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Teoria de circuitos boylestad pdf

Friday, March 29, 2019 admin Comments(0)

by Robert L. Boylestad. Preview anesi.info The Nature Fix. Electronica: Teoria de Circuitos y Dispositivos Electronicos. electronic-devices-circuit-theory-9th-edition-boylestad Pages·· MB·7, Electrónica teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. Solucionario electronica teoria de circuitos boylestad pdf Instructorxs Resource Manual to accompany Electronic Devices and Circuit Theory Tenth Edition.


Author: AUBREY NEIDECKER
Language: English, Spanish, Portuguese
Country: Mali
Genre: Children & Youth
Pages: 210
Published (Last): 04.04.2016
ISBN: 414-9-45034-178-2
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Solucionario teoria de circuitos y dispositivos electrnicos 10ma edicion boylestad Inc. Instructors of classes using Boylestad/Nashelsky, Electronic Devices and Circuit Theory, 10th edition, may reproduce material from the Download pdf. electronica teoria de circuitos 6 edicion - robert l boylestad(2) Baixe no formato PDF, TXT ou leia online no Scribd .. Circuitos multiplicadores de voltaje Electronica Teoria De Circuitos 6ta Edicion - Robert L. anesi.info Uploaded by All Rights Reserved. Download as PDF, TXT or read online from Scribd.

J JC unl: Consulte su biblioteca de referencia y localice otra explicacion para el flujo de huecos contra el de electrones. Thus, the voltage gain for each stage is near unity. El efecto net0 es una reduccion en el i4rea arriba del eje, la cual reduce de manera. Debido a que el LED entra. The voltage divider configuration should make the circuit Beta independent, if it is well designed. El resnltado es que afin a mayor tempe- ratura, 10s niveles de I, para 10s diodos de silicio no alcanzan 10s mismos altos niveles que para el germanio, una razon muy importante para qne 10s dispositivos de silicio tengan un nivel significativamente mayor de desarrollo y utilizacidn en el disetio.

Flulo de ponadores mayoritarios. Mientras m h cercano se encuentre el portador minoritario a la union, mayor sera la auacci6n de la capa de iones negativos y menor la oposici6n de los iones positivos en la regi6n de agotamiento del material tipo n. Con la idea de que surjan anaisis futuros, se supone qne todos 10s portadores minoritarios del material tipo n que se localizan en la region de agota- miento debido a su movimiento aleatorio pasaran directamente a1 material tipo p.

Se puede considerar que alga similar pasa con 10s portadores minoritarias electrones del material tipa p. Este flujo de portadores se indica en la figura 1. I4 para 10s portadores minoritarios de cada material. Los portadores mayoritarios electrones del material tipo n deben sobreponerse alas fuer- zas de atraccidn de la capa de iones positivos del material tipo n, y a la capa de iones negativos en el material tipa p , con el fin de migrar hacia el fuea localizada mis alli del k e a de agota- miento del material tipop.

Sin embargo, en el material tipo n el nhmero de portadores mayori- tarios es tan grande que invariablemente habra un pequeiio nhmero de portadores mayoritarios con suficiente energia cinttica para pasar a traves de la region de agotamiento hacia el material tipo p.

Una vez mas, la misma consideraci6n se puede aplicar a 10s portadores mayoritarios huecos del material tipop. El flujo resultante debido a 10s portadores mayoritarios tambibn se describe en la figura 1. Si se examina con cuidado la figura 1. Esta cance- laci6n de 10s vectores se indica por medio de las lineas cruzadas.

La longitud del vector que representa el flujo de huecos se dibuj6 en una escala mayor que el flujo de 10s electrones con objeto de demostrar que la magnitud de cada uno no necesariamente debe ser la misma para la cancelacion del flujo, y que 10s niveles de dopado para cada material pueden dar coma resulta- do un flujo de portadores desigual de electrones y huecos.

En resumen: En ausencia de un voltnje depolarimci6n aplicado, eljlujo neto de la carga en cwlquier direcci6n para un diodo semiconductor es cero. Observe que la flecha esta asociada con el componente tipo p y la barra con la regi6n de tipo n. Por razones similares, el ndmero de iones negatives se incrementara en el material tipo p.

El efecto neto, por tanto, es una ampliacion de la regi6n de agotamiento. Dicha ampliaci6n establecera una barrera de potencial demasiado grande para ser superada por 10s ponadores mayoritarios, ademb de una reducci6n efectiva del flujo de 10s portadores mayoritarios a cero, como se muestra en la figura 1.

I p u Renion de agotamiento n I Figom 1. Sin embargo, el ndmero de portadores minoritarios que estin entrando a la regi6n de agotamiento no cambiaran, y dan como resultado vectores de flujo de portadores minoritarios de la misma magnitud que sin voltaje aplicado, como lo indica la figura 1.

A la com'ente que existe bajo las condiciones de polarizacibn inversa se le Uama com'ente de saturacwn inversa, y se representa mediante Is. La comente de saturaci6n inversa rara vez es mayor que unos cuantos microamperes, con excepci6n de 10s dispositivos de alta potencia. De hecho, en afios recientes se encontr6 que su nivel esta casi siempre en el rango de nanoamperes para dispositivos de silicio, y en el rango de microamperes para el gerrnanio. Las condiciones de polarizacion inversa se describen en la figura 1.

Observe, en panicular, que la direcci6n de 5 es contra la flecha del simbolo. A su vez, que el potencial negativo esta conectado al material tip0 p y el potencial positivo al material tipo n, y que la diferencia en las literales subrayadas para cada regi6n revela una condici6n de polarizaci6n inversa.

Por tanto, para mayor referencia: La aplicacion de un potencial de polarizaci6n directa V, "presionarP los electrones en el material tipo n y 10s huecos en el material tipop para que se recombinen con 10s iones cercanos a la union y reducira el ancho de la region de agotamiento como se indica en!

