Taller No 1 Diodos Estefanía Torres Nicolás Ballesteros Víctor López
cod: 20101005074 cod: 20101005053 cod: 20101005066
1) b)
c)
2. (a)Empleando las características de la figura 2.149b determine ID y VD para el circuito de la figura 2.150 Planteamos las ecuaciones de mallas, tenemos que: , haciendo uso d e la primera aproximación tendremos que
(Ese va a ser el pun to
donde empiece nuestra recta) Ahora si decimos que la corriente en la malla es nula, tendremos que tendremos nuestro punto final en la línea. Entonces al trazar la recta tendremos que el punto donde se interceptan es: 0.75V en el diodo dejando circular 2.5mA de corriente
(b) Usando Usand o la primera deducción deducción tenemos que Usando la segunda obtenemos el mismo resultado . Al trazar en la grafica del comportamiento del diodo esta recta obtenemos que el p unto Q de cruce es:0,8V es:0,8V en el diodo dejando circular 9mA de corriente (c)Usando la primera deducción tenemos que
Usando la segunda obtenemos el mismo resultado resultado . Al trazar en la grafica del comportamiento del diodo esta recta obtenemos que el p unto Q de cruce es:0,95V es:0,95V en el diodo dejando circular 22.5mA de corriente (d)El nivel de VD es relativamente relativamente cercano a 0.7, en todos los casos; sin embargo cuando se usan resistencias mas grandes en este circuito obtendremos un valor umbral más cercano
Los niveles de corriente aumentan o disminuyen mucho en la escala de la grafica,por muy poca diferencia de potencial, entre más pequeña sea la resistencia de carga, y más alto el potencial de la fuente, mas corriente obtendremos 3. Determine el valor de R para el circuito de la figura que ocasionaría una corriente de diodo de 10 mA si E=7V. Utilice las características características del diodo. Sabemos que el comportamiento del diodo está dado por una gráfica y que la corriente de diodo está dada por la intersección entre esta gráfica y la recta de carga(corriente/voltaje) del circuito, es decir:
Como se puede observar se podría afirmar que la corriente del circuito está dada por la intersección con el eje Y de la recta de carga, es decir aproximadamente 11.25mA. Por ley de ohm se pude decir que:
Reemplazando los valores obtenidos obtenidos durante el análisis grafico nos queda que:
Despejando R:
4) (a) Empleando las características características aproximadas del dioso d e Si, determine el nivel de
para el circuito de la figura Rta/ Debido a que estamos usando las características características aproximadas d el diodo, este va a tener un voltaje de
Por esto y usando u na malla hallamos la corriente del circuito
Y usando la corriente hallamos el voltaje en R
(B) Desarrolle el mismo análisis del inciso (a) utilizando el modelo ideal del diodo
Rta/ Debido a el uso del modelo ideal del diodo, este se comporta como un corto por ello el voltaje en el diodo
, por ello la corriente en el circuito será Y esto nos da un voltaje en R de
C) Los resultados obtenidos en los incisos (a) y (b) sugieren que el modelo ideal puede proporcionar una buena aproximación para la respuesta real bajo ciertas condiciones Rta/ Dado que las características aproximadas del diodo toman como voltaje de este 0.7v , que es un voltaje bajo, para circuitos no muy complejos nos va a proporcionar un resultado con un margen de error bajo.
5. (a) La corriente en el circuito será nula, debido a qu e la fuente DC hace que el diodo se encuentre polarizado en inverso, razón por la cual no conduce (b) planteamos la ecuación de malla
entonces si despejamos
(c) A simple vista vemos que la corriente en este circuito no circulará por los diodos ya que alguno se encontrará en estado de bloqueo, entonces usando ley de ohm tenemos
6. Determine para las siguientes redes:
a)Se puede observar que el diodo está en encendido así que conduce y además por ser un diodo de silicio se puede afirmar que consume que aproximadamente 0,7V asi que para hallar Vo solo hay hacer la siguiente malla:
También sabemos que la corriente que circula por el diodo debe ser la misma que la d e la resistencia debido a que son elementos que están en serie, así que se puede afirmar la siguiente expresión:
7) Determine el nivel de Vo para cada red de la figura.
