Electronica-F3-Miguel Yapur
Electronica-F3-Miguel Yapur
Electronica-F3-Miguel Yapur
DEL LITORAL
FACULTAD DE INGENIERÍA EN
ELECTRICIDAD Y COMPUTACIÓN
ELECTRÓNICA III
II TERMINO 2009
EJERCICIO 1
Datos:
Desarrollo:
Vout Vfijo
0,5V
Vdif min Vdropout
2V
Vk3 1,2V
Por configuración del Lm317 usamos la fórmula:
1,5
P2 Vo 1,2 1 0,05g1,5 16,28V
Vo Vk3 1 IADJ 3 gP2 0
R2 0,12
Vo 16,28V
Io 814 mA
R3 0,02K
Vk2 1,2V
IU2 IADJ 2 0,05mA 10,05mA
R4 0,12k
Puesto que 10 mA 50 uA , entonces despreciamos . Si U1 opera en la zona lineal
entonces: (podemos usar el equivalente del LM317).
Además
IR1 10 Ix
Si Ix 1115 mA VUA
VUA Q1 sesatura yVx VNR Vcesat Q1 .
SiIx 1115 mA VUA
VUA Q1aumenta suVce Q1 Vout disminuye hasta que
Ix 1115 mA . Vo[V]
16,2
Io[mA]
814
En nuestro análisis hemos asumido que los circuitos de protección de C.I. U1 no han
actuado, esto es:
Limitación de corriente
Protección para funcionamiento en el área de operación segura de los
transistores internos.
Limitación térmica.
En realidad a altos voltajes diferenciales Vd, la protección para operación
en el área segura disminuye la limitación de corriente. Con el LM317, la
máxima corriente es posible siempre que Vd 15V y si Vd 15V únicamente
se dispone de la salida de 400[mA].
Datos:
ºC
Iadj 0, Pd max 20 W aTa 45ºC; jc 2,3
W
ºC
LM317: Tj max 150º C; ja 35 ; Vk 1,2 V Diodos: Vd 0,7V
W
Preguntas:
Desarrollo:
Consideraciones:
Asumamos que los transistores internos QxyQy del LM317 operan en zona lineal esto
es:
Entonces: Vl Va 1,2V Vk
Vi Va
Vl Vz g R1 R2 R3
R1
1,2V
Vl 6,9V g 0,12 R2 0,56
0,12k
Vl 0,1 10* R2
Si 0V Vl 25V
Cálculo de valor de :
VNR p p VNR p p
VNR DC 1
VNR min VNR p p
2
VNR p p 32,4V 28V
14,6
VNR DC 1
28V 4V
2
De las curvas de carga experimentales para rectificación de onda completa tipo puente y
con voltajes secundarios de 24[v] se tiene:
Vl Va Vk 1,2
Ir1 10 mACtte
R1 R1 0,12
Iz Ir4 Ir1 Ir4 Iz Ir1
Cálculo de C2.
Potencia Disipada
PDis Vin Vout PROM gIOUT PDIS VNRMAX Vl g500 mA
ºC
Tj TA PD JA Tj 45ºC 11.1 W g 35 Tj 433ºC
W
150º C 45º C
JC DA
11.1 W
ºC ºC
DA 17.56 JC DA 17.56 2.3 DA 15.26
W W
EJERCICIO 3
Datos:
Preguntas:
1. Realice los cambios que Ud. considere necesarios para que el esquema
planteado funcione como un regulador de voltaje fijo
2. Calcule con magnitudes las voltajes: Vy,Vz
Desarrollo:
Asumamos las siguientes condiciones de
operación para el regulador de voltaje
fijo: Cálculo de : Vl yVz
Si Vdif 2V Vk 5V V V Vz
Q1operaenzonaactiva
EJERCICIO 4
a). Una expresión literal para los valores de voltaje Vo1 yVo2
b). Evalué las expresiones para los extremos de los potenciómetros y verificando la
linealidad de los elementos.