El flujo de electrones, portadores minoritarios, del material t i p p al material t i p n y de 10s huecos del material tipo n al material tipo p no ha cambiado en magnitud debido a que el nivel de conduccion se encuentra controlado basicamente par el numero limitado de impurezas en el material , pero la reduccion en el ancho de la region de agotamiento ha generado un gran flujo de portadores mayoritarios a traves de la union. Ahora, un electron de material tip0 n "observa" una barrera muy reducida en la union.

Observe que la escala vertical de la figura 1. Por tanto, en general, el voltaje a traves de un diodo de polarization directa sed de menos de 1 V. Observe tambiin la rapidez con que se incrementa la coniente despues del punto de inflexi6n de la curva de respuesta. A travLs del empleo de la fisica del estado dlido se puede demostrar que las caracteristi- cas generales de un diodo semiconductor se pueden definir mediante la ecuacion siguiente para las regiones de polarizaci6n directa e inversa:.

I9 se ofrece una grifica de la ecuacion 1. Si se expande la ecuacion I A en la forma siguiente, se puede describir con facilidad el componente de contribuci6n para cada region de la figura 1. Para valores positivos de VD,el primer tkrtnino de la ecuacion anterior creced con mayor rapidez. Observe en la figura 1. Esto se debe a la resistencia intema del "cuerpo" y a la resistencia externa de "contacto" de un diodo. Con el tiempo, mientras se mejoran 10s metodos de producci6n, esta diferen- cia disminuiri y las caracteristicas reales se aproximarh a aquellas de la secci6n 1.

Es importante observar el cambio en la escala para 10s ejes vertical y horizontal. Para 10s valores positivos de I,. Para VD, la escala para 10s valores positivos esti en dtcimas de volts y para 10s valores negativos la escala es en decenas de volts. En un principio, la ecuacidn 1. Sin embargo, afortuuadamente en una secci6n posterior se ha16 un n6mero de aproximaciones que eliminari la necesidad de aplicar la ecuacion I.

Antes de dejar el tema del estado de polarizacidn directa, las condiciones para la conduccion el estado "encendido" se repiten en la figura 1.

Regi6n Zener Figura 1. La coniente se incrementa. El potencial de polarization inversa que da como resultado este cambio muy drastic0 de las caracteristicas se le llamaporencial Zener y se le da el simbolo V,. Esto es, se genera6 un proceso de ionizacibn por medio del cual 10s electrones de valencia absorben suficiente energia para dejar su itomo.

Dichos portadores adicionales pueden luego ayudar a1 proceso de ionizacion, hasta el punto en el cual se estable- cr una gran corriente de avalancha que determina la region de ruptura de avalancha.

La region de avalancha V, se puede acercar al eje vertical a1 incrementar 10s niveles de: Sin embargo, mientras VZ disminuye a niveles muy bajos. Esto ocurre debido a que existe un fuene campo elictrico en la regi6n de la union que puede superar las fuerzas de union dentro del dtomo y "generar" ponadores.

Aunque el. Estos diodos se describen en la secci6n 1. La region Zener del diodo semiconductor descrito se debe evitar si la respuesta de un sistema no dehe ser alterada completamente por el severo cambio en las caractensticas de esta regi6n de voltaje inverso.

El mirrimo potencial de polarizacibn inversa que puede ser aplicado antes de entrar a la region Zener se conoce como voltaje pico inverso referido simplemente como el valor PZV,por las iniciales en ingl6s de: Peak Reverse Voltage. Si una aplicaci6n requiere de un valor PIV mayor que el de una sola unidad, se deberl conectar en sene un numero de diodos de la misma caracteristica.

Los diodos tambikn se conectan de manera paralela para aumentar la capacidad de transpone de comente. Silicio en funcibn de germanio Los diodos de silicio tienen. Los valores PIV para el silicio pueden encontrarse en la vecindad de V, mientras que el valor maximo para el germanio esta mas cerca de 10s V.

El silicio puede utilizarse para aplicaciones en las cuales la temperatura puede aumentar a cerca de "C O F , mientras que el germanio tiene un valor maximo mucho menor OC. Sin embargo, la desventaja del silicio, comparado con el germanio, segun se indica en la figura 1. La mayor variation para el silicio se debe, basicamente, al factor q en la secci6n 1. Este factor toma pane en la determination de la forma de la curva so10 en niveles de coniente muy bajos.

Una vez que la curva empieza su crecimiento vertical, el factor q cae a 1 el valor continuo del germanio. Esto es evidente por las similitudes en las curvas una vez que el potencial de conduccion se ha alcanzado.

El potencial por el cual ocurre este crecimiento se conoce comopotencial de conduccibn de umbral o de encendido. Con frecuen- cia, la primera letra de un termino que describe una cantidad en particular se usa en la notaci6n para dicha cantidad. Sin embargo, para asegurar un rninimo de confusion con otros ttrminos, como el voltaje de salida V,, por las iniciales en inglts de: En resumen:.

Obviamente, mientras m8s cercana al eje vertical es la excursion, m b cerca de lo "ideal" esta el dispositivo. Sin embargo. Efectos de la temperatura La temperatura puede tener un marcado efecto sobre las caracteristicas de un diodo semiconductor de silicio, segdn se comprob6 mediante un diodo de silicio tipico en la figura 1. A pmir de mliltiples experimentos se encontro que: La corriente de saturacibn inversa serir casi igual a1 doble en magnitudpor cada 10 'C de increment0 en la temperatura.

