Convocatoria extraordinaria 5 de julio de 2012 Introducción a la Electrónica (INEL) Curso Apellidos. Nombre DNI

Transcripción

1 ntroducción a la Electrónica (NE) Curso Apellidos Nombre DN E

2 ntroducción a la Electrónica (NE) Curso E2

3 ntroducción a la Electrónica (NE) Curso Apellidos Puntuación Ej Nombre Ej2 DN TOTA NSTRUCCONES. Este cuadernillo contiene: a. a hoja de control de asistencia a examen (E a E2) b. Estas instrucciones (E3) c. El conjunto de 4 ejercicios que constituyen esta prueba (E4 a E2) d. Adicionalmente, se incluye al final una hoja con un resumen de las expresiones y modelos usados en NE. Esta hoja puede desgraparla del resto, y no tendrá que entregarla al final. 2. Compruebe que su cuadernillo contiene los elementos reseñados y que la fotocopia resulta clara y legible en todas sus páginas. 3. Comience escribiendo su nombre, apellidos y DN en las casillas de la parte superior de la página E. Esta página debe desgraparla y entregarla cuando el profesor lo requiera. 4. Continúe escribiendo de nuevo su nombre, apellidos y DN en las casillas de la parte superior de esta página que está leyendo (página E3). 5. Al acabar el examen deberá entregar las páginas E3 a E2 del cuadernillo unidas, sin desgrapar ni añadir ninguna hoja adicional. 6. Para la solución del ejercicio utilice EXCUSAMENTE los espacios en blanco a continuación del enunciado de cada ejercicio (páginas E4 a E2). 7. Utilice un bolígrafo negro o azul para escribir sus respuestas. No se corregirán pruebas realizadas a lápiz. 8. El ejercicio deberá completarse en 2 horas y 45 minutos. 9. A continuación de cada apartado en cada ejercicio se indica la valoración en puntos del mismo. 0. Dispondrá de hojas en blanco para la realización de cálculos auxiliares. Ponga su nombre en cada una de estas hojas que use. En ningún caso dichas hojas deberán añadirse al paquete de hojas que constituye la prueba. E3

4 ntroducción a la Electrónica (NE) Curso Ejercicio. R E T C R C B2 A R C B C2 Figura T2 R E Para el circuito de la figura, utilice el modelo aproximado por tramos lineales del transistor en estática con EC(sat) = CE(sat)2 = 0,2, =00, E = 0,7. Suponiendo que ambos transistores están en el mismo estado (ambos en corte, en saturación o en activa), diga si: a) ambos transistores pueden estar simultáneamente en corte y calcule EB, BE2, BC y CB2 con esa hipótesis. (0,5 p.). b) ambos transistores pueden estar simultáneamente en activa y calcule EC, CE2, B e B2 con esa hipótesis. (,0 p.) c) ambos transistores pueden estar simultáneamente en saturación y calcule C, C2, B e B2 con esa hipótesis. (,0 p.) DATOS: A = 5, R C =2 k y R E = k En cualquiera de las tres preguntas anteriores debe rellenar los resultados en la tabla y escribir las condiciones que deben cumplirse (si la hipótesis es correcta) para cada una de las variables especificadas. SOUCON DE EJERCCO a) Hipótesis: os dos están en corte. A EB () BE2 () BC () CB2 () R E E R C resultados condiciones de corte <0.7 <0.7 <0.5 <0.5 B C B2 C2 E2 R C R E Hay que comprobar las condiciones de la hipótesis, que son EB < E, BE2 < E, mientras BC >0; CB2 >0. Del circuito se deduce que EB = BE2 =0< E, mientras BC = CB2 = A > C = E ECE(sat) =0.5. Se cumplen las condiciones de la hipótesis (ambos en corte). Por tanto los dos BJT pueden estar en corte. E4

