Conceptos básicos sobre circuitos y componentes electrónicos

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LECTRÓNICA

I.T. Informática de Gestión

PROBLEMAS DEL TEMA 1

Conceptos básicos sobre circuitos y

componentes electrónicos.

1.1 En el circuito de la figura:

a) Determinar el valor y sentido de la corriente que circula.

b) Realizar el balance de potencias, indicando claramente qué elementos absorben o entregan potencia.

Solución:

a) I=0,5 A circulando en sentido antihorario.

b) Absorben todas las resistencias y los generadores E2 y E4

Entregan los generadores E1 y E3

Pentregada = Pabsorbida = 5,5 W

1.2 En el circuito de la figura:

a) Determinar la corriente que circula por cada una de las ramas. b) Hallar las tensiones VAB, VBA , VBC , VCB , VAC y VCA . c) Determinar los potenciales absolutos en los puntos A, B y C.

d) Realizar el balance de potencias, indicando claramente qué elementos entregan o absorben potencia.

DATOS:

E1=10V; E2=2V; E3=1V; E4=3V

R1=2Ω; R2=R3=1Ω; R4=3Ω; R5=5Ω E2 E1 R1 R2 E4 R4 E3 R5 R3 R1 C R3 E2 E4 E1 B R2 E3 A R4 R5 R6 DATOS: E1=E2=E4=3V; E3=5V R1=R6=2Ω; R2=R3=R4=5Ω; R5=7Ω

Solución:

a) Rama de R1 = 257,21 mA hacia la derecha.

Rama de R2 = 706,91 mA hacia la izquierda.

Rama de R3 = 390,2 mA hacia la izquierda.

Rama de R4 = 449,69 mA hacia abajo. Rama de R5 = 316,71 mA hacia arriba. Rama de R6 = 132,98 mA hacia arriba.

b) VAB = -534,56 mV; VBA = 534,56 mV; VBC = 1,049 V ; VCB = -1,049 V;

VAC = 514,44 mV ; VCA = -514,44 mV

c) VA = -2,75 V; VB = -2,22 V; VC = -3,26 V

d) Absorben todas las resistencias y E4 Entregan E1, E2 y E3.

∑ Pentregada = ∑ Pabsorbida = 5,5398 W

1.3 En el circuito de la figura, se pide: a) Corriente en cada una de las ramas.

b) Balance de potencias, indicando qué elementos entregan o absorben potencia.

Solución:

a) Rama de R1 = 1/5 A hacia abajo.

Rama de R2 = 3/10 A hacia abajo. Rama de R3 = 1/2 A hacia la izquierda. Rama de R4 = 1/6 A hacia arriba. Rama de R5 = 1/2 A hacia abajo. Rama de R6 = 5/6 A hacia arriba.

DATOS: E1=4V; E2=8V R1=3Ω; R2=2Ω; R3=(24/5) Ω R4=R5=R6=6Ω R3 R5 R6 E2 R4 E1 R1 R2

1.4 Demostrar que en el circuito de la figura la suma de las potencias entregadas es igual a la suma de las potencias disipadas.

Solución:

Absorben todas las resistencias y E1. Entregan E2, I1 e I2.

∑ Pentregada = ∑ Pabsorbida = 31,333 W

1.5 En el circuito de la figura, determinar la potencia puesta en juego por cada uno de los generadores.

Solución:

E1 entrega 20W, I1 absorbe 8 W y E2 entrega 36W.

1.6 En el circuito de la figura, determinar: a) Corrientes por todas las ramas.

b) Potenciales VAB, VBC y VAC.

c) Potenciales absolutos VA ,VB , VC y VD.

d) Potencia puesta en juego por los generadores E2 e I1.

DATOS: E1=4V; E2=2V I1=I2=2A R1=R2=R4=1Ω; R3=R5=2Ω DATOS: I1=2A E1=10V; E2=6V R1=R3=2Ω; R2=R4=1Ω I2 R1 E1 + R2 E2 + R5 I1 R4 R3 R1 I1 R3 E2 R2 R4 E1

Solución:

a) Rama de R5 = 0 A.

Rama de R1 = 2A hacia la derecha.

Rama de E2 = 1A hacia la derecha.