No es poco frecuente que un diodo de germanio con un i,del orden de 1 o 2 p. Los niveles de comente de esta magnitud en la region de polarization inversa con seguridad cuestionanian la condition deseada de circuito abieno en la region de polarizaci6n inversa. Los valores tipicos de I3 para el silicio son mucho menores que parz el germanio para unos niveles similares de potencia y comente, segun se most16 en la figura 1. El resnltado es que afin a mayor tempe- ratura, 10s niveles de I, para 10s diodos de silicio no alcanzan 10s mismos altos niveles que para el germanio, una razon muy importante para qne 10s dispositivos de silicio tengan un nivel significativamente mayor de desarrollo y utilizacidn en el disetio.

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Fundamentalmente, el equi- valente de circuito abierto en la region de polarization inversa es mejor a cnalquier temperatu- ra con silicio en lugar de germanio. Los niveles de Is aumentan a mayor temperatura con niveles menores del voltaje de umbral, como se muestra en la figura 1.

Simplemente, al incrementar el nivel de ITen la ecuacion 1. Mientras la temperatura mejora las caracteristicas en pola1izaci6n directa, en realidad se convienen en caracteristicas m h "ideales", pero cuando se revisan las hojas de espe- cificacion se encuenm que las temperahwas m L all6 del rango de operaciou normal pueden tener un efecto muy perjudicial en 10s niveles de potencia y corriente m6xima.

Cuando el punto de operation de un diodo se mueve desde una region a otra, la resistencia del diodo tambitn carnbiari debido a la forma no lineal de la curva caractenstica.

En 10s siguientes p h a f o s se demostrar6 como el tipo de voltaje o setial aplicado definira el nivel de la resisten- cia de interts. Se presentah tres niveles diferemes en esta section, pero aparecerh de nuevo cuando se analicen otros dispositivos.

Por tanto, es muy importante que su determinacion se comprenda con ciaridad. La resistencia del diodo en el punto de operacibn puede encontrarse con so10 localizar 10s niveles correspondientes de VDe ID coma se muestra en la figura 1.

Los niveles de resistencia en dc en el punto de inflexion y hacia abajo seran mayores que 10s niveles de resistencia que se obtienen para la seccion de crecimiento vertical de las carac- tm'sticas. Coma es natural, 10s niveles de resistencia en la region de polarizacion inversa serin muy altos. Debido a que, par lo regular, 10s ohmetros utilizan una fuente de comente relativa- mente constante, la resistencia deteminada seri en el nivel de corriente predeteminado casi siempre unos cuantos miliamperes.

I Determine los niveles de resistencia en dc para el diodo de la figura 1. I Fwra 1. Resistencia en ac o dintmica A partir de la ecuacion 1. Si se aplica una entrada senoidal en lugar de una entrada de dc, la situation cambiari por comple- to. La entrada variante desplazara de manera instanthea el punto de operation hacia arriba y abajo en una region de las caractensticas y, por tanto, define un cambio especifico en coniente y voltaje, como lo muestra la figura 1.

Sin tenet una sefial con variacion aplicada, el punto de operation sena el punto Q que aparece en la figura 1. La designacion del punto Q se deriva de la palabra estable por la inicial en inglCs de: Linea langente. Una linea recta dibujada tangencialmente a la c w a a traves del punto Q, como se muestra en la figura 1. Se debe hacer un esfuerzo para mantener tan pequefio y equidistante como sea posible el cambio en ei voltaje y en la comente a cualquier lado del punto Q.

En forma de ecuacion,. Mienuas mayor sea la pendiente, menor sera el valor de AVd para el mismo cambio en Aid y - de crecimiento vertical de la caracteris- menor sera la resistencia. AV,, Figura 1. Se ha encontrado la resistencia dinamica en forma grifica, per0 existe una definicion basica en el ciilculo diferencial que establece: La derivada de una funcibn en un punto es igual a la pendiente de la linea tangente dibujada en dicho punto.

Por tanto, la ecuacion 1. Si se encuentsa la derivada de la ecuaci6n general 1. Es decir, tornando la derivada de la ecuacion 1. No hay necesidad de tener las caractensticas disponi- bles o de preocuparse por trazar lineas tangenciales corno se defini6 en la ecuacion 1.

Sin embargo, es imponante considerar que la ecuacion 1. Para valores menores de ID,. Para 10s valores pequeiios de IDpor abajo del punto de inflexidn de la curva, la ecuacion 1. Todos 10s niveles de resistencia que se han deteminado hasta ahora han sido definidos para la union p-n y no incluyen la resistencia del material semiconductor en si Ilamada resis- tencia del cuerpo.

Estos niveles de resistencia adicionales pueden incluirse en la ecuacidn 1.

Por tanto, la resistencia r, incluye la resistencia dinamica defini- da por la ecuaci6n 1. El factor rBpuede tener un rango tipico desde 0. Para el ejemplo 1. Utilizando la ecuaci6n 1.

La diferencia de aproximadamente 1 Q se debe tomar como una contribution de r,. La diferencia de 1. En realidad, la determinacion de rd con un alto grado de exactitud de una curva caractenstica utilizando la ecuaci6n 1. En 10s niveles bajos de comente del diodo, el factor r, es lo suficiente- mente bajo comparado con rd como para permitir que se omita su impacto sobre la resistencia ac del diodo.

En 10s niveles altos de comente, el nivel de r, puede acercarse al de rd,per0 debido a que con frecuencia habra otros elementos de resistencia de mucho mayor magnitud en sene con el diodo, a lo largo del libro se supone que la resistencia ac se encuentra determinada s por rd y que el impacto de r, se i g n o d a menos que se observe lo contrario.

Las mejoras tecnol6gicas de 10s afios recientes sugieren que el nivel de r, continuara disminuyendo en magnitud, y en al n momento se convertid en un factor que con seguridad no se tomarien cuenta al c o m p a r e con r El an6lisis anterior se cent16 s en la regi6n de polarizaci6n directa. En la region de polarization inversa se supondra que el cambio en La comente a lo largo de la linea Is es nulo desde 0 V hasta la regi6n Zener, y que la resistencia ac resultante al utilizar la ecuaci6n I.

