circuitos electrónicos i_antes del parcial

7/21/2019 Circuitos Electrónicos I_antes Del Parcial

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA CIRCUITOS ELECTRÓNICOS I

DIODOS SEMICONDUCTORES

1. DIODO IDEAL:

Si V = 0 Diodo(ON)

V < 0 Diodo (OFF)

Ejm:

Reemplazando por el circuito Thevenin equivalente entre “ab”.




El Diodo conduce.

I(ON) = 388.27 = 2.93mA

2. DIODO REAL:

Características de un Diodo Real

Vγ =q

KT K

q: carga del electrón = 1.6022x10-19 TK: temperatura absoluta en grados kelvinK: Constante de Bolzman = 1.3806x10-23

A 25°C en la ecuación anterior:

Vγ = qKTK = 25.8mV




Ecuación:

Circuitos con Diodos Reales1. DC (continua)

E = V + RI

I =R1 ( E-V ) =

RE -

RV I = F(V)

Tabulando:I V0 E

E/R 0Graficando:

“Q” Es la intersección de la curva del Diodo (no lineal )con F(v) (lineal)

ID = Io( γ V/Ve -1)




2. AC (alterna)

a) “gran señal”Su amplitud se expresa en Volts.

Graficando I vs t

AC→ → DCNo Lineal

Estos circuitos deforman las ondas y tienen alto contenido armónico.Entre la salida y la entrada no hay “fidelidad.”

Nota: Alta fidelidad se dice cuando no hay distorsión de onda.

Vγ<A<10 Volt

Cuasi senoidales




b) “Pequeña señal”.

A< Vγ<E




CIRCUITOS CON DIODOS:

1.

2.

3.

4.




5.

6.

7.

8.

9.




10.

I+Io = ID

i = ID + (-Io)

11.

sumando ambas

graficas ID + (-Io)

sumandolas graficas




12.

13. Circuito limitador de voltaje.

i < Io D1(ON) y D2 (ON) i > Io D1(ON) y D2 (OFF)

sumandolas graficas




14.

Para que el circuito conduzca V>E

i < Io D1(ON) y D2 (ON) i > Io D1(ON) y D2 (OFF)




CURVAS DE TRANSFERENCIA:

1.

2.

3.

La resistencia se coloca para proteger al Diodo.




4.

Si Vi > E Si Vi < ED1→ ON D1→ OFFD2→ OFF D2→ ON

Vo = E Vo = -E

Graficando:

Al ingresar un señal senoidal Vi se obtiene una señal Vo.

Circuito “Doble limitador devoltaje.”




CIRCUITOS ENCLAVADORES DE VOLTAJE

Conceptos previos:

Vo = Asenwt + E

Vo = Asenwt - E




Circuito enclavador:

Sumando Vi + Vc Obtenemos “Vo”

Para que este circuito enclaveprocurar que“τ >>>T”




FUENTES DE ALIMENTACIÓN DC DE PODER

Rectificador de onda:

1. Rectificador de media onda “λ /2”:

Por series de Fourier:

Vo(t) = ( )( )( )∑> −+−+1 11cos22 K K K Kwt Asenwt A A π π

Donde:

VDC =π

A Vorms = 2A




2. Rectificador de onda completa “λ”:

Por series de Fourier:

Vo(t) = ( )( )( )∑

> −+−

1 112cos42

K K K Kwt A A

π π

Donde:

VDC =π

2A Vorms = 2A

Factor de rizado de una fuente DC(r%):

[ ] %100*)(

% DC

rmsarm

V

t V r =

Para que sea buena r%< 10%

)()(0 t V V t V arm DC +=

DC arm V t V t V −= )()( 0 Hallando elVeficaz.

