Ejercicios resueltos de tecnolog´ıa electrónica. - QueGrande

Ejercicios resueltos de tecnología electrónica.
Tema 1. Diodo de unión.
23 de abril de 2008
✭✭Éstas son las expresiones que vamos a manejar para resolver problemas.✮✮
I = I0(e V
ηV T − 1)
VT = kT
q
= T
11600
VT |300 o K = 26mV η = 2
Io(T) = Io1 · 2 T −T1 10
Rest. = V
I
Rdin. = dV
dI
= ηVT
I + Io
1. a) ¿A qué tensión la corriente inversa de un diodo p-n de silicio alcanza d 95%
de su valor de saturación a temperatura ambiente?
b) ¿Cuál es la relación entre la corriente con polarización directa de 0,1 V y la
corriente con polarización inversa del mismo valor?
c) Si la corriente inversa de saturación es de 10 nA, calcular la corriente directa
para las tensiones de 0,5 V, 0,6 V y 0,7 V, respectivamente.
Solución:
a) 0,95I0 = I0(e V
ηV T − 1)
V
ηVT
= ln 0,05 = −3
V = −3,2 · 0,026 = −0,156V
b) ID|0,1V
II|0,1V
c) I0 = 10nA
100
I0(e 2·26)
=
I0(e −100
6,84 − 1
= = −6,84
2·26 ) 0,146 − 1
I = 10 · 10 −9 (e 500
2·26 − 1) = 0,15mA
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I = 10 · 10 −9 (e 600
2·26 − 1) = 1,026mA
I = 10 · 10 −9 (e 700
2·26 − 1) = 7,02mA
6. Un diodo de silicio tiene una corriente inversa de saturación de 0,1µA a 125 0 C.
Hallar, a 105 0 C, la resistencia dinámica para una polarización de 0,8V : a) en sentido
directo b) en sentido inverso.
Solución:
I0| 105 0 C = 0,1µA · 2 105−125
10 = 25nA
VT |1050C = T 273 + 105
= = 32,59mV
11600 11600
a) Rf = ηVT
I + I0
I = 25 · 10 −9 (e 800
2·32,59 − 1) = 5,35mA
Rf = 232,59
5,35 + I0
b) V = −800mV
= 12,18Ω
RR = ηVT ηVT
=
I + I0 I0(e V
ηVT − 1) + I0
558GΩ
= ηVT
I0e V
ηV T
= 2 · 32,99 · 10−3 V
25 · 10 −9 · e −800
2·32,54
= 558 · 10 9 Ω =
8. Un diodo de silicio está en serie con una resistencia de 2kΩ y con una fuente de
tensión de 10 V. ¿Cuál será, aproximadamente, la intensidad en el circuito si el
diodo tiene polarización directa?
b) Si la caída medida en el diodo es de 0,6 V con 1 mA, hallar con más exactitud d
valor de la corriente en el circuito.
c) Si se invierte la batería y la tensión de ruptura del diodo es de 7 V, hállese la
corriente en el circuito.
d) Si se añade en serie y oposición (los dos ánodos unidos) un segundo diodo idéntico
al anterior, ¿cuá será aproximadamente la corriente en el circuito?
e) Si se reduce a 4V la tensión de alimentación del apartado d), ¿cuál será la corriente?
Solución:
10V
2K
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Vγ = 0,6V
a) ¿I? Diodo silicio
VD = 0,7V
I = VR
R
= 10 − 0,7
2
b) I = I0(e V
ηV T − 1)
I0 = 10−3
e 600 = 0,75
2·26 − 1
Para I = 4,65mA → ¿VD?
V
= 4,65mA
KΩ
4,65 · 10 −3 = 9,75 · 10 −9 (e V
2·26 − 1)
VD = 679,9mV
I ′ =
10 − 0,6799
2
= 4,66mA
c) Se invierte VBAT y VZ = 7V
10V
I =
10 − 7
2
2K
I
= 1,5mA
7V = VZ
d) Se añade otro diodo en serie y oposición
2K
10V
I = VR
R
I
= 10 − 0,7 − 7
2
e) Se reduce VBAT a 4V.
7V
0,7V
= 1,15mA
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4V
2K
D1 OFF ⇒ I = I0
I
I = I0 = 9,75nA
D1
D1
10. Las corrientes de saturación de los dos diodos de la figura son de 1 y 2µA, respectivamente.
La tensión de ruptura es la misma en ambos diodos y vale 100 V.
a) Calcular la corriente y la tensión en cada diodo si V=80 y V=120 V.
b) Repetir d apartado a) si se coloca en paralelo con cada diodo una resistencia de
81V.