a) Planteando la corriente de la malla, tenemos que :
y el voltaje de de la resistencia de 2k va ser Vo por esto hallando este voltaje tenemos b) Planteando la corriente de la malla, tenemos que :
Ahora tenemos que Vo es igual al voltaje que cae en la
resistencia de 4.7k menos el voltaje de la fuente de 2 v entonces,
8. Determine V0 e ID para las redes de la figura (a) Asumimos que el diodo y la resistencia de 1.2k se encuentran en paralelo con la resistencia de 2.2k. Por lo tanto:
Por nodos tenemos que
Remplazamos está, en la ecuación
sacada previamente
Y finalmente
Donde el voltaje V0 señalado en el montaje experimental equivale a
(b) Redibujando el circuito e inscribiendo su ecuación de mallas tenemos que:
Entonces
y por Ley de voltajes tenemos que 20V-6.8k*=
Tomando en cuenta el mismo punto de referencia
9. Determine para los siguientes circuitos:
a) Está dado por la siguiente ecuación, teniendo en cuenta que el diodo de silicio consume aproximadamente 0,7V:
Vo2 es el voltaje que consume el diodo de germanio, así que se puede decir que:
b) Vo1 está dado por la fuente de voltaje menos el consumo de los diodos de germanio y de silicio, es decir:
Mientras que Vo2 está dado por el voltaje que cae en la resistencia de 3,3Kohm, voltaje para el cual requerimos primero la corriente del circuito.
Para ahora si poder hallar el voltaje en esa resistencia que es:
10) Determine el nivel de Vo y para cada red de la figura.
a) Dado que los dos diodos se encuentra encendidos y son exactamente iguales tenemos que la corriente el uno de ellos va a ser la mitad de la corriente del circuito, por ello.
y Vo es igual a
b) Dado a que el diodo de la parte izquierda se encuentra en estado apagado es decir en circuito abierto, s como si no estuviera en el circuito, por ello el an álisis se realiza solo con un diodo.
11. Determine V0 e ID para las redes de la figura (a) Teniendo en cuenta que el diodo de Silicio y el diodo de germanio se encuentran en paralelo, tendrán el mismo potencial, entonces el diodo de silicio se limitará a tener una diferencia de potencial de 0,3 V entrando así en estado deno conducción
Entonces tendremos que
El voltaje medido en el punto de esa referencia será9.7V (b) En este circuito todos los diodos conducen, aunque se puedan hacer dos mallas, las dos nos quedan planteadas exactamente iguales, asi:
Entonces
12. Determine e I del siguiente circuito: Vo1 está dado por el voltaje del diodo de silicio, es decir:
Mientras que Vo2 está dado p or el voltaje en el diodo de germanio, es decir:
Para poder hallar I primero toca hallar las corrientes que llegan al nodo, para esto hacemos las ecuaciones de las 2 mallas:
Y
Teniendo ya la ecuación de las 2 mallas podemos despejar las corrientes del nodo de la siguiente manera:
Es decir que:
13) Determine el nivel de Vo y para la red de la figura Haciendo las ecuaciones del nodo de V0 Tenemos que :
Despejando tenemos que
De la ecuación podemos también hallar
2.6 Compuertas AND/OR 14. Determine V0 para la red de la figura 2.40 con 0V en ambas entradas R. La salida V0 será por obvias razones 0V 15. Determine para la red si ambas entradas son de 10V. Con ambos diodos en encendido el voltaje en Vo será:
Es decir:
16) Determine Vo para la red de la figura con 0v en ambas entradas Como los dos diodos están en conducción el voltaje en Vo va a ser la aproximación del diodo es decir 0.7V
17. Determine V0 para la red de la figura 2.43 con 10V en ambas entradas R. Ya que se trata de una compuerta lógica AND tendremos que la salida de será 10V 18. Determine para la red : Se puede observar que el diodo 1 está en encendido por lo cual deja circular la corriente y aun así el diodo 2 este en apagado nos entrega un voltaje de:
19) Determine Vo para la compuerta And negativa lógica de la figura Como el diodo entrada -5V , no
de arriba tiene como este se encuentra en conducción. Pero el diodo de encuentra por ello el voltaje Vo será de -0.7V
abajo se conducción
20. Determine el nivel V0 para la compuerta de la figura 2.163 R. Se trata del mismo circuito del ejercicio 17; la salida V0 será 10 V 21. Determine para: Debido a que el diodo de silicio tiene un voltaje de diodo mayor que el d e germanio a la resistencia de 2,2 kohm únicamente llegara el voltaje del segundo terminal de la siguiente manera:
2 7 Ent d s s noid l s y ¡
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22 As un diodo ide dibu je para e rec ificador de media onda de la figura. e La entrada es una forma de onda senoidal con una frecuencia 60 ¦
