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APUNTESDE LA ASIGNATURA
ELECTRNICA GENERAL
Juan Garca Ortega
Francisco Prez Ridao
Federico Barrero Garca
Sergio Toral Marn
Departamento de Ingeniera Electrnica
Seccin de PublicacionesEscuela Tcnica Superior de Ingeniera
Universidad de Sevilla
7/25/2019 Electrnica Apuntes 2013-14
3/144
Ttulo: Apuntes de la asignatura Electrnica General
Autores: Juan Garca Ortega,Francisco Prez Ridao, Federico Barrero Garca y Sergio Toral Marn
Edita: Seccin de PublicacionesEscuela Tcnica Superior de IngenieraUniversidad de Sevilla
El contenido de este documento es responsabilidad de los autores.Prohibida la reproduccin total o parcial de este documento por cualquier medio sin la autorizacin
expresa de los autores
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23/01/2014
1
Electrnica General
2 curso
Grado en Ingeniera en
Tecnologas Industriales
Juan Garca
Francisco Prez
Federico Barrero
Sergio Toral
www.dinel.us.es
- Introduccin a la electrnica
- 1 parte: Dispositivos electrnicos
- 2 parte: Introduccin a la Electrnica Analgica- 3 parte: Sistemas electrnicos digitales
- Prcticas
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ElectrnicaGeneral1P
arte
Introduccina la Electrnica
J. Garca Ortega
E
lectrnicaGeneral1Parte
ndice
1. Qu es la Electrnica?
2. mbitos de aplicacin y utilidad3. Historia y evolucin de la Electrnica
4. reas de la Electrnica
2Introduccin
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ElectrnicaGeneral1P
arte
Electricidad Electrnica
Qu es la Electrnica?
relativas al paso de partculas cargadas
elctricamente a travs de un gas, del vaco
3Introduccin
E
lectrnicaGeneral1Parte
4
Como afecta a los diversos campos de la ingeniera?
mbitos de aplicacin y utilidad
Introduccin
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ElectrnicaGeneral1P
arte
5
mbitos de aplicacin y utilidad
Introduccin
E
lectrnicaGeneral1Parte
6
mbitos de aplicacin y utilidad
Introduccin
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8/144
ElectrnicaGeneral1P
arte
7
mbitos de aplicacin y utilidad
Introduccin
E
lectrnicaGeneral1Parte
8
mbitos de aplicacin y utilidad
Introduccin
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ElectrnicaGeneral1P
arte
9
mbitos de aplicacin y utilidad
Introduccin
E
lectrnicaGeneral1Parte
10
Esquema bsico de un encendido electrnico
mbitos de aplicacin y utilidad
Introduccin
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10/144
ElectrnicaGeneral1P
arte
Encendido electrnico con microprocesador
11
mbitos de aplicacin y utilidad
Introduccin
E
lectrnicaGeneral1Parte
Comparacin entre diversos tipos de encendido
12
mbitos de aplicacin y utilidad
Introduccin
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11/144
ElectrnicaGeneral1P
arte
13
Sistema N ss
DTR Distronic 3
ECT Transmisin elctr. 9RCU Ctrl. techo solar 7
ABS Antibloqueo frenos 4
ZV Cierre centralizado 3
LWR Ajuste dinam. faros 6
CDI Ctrl. inyeccin 11
AAC Climatizador 13
ABC Ctrl. activo cuerpo 12
TPM Press. neumaticos 11
ESP Ctrl. estabilidad 14
PTS Paridronic 12
mbitos de aplicacin y utilidad
Sistemas electrnicos en un automvil
Introduccin
E
lectrnicaGeneral1Parte
14
Sistema de gestin de flujo de energa en un vehculo hbrido
mbitos de aplicacin y utilidad
Introduccin
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ElectrnicaGeneral1P
arte
15
mbitos de aplicacin y utilidad
Introduccin
Sistema de control
Sistema microprocesador encargado de
gestionar el flujo de energa, activando
los distintos elementos del sistema.
La informacin la obtiene de una serie
de sensores electrnicos.
E
lectrnicaGeneral1Parte
16
mbitos de aplicacin y utilidad
Introduccin
Inversor
Es el encargado deconvertir la corrientecontinua de la batera encorriente alterna, usadapara accionar losmotores elctricos.
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ElectrnicaGeneral1P
arte
17
mbitos de aplicacin y utilidad
Introduccin
Sistemas avinicos,sensores aviacin,sistemas de guerra
electrnica
Control de sistemas deenerga renovable,
conversin de energa.
Sistemas de traccin,
control de flujo deenerga, conversinde energa.
Sensoresindustriales y
control de procesos.
Comunicaciones yredes de servicios.
Gestin del trficoterrestre, martimo y
areo.
Electrnica deconsumo.
Computacin.
Etc
E
lectrnicaGeneral1Parte
18
1888 Generacin de radiacin electromagntica (Hertz)
1895 Transmisin de radio a 3 Km (Marconi)
1897 Tubo de rayos catdicos (Braun)1904 1 diodo o vlvula de vacio (Fleming)
1906 Triodo o dispositivo de 3 terminales (De Forest)
1920 1 emisora de radio (Westinghouse Electric Corp.)
Historia y evolucin de la Electrnica
Introduccin
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ElectrnicaGeneral1P
arte
19
1946 1 computadora (ENIAC)
17468 vlvulas de vacio
32 toneladas
2,4 x 30 metros cuadrados
5000 sumas
300 multiplicaciones
por segundo
Historia y evolucin de la Electrnica
Introduccin
E
lectrnicaGeneral1Parte
20
1948 Se inventa el 1 transistor (Bell Lab)
Historia y evolucin de la Electrnica
Introduccin
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15/144
ElectrnicaGeneral1P
arte
21
1951 Transistores discretos
1959 Jack Kilby inventa
el primer circuito integrado (premio Nobel en 2000)
1960 Integracin a pequea
escala (SSI, 100 cmp/chip)
Historia y evolucin de la Electrnica
Introduccin
E
lectrnicaGeneral1Parte
22
Desarrollo de la microelectrnica
Historia y evolucin de la Electrnica
Introduccin
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ElectrnicaGeneral1P
arte
23
10mm10km
500m 500 m
70mm
Escala de integracin?
Historia y evolucin de la Electrnica
Introduccin
E
lectrnicaGeneral1Parte
24
Coste de la electrnica?
Historia y evolucin de la Electrnica
Introduccin
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ElectrnicaGeneral1P
arte
25
reas de la Electrnica
Introduccin
Medida analgica de temperatura
Medida digital de temperatura
Segn la tecnologa usada
E
lectrnicaGeneral1Parte
26
reas de la Electrnica
Introduccin
-Electrnica industrial
Control de procesos
Automatizacin de
procesos
-Electrnica de potencia
Conversin de energa
Flujos de energa
Segn el rea de aplicacin
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ElectrnicaGeneral1P
arte
-Instrumentacin electrnica
Sensores
Instrumentos de
medida
-Telecomunicacin
Procesamiento de informacin
-Microelectrnica
Circuitos integrados
27
reas de la Electrnica
Introduccin
Segn el rea de aplicacin
E
lectrnicaGeneral1Parte
28
Estructura de un sistema microelectrnico
Dispositivo
electrnico
Circuitoelectrnico
Sistemaelectrnico
reas de la Electrnica
Introduccin
Segn la complejidad
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ElectrnicaGeneral1P
arte
29
Electrnica
Analgica
Trayectoriade estudio de la
asignatura
reas de la Electrnica
Introduccin
Electrnica
Digital
DispositivosElectrnicosBsicos-Complejidad ascendente
-De Analgica a Digital
-rea genrica
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ElectrnicaGeneral1P
arte
Parte 1.Dispositivos electrnicos
J. Garca Ortega
E
lectrnicaGeneral1Parte
2
ndice
1. Dispositivos elementales (R, L, C)
2. La unin PN3. El diodo
4. El transistor bipolar de unin BJT
5. El transistor de efecto de campo MOSFET
Dispositivos electrnicos
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ElectrnicaGeneral1P
arte
C
VC
IC
3
Dispositivos elementales
R
VD
ID I
V
V=RI
dV/dt
I
I=CdV/dt
Potenciometro
LDR
di/dt
V
V=Ldi/dt
L
VL
IL
-Dispositivos elementales
Resistencia
Condensador
Inductancia
Dispositivos electrnicos
E
lectrnicaGeneral1Parte
4
- Materiales semiconductores
Si, Ge
AsGa, SCd
AlGaAs
InGaAsP
- Portadores de carga
(electrones y huecos)
La unin PN
Dispositivos electrnicos
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ElectrnicaGeneral1P
arte
5
- Materiales semiconductores
- Semiconductor intrnseco (p = n)- Semiconductor tipo N; dopaje tipo N (p < n)
- Semiconductor tipo P; dopaje tipo P (p > n)
La unin PN
Dispositivos electrnicos
E
lectrnicaGeneral1Parte
6
- Unin PN en equilibrio trmico
VD
ID
La unin PN
VD D = 0
ID
VD
Dispositivos electrnicos
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23/144
ElectrnicaGeneral1P
arte
7
- Unin PN polarizada directamente
Regin de
polarizacin
directa
VD
ID
La unin PN
ID
VD
VD D> 0
nodo Ctodo
Dispositivos electrnicos
E
lectrnicaGeneral1Parte
8
Regin depolarizacin
directa
VD
ID
Regin de
polarizacin
inversa
La unin PN
- Unin PN polarizada inversamente
ID
VD
ID= I0[exp(VD / VT)-
con I0= I0
VD D~< 0
nodo Ctodo
Dispositivos electrnicos
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24/144
ElectrnicaGeneral1P
arte
9
La unin PN
- Unin PN en zona de ruptura
ID
VDRegin de
polarizacin
directa
VD
ID
Regin de
polarizacin
inversa
Regin de
ruptura
Efecto tnel y avalancha
CD y CT capacidades parsitas de difusin y transicin -> comportamiento dinmico
nodo Ctodo
Dispositivos electrnicos
E
lectrnicaGeneral1Parte
10
El diodo
Parmetros bsicos
Tensin umbral VT
Tensin en directa VF
Corriente en directa IF
Potencia mxima Pmax
Corriente inversa sat. IS IR
Tensin de ruptura VBR
- Caracterstica esttica.
ctodonodo
VD
ID
Regin de
polarizacin
directa
VD
ID
VT VF
IF
P=VFIF
Regin de
polarizacin
inversa
Regin de
ruptura
VBR
IR
10203040507080
(V)
1
2
3 (A)
2
4
6
8
10
16
18(mA)
1,51,00,5
(V)
Dispositivos electrnicos
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ElectrnicaGeneral1P
arte
Regin de
polarizacin
directa
VD
ID
Regin de
polarizacin
inversaRegin de
ruptura
VF
VD= VFID> 0-Vz< VD< VF
ID= 0
-VzVF
11
El diodo
- El diodo rectificador. Modelo aproximado.
ctodonodo
VD
ID
Parmetros bsicos
VF ~ 0,7 V (Si), 0,3 V (Ge)
VBR~ 1000 V (Si), 400 V (Ge)
Pmax~ mWW
Dispositivos electrnicos
E
lectrnicaGeneral1Parte
ctodonodo
VD
ID
12
El diodo
- El diodo Zener. Modelo aproximado.
