PrTema5

Dispositivos Electrónicos
AÑO: 2010
TEMA 5: PROBLEMAS
Rafael de Jesús Navas González
Fernando Vidal Verdú
Dispositivos Electrónicos. CUESTIONES Y PROBLEMAS 5ª Relación
Curso Académico 09-10
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.
10V
5V
10V
5V
1.5V
Rc=3KΩ
Rc=3KΩ
Rb=200KΩ
Rb=200KΩ
10V
Rc=3KΩ
Rb=200KΩ
Q
Q
Q
Re=2KΩ
Fgura 1a
β=100
Figura 1b
Figura 1c
VBEsat=VBEact=VBEon=0.7V
VCEsat=0.2V Vγ=0.7V
2.- El transistor bipolar QS 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.
DS
C
B
B
QS
C
Q
E
E
DS modelo tensión umbral
Vγ=0.4V
VBEact = VBEon= VBEsat= 0.7V
VCEsat = 0.2V
β=100
Figura 2
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
ID = 0
para ( V D ≤ V BEon )
β+1
I D = ------------ ( V D – V BEon )
RB
para ( V D ≥ V BEon )
Observa que este comportamiento justifica que dicho circuito pueda ser considerado como
un diodo basado en el transistor BJT, como sugiere la Figura 3b.
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V
V
R
ID
RB
Q
Figura 3
R
ID
+
+
VD
_
VD
_
(a)
(b)
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.
VCC
DB y DE modelo ténsión umbral
Vγ=0.7V
VBEact = VBEon= VBEsat= 0.7V
VCEsat = 0.2V
Rc
RB1
DB
+
Q
RB2
vo
DE
_
β=100
VCC = 10 V
RB1 = RB2 =1MΩ
RC = 10KΩ
Figura 4
5.- En el circuito de la Figura 5, encontrar el rango de valores de vi para los cuales el diodo Ds
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 .
VCC
VCC = 5 V
Rc
RB =0,1MΩ
DS
RC = 10KΩ
+
RB
vi
DS modelo tensión umbral
Vγ=0.4V
VBEact = VBEon= VBEsat= 0.7V
Q
vo
VCEsat = 0.2V
β=100
_
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 Vcc=3V. Responde ahora cómo cambia el consumo con el cambio del valor de
la resistencia Rc, y el de la tensión de alimentación.
β=50
Vcc=5V
Rb=15KΩ
QA
vA
Vcc=5V
VBEact=VBEon=0.7V
Rc=6KΩ
vo
Rb=15KΩ
QB
v
Rc=6KΩ
vo
VBEsat=0.7V
VCEsat=0.2V
Rb=15KΩ
QA
vi
B
Figura 6a
Figura 6b
7.- Para el inversor de al Figura 6(b). Obtener la característica de transferencia (vo en función
de vi). 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.
Vcc=5V
VA
VB
β=50
Rc=6KΩ
VBEact=VBEon=0.7V
vo
Rb=15KΩ
QA
R=1KΩ
VBEsat=0.7V
VCEsat=0.2V
Vγ=0.7V
Figura 7
9.- En el circuito de la Figura 8, calcular la característica de transferencia (vo en función de
vi), y representarla gráficamente (dar la expresión matemática de todos los tramos).
Vcc=5V
Rc=6KΩ
Vγ=0.7V
vi
RB1=10KΩ
RB2=10KΩ
vo
Qo
β=30
VCEsat=0.2V
VBEact=VBEon=VBEsat=0.7V
Figura 8
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.
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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) IB=0.0107mA, IC=1.07mA, IE=1.08mA, VB=2.86V, VC=6.79V, VE=2.16V;
1.- (c) IB=IC=IE=0, VB=1.5V, VC=10V, VE indeterminada.
4.-(b) VDB = VDE = 0,7V; 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 .
4.- (c) v o = 4,2V ; P VCC = 5,879mW .
5.- v i ≥ 1,17V ; v o = 0,3V ; P VCC = 2,35mW .
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 Rc=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 VA = 0V VB = 5V Vo = 0.2V,
Para VA = 5V VB = 0V Vo = 0.2V,
Para VA = 5V VB = 5V Vo = 0.2V.
9.- S2)
R B1
R B1
R B1
( V γ + V BEon ) + --------- V BEon ≤ v i ≤ ---------- ( V CC – V CEsat ) + ( V γ + V BEon ) + --------- V BEon
R B2
βR C
R B2
vo
S1) vo = Vcc
5V
S2) v o
S3)
βR C
R B1
βR
= – ---------C- v i + V CC + ---------- ( V γ + V BEon ) + --------- V BEon
R B1
R B2
R B1
vo = vcesat
0,2V
2,36V
vi
2,1V
10.- (a) Los niveles lógicos son fácilmente identificables en la gráfica de la solución
al problema 9.
10.- (b) NML = 1,9V y NMH= 2,64V . Por tanto NM = 1,9V.
10.- (c) P(VCC) = 4mW
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FORMULARIO:
Vd
+
Id
-
+
Vγ
Id
C
C
B
Vd -
Vγ
ideal
Vd ≤ 0
si
siV BE
B
≤ V BEon
βIB
IB
B
VBEact
E
C
VCEsat
IB
B
VBEsatE
E
si I B
≥0
y βI B
≥ IC
VEBact
E
B
C
Id ≥ 0
si
Vγ si
C
E
B
Vγ
Id
Vd +
siV EB ≤ V EBon
E
βIB
C
E
IB
VECsat
C
yV CE
E
si
IB
C
VEBsat
B
B
si I B
≥0
y βI B
≥ IC
IB ≥ 0
≥ V CEsat
IB ≥ 0
yV EC
≥ V ECsat
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