§
¨
©
El volta je en el diodo será 0v cuando el diodo este en conducción y será de-6.28v cuando este en inverso
La corriente del circuito se halla mediante
23. Repita el problema 22 con un diodo d e silicio V =0.7V Sabemos que el volta je dc de salida en el ejercicio es de 2V por ley de kirchhoff tenemos que Este será el volta je pico de mi se al de entrada Ahora sabemos que el diodo consumirá 0.7V mientras se encuentre en directo y consumirá todo el volta je en el semiciclo negativo. La corriente que pasará por la malla será igual a usando ley de ohm)
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"
#
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a) b) c) Para la grafica a) Vi en función del tiempo tenemos que el voltaje pico será 6.9831V, a una frecuencia de 60Hz; para la grafica b) VD en función del tiempo tenemos que el voltaje pico positivo será 0.7V y el voltaje pico negativo -6.9831V con la misma frecuencia. Para la corriente en función del tiempo tenemos que el pico positivo nos valdrá 2.85mA, a la misma frecuencia de 60Hz
24. Asumiendo un diodo ideal dibuje del siguiente circuito: Si tenemos que el voltaje en dc hacia la carga es de 2V entonces con la formula podríamos deducir que:
Así que el Vpico de la onda después de rectificada es de 6,289V. Como se puede observar las 2 resistencias están en paralelo, eso indica que reciben el mismo voltaje, quedando Vl d e la siguiente manera:
Para la gráfica de corriente se observara una corriente máxima de:
Y la gráfica quedará de la siguiente manera:
25) Para la red de la figura dibuje Vo y determinar Teniendo el voltaje rms , hallamos el voltaje pico y con este hallamos el voltaje dc:
26. Para la red de la figura dibujar V0 e IR Tenemos que el diodo y la carga se encuentran en paralelo; esto se trata de un recortador en paralelo Para el semiciclo positivo el diodo de silicio estará encendido, por lo qu e el voltaje se limitara a ser 0.7V en la carga Para el semiciclo negativo, (teniendo en cuenta que el diodo se comporta como un corto) tendremos en la carga el valor del voltaje de entrada, menos lo que consume la resistencia de 1k. Aplicando Kirchhoff tenemos que
La corriente la sacamos utilizando ley de ohm
Graficas:
a)
Voltaje en la carga
b) corriente en la carga
27.
a) Dado corriente.
para cada diodo determine el valor nominal máximo de la
Sabemos que
%
Entonces reemplazando valores obtenemos %
b) Determine cuando Para hallar la corriente máxima simplemente realizamos la malla del circuito, pero para esto primero hacemos el paralelo de las resistencias Luego hallamos la corriente máxima que podría pasar por el circuito con la siguiente formula: c) Determine la corriente de cada diodo a usando los resultados de b) d) Si solo un diodo estuviera presente determine la corriente de diodo y compárela con el valor nominal máximo. Como se puede observar estas corrientes son distintas, lo cual indicaría que estamos llevando al diodo a su límite y posiblemente causemos un ef ecto destructivo en él. &
28)Un rectificador de onda completa tipo puente con una entrada senoidal de120V rms tiene una resistencia de carga de 1k a) Si se emplean diodos de silicio ¿Cuál es el volta je de dc disponible en la carga? Hallando el volta je pico de la función
Pero como estamos usando la aproximación del diodo a 0.7 V y como en el rectificador tipo puente dos de estos diodos están en conducción tendremos que el volta je
b) Determine el valor nominal de PIV requerido para cada diodo. Cuando el diodo esta en modo apagado debe aguantar un volta je máximo inverso que va ser el volta je de la se al más su volta je aproximado. c) Encuentre la corriente máxima a través de cada diodo durante la conducción. La corriente máxima en cada diodo se dará cuando se utilice el modelo ideal d el diodo por lo cual la corriente se disminuye a: d) ¡cual es el valor nominal de potencia requerida por cada diodo? La potencia va a ser el resultado del cálculo de la aproximación del diodo y la corriente máxima entonces: '
29. Determine V0 y el valor nominal requerido de PIV para cada diodo d e la configuración de la figura 2.170 Tomando los diodos ideales tendremos que la salida V0 será de esta forma Donde el Voltaje pico será igual a Vi pero la fercuencia será 2 veces la inicial
Sabemos que cuando usamos un puente de diodos el valor nominal requerido esVm o el voltaje de salida Pero en este caso usamos diodos ideales, entonces 30. Dibuje para la red y determine el voltaje dc disponible.