Considere:
Ic1: Vo 1,2V;37V adj ; Io max 1,5A; Vin max 40V; Vdif sat 2V
Ic2: Vo 1,2V; 37V adj ; Io max 1,5A; Vin max 40V; Vdif sat 2V
Desarrollo:
R1 P1b Vx Vz1 V1 0
Vx Vz1 Ie Ic
R1 P1 RE R3
R1 P1b aVz1 Vz1 Vo1
Ic Ie f grande a
R1 P1 RE R3
Despejando
R3 R1 P1b
a 1 gVz1 Vo1 Vz1
R3
Vo1 1
RE RE R1 P1
b)
10k P1a
Vo1 15V P1a
10k 5k 10k
P1b 10k 10k k 10k
10 P1a
Vo2 5V 15 V P1b P1a
10k 10k 10 k 10k 5k 10k
Linealidad
Vz1 Vnr
Z1: IRz1 Vnr Vz1
Rz1
Vnr Vz2
Z2: IRz2 Vnr Vz2
Rz2
5 P1b
Q1: Vx 15g 5 P1b
15
P1a 10k P2a 10k Vo1 10V; Vo2 0 10V Vo2 10V
P1b 0 P2b 0
18
A1: V1 10V 1,2V 8,8V 15V V V Zonalineal
20
18
A2: V2 10V 1,2V 8,8V V V V Zonalineal
20
18 8
Ic1: Vdif 10 V Zonalineal
20 10
18 8
Ic2: Vdif 10 V Zonalineal
20 10
Caso 2:
18
A2: V2 0V 1,2V 1,2V V V V Zonalineal
20
18
A1: V1 10V 1,2V 8,8V 15V V V Zonalineal
20
18 8
Ic1: Vdif 10 V Zonalineal
20 10
18
Ic2: Vdif V Zonalineal
20
Caso 3:
18 18
Ic1: Vdif V 0 V Zonalineal
20 20
18
Ic2: Vdif V Zonalineal
20
Caso 4:
18 18
Ic1: Vdif 0 V Zonalineal
20 20
EJERCICIO 5
Desarrollo:
3 10 Vx
Vx 10Vg 7,5V I 10 7,5 2,5mA
3 1 1
*Si Vc t 0 0V
2
A1: Vc g10 Vc 6,67 0V 6,67V 6,67V
3
se descarga exponencialmente en .
T 2,023 ms
Vc(t)
Vo(t)
EJERCICIO 6
Desarrollo:
Para los diodos considere Vd 0,7V .
Semiciclo (+) Vi 0
Asumo D1 Of D3 On
D2 On D4 Of
V1 0 Vo1
U1: I1 I2
R1 R2
Vi Vo1 R2gVi 2
I1 I2 Vo1 Vi Vo1 Vi
R1 R2 R1 2
U2: I4 I6 0 Vo2 0V I2 Id2 I3 Id2 I2 I3 0
Vo1 Vx R5 Vo1
Si U3 zona lineal I3 y Vx Vo2 0 I3
R3 R5 R6 R3
Vo1 Vo1 1 1
Id2 Vi Vi 0 dentrodel ciclo
R2 R3 R2 R3
Vi 0 Vo2 Vi
I7 Id3 I4 Id3 I7 I4 0 Vi
R7 R4 R7
Semiciclo (-) Vi 0
Asumo D1 of D3 Of
D2 of D4 On
Vi Vo2 R4
U2: I7 I4; Vo2 Vi 2Vi Vo2 2Vi
R7 R4 R7
R5 4 4
Vx Vo2 2Vi Vx Vi
R5 R6 4 2 3
0 Vo1 Vo1 Vx R3.Vo1
U1: I2 I3; Vo1 Vx 2Vo1 Vx
R2 R3 R2
4 2
2Vo1 Vi ; Vo1 Vi mientrasU3 zonalineal
3 3
Vototal : U3 zonalineal Vo 2 Vo2 Vo1
2 8 8
Vi Vo 2 2Vi Vi Vi ; Vi 15V Vi V
3 3 3
a) Vo vs Vi
b) Vo(t)
EJERCICIO 7
Desarrollo:
Para U2:
V V
R5 R4
5 Vo2 Vi
R4 R5 R4 R
5
5g5 Vo2 1 Vi 6 1
25 0
Vo2 0 Vi Vi 4.17V
6
25 15
Vo2 Vcc Vi Vi 1,67V
6
Podemos saber cómo se satura el op-amp analizando en la ecuación (1) los valores de
Vo2 cuando Vi es .