Rama de E1 = 2A hacia arriba. Rama de R2 = 1A hacia abajo. Rama de I1 = 1A hacia abajo. Rama de R4 = 0 A.

b) VAB = 2V; VBC = 2V; VAC = 4V;

c) VA = 4V; VB = 2V; VC = 0V; VD = 0V;

d) PE2 = 2W absorbe; PI1 = 0W;

1.7 En el circuito de la figura, y suponiendo régimen permanente, calcular: a) Potencia puesta en juego por I1 y E1.

b) Potenciales absolutos en los puntos A, B, C y D.

DATOS: C1=C3=C4=1μF; C2=2μF; L1=1mH E1=2V; E2=4V; I1=2A; R1=3Ω; R2=5Ω; R3=R4=R5=R9=1Ω; R6=R7=R8=2Ω DATOS: E1=4V; E2=2V; I1=1A; R1=1Ω; R2=2Ω; R3=3Ω; R4=4Ω; R5=5Ω R1 C1 A E2 R5 I1 B C R4 R3 D E1 R2 C2 R2 C1 E2 A R3 R6 C3 C4 B R8 D R4 R7 L1 R1 I1 C R5 R9 E1

Solución:

a) PE1 = 2W entrega; PI1 = 9W entrega;

b) VA = -0,5V ; VB = -1V ; VC = -4,5V ; VD = -2V ;

1.8 En el siguiente circuito determinar: a) Carga que adquiere el condensador.

b) Potencia disipada en R3 y potencia puesta en juego por I1. c) Potenciales en los puntos A, B, C y D.

Solución:

a) Q = 13 μC.

b) PR3 = 0W; PI1 = 5W absorbe;

c) VA = -4V ; VB = -12V ; VC = -13V ; VD = 0V ;

1.9 En el circuito de la figura, determinar el valor de R para que el amperímetro indique cero amperios, y en estas condiciones determinar la potencia disipada en el circuito.

DATOS:

E1=10V; E2=2V; E3=8V; E4=6V; I1=5A ; R1=R2=R3=R4=R5=1Ω; C1=1μF ; L1=1mH

DATOS: E1=4V; I1=2A E1 E2 L1 A R3 E3 B R4 E4 I1 R5 C1 R2 D R1 C

A

Solución:

R = 2Ω y Pdisipada = 16 W.

1.10 En el circuito de la figura se aplican VA - VB = 20V. Hallar la intensidad total y las intensidades parciales, así como la resistencia equivalente.

Solución:

Corriente total = 8,71 A; Corriente por R1 = 5,38 A;

Corriente por R2 = 3,07 A; Corriente por R3 = 2,31 A;

Corriente por R4 = 3,33 A; Resistencia equivalente = 2,3 Ω;

1.11 Hallar la resistencia equivalente entre los puntos A y B, suponiendo R=2Ω.

Solución: Resistencia equivalente = 3,47 Ω. DATOS: R1=2Ω; R2=3Ω; R3=4Ω; R4=6Ω R1 R2 R3 B R4 A R R R R R B R R A R R

1.12 Dado el circuito de la figur, calcular:

a) Corrientes I1, I2, I3, I4 e I5 en régimen permanente. b) Tensiones Va, Vb y Vc.

Solución:

a) I1 = 1,1538 mA; I2 = -1,923 mA; I3 = 0 mA; I4 = -0,769 mA; I5 = -0,19228 mA;

b) VA = 8,84 V ; VB = 9,609 V ; VC = 0 V ;

1.13 Analizar el circuito de la figura y determinar las corrientes que pasan por R1, R2, R6, R7, R8 y R9 y las tensiones que caen en las mismas considerando los siguientes datos:

Solución:

R1. Corriente 2,5 mA hacia abajo. Tensión 2,5 V. R2. Corriente 2,5 mA hacia abajo. Tensión 2,5 V. R6. Corriente 5 mA hacia arriba. Tensión 5 V. R7. Corriente 0 mA. Tensión 0V.

R8. Corriente 1mA hacia abajo. Tensión 5 V. R9. Corriente 1 mA hacia arriba. Tensión 5 V.

DATOS: E1=E3=10V; E2=5V R1=R5=R6=2K R2=R3=R4=1K DATOS: R1=R2=R5=R6=R7=1K R3=R4=2K R8=R9=5K E1=E2=10V C1=C2=1μF C1 R1 R2 R3 R4 C2 R5 R6 E3 E2 E1 I1 I2 I3 I4 I5 R1 R2 C1 E1 R7 E2 R9 R8 C2 R6 R3 R4 R5

1.14 Dado el circuito de la figura, y suponiendo que se encuentra en régimen permanente, calcule:

a) Valor de las corrientes I1 e I2.

b) Potencial absoluto en los puntos A y B.

c) Potencias puestas en juego por los generadores I y E3, indicando si entregan o absorben

potencia.