Al observar el circuito se puede ver que durante el semiciclo positivo de la onda de entrada el voltaje en Vo es el mismo de la onda de entrada ya que la corriente coje por el diodo derecho permitiendo que en la carga se cree un voltaje, pero cuando la onda se encuentra en el semiciclo negativo se puede observar que toma por el diodo izquierdo impidiendo que la corriente llegue a la carga y se produzca un voltaje en ella, por lo cual se puede o bservar la siguiente grafica: Como se puede observar esta es una rectificación de media onda por lo cual su voltaje dc se puede hallar de la siguiente manera:
31) Dibu je Vo para la red de la figura y determine el volta je Dc disponible
Para el semicírculo positivo el diodo d e la parte superior se encontrara en corto. Por lo cual tendremos la resistencia de Vo estará en paralelo con una de las otras dos resistencias. Por lo
cual el cálculo de Vo se reduce al cálculo de un divisor de volta je. Para el semicírculo negativo el diodo d e la parte de arriba se encuentra en conducción y el de aba jo no, lo cual nos va a producir la misma configura ción de circuito por lo tanto va a ser el mismo calculo
El volta je dc del circuito sera
rectificación de onda completa con valor pico de 55.66V y valor dc de 36.07V
32 Determine V0 para cada red de la figura, para la entrada mostrada a) El diodo de silicio r ecorta los picos positivos y solo permite el pa so d e los negativos la salida será una onda como la mostrada menos 0.7V consumidos por el diodo. Su nuevo volta je pico inf erior será -19.3V (
)
b) Este necesita un poco más de análisis Dividimos el semiciclo positivo en 3 1° para cuando la onda esta entre 0 y 5 el diodo esta on entonces me deja pasar la onda de entrada ba jada 5V 2° para cuando el valor de la onda esta entre 5 pasa por Vp y ba ja de nuevo a 5 el diodo se encuentra off , por lo que el volta je en la carga será 0 3° Cuando la onda esta entre 5 y todo el semiciclo negativo, el diodo esta on, por lo que pasa una corriente igual a la de la onda menos ba jada 5V Su volta je pico negativo será igual a -25V 0
Tendremos una onda de salida V0 contra Vi como la siguiente:
33. Determine Vo para cada uno de los siguientes circuitos para la siguiente entrada: a) Cuando el diodo se encuentra en estado de conducción, es decir cuando la ond a esta en su semiciclo positivo Vo esta dado por:
Pero durante el semiciclo negativo de la onda el diodo entra en apagado, por consecuencia el Vo es 0V.
b) Al igual que en el anterior ejercicio, cuando la onda está en su semiciclo positivo el diodo esta en estado de conducción y Vo esta dado por:
Pero durante el semiciclo negativo de la onda el diodo entra en apagado, por consecuencia el Vo es 0V.