Note los valores a los que se satura depende de la alimentación de op-amp en los pines
4 y 7.
Gráfico de – hasta +
Para U1:
R2 R1
Vi Vo1 5
R2 R1 R1 R
2
4Vi Vo1 5 5 ; 2
Vo1 0V Vi 4 0V 25V; Vi 6,25V
Podemos saber cómo se satura el op-amp analizando en la ecuación (2) los valores de
Vo1 cuando Vi es
Note los valores a los que se satura depende de la alimentación de op-amp en los pines
4 y 7.
Gráfico de – hasta +
Gráfico de + hasta –
Para U3:
R9 R
9
Vo3 Vo1 1 Vo2
R7 R 7
0,5k 0,5k
Vo3 Vo1 1 Vo2
1k 1k
Gráfico de + hasta –
EJERCICIO 8
Usando el siguiente circuito, calcule los componentes requeridos para que funcione
como un filtro eliminador de banda (NOTCH) de segundo orden con =5KHz, factor de
calidad Q=5 y magnitud de 20 dB en banda de paso. Para todos los cálculos utilice
capacitancias de 0,1 . Considere Op-amps ideales.
,
G
Wc WlgWh; fc flgfh
20dB
W Wh Wl; ff h fl 17dB
1 12 4g25
fl fl 4,5kHz
2 4,5 5 5,5 W
1
fh fl
0 fh 1 fl fh 1 4,5 5,5kHz
fc
2 2
f ; C 0,1uF R2 3,18k
2 R2C 2 2KHz 0,1uF
R2
G Wc Ao Ao 20dB 20log Ao
2R1
R2
Ao 10 10 R1 159,15
2R1
1 R1 R3 0,159k R3
2 5
2
fc 2
2 0,159k 3,18k R3 0,1uF
2
R1R2R3C
0,159
R3 R3 39,8
986,96 5.56*101
R5 R5
De U2: Ao R6 R6 1k
R6 Ao
Vo
EJERCICIO 9
Considere
Desarrollo :
Asumir z on
Vo1
Vo2 R6I5 R6
R5
Vo2 Vo1 Pmin 0 W Vo1 0V
10 5,1
P2max 1 3,25 P2max 8,33k
1,2
50 Iemax 1 Ib1max
0,7V 0,7V
Rsc 0,686
Isc 1,02A
EJERCICIO 10
Preguntas
Datos:
a) Grafique
b) Encuentre la frecuencia de la señal Op-amps ideales
Diodos Vd=0,6 V
R1 R3 28 k
R2 10 k
C1 0,05uF
Desarrollo:
El op-amp U1 tiene retro-alimentación negativa por lo que opera en Zona lineal es decir
Vcc Va Vcc entonces: V V_ 0V
Va t 0 Vc1 t
Entonces:
Se debe destacar que si los componentes fuesen ideales y no hubiese inducción de ruido
tenemos:
Va t Vo t 0V (t)
Análisis para 0 t t1
Vo V U1 Vo Vcc
I1 I1
R1 R1 R1
I1 Vcc
Va t Vc1 t ; Vc1 t
C1 R1.C1
Vdiff U2 V U2 Va t
Vcct Si Vo Vcc
Va t Vc1 t ; Va t
R1.C1
Va t Vc1 t
I1t Vcct
entonces Vc1 t Vcct
.
C1 R1.C1 Vc1 t 5,14V
R1.C1
Vo Vcc
Puesto que: I1 Donde t t2 t1 además
R1 R1
VdiffU2 t Va t puesto que D1 no
VdifU2 t t1 0V
conduce.
