Enunciados Prob Electrónica

PROBLEMAS DE ELECTRÓNICA

PROBLEMAS DE ELECTRONICA Problemas: Temas-1 y 2

1. La ley de Ohm relaciona V, I y R para un resistor. En cada una de las siguientes situaciones encuentre el elemento que falta:

a. R= l kΩ, V = 10 V b. V=10V, I=lmA c. R= 10 kΩ, I= 10 mA d. R= 100 Ω, V = 10 V

2. La ley de Ohm y la ley de la potencia para un resistor relacionan V, I, R y P, haciendo sólo dos variables independientes. En el caso de cada uno de los siguientes pares identificados, encuentre los otros dos:

a. R=1kΩ , I= l0mA b. V= 10V, I= 1mA c. V=10V, P= lW d. I=10mA, P= 0.1 W e. R = 1kΩ , P = 1W

3. Con tres resistores cuyos valores son 10 kΩ, 20 kΩ y 40 kΩ . ¿Cuántas resistencias diferentes podría

crear usando combinaciones en serie y paralelo de estos tres? Elabore una lista ordenada por valor del más bajo al más alto. Sea exhaustivo y organizado.

4. Si tenemos una resistencia de 10 kΩ , ¿cuál es el valor de la resistencia en paralelo necesario para

reducir el valor combinado en 1, 5, 10 y 50%? ¿Cuál es el resultado de poner en paralelo una resistencia de 10 kΩ con uno de 1M Ω?, ¿con uno de 100 kΩ ?, ¿con uno de 10 kΩ ?

5. Obtener del circuito de la figura a el circuito equivalente de Thévenin representado en la figura b. Calcular V0 y Ro.

2 PROBLEMAS ELECTRÓNICA

6. Un divisor de voltaje de dos resistencias que emplea una resistencia de 3.3 kΩ y otra de 6.8 kΩ está conectado a una fuente de alimentación con referencia a tierra de 9 V para proporcionar un voltaje relativamente bajo. a. Dibuje el circuito. b. Suponiendo resistencias de valor exacto, ¿qué voltaje de salida (medido a tierra) y resistencia de

salida equivalentes se obtendrían si las resistencias usados no son ideales pero tienen una tolerancia de fabricación de ±5%?

c. ¿Cuáles son los valores extremos que se obtendrían de voltajes y resistencias?

7. Dadas tres resistencias iguales de 10 kΩ y una batería de 9 V cuyo terminal negativo está conectada a tierra, si un divisor de voltaje usa una o todas las resistencias, ¿cuántas fuentes de voltaje positivo de magnitud menor de 9 V puede diseñar? Ordénelas de la más pequeña a la mayor. ¿Cuál es la resistencia de salida (es decir, la resistencia de Thévenin) de cada uno?

8. Los divisores de corriente desempeñan un papel importante en el diseño de los circuitos. Por tanto,

es importante desarrollar cierta facilidad para tratar con los divisores de corriente en el análisis de circuitos. En la figura se muestra un divisor de corriente de dos resistencias alimentado por una fuente ideal I. Demuestre que I1 y I2 vienen dadas por las ecuaciones (1) y encuentre el voltaje V que se desarrolla en el divisor de corriente.

(1)

9. Diseñe un divisor de corriente simple que reduzca la corriente proporcionada a una carga de 1 kΩ al 20% de la corriente disponible a partir de la carga.

10. Para el circuito de la figura P.10, encuentre el equivalente a Thévenin entre las terminales a) 1 y 2, b) 2 y 3, y c) 1 y 3.

P.10

11. Mediante la aplicación repetida del teorema de Thévenin, encuentre el equivalente a Thévenin del

circuito de la figura P.11 entre el nodo 4 y tierra y, por tanto, encuentre la corriente que fluye a través de una resistencia de carga de 1.5 kΩ, conectada entre el nodo 4 y tierra.


P‐11

12. Hallar la corriente i en la resistencia R2 usando el principio de superposición en el circuito de la figura

Datos: V1=6v, R1=3Ω ,R2=6Ω y I1=2A

13. Usando el principio de superposición hallar el voltaje v en el circuito de la figura. Datos: V1=9v, R1=10Ω, R2=40Ω, R3=40Ω y V2=12v

14. Considérese un circuito con una fuente dependiente de voltaje como el de la figura, la fuente

dependiente de voltaje hace que V2= 3 i1. Calcular el valor de la tensión V2y la intensidad de corriente i2 que circula por R2.

