Dispositivos Electrónicos

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AÑO: 2010

TEMA 5: PROBLEMAS

Rafael de Jesús Navas González

Fernando Vidal Verdú

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Dispositivos Electrónicos. CUESTIONES Y PROBLEMAS 5ª Relación Curso Académico 09-10

Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 5. Problemas OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es

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E.T.S. de Ingeniería Informática

Ingeniero Técnico en Informática de Sistemas: Curso 1º Grupo A

Quinta Relación: Cuestiones y Problemas

Problemas

1.-Calcular las intensidades en las ramas y las tensiones en los terminales de los transistores en los circuitos de la Figura 1.

2.- El transistor bipolar Q_S de la Figura 2 se denominada transistor Schottky, y puede ser modelado, según se ilustra también en ella, mediante un transistor BJT normal, Q, y un didodo Schottky, DS. Demostrar que en dicho modelo el transistor Q nunca puede conducir

en saturación.

3.- Demostrar que en circuito de la Figura 3a, si el diodo Q conduce lo hace siempre en su región activa, y que se cumple que

Observa que este comportamiento justifica que dicho circuito pueda ser considerado como un diodo basado en el transistor BJT, como sugiere la Figura 3b.

Q 10V R_c=3KΩ R_b=200KΩ 5V Q 10V R_c=3KΩ R_b=200KΩ 5V R_e=2KΩ Q 10V R_c=3KΩ R_b=200KΩ 1.5V

Fgura 1a Figura 1b Figura 1c

β=100 V_BEsat=V_BEact=V_BEon=0.7V V_CEsat=0.2V Vγ=0.7V

D_S modelo tensión umbral

Figura 2

V_BEact= V_BEon= V_BEsat= 0.7V β=100 V_CEsat= 0.2V V_γ=0.4V Q D_S B C E Q_S B C E I_D = 0 para V( _D≤V_BEon) I_D β 1+ R_B --- V( _D–V_BEon) = para V( _D≥V_BEon)

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4.- En el circuito de la Figura 4:

a) Indicar y justificar cuál es el estado de los todos dispositivos semiconductores. b) Determinar el valor de la intensidad de corriente y la caida de tensión en cada uno de los elementos de circuito.

c) Determinar la tensión de salida, vo y la potencia aportada por la fuente VCC.

5.- En el circuito de la Figura 5, encontrar el rango de valores de v_i para los cuales el diodo D_s está en conducción, mientras el transistor Q trabaja en su región activa. Determinar el valor de vo y la potencia aportada por la fuente VCC .

Q R R_B Figura 3 V I_D + _ V_D R V I_D + _ V_D (a) _(b) D_E

D_B y D_E modelo ténsión umbral

R_B1 = R_B2 =1MΩ

Figura 4

V_CC = 10 V

V_BEact= V_BEon= V_BEsat= 0.7V β=100 V_CEsat= 0.2V V_γ=0.7V R_C = 10KΩ Q

v

_o V_CC R_c D_B R_B1 R_B2

+

_

D_S modelo tensión umbral R_B =0,1MΩ

V_CC = 5 V

V_BEact= V_BEon= V_BEsat= 0.7V β=100 VCEsat = 0.2V V_γ=0.4V R_C = 10KΩ

v

_o V_CC R_c R_B

+

_

Q D_S

v

_i Figura 5

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6.- Para las puertas RTL de la Figura 6(a) y (b). Calcula el consumo en cada una de las combinaciones de las entradas posibles (suponer que no hay ninguna puerta conectada a la salida). Repite los cálculos tomando Rc=3kΩ y compara con el resultado anterior. Haz lo

mismo con V_cc=3V. Responde ahora cómo cambia el consumo con el cambio del valor de la resistencia R_c, y el de la tensión de alimentación.

7.- Para el inversor de al Figura 6(b). Obtener la característica de transferencia (v_o en función de v_i). Calcula sus niveles lógicos y sus márgenes de ruido. Determina también cuál será su consumo estático.

8.- Comprueba que el circuito de la Figura 7 es una puerta NOR. Nota que el circuito completo puede verse tambien como una puerta OR con diodos (zona sombreada) cua salida se ha conectado a la entrada de un inversor RTL.

9.- En el circuito de la Figura 8, calcular la característica de transferencia (v_o en función de vi), y representarla gráficamente (dar la expresión matemática de todos los tramos).