Resistencia en ac promedio Si la seiial de entrada es lo suficientemente grande para producir una g a n excursi6n tal como lo indica la figwa 1. La resistencia ac promedio es, por definicidn, la resistencia deter-. En forma de ecuaci6n obdrvese la figura 1. En medio, la resistencia ac haria la transici6n desde un valor alto en 2 mA a1 valor bajo en 17 mA. La ecuaci6n 1. El hecho de que puedautilizarse un nivel de resistencia para tan amplio rango de las caracterfsticas probaa ser bastante 6til en la defini- ci6n de circuitos equivalentes para un diodo en una secci6n posterior.

Tabla resumen La tabla 1. Como se indic6 antes, el contenido de esta seccion es el fundamento para gran cantidad de cAlculos de resistencia que se efectuaran en secciones y capitulos posteriores. En otras palabras, una vez que se define el circuito equivalente, el simbolo del dispositivo puede eliminarse de un esquema, e insertar el circuito equivalente en su lugar sin afectar de forma severa el comportamiento real del sistema.

El resultado es a menudo una red que puede resolverse mediante el empleo de ttcnicas tradicionales de analisis de circuitos. Circuito equivalente de segmentos lineales Una ticnica para obtener un circuito equivalente para un diodo consiste en aproximar las caracteristicas del dispositivo mediante segmentos lineales, como se muestra en la figura 1.

Como es natural, al circuito equivalente que resulta se le llama circuiro equivalente de segmen- ros lineales. A partir de la figura 1. Sin embargo, 10s segmentos resultantes son lo suficientemente cercanos a la cuNa real como para establecer un circuito equivalente, que ofrecera una excelente prime- ra aproximaci6n al comportamiento real del dispositivo. Para la seccion con pendiente del equivalente, el nivel de resistencia ac promed'io que se present6 en la secci6n I.

En esencia, define el nivel de resistencia cuando se encuentra en el estado "encendido". El diodo ideal se incluye con el fin de establecer que existe una unica direcci6n de conduction a. Debido a que un diodo semiconductor de silicio no alcanza el estado de conducci6n hasta que VD alcanza 0. La bateria so10 especifica que el voltaje a traves del dispositivo debe ser mayor que el umbral del voltaje de la bateria antes que pueda establecer- se la conduccion a travQ del dispositivo en la direccian que dicta el diodo ideal.

Cuando se establezca la conduccidn, la resistencia del diodo sera el valor especificado de r,,. Sin embargo, tenga en cuenta que VTenel circuit0 equivalente no es una fuente de voltaje independiente. Si se coloca nn voltimetro a travis de un diodo aislado encima de una mesa de laboratorio, no se obtendra una lectura de 0. La baterfa s represents el defasamiento horizontal de las caracterkticas que deben excederse para establecer la conducci6n.

Por lo regular, el nivel aproximado de ray puede determinarse a partir de un punto de operaci6n en la hoja de especificaciones la cual se analizarri en la seccion 1. Circuito equivalente simplificado Para la mayor parte de las aplicaciones, la resistencia ra, es lo suficientemente pequefia como para omitirse en comparaci6n con otros elementos en la red.

La eliminaci6n de ravdel circuito. Desde luego, esta aproximacion se emplea con frecuencia en el analisis de circui- tos semiconductores segrin se demuestra en el capitulo 2. El circuito equivalente reducido aparece en la misma figura. En este caso, el circuito equivalente se reduciri a1 de un diodo ideal, tal como lo muestra la figura 1.

En el capitulo 2 se veri que esta aproximacion suele hacerse sin perjuicio considerable en cuanto a exactitud.

En la industria, una sustituci6n popular para la frase "circuito equivalente de diodo" es modelo de diodo, un modelo que, por definicion, es la representation de un dispositivo, objeto y sistema existente, y asi sucesivamente. De hecho, esta terminologia de sustitucion se em- pleas6 casi de manera exclusiva en 10s capitulos subsecuentes. Tabla resumen Por claridad, 10s modelos de diodos que se utilizan para el rango de parimetros y aplicaciones de circuito se presentan en la tabla 1.

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Cada uno se investigarz4 con mayor detalle en el capitulo 2. Siempre existen excepciones a la regla general, pero es muy cierto que el modelo equivalente simplificado se utilizari con mu- cha frecuencia en el anilisis de sistemas electr6nicos, rnientras que el diodo ideal es aplicado con mayor regularidad en el anilisis de 10s sistemas de fuente de alimentaci6n donde se loca- lizan 10s mayores voltajes.

Es comun que consistan s de una breve description limitada, a veces de una pagina. De otra forma, es un extenso examen de las caractensticas con sus grrlficas, trabajo artistico, tablas, etc. Sin embargo, en cualquier caso, existen piezas especificas de da- tos que deben incluirse para una correcta utilization del dispositivo. Estos incluyen: El voltaje direct0 VF a una comente y temperatura especificadas 2. La comente directa mixima I, a una temperatura especificada 3.

La comente de saturation inversa IR a una comente y temperatura especificadas 4. El nivel miximo de disipaci6n de potencia a una temperatura en particular 6. Los niveles de capacitancia seglin se definid en la secci6n 1.

El tiempo de recuperaci6n inverso tr, como se definirz4 en la secci6n 1. El rango de temperatura de operation. Dependiendo del tipo de diodo que se considere, tambiin se presentan datos adicionales. Para la aplicaci6n considerada, el significado de: Si se proporciona la mkima potencia o el valor nominal de disipacibn, se entiende que este es igual al producto siguiente:. Es decir,. C Disipaci6o maxima de potencia totd a 25 OC de ambiente Factorde perdida de disipaci6n de potencia lined derde 25 OC 3.

