+12V +12V +12V 2K 15V. Problema 2: Determinar el punto de funcionamiento del transistor MOSFET del siguiente circuito: I(mA) D

Transcripción

1 PROBEMAS E IRUITOS ON TRANSISTORES Problema : eermnar los punos de funconameno de los dsposvos semconducores de los sguenes crcuos: +2V +2V +2V β= β= K β= β= (a) (b) (c) (d) Problema 2: eermnar el puno de funconameno del ranssor MOSFET del sguene crcuo: + K K G S I(mA) 2 5 U U GS(V) 5 5 S (V) Problema : Se desea ulzar una salda de un ssema dgal para gobernar un relé. Se ha dspueso para ello del crcuo de adapacón que se muesra en la fgura. eermnar los valores de R y R2 que aseguran que ambos ranssores rabajan sempre en core o sauracón sabendo que Q y Q2 presenan una ensón de codo baseemsor de, y que la salda dgal puede omar cualquer ensón enre y,4v para el lógco y enre,8 y para el lógco. + Q2 β2= R2 SMA. IGITA R Q β= REÉ 5mA/

2 Problema 4: En el crcuo de la fgura el nerrupor se encuenra ncalmene cerrado. eermnar de forma razonada la evolucón de la ensón en el condensador a parr del nsane de aperura del nerrupor S. S k Ω β= µ F V=8V Z Problema 5: El crcuo de la fgura corresponde a un cargador de baerías, se pde: - eermnar la evolucón en el empo de la ensón y la correne por la nducanca. - eermnar la evolucón de la correne de carga y el valor medo de la msma. - alcular R B de forma que el ranssor rabaje en conmuacón. aos: el ranssor rabaja en conmuacón, la correne ncal por la bobna es nula, =µh, V =8V y V BAT =6V. I BATERIA V BAT V E V V E + R B β=5 2 4 ( µ s) Problema 6: Para el crcuo de la fgura deermnar:. Evolucón de U e b. 2. Evolucón de U 2 y U E. Noa: odos los dsposvos son deales y y 2 se encuenran ncalmene descargados. +Ucc= Ig=µ A R=K =2n b U 2 2=2µ β= Vz= U

3 Problema 7: Para el crcuo de la fgura y consderando odos los componenes deales deermnar de forma razonada la evolucón de la ensón en el condensador U y en el MOSFET U S. a bobna y el condensador se encuenran ncalmene descargados. U 5µ F β=2 2Ω U S I (ma) 2 U GS 5 2k 2V U S mh

4 Problema a +2V +2V +2V // = Suponendo que el ranssor se encuenra en sauracón: // El reparo de correnes por el crcuo resula por ano:: ma +2V ma 2mA En resumen: B = ma = 2mA E = ma Se cumple: < B 2mA ma b Unón B-E polarzada en nversa. Transsor en core = u = - BE u E =

5 c +2V +2V El ranssor ene ensón u =, esá en zona acva. E K = Suponendo que el Zener se encuenra en zona Zener: K R Z = B u E = 6 E 6mA E B A 594 Z R B 5,4mA Hpóess correca E = 59,4mA d +2V = Suponendo que el Zener conduce: = +2V = 6 ma E = 6 ma E El ranssor ene ensón u =, esá en zona acva. E B E A 594 Se ene enonces: B = Z =594A = 59,4mA = 6mA E

6 Problema 2 + K K I (ma) 2 U GS(V) 5 G S 5 U S 5 (V) Tenendo en cuena que la mpedanca de enrada del MOSFET es dealmene nfna la correne G es nula y el Zener se encuenra en conduccón: K + K onocendo la ensón ugs se deermna la curva de la caracerísca u S - del MOSFET sobre la que se encuenra el puno de funconameno: G u = GS S I (ma) 2 U GS(V) Suponendo funconameno en zona de fuene de correne se ene: + K K u S 5 2 U S (V) 5 No rabaja en zona de fuene de correne. 2mA u = GS S Suponendo funconameno en zona ressva se ene: + K K a ensón u S se calcula medane: u = GS S r =5/2 S 25 u S 5-25 = 25

