (i) m =, (ii) m = 3. Suponga n = Cuánto vale F L para un regulador ideal?. Considere de nuevo el circuito regulador del problema anterior, pero ahora con una carga conectada al terminal de salida del que deriva una corriente L. a) Si el valor de L es tan pequeño que el cambio que induce en la tensión de salida O permite utilizar el modelo lineal de pequeña señal del diodo, demuestre que: vo FC = rd il Donde r d es la resistencia dinámica del diodo. Llamemos a esta cifra de mérito factor de regulación de carga (load regulation), que suele expresarse en m/ma. Cuánto valdría en un regulador ideal? b) El valor de se escoge de manera que, sin carga ( L = ), la corriente por el diodo es D. Demuestre que en ese caso se puede escribir: nt N,7 FC = D N,7 nt Elija para D el menor valor que resulta en F C 5 m/ma. Suponga N (nominal) = y n =. Calcule el valor de y la corriente de saturación del diodo.. Considere el circuito regulador de la figura. La tensión inversa de ruptura del zéner vale Z = 9 y la resistencia incremental en disrupción r Z = 3 Ω. Se trabaja con una fuente de tensión no regulada nr = 5 (±%). a) El diseño del regulador se hace para los valores nominales L = kω, Z = ma (corriente inversa por el diodo). Calcule el nr valor de, la corriente por ella y el valor nominal de la tensión de salida regulada. b) Para la variación especificada de la tensión de entrada, qué variación tendremos a la salida? Cuánto vale el factor de regulación L de línea? c) Si la corriente de carga se reduce en un 5% (debido a una variación en el valor de la carga), cuánto vale el voltaje de salida? Cuál es la máxima corriente de carga para la que la salida está regulada? Qué voltaje de salida se tendrá en ese caso? Cuál es el valor del factor de regulación de carga? O L

5 DODOS 5 3. La característica - aproximada del diodo Zener del circuito de la figura se muestra en la figura. En esta figura se indica que existe una cierta corriente ( max ) que, en caso de hacerse más negativa, provocaría la destrucción del Zener. Sabiendo que se puede modificar la resistencia S (resistencia variable), se pide: a) Calcular el valor de la resistencia S que hace que el Zener se encuentre en el punto de la curva de la figura. b) Cuál es la tensión más negativa que puede existir en bornas del Zener sin que se destruya? c) La resistencia S varía hasta que el Zener alcanza el punto de la curva de la figura. Sin obtener ese valor de S, calcular el valor de L.. d) Calcular ahora el valor de S que hace posible que el Zener alcance el punto de la figura. e) El valor de S calculado en el apartado d), es máximo o mínimo para que el Zener funcione sin peligro de deterioro? Por qué? (azone en ó 3 líneas su respuesta) Z S L D B P Z Z L Z Z max Figura Figura DATOS: P = 5 ; L = kω ; B = ; γ =,6 ; D = Ω ; Z = Ω ; max =, A 4. Para una determinada aplicación se desea utilizar como generador de energía eléctrica la célula solar que muestra la figura.a. Para ciertas condiciones de temperatura y radiación solar (que se estima que serán similares a las de operación real) la célula puede modelarse como un generador de corriente en paralelo con un diodo aproximado por un modelo lineal por tramos, tal y como muestra la figura.b. La característica - como componente de dos terminales de la célula tiene el aspecto de la figura.c. Para las condiciones mencionadas, se le pide calcular de forma razonada: a) La corriente en el punto A de la figura.c, que es la que produce la célula cuando se cortocircuitan sus terminales ( = ). ndique el estado en que opera el diodo en dicho punto A. (,6 p.) b) La tensión en el punto B de la figura.c, que es la que aparece en bornas de la célula cuando se deja en circuito abierto ( = ). ndique el estado en que opera el diodo en dicho punto B. (,8 p.) c) La potencia máxima que puede generar la célula, que se obtiene cuando trabaja en el punto C de la figura.c. (,6 p.) d) La resistencia de carga que habría que poner en los terminales de la célula para operase en el punto C de la figura.c. (,5 p.) Figura.a Figura.b Figura.c DATOS: L = A. Modelo lineal por tramos del diodo: γ =,5 ; r f =, Ω. L A B C