34) Determine Vo para cada red de la figura, para la entrada mostrada.
a) Para una entrada positiva el diodo va a estar en estado de no conducción por lo que el voltaje Vo va a ser igual a 0V, para la entrada negativa de -5V tenemos que
b) Para la entrada de 20V el diodo se encontrara en conducción y al ser un diodo ideal, este va ser un corto por lo cual el voltaje Vo=Vi= 20V, para la entrada negativa de -5V el diodo se encontrara en no conducción, por ello Vo= 5V 35 Determine V0 para cada red de la figura 2.176 para la entrada mostrada (a) Tenemos aquí un limitador en paralelo Haciendo la malla tenemos que Vi=VR+0.7V+4V entoncesVi-VR>4.7V para que el diodo conduzca De otra manera el diodo se comportará como un circuito abierto y dejará que pase la señal de la onda Para Vi-VR>4.7V la salida serán 0.7+4V= y 4.7V y Para Vi-VR<4.7V el diodo será un circuito abierto y tendremos la misma función Vi medida (b) Tenemos por mallas que Vi-VR-4V>0.7V Entonces fácilmente nos damos cuenta que la onda es bajada 4 voltios por la fuente de voltaje DC El diodo conducirá únicamente cuando Vi-VR>4.7V siendo V0 en este tiempo 0.7V Y cuando esto no ocurre la salida V0 será: Vi-VR-4V Pico positivo 0.7V, pico negativo -12V
36. Dibuje para el siguiente circuito:
Durante el semiciclo positivo de la onda el diodo de la izquierda queda encendido y en la salida se vera la onda igual que en la entrada
hasta
que
esta alcance los 5,3V y ahí se mantendrá hasta que la onda original sea menor a este valor. Cuando la onda este en el semiciclo negativo la onda de salida será igual a la de entrada hasta que esta alcance un valor de -7,3 voltios, valor que se mantendrá hasta que la onda de entrada sea menor a este tope; es decir me quedará la siguiente onda:
Para hallar Ir se deben hacer 2 analisis, uno durante el semiciclo positivo y otro durante el negativo, durante el primero podemos observar la siguiente malla:
Despejando I obtenemos que:
Ahora cuando la onda se encuentra en su semiciclo negativo se puede observar que:
Además, cabe aclarar que la corriente en la resistencia es máxima o mínima cuando el diodo entra en conducción y el voltaje alcanza su tope, quedándonos la siguiente gráfica:
38. Dibuje V0 para cada red de la figura 2.179 para la entrada mostrada ¿Seria una buena aproximación considerar al diodo ideal para ambas configuraciones ¿Por qué? (a) En el semiciclo positivo el diodo de silicio se comportará como un circuito abierto por lo que el voltaje en la resistencia de carga será igual a el voltaje de entrada más el voltaje del condensador; pero c omo el condensador se carga al mismo valor de el voltaje de entrada ten emos que en el semiciclo positivo el voltaje será V0=2Vi (un voltaje pico positivo de 240V)
Para el semiciclo negativo tenemos que el diodo se encuentra encendido y consume 0.7V; teniendo en cuenta que la resistencia esta en paralelo con el diodo el voltaje V0=0.7V (un voltaje pico negativo de 0.7V) Dándonos un voltaje V0 esperado así:
(b) Realizando un análisis similar tenemos: En el semiciclo positivo: y Cuando la señal de entrada todavía no ha alcanzado a valer 10.35V, el diodo se comporta como un circuito abierto por lo que la señal V0 será igual a 2Vi y El diodo esta en funcionamiento cuando la señal supera los picos con valor de 10.35V, por lo que la señal de salida será igual a20.7V En el semiciclo negativo: y El diodo no está en funcionamiento, por lo que el voltaje V0 será 2V0 con un pico negativo de -240V
Conclusion : El cambio de tomar o no los diodos como ideales modifican 0.7V del voltaje real; puede que no parezca muy significante, pero hay que tenerlos en cuenta si existe otro circuito conectado a la salida de estos que maneja dispositivos con polaridad. 39. Para el siguiente circuito: a) Calcule
b) Compare con la mitad del periodo de la señal aplicada.
Se puede observar que la mitad del periodo de la señal es 56 veces el tiempo de carga del condensador. c) Dibuje Vo.
Como se puede observar la grafica se bajo 22V, 20 por efecto de el cambiador de nivel y 2 por la fuente dc en serie con el diodo.
40) Diseñe un cambiador de nivel que realice la función indicada en la figura
41. Diseñe un cambiador de n ivel que realice la función indicada
Siendo XFG1 un generador de señales cuadradas de 10V de amplitud 4
42. Determine del siguiente circuito si Rl = 180ohm Lo primero que hacemos es comprobar si por la carga pasan al menos 10V que asegurarían que el diodo estuviera en encendido.