7 Problema + SMA. IGITA R R2 Q = Q2 2= REÉ 5mA/ on nvel lógco alo ambos ranssores deberán de esar en sauracón. on nvel bajo ambos esarán en core. Funconameno a nvel bajo:,4 R u =,6 BE Q = Observando el ranssor Q vemos que la ensón de enrada es nsufcene para hacerlo conducr. on el ranssor Q en core, Q2 no ene correne de base por lo que ambén se encuenra en core. Funconameno a nvel alo: R2 u =,6 BE B2 u = E + 2= 2 =5mA Para que Q2 esé saurado se debe cumplr: B 5 u R2 2 2 B BE 28, 8 Tomamos: R2 = 27k 5 u R2 k BE Para consegur que el ranssor Q se encuenre ambén en sauracón: 5 R u =,6 BE Q B2 = B 5,6 B 2 5A 27 a suacón más desfavorable se ene para la ensón de enrada de,8v,8,6 R 6k B2 Tomamos: R = 56k

8 Problema 4 S Ese crcuo corresponde a la suacón ncal anes de la aperura de S. k = F V Z=8V El condensador se encuenra conecado a la fuene de, por lo que ésa es la ensón ncal a consderar. Una vez abero el nerrupor el crcuo resulane se puede represenar como: a correne de base es de / = ma k = F V Z=8V Sendo la ensón ncal en el condensador superor a los 8V que sopora el Zener ése esará ncalmene en conduccón. Por ora pare, al ser la ensón colecor emsor mayor que cero, el ranssor se encuenra ncalmene en zona acva, por lo que el crcuo equvalene ncal vso por el condensador es: B ma u F 8V Thevenn u F -2V on ese crcuo equvalene la evolucón de la ensón en el condensador se obene medane la expresón: u R u u u e u 2 2 e 6 u -2 Para que ese crcuo equvalene sea váldo es necesaro que se cumplan las sguenes condcones: - a ensón colecor-emsor debe ser mayor que cero para que el ranssor se manenga en zona acva. - ebe crcular correne nversa por el Zener. Para que eso se cumpla la ensón u debe ser mayor de 8V. Obvamene, es esa segunda condcón la que se dejará de cumplr en prmer lugar: 6 a n 8,2s 2 Para > 8,2s el Zener deja de conducr y el crcuo equvalene de descarga del condensador pasa a ser: Tomando = -8,2s se ene: ' B u F u ' u ' d 8 ma ' u En ese puno el ranssor se sale de zona acva =

9 uando la ensón en el condensador se anula, el ranssor sale de zona acva y enra en zona de sauracón. El empo que arda se calcula: 8 ' b 8s u 8 Equvalene fnal u F 8,2 98,2 ( s)

10 Problema 5 I BATERIA V BAT El ranssor va a rabajar en conmuacón, es decr alernando enre core y sauracón. V E + R B =5 V a ensón VE oma dos valores: y. urane los nervalos en que VE es de V el ranssor permanecerá en core. uando VE sea de el valor de RB deberá ser al que asegure el funconameno en sauracón. urane los prmeros mcrosegundos V es de, por lo que el ranssor esará saurado: E a carga de la bobna se produce a ensón fja: V BAT u=v u = E V +V BAT V 8V V d d V d 8 Represenando gráfcamene esa evolucón: 8A Pasados s la correne de base desaparece y el ranssor pasa a zona de core, por lo que el crcuo equvalene se convere en: s u =-V BAT V BAT 6V V 8V En el nsane en que se produce el core del ranssor la correne por la bobna es de 8A. Esa correne no puede nerrumprse de forma brusca, por lo que hace enrar al dodo en conduccón. V +V BAT Por comoddad cambamos la base de empos a: = - s ' d ' V 6 BAT ' ' VBAT d' 8,6 ' d' Represenando la evolucón de obenda hasa el momeno: 8A 6 8-,6 urane esa fase, la correne de la bobna ambén crcula a ravés del dodo, por lo que no puede hacerse negava. El crcuo equvalene cambará cuando la correne se anule (o ben cuando = s y comence un nuevo perodo de V E). El empo que arda en anularse la correne es: = a 8 ' a 5 s 6,6 Por lo que al pasar 5s el crcuo equvalene pasa a ser:

11 u= = V BAT V BAT V Una vez anulada la correne por la bobna, la ensón u ambén se hace cero. d u d V a evolucón en el empo de la correne y la ensón por la bobna son por ano: 8A u 5 2 ( s) ( s) -6 a correne por la baería es la msma que aravesa el dodo: BAT El valor medo de esa señal se calcula: 8A T BAT d T ( s) El cálculo de la ressenca de base necesara para que el ranssor rabaje en conmuacón se hace sabendo que la correne máxma de colecor es de 8A. BAT A 8A < B B V R 5 E E B B 62, 5 R 8 B V u E