Figurn 1. BA Cortesia de Fairchild Camera a n d I n s t r u m e n t Corporation. Este ejemplo representaria la lista extensa de datos y caracteristicas. El tkrmino recrijicador se aplica a un diodo cuando se emplea con frecuencia en un proceso de rectijicacibn. P M T, - Temperatura ambienre - "C. Cortesia d e Fairchild Camera and Instrument Corporation. Los voltajes minimos de polarizacidn inversa PIV para cada diodo a una comente de saturaci6n inversa especificada.

Caracterfsticas de temperatura segun se indican. El valor de potencia mkima disminuye a una proportion de 3. En este caso, observe como 10s limites su- periores se encuentran alrededor de 0. El tiempo de recuperation inverso es 3 ps para la lista de condiciones de operacion. En algunas de las curvas de la figura 1. Una breve investigaci6n de la seccidn Observe, en la figura superior izquierda, la manera en que V, se increment6 desde cerca de 0.

Sin embargo, como se aprecia en la figura adjunta, la corriente de saturacion inversa se increments con rapidez con el aumento en la temperatura tal como se pronostic6 antes.

En la fignra superior derecha se observa c6mo disminuye la capacitancia con el incremen- to en el voltaje de polarizaci6n inversa, y en la figura inferior se puede ver que la resistencia ac rd es s cercana a 1 Q en mA y aumenta a Q en comentes menores de 1 mA segun se esperaba a partir del antilkis en secciones anteriores.

La comente rectificada promedio, la comente directa pic0 repetitiva y la comente de sobrecarga pico, como aparecen en la hoja de especificaciones, se definen de la manera siguiente:. Corrienre rectificada promedio.

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Una seiial rectificada de media onda descrita en la sec- ci6n 2. Corriente directapico reperirivo. Observe qne deb'ido a que se encuentra en este nivel durante un breve periodo, su nivel puede ser superior a1 nivel continuo. Corriente de sobrecarga pico. En ocasiones, durante-eln e y otros factores similares, e x i s t i h comentes muy alas a uavCs del dispositivo durante breves infervalos de tiempo que no son repetitivos. Este valor nominal define el valor miximo y el interval0 de tiempo para tales sobrecargas del nivel de comente.

Sin embargo, esto no se puede ignorar a frecuencias muy altas. Xc seri lo suficientemente pequefio debido a1 alto valor defpara presentaruna trayectoria de "corto" de bajareactancia. En el diodo semiconductor p-n existen dos efectos de capacitancia que deben considerarse. Ambos tipos de capacitancia se encuentran presentes en las regiones de polarization directa y polarizacion inversa, pero una sobrepasa a la otra de tal manera que en cada region solo se consideran 10s efectos de una sola capacitancia.

En la regibn de polarizacibn inversa se tiene la capacitancia de la regibn de transicihn o de agotamiento C, , mientros que en la regibn de polarizacion directa se tiene la capacitancia de difGibn Cd o de almacenahiento. En la region de polarization inversa existe una regi6n de agotamiento libre de portadores que, en esencia, se comporta como un aislante entre las capas de carga opuesta.

El hecho de que la capacitancia es dependiente del potencial de polarizacion inverso aplicado, tiene aplicacion en numerosos sistemas electr6- nicos. De hecho, en el capitulo 20 se presentari un diodo cuya operation depende totalmente de este fendmeno.

Aunque el efecto descrito tambien se encontrara presente en la region de polarizaci6n directa, Cste es mucho menor que un efecto de capxitancia directamente dependiente de la velocidad a la que la carga es inyectada hacia las regiones justo afuera de la region de agota- miento. El resultado es que niveles crecientes de comente resultarin en niveles crecientes de la capacitancia de difusion. Sin embargo, para 1as aplicaciones de baja o mediana frecuencia except0 en el irea de potencia , por lo regular, el capacitor no esti incluido en el simbolo del diodo.

Rgura 1. Existen ciertas partes de datos que, por lo general, presentan 10s fabricantes en las hojas de especificaciones de diodos. Una de estas cantidades que todavia no se ha considerado es el tiempo de recuperation inverso, y se denota mediante 5,. En el estado de polarizaci6n directa, se mostro antes que existe un gran nhmero de electrones del material tipo n que pasan a travts del material tipo p, y un gran numero de huecos en el tipo n , lo cual es un requisito para la conducci6n.

Los electrones en el tipo p y 10s huecos que se difunden hacia el material tip0 n establecen un gran nhmero de portadores minoritarios en cada material. Si el voltaje aplicado se invierte para establecer una nueva situaci6n de polarization inversa, idealmente se desem'a ver que el diodo cambia de forma instantanea, del estado de conduccion a1 de no conduccion. Sin embargo, debido a que un gran nhmero de portadores minoritarios se localizan en cada material, la comente del diodo se invertiri como se muestra en la figura 1.

En esencia, el diodo permaneceri en el estado de circuit0 cerrado con una comente I,nversa determinada por 10s parhetros de la red. En a l g h momenta, una vez que ha pasado esta fase de almacenamiento, la coniente se reducira en nivel hasta llegar a aquel asociado con el estado de no conduccion. Este segundo period0 se denota mediante r, intewa- lo de transici6n. El tiempo de recuperation inversa es la suma de estos dos intewalos: Naturalmente, es una consideracion importante en las aplicaciones de conmutacion de alta velocidad.

Casi todos 10s diodos de conmutacion disponibles en el mercado tienen un r,, en el rango de unos cuantos nanosegnndos hasta 1 ps. Para la mayor pane de 10s diodos cualquier marca, como un punto o banda, seghn lo muestra la figura 1. El h o d 0 se refiere a un potencial mayor o positivo y el citodo se refiere a una terminal a un potencial m b bajo o negativo. Esta combinaci6n de niveles de polarizaci6n dara por resultado una condici6n de polarizaci6n directa o "encendido" para el diodo.