[ ] [ ]∫= T

armarm dt t V T t V 022 )(

1)(

VDC + V(t)arm




Reemplazando:

[ ] [ ]∫ −= T

DC arm dt V t V T

t V 0

20

2 )(1)(

[ ]

∫∫ +−= T

DC dt

T

DC dt rmsarm V t V T V t V T t V 02

002

0

2

)(1

2)(1

)(

Pero:

V2rms= ∫T

dt t V T 0

20 )(1

VDC = ∫T

dt t V T 0 0 )(1

Reemplazando:

[ ] DC DC rms

rmsarm

V V V t V +−= 222 2)(

[ ] 2DC

2rmsrmsarm

VVV −= ................(1)

Ahora reemplazando en la fórmula para el rizado (r%)

%100*1%2

−

=

DC

rms

V V

r

Nota: Se observa que DCrmsVV

≥ Para filtro de media onda “λ /2”

π / AV DC = 2 / AV rms =

1 /

2 / %2

−

=π A

Ar

%121% ≈r ¡muy malo! Para filtro de onda completa”λ”.

AV DC

2= y 2 / AV rms =

1 / 2

2 / %2

−

=

π A A

r

%48% ≈r ¡malo!




Filtros pasivos:

1. Filtros Inductores (chokes)

Para filtro de onda completa “λ”.

∑> −+

−=1

0

)12)(12(

)cos(42)(k k k

kwt A At V

π π

π A

V DC

2=

−−

−−

= wt A

wt A

wt A

t V arm 6cos35

44cos1542cos

34)(

π π π ....

1er armonicomayor Despreciando

Para fines prácticos aplicamos sustitución:

Por superposición:

VoDC =π

A2

Si RBobina ≈ 0




( )φ π

−+

= wt x R

R At V

L L

L 2cos.34)(

22

2221.

34

L L

Lrms

x R

R AVo

+=

π

[ ]%100*% DC

rmsarm

V

V r =

( )%100

2

21

34

%22

π

π

A

X R R A

r L L

L

+

=

%100*32%

22 L L

L

X R

Rr

+

=

Sí XL >>>RL (para que la parte alterna no pase)

2. Filtros Capacitivos:

)(wtsen.)( Φ+= At i γ

)(wtsen)()(

1)( 22 Φ++= Awc

Rt i

L

¡ “i” C” cuidado !

100*XR

32%

L

L

≈r %

Si Vi > 0 Diodo (ON)




θC de conduncion del diodo

Para fines prácticos

HacemosθC → o, para que la descarga exponencial sea lineal.Y con filtro de onda completa el grafico queda:

Vr : tensión de rizado.

2r

DC

V AV −=

DC2 /

0Ictei ; dt1

=== ∫T

c iC

V

∫=2

0

1 T/

DC r dt I C

V )2 / (T C

I V DC

r =

Cf 2

DC r

I V =

Cf 2 DC

r

I V = si “C” es alto Vr→ 0

AVDC ≈

32r

rms

V V =

DC

rms

V

V r =%




=32

12

Vrms fC I DC

f C

I V DC

rms 34=

DC

DL

f CV

I r

34% =

3. Filtros tipo mixto (tiene la forma de la letra “L”):

Aplicando principio de Sustitución:

Superposición:

%100*RCf 34

1%L

=r

VoDC =π A2




Donde:

wL X L 2= y wC X C 21

=

Consideraciones de diseño:Xc<<<<RL, y XL>>>>XC

Aproximando:

°≈ΦΦ= 90 donde )-(2wtcosX3

4)(Lπ

At i

LL X1 2

32

X234

==

π π A A I rms

peroπ A

V DC

2=

L

rms X I

1 V32

DC=

C0 Xrmsrms I V =

CL

DC0 X.

X3V2=rmsV

sabemos que:

100*% 0

DC

rms

V

V r = %

L

L

XX

32r% =

Como XC → 0 XL es grande r% → 0

< >

XC




Nota:Se observa que “RL” (la carga) no aparece.

Procurar: DC rms I I <<<2

DC rms I I ≤2

)(2 critico I I DC rms =

DCL

DL IXV

322 ≤

L X ≤LR32

Pero XL = 2wL

wL2R32

L ≤

w

R L L

3>>

w R L L

critico 3=

Nota:Siempre en los problemas determine el Lcritico.

4. Filtros tiposπ (el mejor):

En el osciloscopio en A.

+−= .....wsenwt sen

wt-senπ

V V (t)V r

DC A 46

242

fC

I V DC

r 2= mayor armónico

2wtsenπ r V




CC DC r

rms A I

fC fC

I V V .