Parmetros bsicos
VF ~ 0,7 V
VBR~ 1,5 - 300 V
Pmax~ W
Regin de
polarizacin
directa
VD
ID
Regin de
polarizacin
inversa
Regin de
rupturaVF
VD= VFID> 0-Vz< VD< VF
ID= 0
-Vz
VD= -VZID< 0
-VZ
VF
Dispositivos electrnicos
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ElectrnicaGeneral1P
arte
Regin de
polarizacindirecta
VD
ID
VF
VD= VFID> 0
VFPopt= 0
Popt= 1Popt= 2
Popt= 3Popt= 4
Regin de
polarizacininversaVD< VFID 0
ID(Popt)
ID
Popt
13
El diodo
- El diodo emisor de luz (LED). El fotodiodo PIN.
Dispositivos electrnicos
E
lectrnicaGeneral1Parte
14
VD
ID
V
-Vz VD
ID
V
-Vz etc
El diodo
- Otros diodos (Schottky, Varicap, Tunel, Gunn, lser, etc
Caracterstica esttica
Parmetros caractersticos (hoja de caractersticas o datasheet)
Dispositivos electrnicos
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ElectrnicaGeneral1P
arte
VD
ID
Vs
R
VR
15
VDID
VCC R VR
limitador
rectificador
El diodo
- Ejemplos de uso (soluciones grficas y analticas)
t
VS
-10 V
10 V
1 2-1
Caso 1: Vcc= 12 V, R = 1K , VF= 0,7 VCaso 2: Vcc= -10 V, R = 1K , VF= 0,7 V
Caso 3: R = 1K , VF= 0,7 V, Vz= 5 V
Dispositivos electrnicos
E
lectrnicaGeneral1Parte
16
El diodo
- Ejemplos de uso
VD
ID
VCC
R
VR1
VD
ID
VCC
R
VR2
t
VR
VR1VCC
VR2Detector de paso
Dispositivos electrnicos
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ElectrnicaGeneral1P
arte
17
El transistor bipolar de unin BJT
- Estructura y smbolos
ColectorEmisorP NN
Base
NPN
B
C
E
N P N PColectorEmisor
Base
PNP
B
C
E
El transistor bipolar BJT se comporta como una fuente de
corriente controlada por otra corriente (Efecto Transistor)
Dispositivos electrnicos
E
lectrnicaGeneral1Parte
18
El transistor bipolar de unin BJT
- Efecto transistor
Sin Efecto Transistor: comportamiento como dos diodos enfrentados
P N P ColectorEmisor
Base
Emisor Colector
Base
VEB> 0 VCB< 0
UE
pol. dir.
UC
pol. inv.
N P N PColectorEmisor
Base
PNP
B
C
E
Dispositivos electrnicos
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ElectrnicaGeneral1P
arte
19
El transistor bipolar de unin BJT
- Efecto transistor
Con Efecto Transistor: comportamiento como fuente de corriente
N P N PColectorEmisor
Base
PNP
B
C
E
P N P ColectorEmisor
Base
Emisor Colector
Base
VEB> 0 VCB< 0
UE
pol. dir.
UC
pol. inv.
Dispositivos electrnicos
E
lectrnicaGeneral1Parte
PNP
VEB
B
C
E
VECIB
IC
NPN
VBE
B
C
E
VCEIB
IC
20
El transistor bipolar de unin BJT
- Referencias de tensiones y corrientes. Parmetros bsicos.
ColectorEmisorP NN
Base
N P N PColectorEmisor
Base
Parmetros bsicos: Ganancia , Potencia mxima Pmax
Tensiones tpicas (VBE, VCE), Frecuencia de corte fc
Dispositivos electrnicos
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ElectrnicaGeneral1P
arte
21
El transistor bipolar de unin BJT
- Caracterstica esttica.
NPN
B
C
E
VBE
B C
E
IB
E
NPN VCE
IC
Modelo aproximado del BJT
VCE
IC
IB= 0,01 mA
IB= 0,02 mA
IB= 0,03 mA
IB= 0,04 mA
IB= 0 mA
IC= 4 mA
IC= 3 mA
IC= 2 mA
IC= IC= 1 mA
= 100
Dispositivos electrnicos
E
lectrnicaGeneral1Parte
22
El transistor bipolar de unin BJT
- Caracterstica esttica. Modelos aproximados.
NPN
B
C
E
VBE
B C
E
IB
E
VCE
IC
0,7 V
IC= IB
BJT en ACTIVA
UE PD, UC PI
VBE= 0,7 V
VCE> 0,2 V
IC= IB
VCE
IC
IB= 0,01 mA
IB= 0,02 mA
IB= 0,03 mA
IB= 0,04 mAIC= 4 mA
IC= 3 mA
IC= 2 mA
IC= 1 mA
VCE = 0,2 V
= 100
Zona activa
Dispositivos electrnicos
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ElectrnicaGeneral1P
arte
23
El transistor bipolar de unin BJT
- Caracterstica esttica. Modelos aproximados.
NPN
B
C
E
BJT en SATURACIN
UE PD, UC PD
VBE
B C
E
IB
E
VCE
IC
0,7 V
0,2 V
VBE= 0,7 V
VCE= 0,2 V
IC< IB
VCE
IC
IB= 0,01 mA
IB= 0,02 mA
IB= 0,03 mA
IB= 0,04 mAIC= 4 mA
IC= 3 mA
IC= 2 mA
IC= 1 mA
VCE = 0,2 V
= 100
Zona de
Saturacin
Dispositivos electrnicos
E
lectrnicaGeneral1Parte VBE
B C
E
IB
E
VCE
IC
IB= IC=
24
El transistor bipolar de unin BJT
- Caracterstica esttica. Modelos aproximados.
NPN
B
C
E
BJT en CORTE
UE PI, UC PI
VBE< 0,7 V
IB= 0
IC= 0
VCE
IC
IB= 0,01 mA
IB= 0,02 mA
IB= 0,03 mA
IB= 0,04 mAIC= 4 mA
IC= 3 mA
IC= 2 mA
IC= 1 mA
VCE = 0,2 V
= 100
Zona de
Corte
Dispositivos electrnicos
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ElectrnicaGeneral1P
arte
25
El transistor bipolar de unin BJT
- Ejemplos de uso (soluciones grficas y analticas)
Caso 1: Vs = 0 V (corte)
Caso 2: Vs = 1,2 V (activa)
Caso 3: Vs = 2,4 V (saturacin)
Caso 4: Vs = 1,2 + 0,1 sen(wt)
Caso 5: Vs = 1,2 1,2 V
IC
10K
Vs
IB
1K
10 V
=100
V=0
Dispositivos electrnicos
E
lectrnicaGeneral1Parte
26
El transistor de efecto de campo MOSFET
- Estructura y smbolos. Referencias de tensiones y corrientes.
El transistor MOSFET se comporta como una fuente de corriente
controlada por una tensin
Canal n
VGS
G
D
S
VDS
IG=0
IS
ID
Canal P
VGS
G
D
S
VDSIG=0
IS
ID
Dispositivos electrnicos
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ElectrnicaGeneral1P
arte
27
El transistor de efecto de campo MOSFET
- Smbolos y parmetros bsicos.
Existen 8 smbolos diferentes para 4 transistores MOSFET posibles.
Parmetros bsicos: Tensin umbral VT , Kn ( CoxW/L), Potencia mxima Pmax ,
Frecuencia de corte fc
canalP
canalN
Enriquecimiento Empobrecimiento
Dispositivos electrnicos
E
lectrnicaGeneral1Parte
VDS
ID
VGS= 3 V
VGS= 4 V
VGS= 5 V
VGS= 6 V
VGS VT
28
El transistor de efecto de campo MOSFET
- El transistor de efecto de campo (MOSFET)
G
D
S
VGS
G D
S
IG=0
S
nMOS VDS
ID
Modelo aproximado del MOSFET
Dispositivos electrnicos
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ElectrnicaGeneral1P
arte
VDS
ID
VGS= 3 V
VGS= 4 V
VGS= 5 V
VGS= 6 V
VGS VT
Zona de corte
MOSFET en CORTE
VGSVT
IG= 0
ID= 0
VGSG D
S
IG=0
S
VDS
ID
IG= ID=
29
El transistor de efecto de campo MOSFET
- El transistor de efecto de campo (MOSFET)
G
D
S
Dispositivos electrnicos
E
lectrnicaGeneral1Parte
VDS
ID
VGS= 3 V
VGS= 4 V
VGS= 5 V
VGS= 6 V
VGS VT
Zona de
conduccin
VGS
G D
S
IG=0
S
VDS
IDID= f(VGS, VDS)
IG=
30
El transistor de efecto de campo MOSFET
- El transistor de efecto de campo (MOSFET)
G
D
S
MOSFET en
CONDUCCIN
VGS> VT
IG= 0
ID= f (VGS, VDS)
Dispositivos electrnicos
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Boletn de problemas de DIODOS
Nota: Todos los circuitos siguientes han sido simulados en el entorno Micro-cap 10.0.9.1 Evaluation Version.