5 ntroducción a la Electrónica (NE) Curso b) Hipótesis: os dos están en activa. A B (A) B2 (A) EC () CE2 () R E R C resultados β B E B condiciones de activa >0 >0 >0.2 >0.2 B2 β B2 E R C R E R E (+) B + E =( B2 B ) R C R E (+) B2 + E =( B B2 ) R C de estas dos ecuaciones se deduce B = B2 = E /[R C ( -)-R E (+)]=7.22A, EC = CE 2 = A -[R C ( -)+R E ( +)] B =2,84 > EC(sat) = 0,2. Se cumplen también las condiciones de la hipótesis, que son EC > EC(sat) ; CE 2 > EC(sat) ; B >0; B2 >0. Por tanto los dos BJT pueden también estar en activa. c) Hipótesis: os dos están en saturación. A B (ma) B2 (ma) C (ma) C2 (ma) resultados R E E B R C condiciones de saturación >0 >0 < B < B2 CEsat C B2 C2 CEsat2 E R C R E Cuyo resultado es C = C2 =[( A - CEsat )(R C +R E )- E (R C -R E )]/(4 R C R E )=.7mA, B = B2 =[( A - CEsat )(R C -R E )- E (R C +R E )]/(4 R C R E )= 0.34mA>.7/. Se cumplen también las condiciones de la hipótesis, que son B > C ; B2 > C2 ; B >0; B2 >0. Por tanto los dos BJT pueden también estar en saturación. E5

6 ntroducción a la Electrónica (NE) Curso Ejercicio 2. a figura 3. muestra un circuito con transistor MOSFET de deplexión (NORMA ON) excitado por el generador de señal v g, que funciona en régimen de cuasi-estática y pequeña señal. Se le pide: a) Calcular el valor de la resistencia R necesario para que en polarización el transistor opere en saturación (es decir, activa) con D = 2 ma, comprobando que opera en dicho estado. (0,75 p.) b) Calcular el valor del parámetro de pequeña señal g m del transistor (0,25 p.) c) Dibujar el circuito equivalente de pequeña señal (0,75 p.) d) Calcular la ganancia de tensión del circuito, v o /v g (0,75 p.) DD DD DATOS: DD = 0 ; R G = 0 k; v g R G + - T R v O Para el MOSFET : T = 5 ; = 2 ma/ 2 Figura 3. SOUCÓN EJERCCO 3 a) Como en polarización anulamos el generador de pequeña señal, G =0 y S = D R, por lo que: 2 R R GS D D D T D T 5 R 2 k D 2 Comprobamos el estado: R 4 5 = GS D T R DS DD D DS, SAT GS T b) g c) 2 4 ms m GS T E6

7 ntroducción a la Electrónica (NE) Curso v g + - R G + - v gs g m v gs v o R vgs vg vo v g R o m g o vo gmvgsr vg gmr o m d) v g v v R 0,89 E7

8 ntroducción a la Electrónica (NE) Curso E8

9 ntroducción a la Electrónica (NE) Curso Apellidos Puntuación Ej Nombre Ej2 DN TOTA E9

10 ntroducción a la Electrónica (NE) Curso Ejercicio 3. Una célula solar tiene el circuito equivalente que se ve en la Figura 3. y obedece la ecuación -: 0 exp t es la corriente fotogenerada e 0 la corriente de saturación. Con N=36 células idénticas conectadas en serie se construye un módulo fotovoltaico como se sugiere en la Figura 3.2. El módulo en su conjunto cumple una ecuación i-v similar: 0 exp mt a) Determine el valor de, 0 y m en función de, 0 y N (,0 p.) En la misma figura, se ve el módulo conectado a una batería de voltaje B = 6. Para que el módulo recargue la batería la corriente debe ser positiva; sin embargo, para valores pequeños de, es negativa y la batería se descarga a través del módulo. b) Cuál es la mínima para la que el módulo recarga la batería, min? (0,8 p.) c) Para una diez veces la anterior, calcule la corriente y la potencia entregadas por el módulo. (0,7 p.) DATOS: 0 9 A; 0 t 25 m SOUCON DE EJERCCO 3 a) Por estar las células en serie, el voltaje del módulo es la suma de los voltajes de cada una y la corriente es igual para todas e igual a la del módulo:... ; as células son iguales y están recorridas por la misma corriente, por lo que su voltaje es el mismo: Sustituyendo en la relación - para, por ejemplo, la primera célula: E0

11 ntroducción a la Electrónica (NE) Curso E 36 exp exp 0 0 t t Comparando con la fórmula del enunciado para el módulo, vemos que 36, 0, 0 N m b) Sería aquella corriente fotogenerada para la que cuando v = B, i = 0: 52,3 ma exp exp 0 0 min 0 min t B t B m m c) W 7, ma; exp 0 0 min P m t B

