H. Observará que aparecen una etiqueta y otros datos con el medidor seleccione AMMETER H. cuando se coloca en el circuito, los cuales puede eliminar haciendo haciendo doble clic sobre el indicaAmmeter.. Elija Display y quite las marcas de verificación dor para obtener el cuadro de diálogo Ammeter OK,, y el amperímetro de todas las posibilidades listadas. Haga clic en OK amperímetro aparece aparece como se muestra muestra en la figura 2.146. Con la misma opción Indicator puede obtener un voltímetro para el voltaje R2.. a través del resistor R2 Antes de conectar todos los elementos, deberán estar colocados en su posición final. final. Para ello haga clic en el elemento o medidor y mantenga oprimido el botón; lleve el elemento a la posición deseada; los cuatro pequeños cuadrados oscuros alrededor del elemento y las etiquetas asociadas indicarán que están listos para trabajar con ellos. Para cambiar de lugar una etiqueta o un valor, valor, haga clic en el elemento para crear cuatro cuadrados pequeños alrededor de la cantidad y muévala muévala a la posición deseada, manteniendo el botón oprimido durante toda la operación. El cambio de la etiqueta V1 a E requiere un doble clic en la etiqueta V1 para que aparezca el DC_POWER.. Seleccione Label y escriba la nueva refDcs como E. Un clic cuadro de diálogo DC_POWER en OK y la E aparecerá en la pantalla. Siga este mismo procedimiento para cambiar cualquiera de las etiquetas de cualesquier elementos del circuito. Para cambiar el voltaje de 12 V a 20 V haga doble clic en el valor para que aparezca otra vez DC_POWER.. Bajo Value Value,, el Voltage(V) se pone en 20 V. V. Un clic en OK OK,, el cuadro de diálogo DC_POWER y los 20 V aparecerán al lado de la fuente de voltaje en la pantalla. La rotación de cualquiera de los elementos en el sentido de las manecillas del reloj se realiza mediante la secuencia Ctrl-R. Cada rotación girará 90° el elemento. La conexión de los elementos se realiza colocando el cursor en el extremo de un elemento hasta que aparece un pequeño círculo y un conjunto de retículas para designar el punto de inicio. Una vez en su lugar, haga clic en esa posición y aparecerá unax una x en esa terminal. Luego diríjase al otro extremo del elemento y haga doble clic con el ratón; automáticamente aparece un cable de conexión rojo con la ruta más directa entre los dos elementos; el proceso se llama Automatic Wiring (Alambrado automático). automático) . Ahora que todos los componentes están en su lugar es el momento de iniciar el análisis del circuito, una operación que se puede realizar en una de tres formas. Una opción es seleccionar superior de la pantalla, seguida de Run Simulate en la parte superior Run.. La siguiente es la flecha verde en la barra de herramientas. La última es cambiar el interruptor que aparece en la parte superior de la pantalla a la posición 1. En cada caso aparece una solución en los indicadores luego de unos segundos de parpadeo, lo cual indica que el paquete de software está repitiendo el análisis durante un tiempo. Para aceptar la solución y detener la simulación, simulación, ponga el interruptor en la posición 0 o seleccione de nuevo la tecla de la figura de un rayo. La corriente a través del diodo es de 3.365 mA, la cual concuerda muy bien con los 3.32 mA del ejemplo 2.13. El voltaje a través del resistor R2 es de 18.722 V, que se aproxima mucho a los 18.6 V del mismo ejemplo. Después Después de la simulación, el multímetro se puede desplegar en la pantalla como se muestra en la figura 2.146; para ello haga doble clic en el símbolo de medidor. Al hacer clic en cualquier parte del medidor, la parte superior es de color azul oscuro y puede llevar el medidor a cualquier lugar con sólo hacer clic en la región azul y arrastrarlo al sitio deseado. La corriente de 193.379 mA se parece mucho a la de 212 mA del ejemplo 2.13. Las diferencias se deben sobre todo a que se supone que el voltaje a través de cada diodo es de 0.7 V, V, en tanto que en realidad es diferente en cada uno de los diodos de la figura 2.146, puesto que la corriente a través de de cada uno es diferente. No obstante, la solución con Multisim Multisim se asemeja mucho a la aproximada del ejemplo 2.13.