1.- Calcular el valor de la corriente y tensin del diodo rectificador (Id, Vd), la tensin de la resistencia (Vr) y las
potencias disipadas por ambos dispositivos (Pd, Pr) para los siguientes parmetros:
a) Vcc = 12 V, R = 1 K , VF= 0,7 V
b) Vcc = -10 V, R = 1 K , VF= 0,7 Vc) Vcc = 120 V, R = 3 K , VF= 0,7 V
d) Vcc = 120 V, R = 3 K , VF= 0 V
e) Vcc = 1 V, R = 4,7 K , VF= 0,7 Vf) Vcc = 1 V, R = 4,7 K , VF= 0 V
Id = a)11,3 mA b)0 mA c)39,76 mA d)40 mA e)63,83 A f)0,21 mA
Vd = a)0,7 V b)-10 V c)0,7 V d)0 mA e)0,7 V f)0V
Vr = a)11,3 V b)0 V c)119,3 V d)120 V e)0,3 V f)1V
Pd = a)7,91 mW b)0 mW c)27,83 mW d)0 W e)44,68 W f)0W
Pr = a) 127,69 mW b)0 mW c)4,74 W d)4,8 W e)19,15 W f)0,21 mW
2.- Calcular el valor de la corriente y tensin del diodo Zener (Id, Vd), la tensin de la resistencia (Vr) y las potencias
disipadas por ambos dispositivos (Pd, Pr) para los siguientes parmetros:
a) Vcc = 7 V, R = 1 K , VF= 0,7 V, Vz = 5 V
b) Vcc = -10 V, R = 1 K , VF= 0,7 V, Vz = 5 V
c) Vcc = -3 V, R = 3 K , VF= 0,7 V, Vz = 5 V
d) Vcc = 7 V, R = 1 K , VF= 0,7 V, Vz = 10 V
Id = a)6,3 mA b)-5 mA c)0 mA d)6,3 mA
Vd = a)0,7 V b)-5 V c)-3 V d)0,7 V
Vr = a)6,3 V b)-5 V c)0 V d)6,3 V
Pd = a)4,41 mW b)25 mW c)0 mW d)4,41 mW
Pr = a)39,69 mW b)25 mW c)0 W d)39,69 mW
3.- Calcular el valor de la corriente y tensin del diodo rectificador (Id, Vd), las tensiones de las resistencia (Vr1, Vr2,
Vr3) y las potencias disipadas por los cuatro dispositivos (Pd, Pr1, Pr2, Pr3) para los siguientes parmetros:
a) Vcc = 10 V, R1 = 1 K , R2 = 1 K , R3 = 0 K , VF= 0,7 V
b) Vcc = 10 V, R1 = 1 K , R2 = K , R3 = 1 K , VF= 0,7 V
c) Vcc = 10 V, R1 = 1 K , R2 = 1 K , R3 = 1 K , VF= 0,7 V
Id = a)18,6 mA b)4,65 mA c)6,2 mA
Vd = a)0,7 V b)0,7 V c)0,7 V
Vr1,2,3 = a)9,3/9,3/0 V b)4,65/4,65/4,65 V c)3,1/3,1/6,2 V
Pd = a)13,02 mW b)3,25 mW c)4,34 mW
Pr1,2,3 = a)86,49/86,49/0 mW b)21,62/0/21,62mW c) 9,6/9,6/38,4 mW
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4.- Calcular el valor de la corriente y tensin del diodo Zener (Id, Vd), el estado del diodo y la tensin Vout:
a) Vcc = 8 V, V1 = 3 V, R1 = 1 K , R2 = 1 K , VF= 0,7 V, Vz = 3 V
b) Vcc = -2 V, V1 = 3 V, R1 = 1 K , R2 = 1 K , VF= 0,7 V, Vz = 3 V
c) Vcc = 3 V, V1 = 3 V, R1 = 1 K , R2 = 1 K , VF= 0,7 V, Vz = 3 V
Id = a)2,15 mA b)-1 mA c)0 mA
Vd = a)0,7 V b)-3 V c)0 V
Vout = a)5,85 V b)-1 V c)3 V
Estado a)conduccin b)Ruptura c)Corte
5.- Calcular las corriente y tensiones de las resistencias (Ir, Vr) y los diodos (Id, Vd) para los siguientes circuitos:
a) Vcc = 10 V, R1 = 1 K , VF1= 0,7 V, VF2= 0,3 V
b) Vcc = 10 V, R1 = 2 K , VF1= 0,7 V, VF2= 0,3 V
c) Vcc = 10 V, R1 = R2 = 1 K , VF= 0,7 Vd) Vcc = 10 V, R1 = 2 K , VF1= VF2=0,7 V, VF3= 0,3 V
e) Vcc = 10 V, R2 = 1 K , R1 = R3 = 2 K , VF1= 0,7 V
f) Vcc = 10 V, R1 = 1 K , R2 = 2 K , VF= 0,7 V
g) Vcc = 10 V, V1 = 2 V, R1 = R2 =1 K , VF= 0,7 V
h) Vcc = 10 V, R1 = 1 K , VF= 0,7 Vi) Vcc = 10 V, R1 = 1 K , R2 = 2 K , VF1= 0,7 V, Vz2= 5 V
j) Vcc = 10 V, R1 = 1 K , R2 = 2 K , VF1= 0,7 V, Vz2= 5 V
a) b)
Ir 1/2/3=
a)9,7 mA
b)4,5 mA
c)8,6/0,7 mA
d)4,5 mA
e)3,5/2,34/1,16 mA
f)8,6/4,3 mA
g)7,3/2 mA
h)8,6 mA
i)4,3/2,5 mA
j)4,3/0,34 mA
c) d)
Vr 1/2/3=
a)9,7 V
b)9 V
c)8,6/0,7 V
d)9 V
e)7/2,3/2,3 V
f)8,6/8,6 V
g)7,3/2 V
h)8,6 V
i)4,3/5 V
j)4,3/0,7 V
e) f)
Id 1/2/3=
a)0/9,7 mA
b)4,5 mA
c)8,6/7,9 mA
d)4,5/0/4,5 mA
e)3,5 mA
f)13 mA
g)7,3 mA
h)8,6/0/8,6 mA
i) 3,96/-4,3 mA
g) h)
Vd 1/2/3=
a)0,3/0,3 V
b)0,7/0,3 V
c)0,7/0,7 V
d)0,7/0,3/0,3 V
e)0,7 V
f)0,7/0,7 V
g)0,7 V
h)0,7/-0,7/0,7 V
i)0,7/-5 V
j)0,7/-5 V
i) j)
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6.- Calcular el valor de la corriente y tensin del diodo Zener (Id, Vd), la potencia disipada por el diodo y la batera
(Pd, Pbat) para los siguientes parmetros:
a) Vcc = 8 V, R1 = 1 K , R2 = 1 K , R3 = 1 K , VF= 0,7 V, Vz = 5 V
b) Vcc = 8 V, R1 = 1 K , R2 = 1 K , R3 = 1 K , VF= 0,7 V, Vz = 3 V
c) Vcc = -10 V, R1 = 1 K , R2 = 1 K , R3 = 1 K , VF= 0,7 V, Vz = 3 V
Id= a)0 mA b)-0,66 mA c)2,86 mA
Vd= a)-4 V b)-3 V c)0,7 V
Pd = a)0 mW b)1,98 mW c)2 mW
Pbat= a)32 mW b)34,664 mW c)64,33 mW
7.- Calcular el valor de la corriente y tensin del diodo Zener (Id, Vd), la potencia disipada por el diodo y la batera
Vcc (Pd, Pbat) para los siguientes parmetros:
a) Vcc = 8 V, V1 = 2 V,R1 = 1 K , R2 = 1 K , VF= 0,7 V, Vz = 3 V
b) Vcc = 4 V, V1 = 2 V, R1 = 1 K , R2 = 1 K , VF= 0,7 V, Vz = 5 V
c) Vcc = -10 V, V1 = 2 V, R1 = 1 K , R2 = 1 K , VF= 0,7 V, Vz = 3 V
Id= a)-4 mA b)0 mA c)2,86 mA
Vd= a)-3 V b)-3 V c)0,7 V
Pd = a)12 mW b)0 mW c)4,62 mW
Pbat= a)40 mW b)4 mW c)93 mW
8.- El LED de la figura funciona con una corriente nominal de 10 mA. Calcular el valor terico de la resistencia R que
habra que poner si queremos que el LED ilumine con su potencia nominal, en los siguientes casos:
a) Vcc = 10 V, VF(D1)= 0,7 V, VF(LED)= 1,7 V
b) Vcc = 20 V, VF(D1)= 0,7 V, VF(LED)= 1,7 V
c) Idem que a) para que el LED ilumine el doble
Hallar la potencia consumida por el LED y la suministrada por la batera en cada caso.
R = a)0,76 K b)1,76 K c)0,38 K
PLED= a)17 mW b)17 mW c)34 mW
PBat= a)100 mW b)200 mW c)200 mW
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9.- El circuito de la figura representa una matriz de 9 LEDs, que es alimentada por una fuente comn Vcc y activada
por un nico interruptor (Switch1). El objetivo del circuito es encender la matriz de 3x3 LEDs rojos al cerrar el
interruptor para producir un determinado aviso luminoso. Se considera que los LEDs estn correctamente
iluminados si por ellos pasan 15 mA. Sabiendo que la tensin en conduccin de un LED rojo es VF= 1,7 V se pide:
a) Valor de las resistencias R1, R2 y R3 para que el circuito funcione correctamente si Vcc = 12 V
b) Potencia suministrada por la fuente Vcc, consumida por las resistencias y por los diodos
c) Corriente que soportan las resistencias, la fuente Vcc y el interruptor.
R1, R2, R3 = mximo 0,46 K IR= 15 mA
IVcc= Iswitch= 45 mA PR= 103,5 mW cada una (310,5 mW en total)
PBat= 540 mW PLED= 25,5 mW cada uno (229,5 mW en total)
10.- El circuito de la figura representa una matriz de 9 LEDs, que es alimentada por una fuente comn Vcc y activada
por un nico interruptor (Switch1). El objetivo del circuito es encender la matriz de 3x3 LEDs rojos al cerrar elinterruptor para producir un determinado aviso luminoso. Se considera que los LEDs estn correctamente
iluminados si por ellos pasan 15 mA. Sabiendo que la tensin en conduccin de un LED rojo es VF= 1,7 V se pide:
a) Valor de la resistencia R1 para que el circuito funcione correctamente si Vcc = 12 V
b) Potencia suministrada por la fuente Vcc, consumida por la resistencia y por los diodos
c) Corriente que soportan la resistencia, la fuente Vcc y el interruptor.
R1 = mximo 0,154 K IR= 45 mA
IVcc= Iswitch= 45 mA PR= 310,5 mW
PBat= 540 mW PLED= 25,5 mW cada uno (229,5 mW en total)
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Boletn de problemas de BJTs
Nota: Todos los circuitos siguientes han sido simulados en el entorno Micro-cap 10.0.9.1 Evaluation Version.
1.- Hallar las tensiones (VBE, VCE) , corrientes (IB, IC) y estado de polarizacin del transistor:
(Vbe = Vbeact= Vbesat= 0,7 V, Vcesat= 0,2 V, = 100)a) V1 = 5 V, Rb = 43 K, Vcc = 20 V, Rc = 1 Kb) V1 = 5 V, Rb = 4.3 K, Vcc = 20 V, Rc = 1 Kc) V1 = 5 V, Rb = 43 K, Vcc = 10 V, Rc = 1 Kd) V1 = 0.5 V, Rb = 43 K, Vcc = 20 V, Rc = 1 Ke)V1 = 3 V, Rb = 10 K, Vcc = 50 V, Rc = 1 Kf) V1 = 3 V, Rb = 10 K, Vcc = 50 V, Rc = 3 K
VBE= a) 0,7 V b)0,7 V c)0,7 V d)0,5 V e) 0,7 V f)0,7 V
VCE= a) 10 V b)0,2 V c)0,2 V d)20 V e) 27 V f)0,2 V
IB= a) 0,1 mA b)1 mA c)0,1 mA d)0 mA e) 0,23 mA f)0,23 mA
IC= a) 10 mA b)19,8 mA c)9,8 mA d)0 mA e) 23 mA f)16,6 mA
Estado a)Act b)Sat c) Sat d)Corte e)Act f)Sat
2.- Para el circuito de la figura anterior, determine el intervalo de valores de V1 para que el transistor se encuentreen activa.
