Problemas de Electrónica Analógica vol. 2

6.3.1 Soluciones a los ejercicios de características fundamentales de los transistores

5 Con la ley de Ohm se calcula las corrientes e intensidades de todo el circuito

6 La caida de tensión de Vcc será por la ley de Ohm

8 Imposible, pues es no se puede conseguir una diferencia de 0.7V entre base y emisor teniendo entre Vce una tensión de 0.2V esto es típico en los circuitos con realimentación en el colector

9 Hacemos las ecuaciones de la caida de tensión desde la base:

Tenemos que :

18 Según el divisor de tensión

20 Según el divisor de tensión

21 La tensión en la base estará dada por la fórmula de divisor de tensión :

Aquí no se justifica la utilización de la fórmula del divisor de tensión, luego no podemos utilizar la fórmula inicial, habrá que utilizar el equivalente de Thévening del divisor de tensión:

Por la ley de Ohm, la caída de tensión en la base es viendo la figura :

Como podemos ver, la solución no difiere de la inicial, por lo que el método del equivalente Thévening no se suele usar para los divisores de tensión salvo en casos especiales que sí que el método tradicional difiere de la realidad, el Thévening siempre da el valor exacto.

6.3.3 Soluciones a los ejercicios con FET

La respuesta a la pregunta es NO, para que circule una corriente de 10mA que es la misma que Idss tendría que haber 0V en la puerta, habría que cambiar la Vgs, aumentar la Vcc sólo aumentaría la tensión entre drenador y surtidor, se puede considerar los transistores efecto campo como fuentes de corrientes regulados por la tensión de la puerta.

26 La corriente de saturación de colector sería

Para asegurar más la saturación se puede subir R2 y bajar R1 de esta manera habría más corriente de base.

Problemas de amplificación

7.1 Indice de teoría

7.2 Enunciados problemas de amplificadores

7.2.1 Ejercicios de amplificación general

2.- Si el anterior amplificador tiene unas frecuencias de corte de 10Hz y 10kHz dibuja el diagrama correspondiente de Bode.

3 Repite el ejercicio añadiendo un bloque de realimentación con B=2. Calcula la ganancia de corriente y la ganancia de tensión.

7.2.2 Ejercicios de amplificadores con transistores BJT

7.2.2.1 Polarización fija

7.2.2.2 Polarización con resistencia en el emisor

7.2.2.3 Polarización con resistencia del emisor acoplado

12 Dibuja la señal de alterna de entrada y de salida si la señal de entrada es el generador de la figura de 2mV 100Hz eficaces, y la resistencia del generador es de 2k. Los datos del amplificador son los mismos que el del problema anterior.

Los datos del osciloscopio :

7.2.2.4 Polarización con resistencia del emisor semiacoplado

13.- Dibuja la señal en el osciloscopio, teniendo en cuenta que la amplificación en el Canal A es de 3mV/div y en el canal B=35mV/div y ampl Horiz=0.1ms/div

14 Halla el punto de operación y dibuja la recta de carga Estática y dinámica del problema anterior

15 Si la señal del generador fuese 3V. Dibuja la señal de salida. Canal B=3.5V/Div Horiz=0.1m/Div

7.2.3 Problemas con transitores MOSFET

7.2.4 Ejercicios transistores de potencia

Calcula

• a) Las corriente que circula por el divisor de tensión

• b) La potencia mínima recomendable para los transistores

• c) La potencia que proporciona la fuente de alimentación

• d) Si la entrada la señal es de 100mV cómo será la salida, ¿Y si fuera de 2V? ¿Cual es la máxima señal a la entrada sin recortar?

22.- En el siguiente circuito calcular :

a) Corriente en la carga

b) Diseñarlo en clase A

c) Potencia de la fuente de alimentación, útil en la carga y potencia máxima disipada

d)Ganancia de corriente

7.3 Soluciones a los ejercicios de amplificadores

7.3.1 Soluciones a los ejercicios de amplificación general

2 Para hacer el dibujo, hay que señalar el valor de av = 30dB y en 3dB menos (27dB) ponemos las frecuencias de corte

7.3.2 Soluciones a los ejercicios amplificadores con BJT

7.3.2.1 Soluciones a los ejercicios de polarización fija

4 La corriente de base a 20ºC vale :

7.3.2.2 Soluciones a los ejercicios de polarización resistencia en el emisor

7 Tenemos dos ecuaciones :

8 La tensión en la base es por el divisor de tensión . Vb=Vcc*R2/(R1+R2) = 20*20/(10+20) = 13.3V

7.3.2.3 Soluciones a los ejercicios de polarización resistencia de emisor acoplado

10 Para que la ganancia sea –4 tiene que cumplir la ecuación :

Para el divisor de tensión tenemos que elegir una corriente:

11 En este problema la solución es más fácil pues no tenemos que depender de la fórmula de la ganancia, directamente con la ley de Ohm :

12 La tensión de entrada al amplificador será por el divisor de tensión :

7.3.2.3 Soluciones a los ejercicios de polarización resistencia de emisor acoplado

13 La señal de entrada estará influenciada por el divisor de tensión entre el generador, y la resistencia de entrada Rent=R1R2/(R1+R2)=60*15/60+15=12k

14 La tensión en la base es :

Vb=Vcc*R2/(R1+R2)= 10*15/(60+15)=2v luego

Ve=Vb-Vbe=20.7=1.3V

ya podemos calcular las corrientes :

Ie=Ve/(Re1+Re2)=1.3/(700+500)=1.08mA

y el punto de operación Vce=Vcc-Ic(Rc+Re1+Re2)=10-1.08*(4+0.7+0.5)=4.36V

casi está en el punto medio (clase A). La recta de carga estática tiene su máxima corriente en Imax=Vcc/(Rc+Re1+Re2)=10/(4+0.7+0.5)=1.9mA mientras que la recta de carga dinámica lo tiene en :

Imax=Vcc/(Rc+Re1)=10/(4+0.7)=2.1mA

15 En este caso

V1=Vg*Rent/(Rent+Rg)=3*12/12+0.5=2.88V

La resistencia de entrada es 12k por el problema anterior

La ganancia será Av= -Rc/Re2 = -7.4 (ver problema anterior) luego

V2 = Av*V1 = 7.4*2.88 = 21.31V

Evidentemente no puede haber más tensión en la salida que los voltios de la alimentación, la señal está recortada.

¿Cuánto está recortada?

16 Primero habrá que hallar el punto de operación para averiguar cual es el estado más cercano, corte o saturación y así saber cual es la máxima tensión de salida que se puede dar

Para hallar el punto de operación, primero hallamos la tensión en la base con el divisor :

Vb=Vcc*R2/(R2+R2)=12*60/(80+60)=5.14V

17 Tenemos las siguientes ecuaciones :

Vcc=Vce+IcRc+IcRe1+IcRe2+IcRe2

Av= – Rc/Re1

luego sustituyendo tenemos un sistema de ecuaciones de dos incógnitas :

7.3.2 Soluciones a los ejercicios amplificadores de potencia

20 a) Pmax=3Pu=24W

b) Pcc=Pu+Pmax=32W

c) Primero tenemos que hallar la resistencia Rc´ del amplificador :

21 a) Id=(15+15)/(45.2+45.2+3+3)=0.31a

d) Como estamos en transistores funcionando en Colector común, la ganancia es la unidad, luego la tensión de salida V2 será la misma que la de la entrada V1 en nuestro caso 100mV y 2V respectivamente, hasta un tope, que sería por trabajar los transistores en clase B la Vcc, es decir 15V es la máxima tensión de entrada que puede tener. (realmente un poco menos por las caídas B-E del circuito ).

22

Problemas amplificadores operacionales

8.1 Chuleta de amplificadores operacionales

8.1.9 Sumador Restador

8.1.10 Filtros de primer orden (caida 20db/Dec)

8.1.11 Filtros segundo orden (caida 40dB/década)

8.2 Ejercicios de amplificadores operacionales

6.- ¿Qué circuitos diseñarías para conseguir las siguientes expresiones?

7.- Dibuja la forma de onda que tendría la salida del siguiente circuito si la entrada es una señal senoidal de Vmax=0.1V ¿y si Vmax= 6V?

8.- Rellenar la siguiente tabla de los circuitos de la figuras:

9.- Halla la tensión a la salida de estos dos circuitos:

10.- Teniendo en cuenta que el diagrama de Bode del AO 741 es el siguiente:

realizar un amplificador con ancho de banda 10 a 30 kHz y una ganancia de 100

11.- Idem pero Ancho de banda 0 a 80kHz y ganancia 100

12.-Idem pero Ancho de banda 10 a 100kHz y ganancia 30

13.-Idem pero Ancho de banda 20 a 15kHz y ganancia 20dB

14.-Idem pero Ancho de banda 10 a 1kHz y ganancia 80dB

15.- Diseñar un filtro pasa alta de fc=5kHz y ganancia 4

16.- Diseñar un filtro pasa banda de fc1=5kHz fc2=100kHz y ganancia 20dB inversor