Datos: V1= 5v, R1=2Ω, R2= 5Ω y V2= 3i1

15. Para el circuito de la figura donde tenemos dos generadores dependientes. Calcular la tensión V2 y la

tensión Vx que cae en la resistencia R2.

Datos: V1= 6v, R1=R2= 1KΩ


16. Hallar el circuito equivalente de Thévenin del circuito de la figura.

Datos: V1=10v, R1=10Ω, R2=40Ω, R3=4Ω y I=2A

17. Hallar el circuito equivalente de Thévenin para el circuito de la figura, que incluye una fuente dependiente.

Datos: V1=20v, R1=6Ω, R2=6Ω, R3=10Ω

NOTA TEÓRICA:

En los circuitos que contienen fuentes dependientes, la resistencia de Thévnin no se puede calcular a partir de la reducción del circuito usando las reglas para resistencias en paralelo y en serie.

El procedimiento para determinar la resistencia de Thévenin es a) Determinar el voltaje de circuito abierto vcab

b) Determinar la corriente de corto circuito iocx cuando los terminales A‐B están conectados por un corto circuito, como se muestra en la figura

Rt= vcab/ iocx


Problemas: Tema-3

18. El circuito de la figura se utiliza en un sistema de señalización empleando un alambre además de un retorno a tierra común. En un momento cualquiera, la entrada tiene uno de tres valores: +3 V,0V, ‐3 V. ¿Cuál es el estado de las lámparas para cada valor de entrada? (Nótese de que las lámparas pueden estar separadas y que tal vez haya diferentes tipos de conexión, todos en un solo alambre)

19. Para los circuitos que se muestran en la figura empleando diodos ideales, encuentre los valores de

voltaje y corriente indicados. Repita los resultados si los diodos tienen una tensión de VT=0,7v

20. En el caso de los circuitos mostrados en la figura empleando diodos ideales, encuentre los valores de los voltajes y corrientes indicados. Repita los resultados Para diodos de Vγ=0,7V


21. Suponiendo que los diodos de los circuitos de la figura son ideales encuentre los valores de los voltajes y las corrientes. Repita los resultados Para diodos de Vt=0,7V

22. Suponiendo que los diodos de los circuitos de la figuras son ideales, utilice el teorema de Thévenin para simplificar los circuitos y con ello, encuentre los valores de las corrientes y voltajes rotulados.

23. Obtener las corrientes y las tensiones en los diodos del circuito de la figura para las tensiones entrada vi = 6v y vi = ‐6v, si:


a) el diodo es ideal. b) el diodo tiene v6,0V =γ

c) el diodo tiene ∞→Ω==γ rf Ry 100R , v6,0V

24. El diodo Zener de 6,8 V del circuito de la Fig.1 está especificado por tener VZ=6,8V a IZ=5mA, rZ=20Ω e IZK=0,2 mA. El voltaje de alimentación V+ es nominalmente de 10V,pero puede variar en ±1V

Fig.1

25. Obtener para el circuito de la figura. La v(t) es la representada en el intervalo, 0 ≤ t ≤ 5 ms

a) La tensión de salida v0(t) . Suponga el diodo D1 ideal. b) b) Repetir el apartado anterior si el diodo D1 está representado por Vγ = 0,5 V y Rf = 50 Ω

v(t)

10V

t 5ms


26. Realizar la curva característica de transferencia V0 contra VI para los circuitos limitadores que se muestran en las figuras P‐33.

ucen completamente. b) Repita el apartado anterior suponiendo que los diodos están modelados con el procedimiento

lineal por piezas con V DO = 0.65 V y rD = 20Ω

a) Todos los diodos empiezan a conducir a una caída de voltaje en dirección directa de 0.5 V Y tienen caídas de voltaje de 0.7 V cuando cond

27. Para el circuito de la Fig 1.Realice la curva de transferencia, suponiendo que el voltaje de corte de los diodo s es 0.5 V y su caída de voltaje cuando conducen por completo es de 0.7 V.

28. Una onda cuadrada de amplitud 6V de pico a pico y promedio cero se aplica a un circuito como el de la Fig empleando un resistor de 100Ω. ¿Cuál es el voltaje pico de salida? Cuál es la corriente pico promedio? ¿Cuál es el máximo voltaje inverso a través del diodo?


29. En cada uno de los circuitos de diodo ideal mostrados en la figura vi es una onda senoidal pico de 1 kHz, 10 V. Dibujar la onda resultante en vo. ¿Cuáles son los valores pico positivos y negativos?