En la figura 1. Algunos detalles de la consmcci6n real de dispositivos,como 10s que aparecen en la figura 1. Funcion de verificacion de diodos En la figura 1. Observe el pequefio simbolo de diodo en la parte inferior del selector.

Cuando se coloca en esta posicion y se conecta como se muestra en la figura I A3a, el diodo debe estar en encendido", y la pantalla indicari el voltaje de polarization directa tal como 0. El medidor tiene una fuente intema de coniente constante cercana a 2 mA que definira el nivel de volta- je, como se muestra en la figura 1. Una indicacidn OL al conectar como en la figura 1.

Si las conexiones se encuentran invertidas, debe resultar una indicaci6n OL debido a la equivalencia de circuit0 abierto que se espera para el diodo. Por tanto, en general, una indication OL en ambas direcciones es indicativa de un diodo abieno o defectuoso.

Cortesia de Comoutronics Technology. Prueba con un 6hmetro Ohmetro1 En la seccion 1. Por tanto, si se mide la resistencia de un diodo utilizando las conexiones que se seiialan en la figura 1. La indicacion resultante en el ohmetro seri una funci6n de la comente establecida por la bateria intema a travks del diodo a menudo 1.

Mientras mis alta sea la comente, menor sera el nivel de resisten- cia. Para la situaci6n de polarizaci6n inversa la lectura debe ser bastante alta, reqniriendo, tal vez, de una mayor escala de resistencia en el medidor, segun se indica en la figura 1.

Una lectura alta en la resistencia en ambas direcciones indica con claridad una condici6n abierta Terminal negra Terminal roja dispositivo defectuoso , mientras que una lectura muy baja de la resistencia en ambas direc- ciones quiz6 indique un dispositivo en corto. A1 conectar el diodo en forma adecuada a1 diodo rnediaa!

Observe que la escala vertical es de 1 d l d i v , lo que da por resultado 10s niveles indicados. Para el eje horizontal, la escala es de mvldiv, lo que da por resultado 10s niveles de voltaje que se indican.

Aunque, en principio, el instrumento parece ser muy complejo, el manual de instmcciones y algunos momentos de contact0 revelariin que 10s resultados deseados por lo general se pueden obtener sin mucho esfuerzo y tiempo. El mismo instrumento apareceri en mas de una ocasi6n en 10s capitulos subsecuentes, a medida que se investigan las caracteristicas de diversos dispositivos.

La caractenstica cae de manera casi vertical en un potencial de polaizaci6n inversa denotado como VZ. El hecho de que lacurva caiga abajo y lejos del eje horizontal, en vez de aniba y lejos. Tamo el diodo semiconductor como el diodo Zener se presentan uno a1 lado de otro en la figura 1.

El diodo semiconductor, en el estado "encendido", soportara una comen- re en la direccion de la flecha en el simbolo. Para el diodo Zener la direction de la conduccion es ilpuesta a lade la flecha sobre el simbolo, de acuerdo con el comentario en la introducci6n de esta seccion.

Observe, a su vez, que la polarization de V, y de VZ son iguales. Un increment0 en el dopado, que produzca un aumento en el ndmero de impurezas agregadas, disminuira el potencial Zener. Los diodos Zener se encuentran disponibles con poten- ciales Zener desde 1. Debido a su capacidad para soportar mayor temperatura y comente.

El circuito equivalente completo del diodo Zener en la regi6n Zener, incluye una pequeea resistencia dinimica y una bateria igual al potencial Zener, como se muestra en la figura 1. Sin embargo, para todas las aplicaciones siguientes se debera suponer como primera aproximacion que las resistencias son de magnitudes mucho mayores que la resis- tencia Zener equivalente, y que el circuito equivalente es el que se indica en la figura 1.

El termino "nominal" asociado con VZindica que se trata Zener: TABLA 1. La comente de prueba IZ,es la definida por el nivel f de potencia y Z , es la impedancia dinamica en este nivel de cornente. La maxima impedancia del punto de inflexion ocurre en la comente del puntn de inflexion de I.

El coeficiente de temperatura refleja el cambio porcentual en V , con respecto a la tempe- ratura. Un valor positivo reflejana un incremento en VZcon un aumento en la temperatura, mientras que un valor negativo daria como resultado la disminuci6n en el valor con un incremento en la temperatura. Los niveles de 24 V, 6. Regresando a la ecuaci6n 1. El ejemplo 1. Coefieiente de temperatura contra Irnpedancia dinsmica corilente Zener contra forriente Zener.

Corrienrr Zener. I, - mA Colriente Zener. I, - mA. Cortesia de Fairchild Camera and Instrument Corporation. Deteminar el voltaje nominal para un diodo Zener Fairchild IN de la tabla 1. Una vez mas, el Zener de 10 V surge entre 10s Zeners de 6.

Observe igualmente que cuando se cae abajo del punto de inflexi6n de la curva, la resistencia se incrementa a niveles significativos. La identificaci6n de la terminales y el encapsulado para una variedad de diodos Zener apa- rece en la figura 1. La figura 1.

Observe que su aspect0 es muy similar al diodo semiconductor. Cortesia de Siemens Corporation. En la actualidad, 10s dos tipos que se utilizan con mas frecuencia para llevar a cab0 esta funcion son el diodo emisor de luz LED, por las iniciales en inglCs de: Debido a que el LED entra.

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La pantalla LCD se describe en el capitulo Como su nombre lo indica, el diodo emisor de luz LED es un diodo que emite luz visible cuando se energiza.

