Ejercicios de electrónica I: diodos, transistores, entre otros.

1. EJERCICIO 1 (realizar los cálculos con una precisión de 5 cifras significativas)
(0,75) a) Calcular la característica de transferencia del circuito de la figura para –20V ≤ Vi ≤ 20V. Dibujar la característica de
transferencia e indicar el estado de cada uno de los diodos en cada tramo.
DATOS: Diodos ideales
Vi
5K 15K
+
_
VO
10K
6V
D1
D2
• -20 V ≤ Vi ≤ 0V => D1 y D2 en corte
VO = 0 V
• 0 V ≤ Vi ≤ VX => D1 conduce y D2 en corte
iiO V
KK
K
VV
3
2
105
10
=
+
=
D2 empieza a conducir cuando VO ≥ 6 V => VVVV ii 96
3
2
≥⇒≥
Por lo tanto VX = 9 V
• 9 V ≤ Vi ≤ 20 V => D1 y D2 conducen
VO = 6 V
Por lo tanto, la característica de transferencia sería la siguiente:
vi (V)
vo (V)
20
6
9D1 OFF
D2 OFF
D1 ON
D2 OFF
D1 ON
D2 ON
Vi
5K 15K
+
_
VO
10K

2. (0,5) b) Si los diodos no son ideales, calcular el valor exacto de Vi donde el diodo D1 pasa de corte a conducción.
DATOS: D1 => Vγ = 0,6 V Rf = 100 Ω Rr = ∞
D2 => Vγ = 0,6 V Rf = 100 Ω Rr = 1 MΩ
Cuando D1 no conduce, D2 también está en corte y el circuito equivalente sería:
AmA
KKK
VV
I
I
µ439,6006439,0
101510
6,06
0
32
1
−=−=
++
+
−=
=
VKIVB 06439,0102 =⋅−=
D1 empieza a conducir cuando VVVVVV Bi 66439,006439,06,0 =+=+= γ
Vi =0,66439 V
(0,5) c) Calcular el valor de la corriente por el diodo D2 cuando a al entrada se aplica una tensión Vi = 5V. los diodos no son ideales
y tienen las mismas características que en el apartado b).
Para Vi = 5 V D1 conduce y D2 está en corte y el circuito equivalente sería:
Calculando en equivalente Thevenin del circuito de la
entrada (hasta B):
( )
KKKR
V
KKK
K
VVV
TH
iTH
3774,31,5//10
9139,2
1051,0
10
6,0
==
=
++
−=
( )
A
KKR
VVV
I
VVKKRIV
TH
TH
THTH
µ6195,3
1015
66,0
66,01015
32
3
2
−=
++
−−
=
⇒++++⋅=
I2 =-3,6195 µA
(0,25) d) ¿Qué nombre recibe el circuito de este problema?.
Es un circuito recortador a 2 niveles o circuito rebanador.
Vi
5K 15K
+
_
VO
10K
6V
0,6V
103KI2
B
Vi
5K 15K
+
_
VO
10K
6V
0,6V
103K
I2
B0,1K
0,6V
I1
VTH
15K
VO
6V
0,6V
103K
I2
B
RTH

3. EJERCICIO 2 (realizar los cálculos con una precisión de 5 cifras significativas)
(1) a) Determinar el valor de R1 y R2 para que el punto de funcionamiento del transistor T2 del circuito de la figura sea IC2 = 10 mA
y VCE2 = 10 V.
DATOS: Vcc = 20 V
Transistores T1 y T2 idénticos: VBEon= 0,7 V VCEsat= 0,2 V β = 100
Diodo: VZ = 5V
R1
VCC
R2
1 MΩ
T1
T2
IC2 = 10 mA y VCE2 = 10 V => T2 está en activa => zener regula.
Ω=
−
=
−
=⇒⋅−= k
mA
VV
I
VV
RRIVV
C
CECC
CCCCE 1
10
1020
2
2
2222
VVVVVV BEZCE 7,57,0521 =+=+= => T1 está en activa
Ω=
−
=
−
=⇒=⋅−
=+=+=
===
=⋅=⋅=⇒=
−
=
−
=⇒+⋅=
k
mA
VV
I
VV
RVRIV
mAmAmAIII
mA
mAI
I
mAAIIA
K
VV
K
VV
IVKIV
R
CC
RCC
CBR
C
B
BC
BECC
BBEBCC
0443,7
03,2
7,5207,5
7,5
03,293,11,0
1,0
100
10
93,13,191003,19
10
7,020
10
10
1
111
121
2
2
1133
1
11
3
1
β
µβµ
R1 = 7,0443 kΩ
R2 = 1 kΩ
IB1 IC1
IC2
IB2
IR1
+ VZ -