(Vbe = Vbeact= Vbesat= 0,7 V, Vcesat= 0,2 V, = 150)Rb = 5 K, Vcc = 12 V, Rc = 1 K
0,7 V < V1 < 1,093 V
3.- Hallar las tensiones (VBE, VCE) y corrientes (IB, IC) del transistor:
(Vbe = Vbeact= Vbesat= 0,7 V, Vcesat= 0,2 V)
a) Rc = 0,7 K , Rb = 75 K , V1 = 10 V, = 150
b) Rc = 0,2 K , Rb = 75 K , V1 = 10 V, = 150
a) Rc = 0,7 K , Rb = 75 K , V1 = 10 V, = 120
b) Rc = 0,2 K , Rb = 75 K , V1 = 10 V, = 120
VBE= a) 0,7 V b) 0,7 V c) 0,7 V d) 0,7 V
VCE= a)0,2 V b)6,28 V c) 0,2 V d) 2,97 V
IB= a)0,124 mA b) 0,124 mA c)0,124 mA d) 0,124 mA
IC= a)14 mA b)18,6 mA c)14 mA d)14,88 mA
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4.- Hallar las tensiones (VB, VC, VE), corrientes (IB, IC, IE) y estado de polarizacin del transistor:
(Vbe = Vbeact= Vbesat= 0,7 V, Vcesat= 0,2 V, = 100)
a) = 120, R1 = 10 K, R2 = 7 K, Rc = 1 K, Vcc=12 V
b) = 120, R1 = 75 K, R2 = 7 K, Rc = 1 K, Vcc=12 V
c) = 100, R1 = 87 K, R2 = 10 K, Rc = 1 K, Vcc=12 V
d) = 100, R1 = 87 K, R2 = 3 K, Rc = 1 K, Vcc=9V
Vb = a) 0,7 V b)0,7 V c)0,7 V d)0,3 V
Vc = a)0,2 V b)6 V c)6 V d)9 V
Ve = a) 0 V b)0 V c)0 V d)0 V
Ib = a) 1,03 mA b) 0,05 mA c) 0,06 mA d)0 mA
Ic = a)11,08 mA b)6 mA c)6 mA d)0 mA
Ie = a)12,83 mA b)6,05 mA c)6,06 mA d)0 mA
Estado a)Sat b)Act c)Act d)Corte
5.- Calcular el valor de las resistencias Re y Rb, y de las corrientes Ic e Ib, sabiendo que la tensin Vc = 5 V y que:
(Vbe = Vbeact= Vbesat= 0,7 V, Vcesat= 0,2 V, = 100)
a) Rc = 5 K , Ve = 4,5 V
b) Rc = 1 K , Ve = 4,5 V
c) Rc = 5 K , Ve = 3 V
d) Rc = 1 K , Ve = 3 V
Re = a) 4,5 K b)0,9 K c)3,0 K d)0,6 K
Rb = a)480 K b)96 K c)630 K d)126 K
Ic = a)1 mA b)5 mA c)1 mA d)5 mA
Ib = a)0,01 mA b)0,05 mA c)0,01 mA d)0,05 mA
6.- En el siguiente montaje, A representa una bombilla que disipa 100 W a 220 V. Si se tienen los siguientes valores de
tensin y resistencia, Vs = 5 V, RB= 20 K , RC= 0,5 K , Vcc = 20 V, hallar
(Vbe = Vbeact= Vbesat= 0,7 V, Vcesat= 0,2 V, = 120)
Resistenciabombilla
RBombilla= 0,484 K
Corriente porla bombilla
IBombilla= 20,12 mA
Potencia de la
bombilla PBombilla= 195,93 mW
Potencia deltransistor
PTransistor= 4,17 mW
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7.- Se pretende encender un LED actuando sobre el potencimetro Pot1, conectado a la base de un transistor BJT atravs de una resistencia fija Rb. Se considera que el LED (de color amarillo) funciona con una corriente mnima de IF MIN(LED)= 15 mA, siendo la tensin en conduccin VF(LED)= 2 V. La mxima potencia que puede disipar el LED es de 0,1 W.Se pide:
a) Dimensionar el valor de Rb para que el LED no se destruya en el caso de que el potencimetro est en su
valor mnimo (Rpot = 0 K ). Calcular la tensin Vce en ese instante.b) Dimensionar el valor mximo del potencimetro para que siempre se encuentre encendido. Calcular Vce.
Datos: V1 = 10 V, RC= 0,1 K , Vcc = 10 V, Vbe = Vbeact= Vbesat= 0,7 V, Vcesat= 0,2 V, = 100)
a)
RB= 18,6 K
VCE= 3 V
b)
RPot= 43,4 K
VCE= 6,4 V
8.- El conmutador de la figura sirve para encender o apagar el LED. Se considera que el LED (de color amarillo) funcionacon una corriente mnima de IF MIN(LED)= 15 mA, siendo la tensin en conduccin VF(LED)= 2 V.
a) Calcular el valor de Rc para que pase por el LED una corriente de 30 mA cuando el switch est a GND.b) Calcular el valor de mnimo Rb para que pase por el LED una corriente menor de 15 mA cuando el switch
est a V1.
Datos: V1 = 5 V, (Vbe = Vbeact= Vbesat= 0,7 V, Vcesat= 0,2 V, = 100)
a) RC= 0,1 K
b) RB MIN= 28,6 K
9.- El conmutador de la figura sirve para poner en marcha el motor de continua, a travs de un rel. La bobina del relse activa cuando pasa como mnimo 10 mA por ella, cerrando el interruptor (Relay1) en ese caso.
a) Calcular el valor mximo de Rb para que funcione el sistema.b) Tensin Vce en ese instante.
c) Si Rb fuese un potencimetro, Cul sera la mxima corriente que podramos hacer pasar por la bobina?.d) Calcular la potencia que estara disipando la bobina en ese instante.
Datos: R interna de la bobina = 0,1 K , V1 = 5 V, V2 = 2 V, (Vbe = Vbeact= Vbesat= 0,7 V, Vcesat= 0,2 V, = 100)
a) RB MAX= 43 K
b) VCE= 4 V
c) IBB MAX= 48 mA
d) PBB MAX= 230,4 mW
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10.- Los conmutadores S1 y S2 sirven para seleccionar cual de los cuatro LEDs es encendido.a) Calcular los valores de las Rbipara que los LEDs se iluminen con la corriente mnima al ser seleccionados.b) Calcular el valor de las RL ipara las tensiones |Vce| de ambos transistores sean de 2,5 V.c) Rellenar la tabla de correspondencias entre S1, S2 y los 4 LEDs que son encendidos.
Datos: VF(LED)= 2 V, IF MIN(LED)= 15 mA, V1 = V2 = 10 V, (Vbe = Vbeact= Vbesat= 0,7 V, Vcesat= 0,2 V, = 100)
a) RB= 62 K
b) RL= 0,2 K
c)
S2S1
UP DOWN
UP LED1 LED3
DOWN LED2 LED4
11.- En una situacin A, el corte de la recta de carga con la caracterstica esttica del transistor BJT proporciona elpunto de polarizacin. Si se divide por 2 la tensin Vcc, represente en dicha caracterstica la nueva situacin, indicandoel estado del transistor en ambos casos.
Estado: ACTIVA Estado: SATURACIN
12.- Hallar las tensiones y corrientes de polarizacin del BJT, donde R1 = 20 K , R2 = 10 K , R3 = 4 K y Vcc = 10V
(Vbe = Vbeact= Vbesat= 0,7 V, Vcesat= 0,2 V, = 100)Representar sobre la caracterstica esttica de salida el punto de polarizacin del transistor, indicando los valores
representativos de la recta de carga (puntos de corte con los ejes), las corrientes de base (IB) y colector (IC) y latensin colector emisor (VCE).
VBE= 0,7 V VCE= 0,2 V Ib = 0,395 mA IC = 2,45 mA
iC
vCE
iB
A
vCC
vCC
Rc
iC
vCE
iB
vCCvCC
2
vCC
Rc
vCC
2Rc
A
iC
vCE
IB
iC
vCEIc=2,45mA
Vcc/Rc=2,5
0mA
Vce=0,2V Vcc=10V
Ib=0,395 mA
Ib=39,5mA
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13.- Hallar las tensiones (VBE, VCE) y corrientes (IB, IC) de polarizacin del transistor:
(Vbe = Vbeact= Vbesat= 0,7 V, Vcesat= 0,2 V)
a) Rc = 0,5 K , Rb = 100 K , RL = 1K , V1 = 10 V, = 120
b) Rc = 0,25 K , Rb = 75 K , RL = 1K , V1 = 10 V, = 140
VBE= a) 0,7 V b) 0,7 V
VCE= a)4,4 V b)5,66 V
IB= a)0,093 mA b) 0,124 mA
IC= a)11,16 mA b)17,36 mA
14.- Hallar las tensiones de base, emisor y colector (VB, VC,VE) y corrientes (IB, IC) de polarizacin del transistor:
(Vbe = Vbeact= Vbesat= 0,7 V, Vcesat= 0,2 V)
a) Rc = 1 K , Rb = 126 K , Re = 0,6 K , RL = 1K , V1 = 10 V, = 100
b) Rc = 1 K , Rb = 96 K , Re = 0,9 K , RL = 1K , V1 = 10 V, = 100
VB= a) 3,7 V b) 5,2 V
VC= a)5 V b)5 V
VE= a)3 V b)4,5 V
IB= a)0,05 mA b) 0,05 mA
IC= a)5 mA b)5 mA
15.- Hallar las tensiones de base, emisor y colector (VB, VC,VE) y corrientes (IB, IC) de polarizacin del transistor:
(Vbe = Vbeact= Vbesat= 0,7 V, Vcesat= 0,2 V)
a) Rc = 1 K , Rb1 = 75 K , Rb2 = 7 K , RL = 1K , V1 = 12 V, = 120
b) Rc = 1 K , Rb1 = 87 K , Rb2 = 10 K , RL = 1K , V1 = 12 V, = 100
VB= a) 0,7 V b) 0,7 V
VC= a)6 V b)6 V
VE= a)0 V b)0 V
IB= a)0,05 mA b) 0,06 mA
IC= a)6 mA b)6 mA
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16.- Se tiene un transistor BJT npn. Indicar, para las tensiones de terminales dadas, la regin de funcionamientodonde se encuentra el transistor (corte, activa o saturacin), as como el estado de polarizacin de cada una de lasdos uniones (polarizacin inversa o directa).
