Práctica 2: Análisis de circuitos básicos con diodos y transistores Utilización del PSIM para análisis de circuitos electrónicos básicos EJERCICIO 1: Rectificador de onda completa con puente de diodos Montar el siguiente circuito en el PSIM, con la siguiente configuración: Fuente de alimentación senoidal (Elements>Sources>Voltage>Sine), con 5 voltios de pico (Peak Amplitude) y una frecuencia de 200 Hz. Cuatro diodos (Elements>Power>Switches>Diode) con tensión umbral de 0.7 voltios (Diode Threshold Voltage). Una resistencia (Elements>Power>RLC Branches>Resistor) de 1000 ohms (1KΩ). 1) En la siguiente figura se muestra la tensión de entrada, Vin. Dibujar, sobre la gráfica, la tensión de salida en la resistencia, Vout. 2) Aumentar la tensión umbral a 2.5 V (como si los diodos fuesen LEDS). Dibujar sobre la gráfica (en otro color o en línea de puntos) cómo queda la señal de salida en ese caso. 3) Con qué diodos (LEDs o rectificadores) se aprovecha mejor la señal de entrada? EJERCICIO 2: Rectificador de onda completa y filtro con condensador Para entender el paso de corriente alterna a corriente alterna, se añadirá al circuito un filtro por condensador: Un condensador (Elements>Power>RLC Branches>Capacitor) de capacidad 1x10-6 Faradios (1μF o 1uF). 1) En la siguiente figura se muestra la tensión de entrada, Vin. Dibujar, sobre la gráfica, la tensión de salida en la resistencia, Vout. 2) Aumentar la capacidad del condensador a 10 uf, y comprobar qué efecto se aprecia. 3) A qué se debe este efecto? 4) Medir la tensión de rizado en ambos casos. 5) Qué valor de condensador haría falta para obtener a la salida (Vout) una señal prácticamente continua (sin rizado)? 6) Comprobar, con la ayuda de Internet, qué valor máximo de condensadores se podría conseguir en una tienda de Electrónica. Paula Gómez Pérez Página 1 de 5
EJERCICIO 3: Polarización de base El circuito de la figura muestra un circuito de polarización de transistor denominado CIRCUITO DE POLARIZACIÓN DE BASE. Se denomina de esta forma, porque mediante la resistencia de base, Rb, controlamos la corriente de base que regula el funcionamiento del transistor (y por tanto, la corriente de colector). Con la ayuda del PSIM, calcular el rango de valores de Rb que hacen que el transistor esté en activa. Para ello, se deberá montar el circuito en el PSIM, teniendo en cuenta: a) El transistor bipolar está en Elements > Power > Switches > npn Transistor (3-state). b) Los parámetros de funcionamiento del transistor serán: β = 100, V CE sat = 0.2 V, V BE = 0.5 V. c) Calcular el punto de trabajo resultante para Rb con valores de 1k, 10k, 100k y 1M, indicando el estado en que se encuentra el transistor. EJERCICIO 4: Polarización de emisor El circuito de la figura muestra un circuito de polarización de transistor denominado CIRCUITO DE POLARIZACIÓN DE EMISOR. Se denomina de esta forma, porque mediante la resistencia de emisor, Re, controlamos la corriente de colector que regula el funcionamiento del transistor. Con la ayuda del PSIM, calcular el rango de valores de Re que hacen que el transistor esté en activa. Para ello, se deberá montar el circuito en el PSIM, teniendo en cuenta que los parámetros de funcionamiento del transistor serán: β = 100, V CE sat = 0.2 V, V BE = 0.5 V. Calcular el punto de trabajo del transistor para valores de Re de 1k, 10k, 100k y 100M, indicando el estado en que se encuentra el transistor Razonar las diferencias que se aprecian con respecto al circuito anterior (con polarización de base). Paula Gómez Pérez Página 2 de 5