30. Diseñe un circuito cargador de baterías, como el de la Fig.1 empleando un diodo ideal en el que la corriente

fluye a la batería de 12V el 20%del tiempo y tiene un valor promedio de 100mA¿ Qué voltaje de onda senoidal de pico a pico se requiere?¿Qué resistencia es necearía?¿Cuál es la corriente pico de diodo?¿ Qué voltaje pico inverso resiste el diodo? Si se pueden especificar resistores de un solo dígito significativo y un voltaje de pico a pico sólo hasta el volt más cercano, ¿Qué diseño escogería para garantizar la corriente de carga requerida?¿En que fracción del ciclo fluye la corriente del diodo?¡Cuál es la corriente pico del diodo?¿Cuál voltaje pico inverso resiste el diodo?


31. Un circuito rectificador de media onda con una carga de 1KΩ opera con una fuente de alimentación casera de 120V(rms) y 60 Hz, mediante un transformador reductor de 10 a 1.Utiliza un diodo de silicio que se puede modelar para tener una caída de 0,7 V para cualquier corriente. ¿Cuál es el voltaje de salida pico de la salida rectificada? ¿En qué fracción del ciclo conduce el diodo? ¿Cuál es el voltaje de salida promedio? ¿Cuál es la corriente promedio en la carga?

32. Un circuito rectificador de onda completa con 1kΩ opera con una fuente de alimentación casera de 120 V(rms).y 60 Hz, mediante un transformador con relación de 5 a 1 y que tiene un devanado secundario con derivación central.Utiliza dos diodos de silicio que se pueden modelar para tener una caída de 0.7 V en todas las corrientes. ¿Cuál es el voltaje pico de salida rectificada? ¿En qué fracción de un ciclo conduce cada diodo?¿Cuál es el voltaje de salida promedio? ¿Cuál es la corriente promedio en la carga?

33. Un circuito rectificador de onda completa en puente con una carga de 1kΩ, opera con una fuente de alimentación de 120 V (rms) y 60 Hz, mediante un transformador reductor de 10 a 1 que tiene un devanado secundario. Emplea cuatro diodos;cada uno de ellos se puede modelar para que tenga una caída de 0,7 V para cualquier corriente. ¿Cuál es el valor pico del voltaje rectificado a través de la carga? ¿En qué fracción de un ciclo conduce cada diodo? ¿Cuál es el voltaje promedio a través de la carga ¿ Cuál es la corriente promedio a través de la carga?

34. Se necesita diseñar un circuito rectificador de onda completa empleando el circuito de la Fig.1 para proporcionar un voltaje de salida promedio de:

a) 10V b) 100 V

En cada caso encuentre la relación necesaria de vueltas del transformador. Suponga que un diodo conductor tiene una caída de voltaje de 0,7V .El voltaje de la línea de ac es 120 V rms.

Fig.1


35. Repita el problema anterior para el circuito rectificador en puente

36. A un condensador fijo que utiliza un diodo ideal con un cátodo a tierra se le proporciona una onda senoidal de 10 V rms. ¿Cuál es el valor promedio (de de) de la salida resultante?

37. De los circuitos de la figura P‐36, cada uno emplea uno o varios diodos ideales. Grafique la salida para

la entrada mostrada. Rotule los niveles más positivo y más negativo de salida.Suponga que CR >> T.

Fig.P‐36

38. Un diodo de silicio a temperatura ambiente (300 K) conduce 1 mA a 0,7 V. a) Calcular la corriente en el diodo si la tensión sube a 0,8 V. Tómese η = 2 y VT = 0,0258 V. b) Calcular la corriente de saturación inversa. c) Repetir el apartado (a) con η = 1.


39. ¿A qué voltaje en dirección directa un diodo para el que n= 2 conduce una corriente igual a 1 000 Is? En términos de Is,¿qué corriente fluye en el mismo diodo cuando su voltaje directo es 0.7 V?

40. Calcule el valor del voltaje térmico, V T, a ‐40°C, 0°C,+40°C y + 150°C. ¿A qué temperatura está V T

exactamente a 25 mV?