PROBLEMAS
*Nota: Los asteriscos señalan los problemas más difíciles. 2.2 Aná Análisi lisiss por medi medio o de la rect rectaa de carga carga 1. a. Utilizando de las características características de la figura 2.147, determine I D, V D y V R para el circuito de la figura 2.147a. b. Repita la parte (a) utilizando el modelo aproximado del diodo y compare los resultados. c. Repita la parte (a) utilizando el modelo ideal del diodo y compare los resultados. 2. a. b. c. d.
Con las características de la figura 2.147b, determine I D y V D para el circuito de la figura 2.148. Repita la parte (a) con R 0.47 k Repita la parte (a) con R 0.18 k ¿El nivel de V D es relativamente cercano a 0.7 V en cada caso?
¿Cómo se comparan los niveles resultantes de I D? Comente como corresponda.
PROBLEMAS
121
122
APLICACIONES
+
V D
DEL DIODO
–
Si I D
+
+
8V
E
0.33 k V R
R
–
–
(a)
I D (mA)
30
25
20
15
10
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
V D (V)
0.7 V
(b) FIG. 2.147
Problemas 1 y 2.
3. Determine el valor de R para el circuito de la figura 2.148 que producirá una corriente a través del diodo de 10 mA si E 7 V. Use las características de la figura 2.147b para el diodo. 4. a. Con las características aproximadas del diodo de Si, determine V D, I D y V R para el circuito de la figura 2.149. b. Realice el mismo análisis de la parte (a) con el modelo ideal para el diodo. c. ¿Sugieren los resultados obtenidos en las partes (a) y (b) que el modelo ideal puede ser una buena aproximación de la respuesta real en algunas condiciones?
+ + V D
+ E
I D
5V
V D
–
– I D
Si + R
–
2.2 k V R
Si +
+ E
–
30 V
R
2.2 k V R –
–
FIG. 2.148
FIG. 2.149
Problemas 2 y 3.
Problema 4.
2.3 Configuraciones de diodos en serie
PROBLEMAS
5. Determine la corriente I para cada una de las configuraciones de la figura 2.150 utilizando el modelo equivalente del diodo.
I
I
–
+
I
+
–
(a) (b)
(c)
FIG. 2.150
Problema 5. 6. Determine V o e I D para las redes de la figura 2.151. I D V o
V o
I D
(a)
(b) FIG. 2.151
Problemas 6 y 49. *7. Determine el nivel de V o para cada una de las redes de la figura 2.152.
V o
V o
+
(a)
–
(b) FIG. 2.152
Problema 7. *8. Determine V o e I D para las redes de la figura 2.153. I D V o
V o
(a)
(b) FIG. 2.153
Problema 8.
I D
123
124
APLICACIONES DEL DIODO
*9. Determine V o1 y V o2 para las redes de la figura 2.154.
V o
V o
2
V o
2
V o
1
1
kΩ
(a)
(b) FIG. 2.154
Problema 9.
2.4 Configuraciones en paralelo y en serie-paralelo 10. Determine V o e I D para las redes de la figura 2.155.
I D I D V o
V o
(a)
(b) FIG. 2.155
Problemas 10 y 50.
*11. Determine V o e I para las redes de la figura 2.156.
I
I
V o
(a)
V o
(b) FIG. 2.156
Problema 11.
12. Determine V o1, V o2 e I para la red de la figura 2.157. *13. Determine V o e I D para las redes de la figura 2.158.
PROBLEMAS
V o
1
I D
V o
2
I
+
V o
–
FIG. 2.157
FIG. 2.158
Problema 12.
Problemas 13 y 51.