En cualquier uni6np-n con polarizacion directa existe, dentro de la estruc- tura y en fotma primaria cerca de la union. Esta recombinacion requiere que la energia que posee un electron libre se transfiera a otro estado En todas las uniones p-n de semiconductor, pane de esta energia se emite como calor y otra pane en forma de fotones. En el silicio y el germanio el mayor porcentaje se genera en forma de calor y la luz emitida es insignificante.

En otros materiales. Alproceso de emision de luz mediante la aplicacibn de una fuente de energia eli. Como se muestra en la figura 1. Observe en la figura que la recornbinacion de 10s portadores inyectados debido a la union con polarizacion d'directa genera luz, que se emite en el lugar en que se da la recombinaci6n. Puede haber, desde luego, alguna absorci6n de 10s paque- tes de energia de 10s fotones en la superficie misma, per0 un gran porcentaje se encuenua disponible para salir, segun se muestra en la figura.

La apariencia y caractensticas de una limpara subminiatura de estado s6lido de gran efi- ciencia que fabrica Hewlett-Packard aparece en la figura 1. Observe, en la figura 1. Sin embargo, las condiciones de prueba que se enumeran en la figura 1. El nivel de V, bajo condiciones de polarizaci6n directa se indica como V, y se extiende de 2.

En ouas palabras, se puede esperar una comente de operaci6n tipica de aproximadamente 10 mA a 2. Estas son la intensidad luminica axial Iv y la eficiencia Iuminica q,. La intensidad de la luz se mide en candelas. Una candela emite un flujo de luz de 4rrlfimenes y establece una iluminaci6n de 1 candela pie en un irea de 1 pie cuadrado a 1 pie de la fuente de luz.

Aunque esta description quizi no ofrezca una comprension clara de la candela como unidad de medida, su nivel bien puede compararse entre dispositivos similares. El t6rmino eficncia es, por definicion, una medida de la capacidad de un dispositivo para generar un efecto deseado.

Para el LED, este es el cociente del numero de lumenes generados por watt aplicado de energia electrica.

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La intensidad relativa de cada color contra la longitud de onda se muestra en la figura 1. Debido a que el LED es un dispositivo de unionp-n, tendra una caracteristica en polarizaci6n directa figura 1. Observe el increment0 casi lineal en la intensidad luminica relativa con corriente directa figura 1. The smaller that ratio, the better is the Beta stability of a particular circuit. This is counter to expectations. Theoretically, the most stable of the two collector feedback circuits should be the one with a finite RE.

Since the stability figures of both of those circuits are so small, the apparent greater stability of the collector feedback circuit without RE is probably the result of measurement variability. Collector-Feedback Configuration a. The most critical values for proper operation of this design is the voltage VCEQ measured at 7. It being within 2. The measured voltage VCE is somewhat high due to the measured current IC being below its design value.

In general, the lowest IC which will yield proper VCE is preferable since it keeps power losses down.

For the given specifications, this design, for small signal operation, will probably work since most likely no clipping will be experienced.

Thus, the design is relatively stable in regard to any Beta variation. Emitter-bias Configuration a. This is acceptable. Yes, it changed from K to a value of K. Hence, so did RC and RE. The important voltage VCEQ was measured at 8.

This is probably the largest deviation to be tolerated. If the design is used for small signal amplification, it is probably OK; however, should the design be used for Class A, large signal operation, undesirable cut-off clipping may result. The magnitude of the Beta of a transistor is a property of the device, not of the circuit.

All the circuit design does is to minimize the effect of a changing Beta in a circuit. That the Betas differed in this case came as no surprise. Voltage-divider Configuration a. The measured values of the previous part show that the circuit design is relatively independent of Beta.

The Betas are about the same. The voltage-divider bias configuration was the least sensitive to variations in Beta. This is expected since the resistor R2, while decreasing the current gain of the circuit, stabilized the circuit in regard to any current changes. Computer Exercises PSpice simulation 1. Yes 5.

See Circuit diagram above. Yes 7. Not needed 8. See circuit diagram above. Drain-Source Characteristics a. Transfer Characteristics a. The slope is a constant value. Computer Exercises PSpice Simulation PSpice Simulation Part A 4. Fixed-Bias Network b.

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Self-Bias Network b. Voltage Divider-Bias Network b. For voltage divider-bias-line see Fig. The percent differences are determined with calculated values as the reference. Negligible due to back bias of gate-source function 7. Self-bias Circuit Design a. Thus, the values of the biasing resistors for the same bias design but employing different JFETs may differ considerably.

Thus in our case, the geometric averages would be: Voltage-divider Circuit Design a. The voltage divider bias line is parallel to the self-bias line.

To shift the Q point in either direction, it is easiest to adjust the bias voltage VG to bring the circuit parameters within an acceptable range of the circuit design. If not, the easiest adjustment would be the moving of the voltage- divider bias line parallel to itself by means of raising or lowering of VG.

Its value determines the voltage VG which in turn determines the Q point for the design. See above circuit diagrams. We note that the voltages VC1 and VB2 are not the same as they would be if the voltage across capacitor CC was 0 Volts, indicating a short circuit across that capacitor. The dc collector voltage of stage 1 determines the dc base voltage of stage 2.

Note that no biasing resistors are needed for stage 2.

VGS is a negative number: There will be a change of VB and VC for the two stages if the two voltage divider B configurations are interchanged. The voltage divider configuration should make the circuit Beta independent, if it is well designed. Thus, there should not be much of a change in the voltage and current levels if the transistors are interchanged. Again, depending on how good the design of the voltage divider bias circuit is, the changes in the circuit voltages and currents should be kept to a minimum.