(Datos NPN: tensin umbral unin BE VBE = 0,6 V, tensin umbral unin BC VBC = 0,5 V)
(Datos PNP: tensin umbral unin BE VEB = 0,6 V, tensin umbral unin BC VCB = 0,5 V)
Tensiones TIPO TRANSISTOR UNIONES
VC= 7 VVB= 4 V
VE= 3,3 V
ACTIVAUnin base emisor en directa
Unin base colector en inversa
VC= 4,9 VVB= 4,3 VVE= 5 V
SATURACINUnin base emisor en directa
Unin base colector en directa
REGIN UNIONES
ACTIVAUnin base emisor en directa
Unin base colector en inversa
VB
VC
VE
VB
VC
VE
VB=5,3V
VC=8V
VE=4,6V
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ElectrnicaGeneral2Parte
1
Parte 2: Introduccin a la
Electrnica Analgica
F. P. Ridao
E
lectrnicaGeneral2Parte
2
Objetivos
(a) Objetivos generales de la parte 2
La electrnica analgica estudia los circuitoselectrnicos cuyas seales (V, I,...) varan de
forma continua en el tiempo y pueden adquirir
infinidad de valores posibles.
Hay infinidad de posibles circuitos analgicos
diferentes. Slo disponemos de tres clases.
Intentaremos mostrar algunos de ellos, los
que consideramos circuitos bsicos.
Ejemplos de seales analgicas
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ElectrnicaGeneral2Parte
3
Presentaremos la Electrnica Analgica en tres clases:
Clase 1: Rectificadores y Reguladores.
Clase 2: Circuitos amplificadores.
Clase 3: Circuitos electrnicos no lineales.
Objetivos
E
lectrnicaGeneral2Parte
4
Clase 1:
Rectificadores y Reguladores1.1 Circuitos rectificadores.
1.2 Rectificador con filtrado.
1.3 Regulador zener.
1.4 Regulador serie lineal.
1.5 Regulador serie conmutado.
4
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ElectrnicaGeneral2Parte
5
1.1 Circuitos rectificadores.
Rectificar: obtener corriente (tensin) continua a
partir de corriente (tensin) alterna.
Tipos de rectificadores:
Baja f : red (50 Hz), audio, etc.
Alta f : fuentes conmutadas, circuitos RF, etc.
Media Onda: rectifica semionda positiva o
semionda negativa.
Onda Completa: rectifica todo.
(a) Rectificadores
E
lectrnicaGeneral2Parte
6
1.1 Circuitos rectificadores.
(b) Rectificador de media onda
Requiere un solo diodo.
El transformador es opcional
R1 representa la carga.
7/25/2019 Electrnica Apuntes 2013-14
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ElectrnicaGeneral2Parte
7
1.1 Circuitos rectificadores.
(c) Rectificador de media onda
Rectificador de media onda con diodos
idealizados como interruptores.
Simulacin de rectificador diodos reales
E
lectrnicaGeneral2Parte
8
1.1 Circuitos rectificadores.
Caractersticas:
Rectificador activo (requiere A.O. y
fuente simtrica +/-Vcc).
Infrecuente frente al rectificador pasivo.
Compensa Vf de diodos: rectificador sinprdidas.
Inconvenientes:
Rectifica seal (poca potencia).
Funciona mal en alta f (A.O...).
(d) Rectificador de media onda con A.O.
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ElectrnicaGeneral2Parte
9
1.1 Circuitos rectificadores.
Caractersticas:
Mejora el rendimiento de rectificacin.
Eleva tensin (corriente) media y eficaz de salida.
Con o sin aislamiento galvnico de red.
Requiere 2 4 diodos y/o transformador especial.
(e) Rectificador de onda completa
Puente rectificador comercial.
E
lectrnicaGeneral2Parte
10
1.1 Circuitos rectificadores.
(f) Rectificador de onda completa
Rectificador de onda completa con diodosidealizados como interruptores.
Simulacin de puente rectificador
de onda completa.
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ElectrnicaGeneral2Parte
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1.1 Circuitos rectificadores.
(g) Comparacin de rectificadores
Comparacin de simulacin de rectificadores
de media onda y de onda completa.
E
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1.2 Rectificador con filtrado.
Filtrar: eliminar componentes indeseadas de tensin o corriente.
Filtrado en frecuencia: eliminar frecuencias indeseadas: continua, baja f, alta f, etc.
Filtrado de rectificador: suprimir toda variacin de tensin en la salida (AC), dejandoslo tensin continua (DC). Puede ser positiva o negativa.
Tipos: Pasivos (R, L, C) y Activos (con A.O. o transistores).
(a) Filtrado
Condensadores e inductancias de filtrado pasivo.
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ElectrnicaGeneral2Parte
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1.2 Rectificador con filtrado.
Basados en el uso de condensadores e inductancias como almacn
de energa. Pocas resistencias. C paralelo reduce dV/dt ... C infinito V=cte (no real)
L serie reduce di/dt ... L infinito I=cte. (no real).
Problema: C y L voluminosos, pesados y caros en baja f.
Diferentes topologas posibles de filtrado paso bajo.
(b) Filtros pasivos
Qu hay que saber
siempre de L y C?
Idealmente:
i= CdV/dt
e=Ldi/dt
Pero los componentes
ideales (pasivos oactivos) NO EXISTEN .
Filtros pasivos paso bajo sin resistencias.
E
lectrnicaGeneral2Parte
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1.2 Rectificador con filtrado.
(c) Filtrado simple capacitivo.
En el circuito rectificador con filtrado simple
capacitivo, la R de carga es pequea (parsita de D,
trafo, etc.) y la C muy alta (C electrolticos) para
reducir el rizado de tensin (Vo).
Montaje de puente rectificador
discreto con filtrado capacitivo.
Puente rectificador discreto con
filtrado capacitivo.
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ElectrnicaGeneral2Parte
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1.2 Rectificador con filtrado.
(d) Comparacin de rectificadores filtrados.
El circuito rectificador de onda completa con filtrado
simple capacitivo reduce el rizado de tensin (con doble
frecuencia) respecto al rectificador de media onda.
Simulacin de rectificadores conigual filtrado capacitivo.
Diferentes circuitos rectificadores
con idntico filtrado capacitivo.
E
lectrnicaGeneral2Parte
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1.3 Regulador zener.
(a) Diodo zener.
Diodo Zener: diodo de unin especialmente diseado para
trabajar en ruptura no destructiva en P.I. (ruptura zener).
Ruptura zener: si Vz vara poco regula tensin.
Especificar: Vz, Pmax.
Diodos zener de seal (1W)
y de potencia (20W)
A
K
K
A
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ElectrnicaGeneral2Parte
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1.3 Regulador zener.
Regular: controlar manteniendo constante la
tensin de salida (variando Vi, Io, T, etc.)
Regulador zener: red Rs - Z Ro.
- Rs resistencia limitadora (Iz max).
- Ro representa la carga
- Zener P.I. en ruptura: Vo = Vz.Limites:
- Reducida potencia de salida
Po = Vo Io = Vz Io
- Mal rendimiento:
Pz = Vz Iz ,, PRS = (Vi-Vz) Is- Vz vara con Iz Vo vara con Io
(b) Regulador zener bsico
E
lectrnicaGeneral2Parte
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1.3 Regulador zener.
Fuente con Regulador zener: red Rs-DZ (regulador zener bsico)aadido a rectificador con filtrado. El transformador no es obligatorio...
Aplicacin: regulador de tensin en circuitos de poca potencia.
Diseo: Vz debe ser menor que el mnimo de tensin filtrada.
(c) Regulador zener completo
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ElectrnicaGeneral2Parte
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1.4 Regulador serie lineal.
(a) Regulador serie bsico
Q1 en serie:
Regula la corriente y permite aumentar la potencia de salida.
Q1 activa, Vbe ~ 0.7V, Vb = Vz = cte , Vo = 0.7 - Vz
Lmites:
Vz y Vbe no son constantes Vo no es muy constante.
Prdidas en Q1: puede requerir un disipador metlico.
E
lectrnicaGeneral2Parte
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1.4 Regulador serie lineal.
(b) Regulador serie mejorado
Amplificador de error:
Requiere uso de A.O. (IC1, debe ser alimentado...en poca potencia).
IC1 amplifica linealmente error:
VD1= VR3 Vo = Vz (R2+R3)/R3.
Con R3 variable podemos ajustar Vo.
Mejora regulacin de carga y lnea (Vo muy constante).
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1.4 Regulador serie lineal.
(c) Comparacin de reguladores
Comparacin de regulacin de lnea entre
reguladores serie bsico y mejorado.
E
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1.4 Regulador serie lineal.
(d) Reguladores integrados
Reguladores integrados 78XX y 79XX:
Integran (C.I.) funciones de regulacin y proteccin (sobrecarga, trmica, etc.)
Reguladores especficos positivos y negativos: +5, +9, +12, -5, -9, -12... etc.
Requieren condensadores y radiador trmico externos.
Regulador de tensin simtrico (+/- 12V)
utilizando reguladores serie integrados.
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1.5 Regulador serie conmutado
Elctrico /Electrnico
No realTecnologa
P < PmaxNo limitadaPotencia
V > 1 uV
(I < Imax)
V = 0
I de circuito
Int. Cerrado (ON)
__---__
I V
Vds < Vgs-V
Vds > 0V
I < Idmax
Int. Cerrado (ON)
__---__
CORTE
Vgs < V
V < Vdsmax
Int. Abierto (OFF)
__/ __
INTERRUPTOR CONMOSFET
Caracterstica(b) Interruptor MOSFET
MOSFET comerciales y representacin
simblica.
Los transistores MOSFET son ventajosos en
circuitos de conmutacin (frente a BJT).
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1.5 Regulador serie conmutado
Regulador (DC/DC) serie conmutado bsico.
Vd circuito de control (CI, controlador integrado).
Vo = (Ton / T) V1 = D V1 ,, T = Ton + Toff (T
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ElectrnicaGeneral2Parte
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Clase 2:
Circuitos Amplificadores
2.1 Amplificadores.
2.2 Amplificador operacional real.
2.3 Amplificadores bsicos con A.O.
2.4 Amplificadores con BJT.
2.5 Amplificadores de audio.
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E
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2.1 Amplificadores
Funcin lineal :
f(x+y) = f(x) + f(y) (propiedad de superposicin) f(ax) = af(x) (propiedad homognea)
Es lineal?f(ax+by)=af(x)+bf(y) ?
Circuito electrnico lineal :
Circuito cuya salida (Vo, Io) es funcin lineal de laentrada (Vi, Ii).
Ejemplo: un amplificador inversor con A.O.
Sistema electrnico lineal:
Sistema complejo (varios circuitos electrnicos) que
realiza una funcin lineal.
Ejemplo: Un amplificador de audio real.
(a) Sistema Electrnicos Lineales
Ejemplo de un sistemalineal: preamplificadormezclador
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2.1 Amplificadores
Seal (mW) / Potencia (W)Potencia
Audio, Video, Instrum., etc.Aplicaciones
Baja f (audio), Alta f (RF)Frecuencia
Lineales / ConmutadosSaturacin
BJT, MOSFET, JFET...Transistor
Transistores / vlvulas / C.I.Tecnologa
Tensin Vo = kVi
Corriente Io = kIi
Otros (Vo = kIi ; Io = kVi)
Amplificacin
bsica
Tipos de AmplificadoresCaracterstica
(b) Tipos de amplificadores
Representacin simblica
de un amplificador.