Solución:

a) I1 = 0A e I2 =-0,5 A. b) VA = 0 V. VB = 3 V.

c) PI = 1 W entrega y PE3 = 2 W entrega.

1.15 Dado el circuito de la figura, y suponiendo que se encuentra en régimen permanente, calcule:

a) Expresión literal y valor numérico de la resistencia equivalente del Bloque A (RA). b) Valor de las corrientes I1, I2 e I3.

c) Potencial absoluto en los puntos A y B.

d) Potencias puestas en juego por los generadores I y E, indicando si entregan o absorben

potencia. DATOS: E1 = E2 = 2V ; E3 = 4V I = 1A R1 = R3 = 1Ω ; R2 = 2Ω R4 = R5 = 2 Ω L1= 1mH C1= 1μF L1 _A I C1 R2 B E3 E2 R1 E1 R3 I1 I2 R4 R5

Solución: a) = Ω + + ⋅ + ⋅ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + ⋅ + + = 3 3 R 5 R 4 R 5 R 4 R 2 R 3 R 5 R 4 R 5 R 4 R 2 R 1 R R_A b) I1 = 2A, I2 = 2 A e I3 = 1 A c) VA= 4 V y VB = -2 V. d) PI = 0 W. e) PE = 24 W entrega.

1.16 Dado el circuito de la figura, y suponiendo que se encuentra en régimen permanente, se pide:

a) Determine el valor de las corrientes i1, i2 e i3. b) Determine el valor de las tensiones V1, V2 y V3.

c) Determine el valor de las potencias puestas en juego por E1, I2 y R3, indicando claramente si entregan o absorben potencia.

d) Indique las cargas adquiridas por los condensadores C1 y C2.

DATOS: E = 6V I = 2A R2 = R6 = R8 = 1Ω R1 = R3 = R4 = R5 = R7 = 2Ω L= 1mH C= 1μF Bloque A R1 R2 R3 R4 R5 B E L A R6 C R8 R7 I1 I2 I3

Solución:

a) i1 = -1 mA, i2 = 0 mA e i3 = -1 mA. b) V1 = 0 V, V2 = 2 V y V3 = 0 V.

c) PE1 = 1 mW absorbe. PI2 = 4 mW entrega. PR3 = 1 mW absorbe.

d) QC1 = 0 C y QC2 = 1μC.

1.17 Del catálogo de un componente caracterizado por la magnitud X, se obtiene que el valor nominal vale Xn=10-6 u.c. (u.c.=unidades correspondientes), con una tolerancia de +30% y -20%. Obtener las desviaciones superior e inferior (dadas en u.c.) y los valores máximo y mínimo que puede tomar la magnitud.

Solución:

ds=0,3⋅10-6 u.c.; Xmax=1,3⋅10-6 u.c. di=0,2⋅10-6 u.c.; Xmin=0,8⋅10-6 u.c.

C1 I1 L1 C2 R1 I2 R2 L2 R3 E1 R4 E2 i1 i2 i3 V1 V2 V3 DATOS: C1 = C2 = 1 μF L1 = L2 = 2 mH R1 = R3 = 1 KΩ R2 = R4 = 2 KΩ I1 = 1 mA; I2 = 2 mA; E1 = 1 V; E2 = 2 V

1.18 Un componente con magnitud nominal Xn=104 u.c., marcada por el fabricante, es sometido a una medida en laboratorio que arroja un valor de 9000 u.c. para la magnitud citada. Sabiendo que la tolerancia es simétrica, ¿qué valor mínimo debe tener la misma para asegurar que el componente está “dentro de tolerancia”?.

Solución:

T=±10%

1.19 Un componente presenta un valor efectivo de su magnitud característica, a 25°C, de 110 u.c. Si su coeficiente de temperatura es de 150 p.p.m./ °C, ¿a qué temperatura el valor efectivo será de 110,41 u.c.?.

Solución:

A 49,848°C.