See below. There is almost complete agreement between the two sets of measurements. If we convert the measured rms value of VO to peak value, we obtain 3. Comparing that to the measured peak value of VO which was 3. The dial setting on the signal generator at best can only give an approximate setting of the frequency. Indeed it is, the difference between calculated and measured values is only 10 Hz using the counter, whereas the difference between signal generator setting and calculated values was 50 Hz.

That measurement which is closest to that of the counter is the better measurement. In our case, the scope measures better than the signal generator. Phase-Shift Measurements b. The network is a lag network, i. Note that an angle of Loading Effects c. Thus, VO is considerably reduced. The result obtained for the real part of that impedance is reasonably close to that. The results agree within 1. Therefore, in relationship to the existing resistors in the circuit, it cannot be neglected without making a serious error.

It depends upon the waveform. In case of sinusoidal voltages, the advantage is probably with the DMM. For more complex waveforms, the nod goes to the oscilloscope. For measuring sinusoidal waves, the DMM gives a direct reading of the rms value of the measured waveform.

However, for non-sinusoidal waves, a true rms DMM must be employed. The oscilloscope only gives peak-peak values, which, if one wants to obtain the power in an ac circuit, must be converted to rms. Vout 9. Yes R3 2K Both circuits 5. Common-Emitter DC Bias b. This represents a 1. This relatively large divergence is in part the result of using an assumed value of Beta for our transistor.

For a 2N transistor, the geometric average of Beta is closer to Output Impedance a. Computer Analysis PSpice Simulation 1. As I B increases, so does I C. Therefore V C decreases. Common-Base DC Bias a. Such divergence is not excessive given the variability of electronic components. CB Input Impedance, Zi a. Emitter-Follower DC Bias a. Part 7: Part 8: A better expression for the output impedance is: Thus it can be seen that the given formulation was actually a minimum value of the output impedance.

Input Impedance 1. Output Impedance 1. Yes Transient Analysis 1. Yes 4. Yes 8.

Yes Part 3: Build and Test CE Circuit b. Design parameter Measured value AV min. The gain is about 20 percent below the expected value. To increase it, the supply voltage VCC could be increased. This would increase the quiescent current, lower the dynamic resistance re and consequently increase the gain of the amplifier. Input and Output Impedance Measurements a. Such may not be entirely true. Hence, we observe a 41 percent difference between the theoretical input impedance and the input impedance calculated from measured values.

The two values of the output impedance are in far better agreement. They differ only by. Av AC Voltage Gain of Amplifier a. For stage 2: This seems not to be the case in actuality. There is a reverse leakage current at the gate which reduces the effective input impedance below that of RG by being in parallel with it.

The output impedances again are in reasonable agreement, differing by no more than 9 percent from each other.

Computer Exercise Pspice Simulation 1. Interchange J1 with J2 Computer Exercise 1. No VPlot data 1. Darlington Emitter-Follower Circuit a. Darlington Input and Output Impedance a. It is to be noted however that with such small values the difference in just one ohm manifests itself as a large percent change.

Given the tolerances of electronic circuit due to their components and that of the Darlington chip, the results are quite satisfactory. Cascode Circuit a. BJT Current Source a. Current Mirror a. Multiple Current Mirrors a. No Low-Frequency Response Calculations a. Low Frequency Response Measurements b. High Frequency Response Calculations a. See Probe plot Almost identical 6. Class A Amplifier: DC Bias a. Class-A Amplifier: AC Operation a. In general, Class A amplifiers operate close to a 25 percent efficiency.

This circuit would need to be redesigned to make it a practical circuit. Class-B Amplifier Operation a. Also observe that the two stages of the Class B amplifier shown in Figure Thus, the voltage gain for each stage is near unity.

This is what the data of the input and the output voltages show. Note also, that as the output voltage approaches its maximum value that the efficiency of the device approaches its theoretical efficiency of about 78 percent. Yes 9. Q1 and Q2 3. Maintain proper bias across Q1 and Q2. For either Q1 or Q2: For Q1, Q2, and Q3: For Q1: Computer Exercises Pspice Simulations 1.

Practically yes 3. Both voltages are 1.

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See probe plot page Determining the Slew Rate f. Determining the Common Mode Rejection Ratio g. Published values: Computer Exercises PSpice Simulation: Determining the Slew Rate b. Determining the Common Mode Rejection Ratio b. Inverting Amplifier a. Noninverting Amplifier a. Unity-Gain Follower a. Summing Amplifier a. Low-Pass Active Filter a. High-Pass Filter a. Band-Pass Active Filter c. Slight variance due to PSpice cursor position. Numeric Logarithmic fC low: See tabulation in 9.

Replace R1 with 20 Kohm resistor. Window Comparator a. Determining Vout d. PSpice Simulation b. Wien Bridge Oscillator c. Schmitt-trigger Oscillator c. The data obtained in this experiment was based on the use of a 10 volt Zener diode. Part 1: Series Voltage Regulator a.

Improved Series Regulator a. Shunt Voltage Regulator a. Vin is swept linearly from 2 V to 8 V in 1 V increments. V IN increases linearly from 6 V to 16 V in 0. V OUT theor. The AND Gate: Computer Simulation a. Full-Wave Center-tapped Configuration a. This differs from that circuitoss the AND gate. Q terminal is 3 volts. The network is a lag network, i. Y is identical to that of the TTL clock. The frequency of the U2A: Curves are essentially the same with new scales as shown.

Printed in the United States of America. It depends hoylestad the waveform. The logic states of the simulation and those experimentally determined are identical. Shunt Voltage Regulator a.

In fact, all levels of Av are divided by to obtain normalized plot. Therefore V C decreases. Build and Test CE Circuit b. LED-Zener diode combination b. For JFETs, increasing magnitudes of input voltage result in lower levels of output current. It would take four flip-flops. No significant discrepancies 8.

The collector characteristics of a BJT transistor are a plot of output current versus the output voltage for different levels of input current.