42

2221.

1π π π ===

DC rms A I

π fC V

1412=

DC C rms A I X V .2 1=

Idem:

L

C

rms A

L

LC

X

X V

X

R X 20rms

C2

2 VX

≈>>><<<

DC L

C DC C

DC

rms

V X

X I X

V

V r% 210 2==

1002 21 * R X

X X r%

L L

C C = %

En la práctica C1 = C2 =C

LL

2C

RXX2r% =

RECTIFICACIÓN 3φ -DC.

BJT TRANSISTORES BIPOLARES1. tipo NPN

2. tipo PNP




si queremos que el transistor amplifique entonces:

DiodoBE→ON y DiodoBC→OFFEcuaciones basicas:IE = I

C + I

B

IC = α Ie + ICBO

IC =βIB + ICEO Sí = T=cte.

1. BC E I I I +=

2. E C I I α =

3. β β I= L I

(1),(2),(3).

β I I I L E +=

β α C

L L I

I I

+=

α α

β β α −

=+=1

111

β

β

α

11 +=

1β

βα

+=

Los transistores se gobiernan por inyección de corriente de base.a. Para gran señal.

Tbe

VV

e Iss I C =

T be V V =>>

mV V T 8.25=

Iss. Dato de fabrica equivale a la corriente inversa de saturación del diodo (I0)

b. Pequeña señal.

T be V t V <<)( “por series”

)(V)( be t g I t I macac +=

T

SS ma V

I g =

El análisis primero en continua y luego el altera.




Curvas del transistor:

Polarización: del BJT (DC):Consiste en:

ON D BE →

BJT puede “amplificar”

off D BC →

γ V I V B BB += BR .....................(1)

CEV+= C CC I V ......................(2)

β β I I C = Se cumple solo en la zona activa.




Nota: Sin transitor se encuentra en saturación se considera como en corto circuito.Para reconocer si un transitor esta saturado. (los Diodos en “ON”)

0 saturacion

potencia =

Zona de corte (Off)Nota: Los circuitos digitales trabajan con el BJT saturado o cortado.Para corte:

V < Vumbral. (Vγ )

0=base I

0=C I

“Cuando un BJT” se corta.

CC CE V V =

Potencia en corte = 0

Para saturar:

1. )(sat out R

V V I

L

CEsat CC C

−=

2. )(in R

V V I BB

sat B

β

δ −=

Nota:Si faltan datos

10Csat

B

I I ≥

Nota:Para los fabricantes

0.2VyV1.0=Cesat V

Nota:Pero para los cálculos (0 V)




CONDICION DE DISEÑO:

Amplifica: Q→ zona activa. DBE→ON

DBC→OFFIn:

EB II E B BB RV RV ++= γ .....(α )

Pero:

EIα =C I (T=cte)

BC E I I I +=

B E I I += EIα

)1( α −= E B I I .............(1)

1 en (*)

( ) [ ] EI)1( E E B B BB R I RV V +−=− α

( )CQ

E B

BB EQ I

R R

V V I ≈

+−

−=

)1( α

δ

) ,termica juntua,( α fuente f I I CQ EQ ==

Consideración: (por diseño)

E

BBCQ EQ R

V V I I γ −

==

)1(RR BE α −>>>

Pero: 1+= β β

α




Nota:Para fines prácticos:

)1)((10 α β −= R R E

+−=

11R10 B

β

β F R

1)(1 R10+

= β β E R

Eβ R10

1βR +=

Nota:Esta es la condición que genera estabilidad.

MÁXIMA EXCURSIÓN SIMÉTRICA(M.E.S.)1. No existe carga CE.

Nota: Procurar que la curva esté lejos de la frontera.




)(RV

21

E

CC

C CQ R

I +

=

/2VV CCCE ≈

2. Existe carga CE

Análisis en DC.

E c DC R R R +=

"......."I)( C λ CE E C CC V R RV ++=

θ tg R R

m E C

DC =+

=1

Análisis en AC.