17.- Diseñar un filtro pasa baja de fc=5kHz y ganancia 4 y de segundo orden

18.- Diseñar un filtro pasa baja de fc=30kHz y ganancia 50dB de segundo orden

8.3 Soluciones a los ejercicios de amplificadores operacionales

1.- Si Av=-R1/R2 entonces R2=-r1/Av = -1M/-500 = 2k

2.-Si luego Vs=-(1M/1k)*0.1=1000V supera el máximo permitido entonces Vs=-Vcc

3.-La fórmula de salida en el caso de operacionales en lazo abierto es Vs = Ao(V+-V-) despejando la ganancia Ao se tiene Ao=Vs/(V+-V-) = 2.8/0.0001 = 28000

4.- Parece un amplificador inversor, pero si nos fijamos es un amplificador no inversor.

Diseñando R2=500K y R1=100K o cualquier par de resistencias que dividiendo den 50, preferiblemente mayores de 10k

6b) Se trata de un sumador restador sin V4

6d)Para hacer Vs=20V1+30V2 tenemos varias soluciones :

la más fácil es realizar un sumador inversor, y luego quitarle el signo:

6e)Para hacer Vs=-15V1-30V2 es fácil pues se trata de un sumador inversor

También existe otra solución que también se podría aplicar al apartado d)

6j) Para obtener V1+2V2-4V3 tenemos que utilizar también un sumador inversor, pero utilizando un inversor en V3 R=10K por ejemplo, el resto de resistencias iguales que el anterior apartado

8.-

9.- El primer operacional como está en realimentación positiva, la salida es +Vcc = +12V pues V+>V-

El segundo operacional es un inversor, luego su salida es -1V que se lo comunica a la entrada del segundo operacional que esta en realimentación positiva, luego sale -Vcc=-12V pues V+

10.- Si la ganancia es de 100 entonces av=20log100=40dB si miramos en la gráfica Bode del 741 el ancho de banda sería de 0 a 10kHz luego NO nos sirve.

Descomponiendo la ganancia: 100=10×10 cada amplificador con una ganancia de Av=10 que en dB sería av=20log10=20dB mirando el Bode del 741 tendríamos un ancho de banda de 0 a 100kHz entonces SI que sirve.

Cada amplificador debería tener una relación de resistencias de 10, por ejemplo R1=10k y R2=1k

11.- Al ser el ancho de banda de 80kHz y ganancia 100 sería la misma solución que el problema 10

12.- Si la ganancia es de 30 entonces av=20log30=29.5dB si miramos en la gráfica Bode del 741 el ancho de banda sería de 0 a 50kHz luego NO nos sirve. DOS AMPLIFICADORES.

Descomponiendo la ganancia: 30=5×6 cada amplificador con una ganancia de Av=5 y Av=6 que en dB sería para el más desfavorable av=20log6=15dB mirando el Bode del 741 tendríamos un ancho de banda de 0 a 500kHz entonces SI que sirve.

Cada amplificador debería tener una relación de resistencias de 6 y de 5, por ejemplo R1=6k y R2=1k y el otro R1=5k y R2=1k.

13.- Si la ganancia es de 20dB si miramos en la gráfica Bode del 741 el ancho de banda sería de 0 a 100kHz luego SI nos sirve. UN SOLO AMPLIFICADOR

17 El esquema sería según la figura

Problemas de retardadores, monoestables, astables y osciladores

9.1 Enuciados de los problemas

4. Calcula el tiempo de activación y las corrientes ¿Se saturarán los transistores?

• 7 Calcula el tiempo de este monoestable con AO

9. Calcula el tiempo T y dibuja el osciloscopio

• 13.  Dibuja la señal de los dos osciloscopios conectados en cada uno de los transistores. Escala vertical = 5V y horizontal 30mseg/div en todos los canales.

14. Dibuja la figura en el osciloscopio suponiendo que

• 16. Dibuja la forma de onda del osciloscopio Canal A = Canal B = 2V/Div. Time = 50mseg/Div :

9.2 Soluciones a los problemas

1. El circuito sería como la figura :

La Rz tendrá que ser menor para que la Ib sea mayor y así asegurar la saturación .