4. (1) b) Si R2 tiene un valor de 5 kΩ, determinar el valor de R1 para que los dos transistores estén saturados.
Los dos transistores nunca van a estar saturados a la vez, ya que si T1 está saturado => VCE1 = 0,2 V => T2 estaría en corte ya que
esta tensión es insuficiente para polarizar al zener en su zona de regulación => zener en corte => T2 en corte.
(1) c) Si R1 = R2 = 1 kΩ y sustituimos la resistencia de 1 MΩ de la base del transistor T1 por una resistencia RB1, ¿cuál sería el
valor máximo de esta resistencia RB1 para que el transistor T2 esté en corte?.
T2 en corte => VCE1 < VZ + VBE = 5 V + 0,7 V = 5,7 V
mA
K
VV
R
VV
IVRIVV CC
CCCCCE 3,14
1
7,5207,5
7,5
1
1111 =
−
=
−
>⇒<⋅−=
Como T1 estaría en activa:
Ω=
−
=
−
<⇒>
−
=
==>⇒>⋅=
k
mA
VV
mA
VV
RmA
R
VV
I
AmA
mA
ImAII
BECC
B
B
BECC
B
BBC
96,134
143,0
7,020
143,0
143,0
143143,0
3,14
3,14
1
1
1
1
1
111 µ
β
β
RB1 < 134,96 kΩ

5. EJERCICIO 3 (realizar los cálculos con una precisión de 5 cifras significativas)
(3) Calcular el valor de R2 en el circuito de la figura para obtener una corriente de 7 mA por el resistor R3. Obtener el valor de todas
las tensiones y corrientes indicadas en la tabla (indicar en la figura del circuito el sentido de las corrientes). Poner los resultados en
la tabla.
DATOS: Vcc = 25 V R1 = 400 Ω R3 = 1 kΩ R4 = 1 kΩ
Transistor T1: |VP| = 1 V |IDSS| = 5 mA
Transistor T2: |VP| = 8 V |IDSS| = 6 mA
R2
Valor 2,6906 kΩ
T1 T2
Estado Saturado Estado Saturado
ID 5 mA ID 2 mA
VDS 16 V VDS -10,6188 V
* Se supone que T1 está saturado:
VV
VVVSaturación
VKmAKmAVRIRIVV
ImAIIV
GSPDS
RRCCDS
RDSSDGS
116
164,051725
50
111
11331
1111
≥
−≥⇒
=⋅−⋅−=⋅−⋅−=
===⇒=
Esto implica que la suposición de T1 saturado es correcta.
2
112
2221122112
1322 257
D
RGS
DRRRGS
RRDR
I
RIV
RRIRIRIRIV
mAmAmAIIII
⋅+
=⇒⋅+⋅−=⋅+⋅−=
=−=−==
VCC
R2
T1
R1
T2
R3
R4
IR1
ID1
IR2
ID2
IR3

6. * Se supone que T2 está saturado:
( )
V
V
VV
V
V
V
V
mA
mA
I
I
V
V
V
V
II
PGS
P
GS
P
GS
DSS
D
P
GS
P
GS
DSSD
3812,3
6188,12
57735,0157735,01
57735,033333,01
33333,0
6
2
11
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
22
=⋅±=⇒±=
±=±=−
===⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−⇒⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−⋅=
La solución de 12,6188 V no puede ser porque VGS2 > VP2 y el transistor T2 estaría en corte, siendo esto incongruente con la
suposición de que T2 está saturado.
Por lo tanto la solución sería |VGS2| = 3,3812 V y como T2 es un JFET de canal P y VGS2 > 0, esto implica que VGS2 = |VGS2| =
3,3812 V.
Sustituyendo valores en la ecuación de R2 se obtiene:
Ω=
⋅+
=
⋅+
= k
mA
KmAV
I
RIV
R
D
RGS
6906,2
2
4,053812,3
2
112
2
Sólo queda comprobar que la suposición de T2 en saturación es correcta:
VVVV
VVVSaturación
VKmAKmAKmAVRIRIRIVV
RIVRIRIV
GSPDS
DRRCCDS
DDSRRCC
6188,43812,386188,10
6188,101269064,221725
222
4222332
4222233
=−≥
−≥⇒
−=⋅+⋅+⋅+−=⋅+⋅+⋅+−=
⋅+−⋅+⋅=
Esto implica que la suposición de T2 saturado es correcta.
Las dos suposiciones son correctas, por lo que los dos transistores están saturados y los valores calculados anteriormente son
los correctos.