Como podemos ver por la carga únicamente pasan 9 voltios lo cual nos indica que el diodo esta apagado, por lo cual funciona como un circuito abierto dándonos los siguientes valores:
Una vez obtenida la corriente de diodo podemos ob tener la corriente de ambas resistencias d e la siguiente manera:
43) a) Diseñe la red de la figura para mantener Vl en 12 V ante una variación de carga ( Il) de 0 a 200mA. Luego determine Rs y Vz a)Para mantener Vl en 12 V decimos que este es el voltaje de zener por lo cual al estar en paralelo nos va alimitar a este voltaje, con esto hallamos RL
Tomando la formula de un divisor de voltaje tenemos que
b) Determine Pz max para el diodo zener del inciso (a) La potencia del diodo zener va ser igual a
44 Para la red de la figura 2.185 determine el rango Vi que mantendrá a VL en 8V y que no excederá el valor nominal de la potencia máxima del diodo Zener Hallemos el voltaje minimo requerido para encender e l zener Sabemos que:
Nos presentan otro dato; nos dicen que la potencia máxima del Zener Pmax=40mW; pero como P=V*I entonces Pmax=VD*IZMAX. Despejando IDMAX tenemos que IZMAX=5mA Entonces Hallamos la corriente en RL
Entonces Vmax=
45. Diseñe un regulador de voltaje que mantenga un voltaje de salida de 20V a través de una carga de 1kohm con una entrada que variará entre 30V y 50V. Esto es, determine el valor apropiado de Rs y de la corriente máxima Iz. Implícito en el ejercicio esta el valor de Vz, que es de 20 V, voltaje que es el mismo en la resistencia de carga, asi que mediante un divisor de voltaje podemos saber el valor de Rs de la siguiente manera:
La corriente máxima en el diodo se da cuando el voltaje máximo que obtenemos las siguientes corrientes:
Una vez obtenidos estos valores ya podemos h allar la corriente máxima del diodo:
46) Dibuje la salida de la red de la figura si la entrada es una onda de 50V. Repita para una onda de 5V Para una onda cuadrada de 50V, ténenos que z1 esta conduciendo pero el z2 no lo esta pero entre ellos hay un potencial de 10 V por lo cual la señal de salida será de 10 V, EN caso opuesto en el semiciclo negativo tendremos los zener con comportamientos inversos por lo cual nuestro voltaje d e salida será -10V
Para una onda cuadrada de 5v, tendremos que Z1 no se encuentra en conducción por esto nos deja un circuito abierto en el que tampoco tomamos a Z2 p or esto la señal de entrada será la misma señal de salida. Circuitos multiplicadores de voltaje 47. Determine el voltaje disponible del doblador de voltaje de la figura 2.120 si el voltaje secundario del transformador es 120V (rms) Entonces el voltaje pico es de: 169.7V El circuito de la figura 2.120 es un doblador de voltaje; por lo tanto el voltaje obtenido será igual a 2Vp= 2 (169.7V)= 339.4125V 48. Determine los niveles nominales PIV de los diodos del circuito en términos del voltaje secundario pico . Suponiendo diodos ideales, si hacemos la malla exterior durante el segundo semiciclo obtendremos que:
Pero sabemos también que durante el primer semiciclo el condensador uno se cargara, adquiriendo el voltaje de Vm ( dejándonos la siguiente malla:
Asi que, sabemos que el valo nominal PIV del diodo uno debe ser mayor o igual a Vm, mientras que el de el diodo dos debe ser mayor o igual a 2Vm.
Análisis por computadora 50. con PSpice 53.Repita el problema 49 usando Electronics Workbench Usaré multisim ® a)
b)
54. Desarrolle un análisis del siguiente circuito simulándolo.
Realizando el análisis sugerido por el libro y cambiando los diodos de silicio por fuentes DC los circuitos quedan de la siguiente manera con sus respectivas mediciones:
55) Desarrolle un análisis de la red utilizando s imulador.
56. Repita el problema 52 utilizando Electronics Workbench Con el valor minimo de volta je obtenido
Con el valor máximo de volta je obtenido