• 2.  Calculamos el tiempo

El circuito sería según la figura :

Luego las corrientes mínimas de base para que se saturen los transistores valdrán :

• 3. El circuito sería segun la figura :

• 7 El circuito sería según la figura :

Para el calculo de R´simplemente se diseña 10 veces menor R´=R/10=10K

• 9.  Hay que calcular los tiempos de cada

• 10. El esquema sería el siguiente

Para que ocurra la saturación la corriente Ib tiene que ser mayor que

Estas comprobaciones tienen que realizarse, si no se saturasen, habría que elegir otros condensadores más altos, para que R1 y R2 sean más bajos, y tener más corriente de base.

• 11. Hay que calcular los tiempos de cada

• 12. El esquema sería el siguiente :

Antes de pasar al calculo de las resistencias hay que elegir los valores del divisor de tensión

Se elige por ejemplo R1=20K R2=10K

Luego el coeficiente k queda k=10/10+20=0.33

El calculo de las resistencias:

• 13. Se trata de un astable con 555. Las fórmulas para el cálculo de los tiempos son

Apéndice Problemas del libro Mc Graw

PROBLEMAS DE ELECTRONICA ANALÓGICA

Libro Schaum L.Cuesta Mc Graw Hill

(Nota de Astucia: Se aconseja ojear y hacer los más interesantes, que hacerlos todos como máquinas)

Indice de materias

#

( 30, 33, 37

5

555 68, 69

7

741 61

7805 29

7812 22, 27

7815 29

78XX 23

A

Ábaco de la carga del condensador en alterna 34

AC del osciloscopio 23

amplificación general 47

Amplificador inversor 56

Amplificador no inversor 56

Amplificadores en clase AB 46

Ancho de banda 61

ángulos de conducción 31

ángulos de retraso 31

astables 67

av 66

Av 54, 66

B

Base Común 36

BC 36

Bipolar 35

BJT 35

Bode 47

C

cambios de unidades 4

capacidad 12

circuito controlador de potencia 30

clase A 47

Clase D 46

condensadores 12

constante de tiempo 12

corriente alterna 15

Cramer 9

D

Darlington 46

dB 47

dB a valores normalizados 66

DC del osciloscopio 23

década 58

determinantes 6

devanado 12

Diac 30

Diagrama de Bode 47

diagrama de Bode del AO 741 61

diodos 20

divisor de tensión 26

E

e- 36

el emisor acoplado 46

emisor semiacoplado 46

equivalente Thevening 11

estufa 4

F

fem 15

filtro en pi 22

Filtros de primer orden 58

Filtros pasa alta 58

Filtros pasa baja 58

Filtros pasa banda 58

Filtros segundo orden 58

forma binómica 15

forma polar 15

Fórmula carga del condensador en continua 34

frecuencia 15

frecuencia de disparos 30

frecuencia de resonancia 16

fuentes de alimentación 20

G

generador de frecuencia con un UJT 30

H

h+ 36

Hfe 47

I

ICBO 46

Inversor 56

J

JFET 35

L

Ley de Ohm 5

LM384 46

M

mallas 5, 10

monoestables 67

MOSFET 35

N

números complejos 15

O

osciladores 67

P

Pcc Véase Potencia consumida

Pd Véase Potencia disipada

periodo 15

Polarización con resistencia en el emisor 47

Polarización fija 47

potencia 4

potencia activa 15

potencia aparente 15

Potencia consumida 46

Potencia disipada 46

potencia reactiva 15

Potencia útil 46

prefijos 4

primario 12

Pu Véase Potencia útil

punto de operación 36

Push-Pull 46

PUT 30

R

RADIANES 17

rechazo de rizado 27

Recorte de señales 54

recta de carga 38

Recta de carga dinámica 54

Red de América 23

Red Europea 23

relación de espiras 23

relación de espiras n1

n2 12

resistencia Thevening 11

Resistencia Thevening 10

resistencia zener 22

Resistividad 4

Restador 57

retardador a la conexión 67

retardadores 67

Riple Rejection 23, 27

rizado 22

S

saturado 38

secundario 12

Seguidor 56

señal senoidal 15

señal triangular 20

Shockley 31

Silicio 20

Sumador inversor 56

Sumador inversor II 57

Sumador no inversor 57

Sumador Restador 57

T

TDA1510 46

tensión de pico 32

Thevening 5

Tiristor 31

transconductancia 49

transformador 12

transistores 35

Transistores efecto campo 35

Triac 30

U

UJT 30

V

V instantanea 15

Valores normalizados a dB 66

vector impedancia 15

Vef 15

Vmax 15

voltios Thevening 10, 11

Vpico a pico 23

Vref 27

Vrrp 27

Y

yogurtera 4

Z

zener 23, 26

Autor:

Pablo Turmero