41. La resistencia de terminal a terminal de una barra de conexión de 10µm de largo, 3µm de ancho y 1µm de espesor hecha de varios materiales.

a) Silicio intrínseco b) Silicio con impurezas tipo n con ND =10

16/cm3 c) Silicio con impurezas tipo n con ND =10

18/cm3 d) Silicio con impurezas tipo p con NA =10

10/cm3 e) Aluminio con resistividad de 2,8µΩ.cm

Encuentre la resistencia en cada caso. Para el silicio intrínseco, utilice los datos ni=p=n=1,5.1010 cm‐3 µn=1380 cm2/Vs µp=480 cm

2/Vs. Para el silicio con impurezas, suponga µn=25µp=1200cm2/V.s(Recuerde que R=ρL/A

42. Encuentre el flujo de corriente en una barra de silicio de10µm de longitud que tiene una sección transversal de 5 X 4 µm y densidades de electrones libres y huecos de l0 5 s/cm3 y 10 15/cm3, respectivamente, con 1 V aplicado de terminal a terminal. Utilice µn=1200cm

2/V. s y µp=500cm2/V. s

43. En una barra de silicio de 10µm de largo con impurezas de donadores ¿qué concentración del donador se necesita para obtener una densidad de corriente de 1 mA/ µm2 como respuesta a un voltaje aplicado de 1V? (Nota: aunque las movilidades de los portadores cambian con la concentración de impurezas [véase la tabla ], como primera aproximación puede suponer que µn habrá de ser constante y utilizar el valor para el silicio intrínseco µn=1350cm

2/V. s

Tabla

44. La movilidad y la difusividad de los portadores disminuye a medida que aumenta la concentración de impurezas en el silicio. En la siguiente tabla se proporcionan algunos puntos de datos para µn y µp frente a la concentración de impurezas. Emplee la relación de Einstein para obtener el valor correspondiente de Dn y Dp


45. Para el limitador a dos niveles de la Fig.1. a) Calcular i = f(vi) y vo = f(vi) en los diferentes estados de los diodos zener. b) Representar la característica de transferencia, suponiendo que DZ1 y DZ2 son idénticos y

tienen los siguientes parámetros: Vγ = 0,6 V. , VZ = 5 V. y Rf = 100 Ω

+ vi vo _ Fig.1

46. En el circuito de la Fig.1, se consideran los diodos D1 y D 2 con Vγ = 0,6 V. y los zener con Vγ = 0,6 V, Vz1 = 10 v. y

Vz2 = 15 V. Representar la curva de transferencia y decir para cada uno de los estados de los diodos, las tensiones y corrientes en los mismos.

+ vi vo _ Fig 1

47. En el circuito regulador de laFig,1, se han conectado dos diodos zener idénticos y dos diodos rectificadores idénticos cuyas características se indican en las figuras 2‐3 respectivamente.

Si vi es un generador de tensión que puede tomar valores positivos y negativos, calcular: a) Los estados de los diodos. b) La tensión y la intensidad que atraviesa cada diodo. c) La tensión v0, para los diferentes estados de los diodos

+ vi v0 - Fig 1

I -10 Fig 2 0,6 v (V) I Fig 3 0,6 v (V)

15

PROBLEMAS ELECTRÓNICA

48. En el circuito de la Fig.1 se usan diodos con las siguientes características: Vγ = 0,6 V. ; Rf = 40 Ω ; Rr →∝ ; Is = 0

Determinar para cada uno de los estados de los diodos, v0 = f(I) , indicando entre que intervalos de I se encuentra. (I puede tomar valores positivos y negativos)

49. En el circuito de la figura 2‐14, los diodos tienen Vγ = 0,6v., Rf ≈ 0 y Rr → ∞

a) Calcular vo para los diferentes estados de los diodos, cuando vi varía según la Fig.2

b) Representar la tensión de salida v0(t) para 0 ≤ t ≤ 5 ms.

50. Polarizando en directa un diodo de unión pn en el laboratorio, se han obtenido dos puntos significativos de su curva IV: A (10 mA, 600 mV), B (20 mA, 700 mV). Se ha verificado también que en inversa V

Z>20 V y r

Z→∞.

Se pide: a) Encontrar los parámetros Vγ y Rf (tensión de codo y resistencia en directa) del modelo lineal por

tramos que se ajusta a los dos puntos medidos Con dos diodos iguales que el anterior se construye un circuito limitador de ±Vγ como el de la

figura 1. b) Escribir las ecuaciones de la función de transferencia vO=f(vI) de este circuito y representar las

gráficamente c) Dibujar la forma de la tensión de salida en función del tiempo, calculando los valores de amplitud

DATOS:


51. Considere el circuito regulador de la figura. La tensión inversa de ruptura del zéner vale V

Z = 9 V y la

resistencia incremental en disrupción rZ = 30 Ω. Se trabaja con una fuente de tensión no regulada V

nr =

15 V (±10%). El diseño del regulador se hace para los valores nominales RL = 1 kΩ, I

Z = 10 mA (corriente

inversa por el diodo). a) Calcule el valor de R, la corriente por ella y el valor nominal de la

tensión de salida regulada. b) Para la variación especificada de la tensión de entrada, ¿qué

variación tendremos a la salida? ¿Cuánto vale el factor de regulación de línea?

c) Si la corriente de carga se reduce en un 50% (debido a una variación en el valor de la carga), ¿cuánto vale el voltaje de salida? ¿Cuál es la máxima corriente de carga para la que la salida está regulada? ¿Qué voltaje de salida se tendrá en ese caso? ¿Cuál es el valor del factor de regulación de carga?

52. La característica I‐V aproximada del diodo Zener del circuito de la figura 1 se muestra en la figura 2. En esta figura se indica que existe una cierta corriente (I

max) que, en caso de hacerse más negativa,

provocaría la destrucción del Zener. Sabiendo que se puede modificar la resistencia RS (resistencia

variable), se pide: a) Calcular el valor de la resistencia R

S que hace que el Zener se encuentre en el punto 1 de la curva

de la figura 2. b) ¿Cuál es la tensión más negativa que puede existir en bornas del Zener sin que se destruya? c) La resistencia R

S varía hasta que el Zener alcanza el punto 2 de la curva de la figura 2. Sin obtener

ese valor de RS, calcular el valor de I

L..

d) Calcular ahora el valor de RS que hace posible que el Zener alcance el punto 2 de la figura 2.

e) El valor de RS calculado en el apartado d), ¿es máximo o mínimo para que el Zener funcione sin

peligro de deterioro? ¿Por qué? (Razone en 2 ó 3 líneas su respuesta) DATOS: V

P = 15 V ; R

L = 2 kΩ ; V

B = −10 V ; Vγ = 0,6 V ; RD = 1 Ω ; RZ = 2 Ω ; Imax

= −0,1 A


TEMA-4 TRANSISTORES BIPOLARES 53. Los voltajes de terminal de varios transistores npn se midieron durante la operación en sus circuitos

respectivos con los siguientes resultados. (Tabla).Indique para cada caso el modo de operación del transistor.

Caso E B C 1 2 3 4 5 6 7 8

0 0 ‐0,7 ‐0,7 0,7 ‐2,7 0 ‐0,10

0,7 0,8 0 0 0,7 ‐2,0 0 5,0

0,7 0,1 0,7 0,6 0 0 5,0 5,0

54. Dos transistores, fabricados con la misma tecnología pero que tienen diferentes áreas de unión, cuando operan a un voltaje base –emisor de 0,72 V tienen corrientes de colector de 0.2 mA y 12 mA. Determine IS para cada dispositivo. ¿Cuáles son las áreas de unión relativas?

55. En un BJT particular la corriente de la base es de 7.5 µA y la corriente del colector es de 400 µA.

Determine β y α para este dispositivo. 56. Calcule los valores de, β que correspondan a valores de α de 0.5, 0.8, 0.9, 0.95, 0.99,0.995 y 0.999

.Determine los valores de α que corresponden a valores de β de 1, 2, 10, 20, 100, 200, 1000 y 2000. 57. A continuación se tabulan las mediciones de VBE y dos corrientes de terminal tomadas en varios

transistores npn. Para cada uno calcule el valor de la corriente faltante así como α, β e Is como se indica en la tabla.

58. Un transistor npn de un tipo cuya β se especifica que varíe de 60 a 300 se acopla en un circuito con

emisor conectado a tierra, colector a +9 V y una corriente de 50 µA inyectada en la base. Calcule el intervalo de las corrientes del colector y el emisor que pueden resultar. ¿Cuál es la energía máxima disipada en el transistor?


59. Considere un transistor npn para el cual β F= 100, α R =0.1 e Is = 10‐

15 A. a) Si el transistor opera en el modo activo directo con I B =10 μA y VCB = 1 V, calcule V BE, I C e IE. b) Ahora, opere el transistor en el modo activo inverso con un voltaje de polarización directa VBC

igual al valor de VBE encontrado en a) y con VEB = 1 V. Determine I C , IB e IE. 60. El transistor de la figura tiene una β de 50. Calcule el valor de RB para que cuando el transistor este

en saturación, la corriente de base sea IB=10 ICSAT

61. Considere el modelo a gran señal pnp de la Fig.1. aplicado a un transistor que tiene ls = 10‐13 A y

β = 40. Si el emisor está conectado a tierra, la base está conectada a una fuente de corriente que llega a 20 µA de la terminal de la base y el colector está conectado a una tensión negativo de ‐10 V vía un resistor de 10 kΩ, determine el voltaje del colector, la corriente del emisor y el voltaje de la base.