10.- Si identificamos el circuito de la Figura 8, como un inversor lógic, determina a partir de la curva obtenida en el problema 9:

a) sus niveles lógicos b) su margen de ruido.

c) Determina también cuál será su consumo estático. Figura 6a Q_A v_o V_cc=5V R_c=6KΩ R_b=15KΩ v_A QB R_b=15KΩ v_B β=50 V_BEact=V_BEon=0.7V V_BEsat=0.7V V_CEsat=0.2V Q_A v_o V_cc=5V R_c=6KΩ R_b=15KΩ v_i Figura 6b Figura 7 β=50 V_BEact=V_BEon=0.7V V_BEsat=0.7V V_CEsat=0.2V Q_A v_o V_cc=5V R_c=6KΩ R_b=15KΩ VA VB V_γ=0.7V R=1KΩ Q_o v_o V_cc=5V R_c=6KΩ RB2=10KΩ v_i

V_BEact=V_BEon=V_BEsat=0.7V β=30

V_CEsat=0.2V Vγ=0.7V

RB1=10KΩ

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SOLUCIONES:

1.- (a) IB=0.0215mA, IC=2.15mA, IE=2.17mA, VB=0.7V, VC=3.55V, VE=0V;

1.- (b) I_B=0.0107mA, I_C=1.07mA, I_E=1.08mA, V_B=2.86V, V_C=6.79V, V_E=2.16V; 1.- (c) I_B=I_C=I_E=0, V_B=1.5V, V_C=10V, V_E indeterminada. 4.-(b) VDB = VDE = 0,7V; , ; , , , ; , ; , ; , ; . 4.- (c) ; . 5.- ; ; . 6.- (a) P₀₀=0W, P₀₁=P₁₀=P₁₁=4mW. Si Rc=3kΩ, P00=0W, P01=P10=P11=8mW. Si Vcc=3V, P00=0W, P01=P10=P11=1.4mW. (b) P₀=0W, P₁= 4mW. Si R_c=3kΩ, P₀=0W, P₁= 8mW. Si Vcc=3V, P0=0W, P1=1.4mW. 7.- VOH=5V, VOL=0.2V, VIL=0.7V, VIH=0.94V, NM1=4.06V, NM0=0.5V. 8.- Para VA = 0V VB = 0V Vo = 5V, Para V_A = 0V V_B = 5V V_o = 0.2V, Para VA = 5V VB = 0V Vo = 0.2V, Para V_A = 5V V_B = 5V V_o = 0.2V. 9.- S2)

10.- (a) Los niveles lógicos son fácilmente identificables en la gráfica de la solución al problema 9.

10.- (b) NM_L= 1,9V y NM_H= 2,64V . Por tanto NM = 1,9V.

10.- (c) P(VCC) = 4mW

I_DB = 5.8μA I_DE = 585.8μA V_BE = 0,7V

I_B = 5.8μA V_CE = 3,5V I_C = 580μA I_RC = I_C = 580μA V_RC = 5,8V

V_RB1 = 7,9V I_RB1 = 7 9μA, V_RB2 = 2,1V I_RB2 = 2,1μA I_CC = 587,9μA

v_o = 4,2V P_VCC = 5,879mW v_i≥1,17V v_o = 0,3V P_VCC = 2,35mW Vγ+V_BEon ( ) RB1 R_B2 ---V_BEon + v_i _βRRB1 C --- V( _CC–V_CEsat) (Vγ+V_BEon) RB1 R_B2 ---V_BEon + + ≤ ≤

v

o

v

i 5V 0,2V 2,1V 2,36V S1)

v

o = Vcc S3)

v

o = vcesat S2) vo –βR---R_B1Cvi VCC βR_C R_B1 ---(Vγ+V_BEon) RB1 R_B2 ---V_BEon + + + =

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FORMULARIO: +Vd -Id si I_d≥0 V_d≤0 si C B E C E B si C E B I_B _βI B C E B IB V_CEsat VBEsat VBEact V_BE≤V_BEon si I_B≥0 yV_CE≥V_CEsat I_B≥0 βI_B≥I_C si y Vγ + -Id Vd Vγ Vγ ideal Vγ Id +Vd -C B E C E B siVEB≤VEBon C E B I_B _βI B V_EBact si I_B≥0 yV_EC≥V_ECsat C E B I_B _V ECsat V_EBsat I_B≥0 βI_B≥I_C si y