EJERCICIO 5: Circuito de polarización por división de tensión El circuito de polarización por divisor de tensión es el circuito de polarización más común, porque permite utilizar una única fuente de tensión para alimentar el colector y la base. Con la ayuda del PSIM y HACIENDO CUENTAS EN UN PAPEL!!!!, calcular los valores de Rb1 y Rb2 que hacen que el circuito de polarización con divisor de tensión se comporte igual que el circuito con polarización de emisor. (a) Circuito de polarización de emisor (variando Re controlamos la corriente de emisor) (b) Circuito de polarización mediante divisor de tensión (variando Rb1 y Rb2 controlamos la corriente de base) Paula Gómez Pérez Página 3 de 5
EXTRAS: Utilizando el PSIM para resolución de ejercicios de EXÁMENES/Boletines EJERCICIO 6: Circuito recortador de dos niveles (Parcial Septiembre 2015) Montar el siguiente circuito recortador en PSIM, con la siguiente configuración: Fuente de alimentación senoidal con 5 voltios de pico y una frecuencia de 200 Hz. Cuatro diodos (Elements>Power>Switches>Diode) con tensión umbral de 0 voltios (Diode Threshold Voltage). Una resistencia R de 1 Ohm (para suponerla despreciable). Dos baterías (V1 y V2), de 1V y 4V, respectivamente (disponibles en Elements>Sources>Voltage>DC(battery)). Visualizar la señal de salida (Vo) y la señal de entrada (Vi). Razonar el resultado obtenido. EJERCICIO 7: Circuitos con diodos Zéner (Parcial Septiembre 2015) Montar el siguiente circuito recortador en PSIM, con la siguiente configuración: Fuente de alimentación senoidal, con 6 voltios de pico y una frecuencia de 300 Hz. Un diodo zéner (Elements>Power>Switches>Zener), con tensión Zéner de 4 V (Breakdown voltage) y tensión umbral 0 V (Forward threshold voltage). Una resistencia R de 1 Ohm (para suponerla despreciable) Dibujar la señal de salida (Vo) y la señal de entrada (Vi). EJERCICIO 8: Circuito de polarización sin Resistencia de Emisor (Parcial Septiembre 2015) Montar el siguiente circuito con transistores, y calcular el punto de trabajo del transistor: El transistor tiene una ganancia de 200, una Vbe=0.5V y una Vce sat = 0.2 V La fuente de alimentación de continua de 10 V se puede simular como siempre o mediante una fuente con toma de tierra en: Elements > Sources > Voltage > Grounded DC (circle). 10V Paula Gómez Pérez Página 4 de 5
EJERCICIO 9: Circuito de polarización CON Resistencia de Emisor (Parcial Septiembre 2015) Modificar el circuito anterior para tener el esquema de la siguiente figura. a) Calcular el punto de trabajo del transistor. b) Cómo afecta la inclusión de la resistencia de emisor? c) Se sigue cumpliendo la regla del 10 para deducir saturación? d) En qué medida es útil este esquema frente al anterior? e) Qué valor cae en la resistencia R2? f) Sustituir la malla de la base por su equivalente Thévenin y comprobar que el punto de polarización no varía con respecto al apartado (a). g) Si se desease utilizar este transistor para amplificación de voz, qué punto de polarización sería el más adecuado? el del ejercicio anterior o el de éste? EJERCICIO 10: Modificación del circuito recortador del EJERCICIO 6 Modificar el circuito del EJERCICIO 6, cambiando el sentido de uno de los diodos. a) Visualizar las señales de entrada y salida, y razonar el resultado. b) Aumentar el valor de R a 1K, y visualizar de nuevo la entrada y la salida, razonando el resultado. c) Es esto un circuito recortador? d) Es un circuito rectificador? Volver a colocar los diodos en el sentido correspondiente y modificar ahora la polaridad de las dos pilas. Visualizar las señales de entrada y salida, y razonar el resultado. Cambiar, en este nuevo circuito, el sentido de uno de los diodos, y comprobar qué es lo que pasa. Paula Gómez Pérez Página 5 de 5