Fig.1

62. Un transistor pnp tiene VEB = 0.8 V a una corriente de colector de 1A. ¿Cuál espera que sea VEB a ic = 10 mA? ¿A ic= 5 A?

63. Un transistor pnp modelado con el circuito de la Fig.1 está conectado con su base a tierra, el colector a ‐1.5 V y una corriente de 10mA inyectada en su emisor. Si se dice que tiene β= 10, ¿cuáles son sus corrientes en la base y el colector? ¿En qué dirección fluyen? Si ls= 10‐16 A, ¿qué voltaje resulta en el emisor?‐¿Cuál será la corriente del colector si se utiliza un transistor β= 1000? (Nota: el hecho de que la corriente del colector cambie en menos de 10.%para un cambio grande de β ilustra que es una buena forma de establecer una corriente de colector específica)

Fig.1


64. Un transistor de potencia pnp opera con un voltaje emisor colector de 5 V, una corriente de emisor de

10 A y VEB = 0,85V.Para β = 15, ¿cuál corriente de base se requiere? ¿Cuál es ls, para este transistor?

65. En la configuración indicada en la Fig. a el transistor trabaja con VCE = 4 V. Las curvas de salida para dicho transistor se indican en la Fig. b

Sabiendo que las corrientes ICO e IEO, tienen los valores 2,1 μA y 1,5 μA respectivamente; q = 1,6 10‐19 C ; K = 1,38 10‐23 J/ºK y que la temperatura T = 300 º K Calcular: a) El valor de las corrientes IE, IB e IC. b) Los valores de β, αF y αR. c) Las tensiones VBE y VBC. d) La zona de funcionamiento del transistor.

VCC = VBB Fig a

IC (mA)

IB = 50 μA 5 40 μA 4 30 μA 3 20 μA 2 10 μA 1

0 2 4 6 8 10 VC E (V) Fig b

66. El transistor de la figura tiene una β de 50. Calcule el valor de RB para que cuando el transistor este en saturación, la corriente de base sea IB=10 ICSAT

67. Para los circuitos de la figura, suponga que los transistores tienen una β muy grande. Se han realizado algunas mediciones en estos circuitos con los resultados indicados en la figura. Determine los valores de los otros voltajes y corrientes indicados.


68. Las mediciones en los circuitos de la figura producen los voltajes indicados. Determine el valor de β

para cada transistor.

200KΩ

69. Para cada uno de los circuitos mostrados en la figura determine : a. Los voltajes y corrientes del emisor, base y colector. Use β = 30, pero suponga que VBE =0.7

V independiente del nivel de corriente. b. Repita el problema anterior con transistores para los que VBE = 0.7 V a IC=1 mA


70. Con VBE = 0.7 V y VD = 0.7V independientes de la corriente β = ∞, determine a) Los voltajes VBI, VE1,VC1,VB2 y VC2,primero con R en circuito abierto y luego con R conectada .

b) Repita para β = 100,primero con R en circuito abierto y luego conectada.

71. Para el circuito de la Fig.1, encuentre los voltajes de nodos indicados para:

a) β=∞ b) β=100

72. Con β =100, diseñe el circuito mostrado en la figura de modo que las corrientes de polarización en Q1,

Q2 y Q3 sean 2 mA,2mA Y 4 mA, respectivamente, y V3 = 0, V5= ‐4V y V7=2V.Para cada resistor seleccione el valor estándar más próximo utilizando la tabla de valores normales para resistores de 5% del apéndice G. Ahora, para β=100, calcule los valores de V3, V4, V5, V6 y V7.


TRANSISTORES MOST 73. La tecnología MOS se emplea para fabricar un condensador que utiliza la metalización de la

compuerta y el sustrato como electrodos del condensador. Encuentre el área requerida por una capacitancia de 1 pF para un espesor de óxido que va de 5 a 40 nm. En el caso de un condensador de placa cuadrada de 10 pF, ¿cuáles son las dimensiones máximas necesarias?

74. Con el conocimiento de que μp =0.4μn, ¿cuál debe ser el ancho relativo de los dispositivos MOS de

canal n y canal p, si tienen corrientes de drenaje iguales cuando operan en el modo de saturación con voltajes de sobrecarga de la misma magnitud?