E
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2.1 Amplificadores
(c) Tipos de amplificadores
Amplificador discreto de transistores
Amplificador integrado de transistores
Amplificador de vlvulas
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2.2 Amplificador operacional real.
ElA.O. Ideal es un concepto, un
circuito idealizado. NO es un circuito
real, no requiere alimentarse.
Componentes elctricos ideales (R,L, C, etc.) tambin son conceptos: los
componentes reales son complejos.
Qu se pretende?: facilitar el diseo
de ciertos circuitos electrnicos.
(a) A.O. Ideal
Smbolo del A.O.
E
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2.2 Amplificador operacional real.
ElA.O. real es un circuito integrado
(CI) comercial complejo. Miles de A.O. (circuitos) diferentes:
RC741, OP27, RC5534...
Ninguno es perfecto.
Consultar hojas caractersticas de
fabricante para seleccionar el ms
adecuado en cada caso.
No es necesario conocer circuito
interno para disear aplicaciones
(b) A.O. Real
RC741: Circuito interno equivalente.
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2.2 Amplificador operacional real.
Limitado a pocos MHzInfinito (DC )BW (Ancho deBanda)
Reducida (mW, W)No limitadaPotencia
Avd (V(+)-V(-)) + Avc
0,5(V(+)+V(-))
Avd (V(+)-V(-))Vo
Satura en +Vcc o en -VccImposibleSaturacin
>1000Zo (Impedancia de
salida)
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2.3 Amplificadores bsicos con A.O.
(A)Amplificador inversor: Vo = - (R2/R1) Vi
(B) Sumador tensin: Vo = - (R3/R1) Vi1 - (R3/R2) Vi2 Si Vi > 0 Vo < 0 (Inversor, inversor de fase)
Supuesto bsico: A.O. Ideal V(+) = V(-) V(-) = 0V (tierra virtual)A.O. Ideal I(+) = I(-) = 0
(a) Amplificador inversor
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2.3 Amplificadores bsicos con A.O.
(C)Amplificador NO inversor: Vo = (1+R2/R1) Vi (Vo > Vi)
(D) Seguidor Tensin: Vo = Vi (Io >> Ii)
Supuesto bsico: A.O. Ideal V (+) = V(-) = Vi (corto virtual)
A.O. Ideal I(+) = I(-) = 0
(b) Amplificador no inversor
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2.3 Amplificadores bsicos con A.O.
Vo = (R2/R1) Vi = (R2/R1) (Vi+ - Vi-)
Vi: Entrada flotante respecto a tierra (0V).
Si Vi+ = 0Amp. Inversor ,, Vi- = 0 Amp. No inversor
(c) Amplificador diferencial
E
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2.3 Amplificadores bsicos con A.O.
Vo = (R4 / R3) (1+ 2R2 / R1) Vi ,, R1 variable ajusta ganancia.
Vi: Entrada flotante o balanceada.
Ahora, Zi+ = Zi- = No carga etapa anterior Si R1 = y R2 = 0 Vo = (R4 / R3) Vi (Amplificador diferencial)
(d) Amplificador de instrumentacin con A.O.
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2.4 Amplificadores con BJT.
(a) Amplificador bsico con triodo.
Caracterstica de salida (de
nodo) de triodo ECC83.
Amplificador bsico con triodo
(circuito autopolarizado)
Durante ms de 50 aos los amplificadores slo se
han realizado con vlvulas de vaco. Actualmente,
apenas se utilizan, salvo aplicaciones de audio.
E
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2.4 Amplificadores con BJT
Vi: fuente de seal (ej.: audio) ,, R6, R11: carga ideal
Primer requisito: polarizar adecuadamente (BJT en activa).
Despus, disear amplificador (simulacin).
El montaje en base comn es menos utilizado como amplificador.
No se utilizan en potencia.
(b) Circuitos amplificadores bsicos: EC y CC
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2.4 Amplificadores con BJT
Amplifica tensin e intensidad enalterna. En contnua C1 y C2 aislan.
Inversor de fase.
Zi alta y Zo baja.
(c) Emisor Comn
E
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2.4 Amplificadores con BJT
Slo amplifica intensidad.
Seguidor de tensin (Av.~1). Zi alta y Zo baja.
(d) Colector Comn
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2.5 Amplificador de Audio
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2.5 Amplificador de audio
NE5532A.O. de seal
LM1875
A.O. de
Potencia
Amplificador de audio realizado conNE5532 y LM1875
(c) Amplificadores con integrados
E
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2.5 Amplificador de audio.
(d) Modelo de altavoz.
Modelo elctrico bsico de
un altavoz electrodinmico
Los amplificadores de audio realesdeben considerar la carga real conectada.
Los amplificadores de potencia debendar elevada corriente en su salida.
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2.5 Amplificador de audio
Bloque de salida: Alimentacin simtrica: +Ve, -Ve.
Par complementario de salida: NPN+PNP.
Funcionamiento: clase A, AB o B.
Desplazador de nivel.
Amplificador bsico en clase A.
(e) Etapa de salida bipolar.
Bloque de salida simplificado de un
amplificador de audio con BJT
Transistores de potencia para audio
E
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2.5 Amplificador de Audio
Circuitos muy complejos.
Multietapa y Multitransistor.
Electrnica de potencia
analgica en la salida.
Requieren una fuente de
alimentacin de potencia.
(f) Sistemas amplificadores reales
Amplificador de potencia CYRUS I
El diseo de un amplificador depotencia de audio es complejo y no
est al alcance de principiantes.
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Clase 3:Circuitos electrnicos no lineales.
3.1 Introduccin.
3.2 Filtros activos.
3.3 Circuitos electrnicos no lineales.
3.4 Circuitos controladores.
3.5 Electrnica de Potencia.
49
E
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3.1 Introduccin.
Funcin no lineal:
f(ax+by) af(x)+bf(y) f es no lineal.
Circuito electrnico no lineal :
Circuito simple cuya salida (Vo, Io) es funcin no
lineal de la entrada (Vi, Ii).
Ejemplo: un comparador de tensin.
Sistema electrnico no lineal:
Sistema electrnico complejo (varios circuitos)
cuya salida (Vo, Io) es funcin no lineal de la
entrada (Vi, Ii).
Ejemplo: Reproductor de CD.
(a) Sistema Electrnico no lineal
Ejemplo de sistema electrnicono lineal: reproductor de CD.
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3.1 Introduccin.
Circuitos no lineales a estudiar:
Filtros activos (no lineal en el tiempo...).
Comparadores de tensin.
Generadores de seal (osciladores).
Controladores de motores.
etc.
Circuitos no lineales estudiados:
Rectificadores.
Reguladores serie lineales.
Reguladores serie conmutados.
Circuitos de conmutacin.
(b) Sistema Electrnicos no lineales
Ejemplo de circuito electrnico no
lineal: comparador de tensin.
E
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3.2 Filtros activos.
(a) Comportamiento en frecuencia
Diagrama de Bode
Comportamiento en frecuencia defiltro pasivo paso banda.
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3.2 Filtros activos.
(b) Filtros pasivos bsicos con carga
Los filtros pasivos no
admiten variacin de carga.
Efecto de la variacin de carga (resistiva)
sobre filtros pasivos P/B y P/A.
E
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3.2 Filtros activos.
Filtros activos: filtrado basado en el uso decircuitos electrnicos (transistores oamplificadores operacionales).
F.A. con A.O. : filtros basados en el uso de A.O.,Incluyen resistencias y condensadores, perotratan de evitar las inductancias. Son msfciles de disear, pero estn limitados por elpropio A.O. (poca potencia, baja f, saturables,+/-Vcc, etc.)
Ventajas: Soportan variacin de carga. Diseofcil (programas en red).
Clasificacin:
Filtros Ideales (no existen) / reales.
Filtros P/B, P/A, PasoBanda...
Filtros 1 orden, 2 orden...
(c) Filtros activos
Efecto del orden del filtro sobre
un filtro paso bajo.
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3.2 Filtros activos.
(d) Filtrado con transistores
Ejemplo de filtro activo con transistor BJT:
circuito de control de tonos para audio.
Comportamiento en frecuencia del circuito de control de tonos.
No todos los filtrados requierenla complejidad (interna) del A.O.
La sencillez del circuito puede
ser ventajosa en ciertos
circuitos de audio. Por ejemplo,
el comportamiento para f altas.
El diseo terico no es fcil.
Preferible utilizar simuladores.
E
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3.2 Filtros activos.
(e) Filtros de 1 orden con A.O. (P/B y P/A)
Filtrado pasivo (R1-C1) + amplificador(A.O. en modo seguidor): Vo = V+.
Frecuencias de corte (-3dB):
fc1=1/(2R1C1) , fc2=1/(2R2C2)
Pendiente 20 dB/dec = 6 dB/oct
R3 y R4 apenas afectan (si > Rmin...).
fc2 = 1591 Hz
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3.2 Filtros activos.
(c) Filtros de 1 orden con A.O. (Pasobanda)
Filtro P/B seguido de filtro P/A.
Ubicar adecuadamente fc1 y fc2.
En audio corresponde a sonidos
medios (elimina BF y AF).
R8 representa la carga.
fc1 = 15.9 Hz fc2 = 1591 Hz
E
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3.2 Filtros activos.
(d) Filtros de 2 orden con A.O. (P/B y P/A)
Topologa: Sallen-Key (realiment. + y -).
fc=1/2RC (R=R1=R2 , C=C1=C2)
Pendiente: 40 dB/dec=12 dB/oct
Filtros simulados con A.O. comercial RC5532
fc = 159 Hz
efecto del
A.O. real
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3.2 Filtros activos.
(e) Aplicaciones para Diseo de Filtros
Programas de diseo de filtros disponibles en red,
Ej.: FilterPro (www.ti.com), FilterLab, etc.
Diseo muy fcil de numerosos filtros diferentes.
Los diseos deben comprobarse en el laboratorio.
E
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3.2 Filtros activos.
Filtro pasivo para audio de 3 vas
(f) Filtros pasivos comerciales
Ejemplo de aplicacin:
Filtro divisor de frecuencias (bafles).
filtro pasivo de 3 vas.
P/B f bajas graves P/banda f medias medios
P/A f altas agudos
Inductores y condensadores especiales:
Alta potencia
Bajas prdidas
Voluminosos (caros)
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3.2 Filtros activos.
Ejemplo de aplicacin:
Crossover RANE AC23.
filtro activo de 3 vas estreo:
P/B activo graves.
P/banda activo medios
P/A activo agudos
Mltiples opciones para ajuste de
frecuencias de corte (11 para fc1
y 12 para fc2).
(g) Filtros activos comerciales
Vista frontal e interior del filtro activo RANE AC23
E
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3.3 Circuitos electrnicos no lineales
La salida NO es amplificacin lineal de la entrada: Vo(t) k Vi(t)
Circuito Diferenciador (derivador): Vo = - RC dVi/dt (OJO con RF)
Circuito Integrador: Vo =Voi - (1/RC) Vi dt (OJO con DC)
Aplicacin: circuitos de control, osciladores, etc.