2.5 Compuertas AND/OR 14. Determine V o para la red de la figura 2.39 con 0 V en ambas entradas. 15. Determine V o para la red de la figura 2.39 con 10 V en ambas entradas. 16. Determine V o para la red de la figura 2.42 con 0 V en ambas entradas. 17. Determine V o para la red de la figura 2.42 con 10 V en ambas entradas. 18. Determine V o para la compuerta OR lógica negativa de la figura 2.159. 19. Determine V o para la compuerta AND lógica negativa de la figura 2.160. –5 V
–5 V Si
Si
0V
V o
0V
V o
Si
Si 1 kΩ
2.2 k Ω
–5 V FIG. 2.159
FIG. 2.160
Problema 18.
Problema 19.
20. Determine el nivel de V o para la compuerta de la figura 2.161. 21. Determine V o para la configuración de la figura 2.162.
V o
V o
FIG. 2.161
FIG. 2.162
Problema 20.
Problema 21.
2.6 Entradas senoidales; rectificación de media onda 22. Suponiendo un diodo ideal, trace vi, vd e id para el rectificador de media onda de la figura 2.163. La entrada es una forma de onda senoidal con una frecuencia de 60 Hz. 23. Repita el problema 22 con un diodo de silicio ( V K 0.7 V) 24. Repita el problema 22 con una carga de 6.8 k aplicada como se muestra en la figura 2.164. Trace v L e i L.
125
126
APLICACIONES
i d
+
V cd = 2 V i L
vi
V cd = 2 V
–
vd
–
Ideal
Ideal
+
v d
+
DEL DIODO
+
i d
vi
2.2 k
2.2 kΩ
6.8 k
R L
v L
–
–
FIG. 2.163
FIG. 2.164
Problemas 22 a 24.
Problema 24.
25. Para la red de la figura 2.166; trace vo y determine V cd.
*26. Para la red de la figura 2.166; trace vo e i R. i R
vi
10 V
1 kΩ
+
v o (V cd)
t
0
10 kΩ vo
Si
–
–
–10 V
+
vi
FIG. 2.165
FIG. 2.166
Problema 25.
Problema 26.
*27. a. Dada Pmáx 14 mV para cada uno de los diodos de la figura 2.167, determine los valores nominales de corriente máxima de cada diodo (utilizando el modelo equivalente aproximado). b. Determine I máx para V imáx 160 V. c. Determine la corriente a través de cada diodo en V imáx utilizando los resultados de la parte (b) d. Si sólo hubiera un diodo, determine la corriente a través de él y compárela con los valores nominales máximos. vi
Si
I máx
160 V
+ t
0
vi
Si
4.7 kΩ
56 kΩ
–
FIG. 2.167 Problema 27.
2.7 Rectificación de onda completa 28. Un rectificador de onda completa en configuración de puente con una entrada senoidal de 120 V rms
tiene un resistor de carga de 1 k . a. Si se emplean diodos de silicio, ¿cuál es el voltaje disponible en la carga? b. Determine el valor nominal de PIV de cada diodo. c. Encuentre la corriente máxima a través de cada diodo durante la conducción. d. ¿Cuál es la potencia nominal requerida de cada diodo? 29. Determine vo y el valor nominal de PIV de cada uno de los diodos de la configuración de la figura 2.168. vi
+ 100 V
t
vi
Diodos ideales
+
vo
–100 V 2.2 kΩ
–
– FIG. 2.168 Problema 29.
*30. Trace vo para la red de la figura 2.169 y determine el voltaje de cd disponible.
vi
PROBLEMAS
+
100 V
t
Diodos ideales
vi
vo
+
–100 V
2.2 kΩ
2.2 kΩ
2.2 kΩ
–
–
FIG. 2.169
Problema 30.
*31. Trace vo para la red de la figura 2.170 y determine el voltaje de cd disponible.
vi
+
170 V
t
Diodos ideales
2.2 kΩ –
vi
vo
+
2.2 kΩ
–170 V
2.2 kΩ –
FIG. 2.170
Problema 31.
2.8 Recortadores 32. Determine vo para cada una de las redes de la figura 2.171 con la entrada mostrada.
5V +
–
v
v
o
o
FIG. 2.171
Problema 32.
33. Determine vo para cada una de las redes de la figura 2.172 con la entrada mostrada.
5V vo
(a) FIG. 2.172
Problema 33.