V
Solución:
V
I0 = 1µA
VZ = 100V
I0 = 2µA
VZ = 100V
VZ
a) I) V = 80, hallar I, VD1, VDZ
Ambos diodos en OFF. ⇒ I = I01 = 1µA
I = I0(e V
ηV T − 1)
1 · 10 −6 = 2 · 10 −6 (e V
2·26 − 1)
e V
52 = 0,5 ⇒ VD2 = 36mV
VD1 = 80 − VD2 = 80 − 0,036 = 79,96V
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I
0,6
V

II) V = 120V
V > VZ ⇒ D1 Zéner ⇒ D2 OFF
120V I
I = I02 = 2µA
b) I) V = 80V
80V
D1 = D2 = OFF
80V = I ′ 1 · 8 + I′ 2 · 8
I ′ 1 + I′ 2
= 10
VD1 = VZ = 100V
VD2 = 120 − 100 = 20V
I1
1µA
2µA
I2
ID1 = I01
ID2 = I02
I ′ 1 + 1 = I′ 2 + 2 ⇒ I′ 1 = I′ 2 + 1 ⇒ 2I′ 2 + 1 = 10 ⇒ I′ 2 = 4,5µA
8M
8M
VR1 = VD1 = I ′ 1 · R1 = 5,5µA · 8MΩ = 44V
VR2 = VD2 = I ′ 2 · R2 = 4,5µA · 8MΩ = 36V
II) V = 120V
120V
1µA
2µA
ID1 = I01
D1 = D2 = OFF
ID2 = I02
120 = 8I ′ 1 + 8I′ 2 ⇒ I1 + I2 = 15
8M
8M
I ′ 1 = 5,5µA
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I ′ 1 + 1 = I ′ 2 + 2 ⇒ I ′ 1 = I ′ 2 + 1 ⇒ 2I ′ 2 + 1 = 15 ⇒ I′ 2 = 7µA
I ′ 1 = 8µA
VR1 = VD1 = I ′ 1 · R1 = 8µA · 8MΩ = 64V
VR2 = VD2 = I ′ 2 · R2 = 7µA · 8MΩ = 56V
15. Supóngase que los diodos del circuito de la figura tienen Rf = 0, Vv = 0,6V y
Rr = ∞, con una caída del diodo en conducción de 0,7V . Hallar I1, I2, I3 y Vo en
las siguientes condiciones:
V1
V2
I1
I2
1K
1K
Solución:
I4
D1
D2
D3
a) V1 = 0v; V2 = 25V
I1
I2
1K
1K
25V
D1
D2
+40V
20K
+5V
I4
D3
V0
I3
+40V
20K
+5V
⎧
⎨ D1ON
Suponemos D2OFF
⎩
D3ON
V0
40 = I4 · 20 + 0,7 + I1 · 1 ⇒ I4 =
I3
40 − 0,7 − I1
20
5 = 0,7 + 0,7 + I1 · 1 ⇒ I1 = 3,6mA ⇒ I4 = 1,785mA
Vo = 5 − 0,7 = 4,3V
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La suposición es correcta.
b) V1 = V2 = 25V
25V
25V
I1
I2
1K
1K
Suponemos
I3 = 0
I1 = I2
I4
D1
D2
D3
+40V
20K
+5V
V0
I3
D1 = D2 = ON
D3 = OFF
I4 = I1 + I2 = 2I1 = 2I2
40 = 20I4 + 0,7 + 1I1 + 25
I1 = I2 = 0,3488mA
I4 = 2I1 = 0,6976mA
Vo = 40 − I4 · 20 = 26,05V
Sep-91 En el circuito de la figura, la tensión de ruptura inversa de los diodos es VZ1 = 10V
y VZ2 = 8V . Hallar las intensidades I1, I2 e I3, indicando el estado de los dos diodos.
20V
Solución:
I1 I2 I3
600Ω 400Ω
I) Suponemos D1 = D2 = Zéner.
300Ω
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20V
I1 I2 I3
600Ω
400Ω
10V 8V
I3 = 8V
= 26,66mA
300Ω
I2 =
I1 =
10 − 8
400
20 − 10
600
= 5mA
= 16,66mA
⎫
300Ω
⎪⎬
Suposición incorrecta.
⎪⎭
II) Suponemos D1 Zéner, D2 OFF.
20V
I2 = I3 =
I1 =
20 − 10
600
I1 I2 I3
600Ω
10V
400Ω
10
= 14,285mA
400 + 300
= 16,66mA
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300Ω