75. Un dispositivo MOS de enriquecimiento de canal n tiene k´n= 50 μA/V2, Vt = 0.8 V y W/ L = 20. El

dispositivo habrá de operar como interruptor para un VDS pequeño empleando un voltaje de control VGS en el intervalo de 0a 5 V. Encuentre la resistencia de cierre del interruptor, rDS y el voltaje de cierre, VDS obtenidos cuando VGS = 5 Ve iD =1 mA. Recordando que μp= 0.4μn ¿cuál debe ser W / L para un dispositivo de canal p que proporciona el mismo desempeño que el dispositivo de canal n en esta aplicación?

76. Considere un proceso CMOS para el cual Lmín=0.8 μm, tox= 15 nm, μn=550 cm

2/V.s y Vt= 0.7 V. a) Encuentre Cox y k´n b) Para el transistor NMOS con W/L = 16 μm/8 μm, calcule los valores de Vov, VGS y VDSmín necesarios para operar el transistor en la región de saturación con una corriente de de ID = 100 μA. c) Para el dispositivo en b), encuentre los valores de Vov y VGS requeridos para que el dispositivo opere como resistor de 1000Ω para un VDS muy pequeño.

77. Considere un MOSFET de canal N con tox = 20 nm, μn = 650 cm2/V.s, Vt=0.8 Vy W/L= 10. Encuentre la

corriente del drenaje en los siguientes casos: a) vGS = 5 V y VDS = 1 V b) vGS =2V y VDS = 1,2 V c) vGS = 5 V y VDS = 0,2 V

78. En el caso de un MOSFET que opera en la región de saturación a VGS constante, se encuentra que iD

es de 2 mA para VDS=4V y 2,2 mA para VDS = 8 V. ¿Cuáles valores de r0 VA y λ?


79. Un MOSFET tiene VA = 50 V. Para la operación a 0.1 mA y 1 mA ¿Cuáles son las resistencias de salida esperadas? En cada caso, para un cambio de VDS de 1 V, ¿Qué cambio de porcentaje de corriente de drenaje esperaría?

80. Un transistor NMOS con λ=0.01 V‐1 opera a una corriente de dc ID =1 mA. Si se duplica la longitud del

canal, encuentre los nuevos valores de λ, VA, ID y ro para cada uno de los dos casos siguientes: a) VGS y VDS son fijos. b) ID Y VDS son fijos

81. Todos los transistores de los circuitos mostrados en la figura tienen los mismos valores de |Vt|, k', W/ L y λ. Más aún, λ es despreciable. Todos operan en saturación a ID = 1 y |VGS |= |VDS | = 3 V. Encuentre los voltajes V1, V2, V3 Y V4. Si |Vt| =1V e I= 2 mA, ¿cuál es el valor que debe tener un resistor que puede insertarse en serie con cada conexión de drenaje mientras se mantiene en saturación? ¿Cuál es el resistor más grande que puede colocarse en serie con cada compuerta? Si la fuente de corriente I requiere por lo menos 2 V entre sus terminales para operar apropiadamente, ¿cuál es el resistor más grande que puede colocarse en serie con cada fuente de MOSFET mientras se asegura la operación en el modo de saturación de cada transistor en ID = I? En la última situación límite, ¿cuáles son los valores resultantes de V1, V2, V3 y V4?

82. Diseñe el circuito de la figura para establecer una corriente de drenaje de 1 mA y un voltaje de

drenaje de 0V. El MOSFET tiene Vt= 1 V, μnCox = 60 μA/V2, L = 3 μm y W=100μm

83. Los transistores NMOST del circuito de la figura tienen Vt= 1 V, μnCox = 120 μA/V2, λ=0 y L1=L2 = 1 μm

Encuentre los valores requeridos de ancho de puerta para que Q1 y Q2, y el valor de R para obtener los valores de voltaje y corrientes indicados.


84. En el circuito mostrado en la figura, los transistores están caracterizados por: |Vt|= 2 V, k´W/L = 1mA/V2, λ=0 a) Encuentre los voltajes rotulados VI a V7. b) En cada uno de los circuitos reemplace la fuente de corriente con un resistor. Seleccione el valor del resistor para que produzca una corriente lo más cercana a la fuente de corriente empleando resistores especificados en la tabla de 1% proporcionada en el apéndice G. Encuentre nuevos valores de VI a V7.