1.20 En la figura se ha representado la característica I-V de un componente en el sentido indicado. Se polariza el mismo según el circuito de la figura 1.76.

a) Calcular el punto de polarización del mismo si: R=1 KΩ; E=20V R=1 KΩ; E=10V R=1 KΩ; E=5V R=10 KΩ; E=10V 3 10 10 5 -10 -10 I(mA) V(V) E R 1 2

Característica I-V del ejemplo 1.20

Circuito 1º del ejemplo 1.20

I

V

b) Volver a repetir los cuatro apartados anteriores si el circuito de polarización es el representado en la siguiente figura.

c) Suponiendo R=1K y el circuito de polarización del apartado a, ¿entre qué valores puede

variar E para que la potencia disipada en la resistencia nunca sea superior a 0.1 W?. Respóndase, de igual modo, a esta cuestión considerando el circuito de polarización del apartado b.

Solución:

a) Con R=1K y E= 20 V punto de polarización: (V=10V, I=10mA)

Con R=1K y E= 10 V punto de polarización: (V=5,833V, I=4,166mA) Con R=1K y E= 5 V punto de polarización: (V=3,125V, I=1,875mA) Con R=10K y E= 10 V punto polarización: (V=1,4285V, I=0,8571mA)

b) Con R=1K y E= 20 V punto de polarización: (V= -10V, I= -10mA)

Con R=1K y E= 10 V punto de polarización: (V= -5V, I= -5mA) Con R=1K y E= 5 V punto de polarización: (V= -2,5V, I= -2,5mA) Con R=10K y E= 10 V punto polarización: (V= -0,909V, I= -0,909mA) c) Con el circuito del apartado a) E<20V

Con el circuito del apartado b) E<20V

1.21 La figura representa la característica I-V de un componente en el sentido indicado. Según el circuito de polarización adjunto, se pide:

a) Trazar la recta de carga para los siguientes casos: 1. R=1KΩ ; E= 1V

2. R=1KΩ ; E= 5V 3. R=1KΩ ; E= 10V 4. R=2KΩ ; E= 10V 5. R=0,5KΩ ; E= 10V

b) Obténganse conclusiones: ¿qué sucede si R es fija y se va variando E?¿y si se fija E y se

E

R 1

2

Solución:

a)

b) 1. R=0,5K y E=20V

2. R=1K y E=30V

1.22 En las siguientes figuras se han representado el circuito de polarización de un diodo y su característica idealizada respectivamente.

a) Trazando la recta de carga obtener el punto de polarización del diodo si: R= 1K y E=10V

R=100k y E=5V

b) Si E puede variar entre -41 y 50 V, ¿qué valores de R se deben utilizar para que en ningún caso se destruya el diodo?

c) Si R=100 Ω, ¿entre qué valores puede variarse E?

I V 1 2 E R 1 2 I(mA) 20 1 V(V) I E R V I(mA) IFN = 100 20 10 0,3 0,5 0,6 V(V) Is= -1μA VRM=-40V V(V) I(mA) 20 1 1.R=1K y E=1V 2. R=1K y E=5V 3. R=1K y E=10 V 4. R=2K y E=10 V 5. R=0.5K y E=10V Característica I-V del ejemplo 1.21

Circuito de polarización del ejemplo 1.21

Circuito polarización del ejemplo 1.22

Solución:

a) Con R=1K y E=10 V sale el punto de polarización V=0,49V e I=9,51mA

Con R=100K y E=5 V sale el punto de polarización V=0,3V e I=0mA b) R>1MΩ

c) -40,0001<E<10,6V

1.23 Dado el circuito de la figura, en el que X es un componente pasivo cuya característica I-V se muestra en la figura, se pide:

a) Calcule el valor de la resistencia equivalente del bloque A (RA).

b) Determine el punto de trabajo del componente X cuando el circuito se encuentra en régimen permanente.

c) Realice el balance de potencias del circuito, indicando las potencias entregadas o absorbidas por todos los elementos que lo componen.

L1 R1 R2 R3 Bloque A R4 C1 R5 E1

x

V

I

Circuito del ejemplo 1.23

V(Voltios) 2 I(Amperios) DATOS: E1 = 5 V R1 = 1Ω; R2 = 4Ω; R3 = R4 = 8Ω; R5 = 5Ω; L1 = 1mH; C1 = 1μF;

Solución:

a) RA = 3Ω

b) I=1A y V=2V

c) Absorben todas las resistencias y el componente pasivo. Pabsorbida=5W