–
(b)
+
vo
127
128
APLICACIONES
*34. Determine vo para cada una de las redes de la figura 2.173 con la entrada mostrada.
DEL DIODO
–
2V
+
Ideal vo
+
+
vi
1 kΩ
vo
–
–
(a)
(b)
FIG. 2.173
Problema 34. *35. Determine vo para cada una de las redes de la figura 2.174 con la entrada mostrada.
v
+
Si +
–
o
v
o
4V –
(a)
(b)
FIG. 2.174
Problema 35. 36. Trace i R y vo para la red de la figura 2.175 con la entrada mostrada.
i R + 5.3 V –
v o – 7.3 V +
FIG. 2.175
Problema 36.
2.9 Sujetadores 37. Trace vo para cada una de las redes de la figura 2.1 76 con la entrada mostrada.
v o
v o
– +
(a) FIG. 2.176
Problema 37. 38. Trace vo para cada una de las redes de la figura 2.177 con la entrada mostrada. ¿Sería una buena aproximación considerar que el diodo es ideal en ambas configuraciones? ¿Por qué?
PROBLEMAS
+
v
o
v
o
E
–
(a) FIG. 2.177
Problema 38.
*39. Para la red de la figura 2.178: a. Calcule 5t. b. Compare 5t con la mitad del periodo de la señal aplicada c. Trace vo.
–
v
+
FIG. 2.178
Problema 39.
*40. Diseñe un sujetador para que realice la función indicada en la figura 2.179.
Diodos ideales
Diseño
FIG. 2.179
Problema 40.
*41. Diseñe un sujetador para que realice la función indicada en la figura 2.180.
Diodos silicio
Design Diseño
FIG. 2.180
Problema 41.
o
129
130
APLICACIONES DEL DIODO
2.10 Diodos Zener *42. a. b. c. d.
Determine V L, I L, I Z e I R para la red de la figura 2.181 si R L 180 . Repita la parte (a) si R L 470 . Determine el valor de R L que establecerá las condiciones de potencia máxima para el diodo Zener. Determine el valor mínimo de R L para garantizar que el diodo esté “encendido”.
I L I Z
I R
V Z = 10 V P Z = 400 mW
V L
máx
FIG. 2.181
Problema 42.
*43. a. Diseñe la red de la figura 2.182 para mantener V L a 12 V con una variación de la carga ( I L) de 0 mA a 200 mA. Es decir, determine RS y V Z . b. Determine P Z máx para el diodo Zener de la parte (a) *44. Para la red de la figura 2.183, determine el intervalo de V i que mantendrá V L a 8 V y que no excederá la potencia nominal máxima del diodo Zener.
RS V i
V Z
P Z
máx
FIG. 2.182
FIG. 2.183
Problema 43.
Problemas 44 y 52.
45. Diseñe un regulador de voltaje que mantendrá un voltaje de salida de 20 V a través de una carga de 1 k con una entrada que variará entre 30 y 50 V. Es decir, determine el valor apropiado de RS y la corriente máxima I ZM . 46. Trace la salida de la red de la figura 2.140 si la entrada es una onda cuadrada de 50 V. Repita para un a onda cuadrada de 5 V.
2.11 Circuitos multiplicadores de voltaje 47. Determine el voltaje disponible con el duplicador de voltaje de la figura 2.118 si el voltaje secundario del transformador es de 120 V (rms). 48. Determine los valores nominales de PIV requeridas de los diodos de la figura 2.118 en función del valor pico del voltaje secundario V m.
2.14 Análisis por computadora 49. Analice la red de la figura 2.151 con PSpice para Windows. 50. Analice la red de la figura 2.155 con PSpice para Windows. 51. Analice la red de la figura 2.158 con PSpice para Windows. 52. Realice un análisis general de la red Zener de la figura 2.183 utilizando PSpice para Windows. 53. Repita el problema 49 utilizando Multisim. 54. Repita el problema 50 utilizando Multisim. 55. Repita el problema 51 utilizando Multisim. 56. Repita el problema 52 utilizando Multisim.