(a) Circuitos diferenciador e integrador
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3.3 Circuitos electrnicos no lineales
(b) Comparador simple
Trabaja en saturacin. Dos nicas tensiones de salida.
Si V+ > V- Vo = +Vcc
Si V+ < V- Vo = -Vcc (...OJO V(+) V(-) )
Smbolo similar al A.O. pero diferente circuito
Funcionamiento del circuito
comparador simple
E
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3.3 Circuitos electrnicos no lineales
(c) Comparador con histresis
Utiliza comparador.
Si V+ > V- Vo = +Vcc
Si V+ < V- Vo = -Vcc
Umbrales de cambio: ViL, ViH
Curva de histresis
Funcionamiento del circuito
comparador con histresis
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3.3 Circuitos electrnicos no lineales
Osciladores (Generadores de seal): generanseales peridicas.
Pueden ajustar amplitud, f, forma onda... No hay entradas, ! slo salidas !.
Ejemplo: Generador de onda cuadrada (Vo).
IC1: Comparador con histresis realimentado RC.
(d) Oscilador bsico de onda cuadrada
Circuito y funcionamiento del
oscilador de onda cuadrada
E
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3.3 Circuitos electrnicos no lineales
Pueden ajustar amplitud, f, forma onda...
Ejemplo de oscilador: Generador de onda
triangular (Vt) y cuadrada (Vc).
IC1: Integrador de tensin; IC2: Comparadorcon histresis ; R4-DZ: recortador de tensin;
IC3: Seguidor de tensin.
Cambio de f: variando R1 y/o C1
(e) Oscilador de onda cuadrada y triangular
Circuito y funcionamiento del
oscilador de onda triangular.
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3.4 Circuitos controladores
- Driver(excitador): circuito electrnico capaz de controlar adecuadamente una carga,
dando la tensin y corriente requeridas.
- Carga: circuito pasivo o activo conectado a la salida del driver.
- Ejemplos de cargas: resistencias, rels, luces, motores (AC o DC), alarmas, etc.
- Diseo: cada circuito excitador (driver) se disea para la carga conectada. Un cambio
de carga requiere cambio del circuito driver.
(a) Driver
Driver para motoresDriver para reles
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3.4 Circuitos controladores
- LED: Diodo Emisor de Luz(emite luz en P.D.)
- Valores tpicos: Vf = 2 V ,
Id = 10 mA , P = 20 mW
- Alto rendimiento lumnico.
- Aplicacin: iluminacin,
pantallas TV, alarmas, etc.
- Regular la corriente en led
evitando superar Imax.
(b) Driver para leds
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3.4 Circuitos controladores
(c) Excitador de rel con BJT.
La bobina de rel viene modelada por L1.
La resistencia parsita de L1 no se muestra.
Circuitos simples de conmutacin con BJT (NPN).
Esquema y smbolo de un
rel electromecnico
E
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3.4 Circuitos controladores
(d) Excitador de rel con MOSFET
MOSFET es ms fcil de atacar que BJT (Ig = 0).
MOSFET permite mayores frecuencias de conmutacin.
Circuitos simples de conmutacin con MOSFET (canal N).
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3.4 Circuitos controladores
(e) Driver de motor DC
- Motor DC: carga elctrica
compleja.
- Regular manteniendo la velocidad
y sentido de giro deseados. Evitar
Vmax, Imax.
- M1 a M4 son conmutadores.
- El circuito de control es complejo y
vara para motores AC.
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3.4 Circuitos controladores
LMD18245 (driver paramotor de 3A y 55V)
Circuito de aplicacin del LM3915
( driver para 10 leds)
Aplicacin de driver de motor
(b) Drivers comerciales
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3.5 Electrnica de Potencia
Campo de trabajo especfico del Ingeniero Industrial.
Caracteristicas:
BJT, MOSFET, IGBT, etc. en conmutacin.
Manejo de elevadas potencias (100 W 100 kW)
Alto rendimiento (... 95%).
Conmutan en frecuencias altas (10 kHz 1 MHz).
Tipos de Convertidores de Potencia:
AC/DC , DC/DC , DC/AC y AC/AC.
(a) Electrnica de Potencia
transistor de potencia
(doble IGBT 50A 1200V)
Puente rectificador
trifsico de potencia.
E
lectrnicaGeneral2Parte
74
3.5 Electrnica de Potencia
Caractersticas:
Alternativa a los reguladores serie lineales.
Incluyen convertidores AC/DC y DC/DCconmutando en alta frecuencia (hasta 1 MHz).
Uso extenso en alimentacin de circuitos
electrnicos: ordenadores, TV, audio, etc.
Diversos circuitos caractersticos (topologas).
Ventajas: alto rendimiento y reducido tamao.
Inconvenientes: Diseo complejo, tensiones
peligrosas, alto EMI (interferencias).
(b) Fuentes Conmutadas
Fuente conmutada comercial
Regulador conmutado BUCK
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ElectrnicaGeneral3P
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Parte 3.
Sistemas electrnicosdigitales
S. Toral y F. Barrero
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lectrnicaGeneral3Parte
2
Electrnica analgica y digital: Qu es un SED?
Sistemas electrnicos digitales
ANALGICO ANALGICODIGITAL
Introduccin
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ElectrnicaGeneral3P
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3
Sistemas que procesan una seal codificada en binario
Introduccin
Sistemas electrnicos digitales
E
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4
Introduccin
Sistemas electrnicos digitales
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ElectrnicaGeneral3P
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5
Introduccin
Sistemas electrnicos digitales
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6
Introduccin
Sistemas electrnicos digitales
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ElectrnicaGeneral3P
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7
Introduccin
Sistemas electrnicos digitales
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lectrnicaGeneral3Parte
8
PC-104Estndar de ordenador empotrado para aplicaciones industriales
Define las dimensiones y el factor de forma de la placa base y el bus delsistema (ISA o PCI segn la especificacin)
Es un estndar para mduloscompatibles con los PCs que pueden
ser apilados uno sobre otro paracrear un sistema de cmputo
empotrado
Introduccin
Sistemas electrnicos digitales
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ElectrnicaGeneral3P
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9
Introduccin
@rtAC
Sistemas electrnicos digitales
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lectrnicaGeneral3Parte
10
Por qu la Electrnica Digital?
Lo mismo que ahora se hace con electrnica digital, hace unos pocos aos
se haca con elementos analgicos pero:
Poco flexible, nada portable, fiabilidad baja, elevado coste de
mantenimiento
Y dnde queda la Electrnica Analgica? SENSORES
Introduccin
Sistemas electrnicos digitales
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ElectrnicaGeneral3P
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11
Wikipedia
ENIAC vs Z3
Transistor: Laboratorios BELL (J. Bardeen, W. Houser y W. Bradford)
Jack S. Kilby (Texas Instruments): circuito integrado
Intel 4004: Primer microprocesador
Introduccin
Sistemas electrnicos digitales
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lectrnicaGeneral3Parte
12
1. Estructura general de un Sistema Electrnico Digital
2. Elementos de control de proceso
3. Perifricos
4. Otros elementos y componentes ms bsicos
5. Algn SED de aplicacin industrial
ndice
Sistemas electrnicos digitales
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ElectrnicaGeneral3P
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13
SED
Sistema abierto basado en componentes electrnicos con capacidad deprocesar datos digitalizados
Componentes de un SED
Componente (o componentes) de control: P, C, DSP, DSC, FPGA, PSoC
Elementos auxiliares o Perifricos
Almacenamiento de informacin
Comunicaciones
Integracin con sensores (CAD/CDA)
Estructura general de un SED
Sistemas electrnicos digitales
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lectrnicaGeneral3Parte
14
BUSES
MASTER
SLAVES
Estructura general de un SED
Sistemas electrnicos digitales
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ElectrnicaGeneral3P
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15
Bus de Direcciones: selecciona origen o destino (unidireccional):M lneas: capacidad de direccionar 2Mposiciones/direcciones
Bus de Datos: transferencia de datos (bidireccional)N lneas: bits transmitidos en paralelo (tamao de los datos)
Bus de Control: heterogneo, depende del microprocesador
Estructura general de un SED
Sistemas electrnicos digitales
E
lectrnicaGeneral3Parte
16
Caractersticas principales del SED
1 slo componente de control: MASTER
Muchos perifricos accedidos por lneas elctricas (BUSES): SLAVES
MASTER gestiona los BUSES
Mapa de memoria
Temporizacin del acceso
Elementos simples para garantizar el acceso coherente del MASTER a los
SLAVES: puertas lgicas, multiplexores (mapa de memoria), contadores
(tiempo de acceso)
Estructura general de un SED
Sistemas electrnicos digitales
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ElectrnicaGeneral3P
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Microprocesador
Microcontrolador
DSPDigital Signal Processor
DSCDigital Signal Controller
FPGA (CPLD)
PSoCProgramable System on Chip
Elementos de control de proceso
Sistemas electrnicos digitales
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18
DSP: TMS320DM643
PSoC FPGA
Ps
Elementos de control de proceso
Sistemas electrnicos digitales
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ElectrnicaGeneral3P
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Caractersticas principales del MAESTRO - I
Intrprete de comandos, con capacidad de ejecutar instrucciones y programascreados por los usuarios (acceso a MEMORIA DE PROGRAMA) y de operar
internamente con datos (acceso a MEMORIA DE DATOS).