12 ntroducción a la Electrónica (NE) Curso Ejercicio 4. El circuito digital de la figura 4. se utiliza como etapa rectificadora. a señal que se le aplica es la representada en la figura 4.2. Se le pide: a) Para t < 0, calcule la corriente i D en el circuito, la tensión a la salida v O y deduzca el estado del diodo. (0,5 p) b) En el instante t = 0, v pasa a valer. ndique el valor de la tensión de salida v O y el estado del diodo en t =0 + (0,5 p) c) Calcule la expresión de la tensión en el condensador para t > 0, v O (t). (0,75 p) d) Calcular el tiempo que tarda v o (t) en alcanzar el valor de 0,5. (0,75 p) v (t) i D H v (t) C R v O (t) t Figura 4. Figura 4.2 DATOS: Modelo lineal por tramos del diodo: = 0,7, r f = 0, R =00, H = 5, = -2, C = 00 nf. SOUCÓN DE EJERCCO 4 a) Para t < 0, v = H, el circuito se encuentra en estado estacionario, el condensador se comporta como un circuito abierto. Suponiendo el diodo en ON: = D + O = ϒ + D r f + D R = 39, ma > 0, luego efectivamente el diodo está en ON, D = ϒ + D r f =,09 y o = R = 3,9 b) a tensión en el condensador no varia instantáneamente; por lo que: v O (t =0 + ) = v O (t =0 - ) = 3,9 v = = v D + v O v D = - v o = 23,9 = 5,9 < 0,7 =, luego el diodo se encuentra en OFF. c) Para t > 0, el condensador que está en t =0 + a 3,9 se descarga a través de la resistencia R con el diodo en OFF. C R o i c =- v o /R, por lo tanto RC dv o /dt + v o = 0, y resolviendo la ecuación se obtiene: v o (t) = A.e -t/rc Aplicando la condición inicial o (t =0) = 3,9 se obtiene: A = 3,9 E2

13 ntroducción a la Electrónica (NE) Curso Y por tanto v o (t) = 3,9.e - t/rc d) Así el nivel de 0,5 se alcanza en el instante: 0,5 =3,9.e - t/rc t = R.C ln (3,9/0,5 ) = 20,6 µs E3

14 ntroducción a la Electrónica (NE) Curso E4

15 ntroducción a la Electrónica (NE) Curso DODO Ecuación de Shockley:,,,,., siendo el área del diodo y la energía de enlace del semiconductor. Modelo aproximado por tramos lineales para gran señal y casi-estática: i ON /R - z OFF F v DSRUPCÓN /R z Diodo en pequeña señal y casi-estática: Diodo ON: Diodo OFF: Disrupción:, siendo TRANSSTOR BPOAR Ecuaciones de Ebers-Moll. Transistor npn (para pnp: sustituir por y por ): i B i C i E i B i C i E En MODO ACTO DRECTO de funcionamiento: ; Efecto Early. Dependencia de la corriente de colector en activa directa de la tensión : donde : corriente ignorando el efecto Early; : tensión Early. Para pnp, sustituir por. Modelo aproximado por tramos lineales para gran señal y casi-estática: Para npn, con : ACTA DRECTA:, para SATURACÓN: para CORTE: para E5

16 ntroducción a la Electrónica (NE) Curso Para pnp, sustituir por, respectivamente. Transistor en pequeña señal y casi-estática. Transistor npn:, con. Para pnp, sustituir por, respectivamente. TRANSSTOR MOSFET Características estáticas. i D i G i G v DS v GS v GS i D v DS Para transistor de canal n (con ): En CORTE ( ): En SATURACÓN (ACTA DRECTA) ( ): i G i D v SD i G i D v SD En REGÓN GRADUA ( ): v SG v SG En todas las regiones, Para canal p, sustituir por y por Efecto de modulación de la longitud del canal. Dependencia de la corriente de drenador en saturación de la tensión : Donde es la corriente ignorando el efecto y un parámetro del transistor. Para pnp, sustituir por. Transistor en pequeña señal y casi-estática. Transistor de canal n:, con respectivamente. FOTODODO O CÉUA SOAR. Para canal p, sustituir por,. S es la sensibilidad del dispositivo, p la potencia luminosa incidente, A su área y G la irradiancia o potencia luminosa por unidad de área. DODO ED, donde p : potencia luminosa emitida; i D : corriente por el diodo; B: parámetro del ED. ECUACÓN DFERENCA NEA DE PRMER ORDEN Y COEFCENTES CONSTANTES E6