12 Problema 6 U = A k Enre base y emsor el ranssor se compora como un dodo con u =. BE 2n 2F = Por ora pare, al esar el condensador de 2n ncalmene descargado el Zener no conduce para =. El equvalene de carga ncal del condensador corresponde por ano al sguene crcuo: A a evolucón de la ensón expresón. u en ese crcuo vene deermnada por la 2n u b u u d 5 b uando la ensón en el condensador alcanza enra a conducr el Zener. Eso ocurre en el nsane: = ms. a Para > ms el crcuo equvalene vso por pasa a ser: A A 2n b = u Al enrar el Zener en conduccón la ensón u correne b se anula: du b d queda fjada en por lo que la a evolucón de la correne de base y de la ensón u corresponden a: b b A u ms ms Una vez conocda la forma de onda de la correne de base se puede deermnar la evolucón de la ensón del condensador 2.

13 U = En el nsane ncal la correne de base es de A. El ranssor puede por ano enconrarse en sauracón o en zona acva. k Suponendo que se encuenra ncalmene en zona acva: A 2n u 2 b 2F = c b ma ue 5 u 2 u E 5 5 Hpóess correca. El crcuo equvalene ncal de carga del condensador 2 resula por ano: U = u 2 u E k 2F ma a evolucón de la ensón u expresón: 2 para ese crcuo se calcula medane la sguene u u d 5 2 a ensón colecor - emsor en el ranssor se puede deermnar a parr de la expresón aneror: u E 5 u 5 5 Ese crcuo equvalene dejará de ser váldo s el ranssor alcanza la zona de sauracón o s la correne de base camba. Verfcamos cuál de esos dos cambos sucede prmero. El empo que ardaría el ranssor en alcanzar la zona de sauracón se calcula medane: 5 5 a a ms Que concde exacamene con el empo en el que la correne de base se anula, por lo que ambos cambos se producen de forma smulánea y el equvalene para > ms resula: U = k uando la correne de base se nerrumpe el ranssor enra en core y el condensador 2 deja de cargarse.. u 2 2F u E u 2 u E ms ms

14 Problema 7 Por la puera del ranssor MOSFET no crcula correne, por lo que el funconameno del ranssor bpolar se puede analzar de forma ndependene del reso del crcuo. E =2 e ese modo, la correne de base resula: B 5A 2 a correne ncal por la bobna es nula, por lo que el esado ncal del ranssor bpolar es sauracón. B 2k mh = El crcuo equvalene que deermna la evolucón de la correne por la bobna en los prmeros nsanes es por ano:. u E E Ese equvalene da lugar a una evolucón lneal de la correne por la bobna: 2k B u u d d u d urane el nervalo en que es váldo ese crcuo equvalene, la ensón U del MOSFET es: U =U = GS GS mh Ese crcuo equvalene deja de ser váldo cuando el ranssor sale de sauracón: B s Para > s.el ranssor bpolar enra en zona acva y el equvalene vso por la bobna pasa a ser: E Al quedar fjada la correne por la bobna la ensón U se anula: 2k B u E ma u d u d u = Para ese equvalene la ensón U E queda fjada en, por lo que el ranssor permanece en zona acva de forma ndefnda. = a forma de onda de la ensón de puera del MOSFET resula por ano: u GS s Parendo de ese dao se deermna la evolucón del esado del ranssor MOSFET. El crcuo equvalene vso por el condensador es el sguene:

15 u 2 5F Para < s la ensón UGS es de. urane ese nervalo, la relacón enre y U esá marcada por la curva sguene: 2mA S u GS 2V u S Suponendo, por ejemplo, que el MOSFET se encuenra ncalmene en zona de fuene de correne se ene: u 5F U S U V U S 4 Incalmene la ensón US es mayor que 2 por lo que la suposcón de funconameno como fuene de correne para = es válda.: 2mA u S Para ese crcuo equvalene la ensón en el condensador y en el MOSFET se calculan: du d 6 4 u u d 4 u S Hay dos movos que pueden hacer que el crcuo equvalene de carga del condensador cambe:.- El MOSFET enra en zona ressva 2.- Pasan s y la ensón ugs deja de ser Es necesaro verfcar cuál de los cambos se produce prmero a s Ambos cambos se producen smuláneamene. El crcuo equvalene fnal es por ano: a u 2 5F Al omar u GS el valor la correne de carga del condensador se anula y ése manene su ensón. u S as evolucones de u y u desde el nsane = son por ano: S u u S 4V 2V s s