85. Considere el circuito de polarización mostrado en la figura que emplea una fuente de alimentación de

15 V. Para el MOSFET por |Vt|= 1,2 V, k´n = 80μA/V2, λ=0 y W=240μm y L=6 μm Haga arreglos para que la corriente del drenaje sea 2mA con casi un tercio de la corriente del voltaje de alimentación a través de Rs y RD. Use 22MΩ para la mayor de RGI y RG2. ¿Cuáles son los valores de RGl, RG2, RS y RD que ha elegido? Especifíquelos hasta dos cifras significativas. Para su diseño, ¿qué tan lejos está el voltaje de drenaje del extremo de saturación?

86. Para el circuito de la figura con I=1mA, RG=0, RD=5 KΩ y VDD=10V, considere el comportamiento en

cada uno de los casos siguientes. En cada uno de ellos encuentre los voltajes VS,VD y VDS que se obtienen:


a) VT=1V y kńW/L=0,5 mA/V2 b) VT=2V y kńW/L=1,25 mA/V2

87. Para el circuito de la figura RG =10MΩ, RD=10 KΩ y VDD=10V,Para cada uno de los dos transistores considere el comportamiento en cada uno de los casos siguientes, encuentre los voltajes VG y VD que se obtienen:

a) VT=1V y kńW/L=0,5 mA/V2 b) VT=2V y kńW/L=1,25 mA/V2

88. El circuito de la Fig.1 emplea dos MOSFET idénticos con K=k´/2 = 20 μA/V2 W/L = 1 VT = 2 V, con

las características de salida representadas en la Fig.2

ID (μA) VGS = 6,0 300 250 5,5 200 5,0 150 4,5

100 4,0 50 3,5 VGS = 2 V. 3,0 0 1 2 3 4 5 6 VDS (V) Fig 2

VD D = 6 V.

Q 2

+ Q 1 v0 + vi _ -

Fig 1

a) ¿ Qué tipos de MOSFET son ?. ¿Si vi > VT , en qué estados están Q1 y Q2 ?


b) Completar la tabla.

vi v0 VDS2 ID1 ID2

2 V.

3 V.

3,5 V.

5 V.

Si se conecta vi de tal forma que vi = V0, determinar c) La corriente de drenaje en Q1. d) La tensión v0 y VDS2 89. El circuito de la Fig.1 emplea un Mosfet de deplexión Q2 y un Mosfet de acumulación Q1 con los

siguientes parámetros:

K1= k´/2 = 50 μA/V2 VT1 = 1 V. W1/L1 = 1 VDD = 5 V.

iD2 Q2

iD1 +

+ Q1 v0 vi _ -

Fig 4-14

K2=k´/2 = 30 μA/V2 VT2 = ‐ 2,5 V W2/L2 = 1

a) Expresar las distintas regiones de funcionamiento de los Mosfets.

b) Estando Q2 en zona óhmica, obtener las distintas relaciones f(V0, Vi) = 0 , supuesto que Vi varia de forma continua.

c) Estando Q2 en zona de saturación, obtener las distintas relaciones f(V0, Vi) = 0.

90. La puerta lógica de la figura , utiliza VDD = ‐ 30V y PMOS ideales de características:

K=k´/2 = ‐ 30 μA/V2 VT = ‐ 3 V. W1/L1 = 3

Completar la tabla siguiente

V1 V2 V0 ID3

0 0

0 VDD


VDD Q3 • V0 V1 Q1 Q2 V2 Fig 1

VDD 0

VDD VDD

91. El amplificador de la figura1 tiene dos MOSFET de empobrecimiento de las mismas características: K=k´/2= 0,1 mA/V2 ; W/L = 1 ; VT = ‐ 6V. Calcular el punto de polarización: ID, VDS, VGS para cada

uno de los Mosfets. VDD = 20V. RS1 = RS2 = 2,5 KΩ

92. El CMOS de la figura está formado por la combinación de transistores NMOS y PMOS de acumulación, cuyas características son las siguientes:

VDD = 9 V. Q2 PMOS Carga vi v0 Q1 NMOS Excitador

| K | =| k´/2| = 0,1 mA/V2 W/L = 1 |VT |= 2 V.

a) Calcular la tensión de salida v0, cuando vi toma los siguientes valores: 2, 3, 6 y 7 V

b) ¿Es posible que ambos transistores estén simultáneamente en zona de no saturación?

c) Si se desconecta el generador vi y se conectan mediante una resistencia los terminales de entrada y salida, calcular la tensión v0.


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