C AC R R =

0=+ CE C C V i R

γ tg1==

C AC R

m

Nota:(γ >θ)




En “λ”

QC Q E C CC R R RV CC II)( ++=

E E C

CC CQ

R R R

V I

++

=

)(

AC DC

CC CQ R R

V I

+=

CEQ

CQ

V

I tg ==

CR1 φ

CQ AC CEQ I RV =

CCQ

CQ

V

I ==

CR

1 tgφ

CQIC CEQ RV =

CQ AC CEQ I RV =

CQC E C CC I R R RV ++= CQI)(

C E C

CC

R R R

V

++=

)(ICQ

AC DC

CC

R RV

+=CQI

3. Existe CE ,CB ,CC.




Análisis en DC

Análisis en AC

RAC = Ro

0CQ )(

I R R R

V

E C

CC

++=

CQ0 I. RV CEQ =

RDC = RC +RE

Ro = RC //RL




Factores térmicos:

1. E B

E B I R R

R RS

+−+

=∂∂

=)1(

S ; II

ICB0

CQ

α

Pero: REE >>> RB (1-α) (por diseño)

Sí E

B

E

E B

R R

R R R

+=+ 1

10 < SI < 30

2. E B

v R RS

+−−=

∂∂

=)1(

S ; VI

rC

α α

δ

Pero: RE >>> RB (1-α)

E E

v R RS 1

Sr−

=−

=≈

GeV V →= 2.0γ

SiV →= 6.0γ

T K ∆=∆ 1Vγ

C mV K °−= 5,21

TK

002

2 e ∆= CBCB

I I

C25a:0 °CB I

1

2

01

02T K

CB

CB e I I ∆

= 12 T T T −=∆

( ) 1II

11 T

CB01

CB0

01

0102 22

−=∆−=

− ∆∆

K T K

CB

CBCB ee

I I I

)1(I T 00CB

2 −=∆ ∆K CB e I

CB0CB0

C

CB0

C III

II ∆=∆

∆∆

≈∂∂

= I C I S I S

γ γ γ

VIVI

VI

CLC ∆=∆

∆∆

≈∂∂

= vS Sv

γ VI.IC CB0 ∆+∆=∆ V I S S

( ) )(eSIC 1TK

0I2 T K S I V CB ∆+=∆ ∆

K2 = 0.07/°C




3. Logarítmica (widsar)

221 RI V V += δ δ

Donde: 21 δ δ V V >

T V SS I I / V

1 e δ = .........................(1)

T V SS I I / V

22e δ = ......................(2)

(1) entre (2) T V V e I I / )(V

2

1 21 δ δ −=

−==

C

CC V RI

RV V e

I I T 1

1 / )(

2

1 I ; 2 δ

T V RI

I I

Ln 2

2

1 =




Parámetros Híbridos h] Procesamiento de pequeña señal:“circuitos lineales con BJT”voltaje Earlie (VA)

eh I V

RC

A

.1

0 =≈

212111 Vi hhV i += ....................(1)

2221212 Vi hhi += ...................(2)

Por síntesis de circuitos:

Donde:h11 = hih12 = hrh21 = hfh22 = ho

Aplicación: (Emisor-común):

baja señal Vi =Asen(wt)

mV A 26≤ o procura que mV V BE 26≤




kHz405 << f Hz (para audio.)

CE V V =0

0reb Vhi += ehV ibe

00b Vi ee f C hhi +=

En forma diferencial.

cerebe VhibV ∆+∆=∆ ieh .........(1)

ceoebc hii ∆+∆=∆ feh ..............(2)

ibV

ibV bebe

∆∆

=∆

∆=ieh

ce

be

VV

∆∆

=ieh ib=cte

β ≈∆∆

=ibil

feh Vce=cte

00

ce

c0

1Vi

Rghh lee ===

∆∆

= ib=cte

Configuraciones notables:




Análisis en AC:

hie= resistencia dinámica: BQ I

mV 8.25

010,10,10 754 →= −−−reh

β = feh

∞→→= −−−

00

121070

1)(10,10,10h

mhh se

Nota:Para fines prácticos s elimina hoe y hreV0.

biiei hV =

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