Sistema sncrono en la ejecucin (CICLO DE EJECUCIN): necesita un
RELOJ.set instruction address to the address of
the first instructionwhile program not finished { fetch instruction from current instruction address update current instruction address
execute the fetched instruction}
http://www.eastaughs.fsnet.co.uk/cpu/execution-fetch.htm
Elementos de control de proceso
Sistemas electrnicos digitales
E
lectrnicaGeneral3Parte
20
Caractersticas principales del MAESTRO - II
Diagramas de tiempos
Sistema asncrono o sncrono en el acceso a la informacin (datos o
instrucciones): CICLO DE ACCESO. En todo caso, necesita del RELOJControlador interno para la gestin del acceso
Elementos de control de proceso
Sistemas electrnicos digitales
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ElectrnicaGeneral3P
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PERIFRICOS
Dispositivos electrnicos ms o menos complejos queayudan al P en el procesamiento que realiza y que es
accedido en lectura/escritura
Almacenamiento: Memorias
ConvertidoresComunicaciones
Otros
INFO
Perifricos
Sistemas electrnicos digitales
E
lectrnicaGeneral3Parte
22
ALMACENAMIENTO DE INFORMACIN (PROGRAMAS Y DATOS)La informacin manejada por el SED debe conservarse
ADAPTACIN DIGITAL-ANALGICA: CONVERSINEl SED procesa datos digitales generados a partir de sensores (CAD) y generaactuacin mediante actuadores que se controlan de forma analgica (CDA)
TRANSFERENCIA DE INFORMACIN: COMUNICACINEl SED necesita habitualmente transferir informacin a otros SEDs
Principales tipos de Perifricos
Perifricos
Sistemas electrnicos digitales
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ElectrnicaGeneral3P
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Qu es una memoria?Es un dispositivo que es capaz de proporcionar un medio fsicopara almacenar la informacin procesada por un sistema digitalSED: memorias de semiconductoras
Para qu se emplean?Para almacenar programas y datos en Sistemas Microprocesadores
Qu es una palabra?Es un grupo de bits a los que se puede acceder de manera simultnea
Memorias x8, x16, x32
Qu es una direccin?Es la posicin de identificacin de una palabra en memoria
Almacenamiento: Memorias
Perifricos
Sistemas electrnicos digitales
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Matriz de Celdasde
Memoria
Decodificado
r
dedireccione
s
Circuito de E/S
(Ai) Lneas deDirecciones
(Di) Lneas de Datos
ControlCE
OE
Almacenamiento: Memorias
Perifricos
Sistemas electrnicos digitales
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ElectrnicaGeneral3P
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Almacenamiento: MemoriasClasificacin
Tecnologa dealmacenamiento
Tipo de acceso
Asncrono - SncronoNo voltil Voltil
ROMPROM
EPROMEEPROM
FLASH
SRAM
FIFO
ROMsASRAM
SDRAMSBSRAMEsttica - Dinmica
DRAM
Perifricos
Sistemas electrnicos digitales
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26
Almacenamiento: MemoriasROM, PROM, EPROM
Electrnica Digital?
Perifricos
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ElectrnicaGeneral3P
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Almacenamiento: MemoriasEEPROM y FLASH
Electrnica Digital?
Perifricos
Sistemas electrnicos digitales
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28
Almacenamiento: Memorias
Biestables
Electrnica Digital?
DRAMASRAM
1 transistor(C parsita)
Perifricos
Sistemas electrnicos digitales
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ElectrnicaGeneral3P
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Almacenamiento: Memorias
Dispositivos especiales
FIFO DPRAM
Perifricos
Sistemas electrnicos digitales
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30
ADCAnalog to Digital Converter, Circuito encargado de convertir una sealanalgica en digital
DACDigital to Analog Converter, Circuito encargado de convertir una seal digitalen analgica
Sample & holdObtencin de muestras peridicas de la amplitud de la sealanalgica
Frecuencia de muestreoNmero de muestras por segundo
CodificacinTraduce los valores obtenidos durante la cuantizacin a valoresbinarios segn la resolucin(no. de bits) del convertidor
Convertidores
Perifricos
Sistemas electrnicos digitales
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Convertidores
Sample & Hold
Perifricos
Sistemas electrnicos digitales
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Seal Analgica
Seal Digital
Convertidores
Resolucin
Perifricos
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ConvertidoresClasificacin
CDA
DACOUTDACOUTVOUT
Perifricos
Sistemas electrnicos digitales
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ConvertidoresCDA
Electrnica Digital?
Red de resistencias ponderadas
Red de resistencias R-2R
Perifricos
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ConvertidoresCAD
AproximacionesSucesivas
Bucle Abierto Bucle Cerrado
FlashRampa
V/f
Perifricos
Sistemas electrnicos digitales
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ConvertidoresCAD
Flash
R2
Perifricos
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ConvertidoresCAD
Aproximaciones sucesivasVINVDAC
Perifricos
Sistemas electrnicos digitales
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Comunicacin serie
Sncrona
clk
dataB0 B1 B2 B3 B4 B5
Perifricos
Sistemas electrnicos digitales
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ElectrnicaGeneral3P
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Comunicacin serie
Asncrona
Startbit
B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6Parity
Stop bits
Perifricos
Sistemas electrnicos digitales
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Ejemplos de comunicacin SERIE
Baudios: Bits transmitidos/segundo
Perifricos
Sistemas electrnicos digitales
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ElectrnicaGeneral3P
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Puertas lgicas
Para qu sirven? base de la electrnica digital
lgebra de BOOLE
Otros elementos y componentes ms bsicos
Sistemas electrnicos digitales
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42
Puertas lgicasDefinicin y familias lgicas
Base de la lgica combinacional: la salida depende slo de la entrada
Puerta lgica ideal:
Familia lgica: misma tecnologa de fabricacin
(presentan caractersticas similares en susentradas, salidas y circuitos internos).
2000
Otros elementos y componentes ms bsicos
Sistemas electrnicos digitales
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ElectrnicaGeneral3P
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Puertas lgicasCaractersticas de la puerta real
Niveles de corrienteIOH, IOL, IIH, IIL
FAN-OUTPuertas posibles a la salida de
la considerada
IOH
IOL
IIL
IIH
Niveles de tensinVOH, VIH, VOL, VIL
Mrgenes de ruido
Tiempos
HAY FAMILIAS QUE NO SONCOMPATIBLES ENTRE S
Otros elementos y componentes ms bsicos
Sistemas electrnicos digitales
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Puertas lgicas
-POLE) O GENERAN
Fija un estado de salida: Rpull-up
Puerta lgicade tecnologa
CMOS tipoNOT
Puerta lgicade tecnologa
CMOS tipoNOT
Otros elementos y componentes ms bsicos
Sistemas electrnicos digitales
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Puertas lgicas
Algn dispositivo comercial
Otros elementos y componentes ms bsicos
Sistemas electrnicos digitales
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46
BiestablesBase de la lgica secuencial: ALMACENAMIENTO. Tienen realimentacin y lasalida depende no slo de la entrada sino tambin de la salida/estado anterior
Biestable RS
Asncrono
Sncrono(nivel/flanco)
Asncrono
Sncrono(nivel/flanco)
Biestable T
Biestable JKJ K Qk+1
0
0
Qk
0 1 0
1 0 1
1 1 NOT(Qk)
T Qk+1
0
Qk
1
NOT(Qk)
Otros elementos y componentes ms bsicos
Sistemas electrnicos digitales
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BiestablesBiestable D (REGISTRO: Almecenamiento de BIT)
D
Qk+1
0
0
1
1
Dispositivos comerciales con seales externas deinicializacin asncrona CLEAR/PRESET
LATCH vs FLIP-FLOP
Otros elementos y componentes ms bsicos
Sistemas electrnicos digitales
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48
BiestablesEjemplo de registro de desplazamiento con biestables D
74HC5958 bits74HC595 8 bits
Otros elementos y componentes ms bsicos
Sistemas electrnicos digitales
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ElectrnicaGeneral3P
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Codificadores, decodificadores
Otros elementos y componentes ms bsicos
Sistemas electrnicos digitales
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50
Multiplexores y demultiplexores
X
X0 X1 X2 X3
A
B
74LS151
Otros elementos y componentes ms bsicos
Sistemas electrnicos digitales
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ElectrnicaGeneral3P
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51
Contadores
Otros elementos y componentes ms bsicos
Sistemas electrnicos digitales
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Ejemplo de diseo de SEDPLANTEAMIENTO
Ejemplos
Sistemas electrnicos digitales
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Ejemplo de diseo de SEDSOLUCIN
Ejemplos
Sistemas electrnicos digitales
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Problema 1: Realizar las funciones lgicas AND, OR, NAND, NOR, XOR y XNOR de la dos
seales A y B ue se mues!ran:
Problema ": Dada la funcin lgica ue figura a con!inuacin, escribir su !abla de #erdad:
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Problema $: Dada la !abla de #erdad ue figura a con!inuacin, de!erminar la funcin lgicasim%lificada u!ilizando los ma%as de &arnaug':
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Problema 4: Dada la !abla de #erdad ue figura a con!inuacin, de!erminar la funcin lgica
sim%lificada u!ilizando los ma%as de &arnaug':
Problema (: Resol#er el siguien!e com%arador de %alabras de dos bi!s:
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Problema ): Resol#er la siguien!e funcin lgica median!e el uso de mul!i%le*ores:
A B C D f
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 01 1 1 1
0
1
0
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
0
10
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Problema +: onsid-rese el de%si!o de la figura ue cons!a de " sensores de ni#el A y B y un
ac!uador X ue %ermi!a el llenado del de%si!o. /l ob0e!i#o es man!ener el ni#el del de%si!o
en!re los sensores A y B, u!ilizando %ara ello la ac!uacin X.
La tabla siguiente muestra la secuencia de operaciones que tendra lugar en el depsito para
distintos alores de los sensores! "nicialmente el depsito est# aco $ los sensores A $ B a cero!
P%r tanto& la actuacin deber# ser un 1 para que comience a llenarse! A continuacin& se
actiara el sensor B& pero el depsito seguira llenando 'asta superar el umbral A! Cuando se
supera este umbral& el depsito debe aciarse ()*0+ 'asta que el niel uela a quedar por
deba,o del niel B& situacin en la que olera de nueo a llenarse!
Puede obserarse que ante dos entras iguales A*0 $ B*1& la respuesta es distinta dependiendo
del estado en el que se encuentra el depsito& que puede ser llen#ndose o aci#ndose!
Para poder resoler el circuito& es necesario guardar memoria del estado del depsito
mediante un biestable& que almacene el estado actual del depsito (llenando o aciando+!
Biestable tipo D
-D
CL.
1 / Llenando
0 / aciando
La salida - del biestable representa el estado actual& aciando o llenando& en tanto que su
entrada D ser# el estado siguiente al que debe cambiar el biestable! Para resoler el circuito&
consideraremos A& B $ - (estado+ como entradas $ ) $ D como salidas! La salida ) depender#
no slo de las entradas A $ B& sino tambin del estado del depsito!
7/25/2019 Electrnica Apuntes 2013-14
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La tabla siguiente se interpreta de la siguiente forma: cuando las entradas A $ B son cero& la
salida debe ser llenar el depsito ()*1+ $ el estado siguiente llen#ndose (D*1+&
independientemente del estado actual del depsito!
Cuando las entradas A $ B son& respectiamente& 0 $ 1& la salida depende del estado! 2i el
estado es llen#ndose (-*1+& la salida ) debe ser 1& seguir llenando& $ el estado siguiente debe
permanecer en llen#ndose (D*1+! Pero si el estado es aci#ndose& entonces tanto la salida )como el estado siguiente deben de ser cero& para que el depsito siga aci#ndose $ contin3e
en ese estado!
Cuando las entradas A $ B son ambas 1& el depsito supera su umbral m#4imo $ por tanto debe
empe5ar a aciarse $ conmutar su estado a aci#ndose& independientemente del estado en
que estuiese!
6inalmente& la entrada A*1 $ B*0 es un caso imposible& $a que si el depsito supera el umbral
A tambin tiene que superar el niel B!
La solucin de la tabla anterior se puede obtener simplificando la tabla de erdad:
1
00
0 0 0 )
1 1 0 )
01 11 10
1
-
AB
) * - A 7 B
D * )
8 el circuito final quedara:
7/25/2019 Electrnica Apuntes 2013-14
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- 1 -
Profesores de la prctic