Va t gR3 Vcc Vd1 R2
VdifU2 t t1 VdifU2 t Va t decrece
R2 R3 Note que
linealmente desde 5,14V y en t t2es
Vcc Vd1 R2
Va t1 igual a 0V luego:
R3
15V 0,6V 10k VdifU2 t t2 t1 0V
Va t1 5,14V
28k Vcc. t2 t1
VdifU2 t t2 t1 5,14V
Va t1 gR1C1 R1.C1
t1
Vcc 5,14V 28k 0,005uF
5,14Vg28kg0,05uF t2 t1
t1 0,479ms 15V
15V
t2 t1 0,479 ms
Análisis para t t2
Análisis para t t1
Va t2 0
Va t1 5,14V
T 0,059 ms
Cálculo de la frecuencia para la
señal Va 1
f 1,04kHz
T
Vo
Va
EJERCICIO 11
Preguntas:
Desarrollo:
Condiciones iniciales:
Los op-amps U1 y U2 tiene realimentación negativa por lo que opera en Zona lineal
entonces:
Vcc Vo Vcc V U1 V U1 0V
Vcc V1 Vcc V U2 V U2 0V
Entonces:
Análisis para t 0
Vo Vcc o Vo Vcc
Vo t V U1 Vc1 t
Si al inicio Vo Vcc
Vo 0 0 Vc1 t 0V
Entonces no conduce ya que
Asumamos que en t 0, D9 conduce Va 0 0V
entonces:
Entonces:
V U1 V U1 0,6V
Vd2 V U2 V U2
V1 2V U1 1,2V
V U2 Va 0V
Va 0 Vc1 0 0V
Si Vd2 0V entonces Vo 0V
1,26 5
t1 0,437 ms
14400
T 4t1
1,44 10
3
At
.
Vc1 6,3 V T 4 0,437 1,75ms
0,1 10
6
F
1
f 0,57 kHz
T
Vo
V1
EJERCICIO 12
Desarrollo:
Para:
Retroalimentación positiva:
Ri
Para: Vo2 Vcc Vo1 Vcc K1
Rf
Ri
Para: Vo2 Vcc Vo1 Vcc K1
Rf
Vo2 0 Vcc
Ic
R1 R1
Ic. t
Vc Vo1 Vc
C
Vcc. t
Vo1
RC.
Vo2
Vo1
Vc
Vdif
EJERCICIO 13
Diodos:
Vda 0,6V
Vdb 0,6V
Calcule la relación del ciclo para Vo para las posiciones extremas del
potenciómetro
Desarrollo:
TiempoenestadobajodeVo
Relacióndeciclo:
PeriododeVo
t1 77,77 us t1 855,47us
t2 t1 855,47 us t2 t1 77,77us
855,47us 77,77us
Relacióndeciclo: Relacióndeciclo:
855,47us 77,77us 855,47us 77,77us
Relacióndeciclo:0,916 Relacióndeciclo:0,083
RA=1k,RB=11k
Vo
Vc
RA=11k, RB=1k
Vo
Vc
EJERCICIO 14
Datos:
Q1: 60
Vc t 0 0V
Para la señal Vi mostrada grafique Vo con magnitud de voltaje y tiempos.
Desarrollo:
10k
Vth 15Vg 10,2V
14,7k
Vcc Veb Vth RthgIb R1 1 gIb 0
Ib 1,43uA Ic 85,7uA
Vi
Vo
Vc
EJERCICIO 15
Desarrollo:
Etapa I
P1
Vi
2 50Vi
Vx
R1 R2 1000k 100k
Vx 0,045Vi
P1 P1
Rx R1P P
2 2
Rx 1000k P50k P50k 43,73k
P1 P1 Además:
Ry R2P P
2 2
Si Vi 27,78V D2 conducen
Ry 1000k P50k P50k 43,73k
Ry
Vx 0,045Vi V2 Vx Vy Vd2 g Vy
Rx Ry
Vx V1 0,045V
43,73k
Vy V2 0,55V V2 0,045Vi 0,55V 0,7V g 0,55V
2g43,73k
V1 V2 Vd 0,7V
V2 0,023Vi 0,075V
Luego: V1 V2 Vd2
0,045Vi 0.55 0,7V Vi V V1 0,023Vi 0,625V
Etapa II
El op-amp no tiene realimentación por lo que funciona en lazo abierto o sea en zona de
saturación
Si V1 V2 entonces: V3 Vcc
Etapa III
0 t t1 V3 Vcc
Vc1 2Vcc
t1 t t2 V3 Vcc
Por definición: Vc1 t1 Vc1 t1 2Vcc V4 t1 Vcc 2Vcc 3Vcc
V+ (U1) – ( V1)
V-(U1) – (V2)
Vcc
*Si Vi gsin wt grafique Vo
2
Desarrollo
Etapa I
Para Vi 0
V U1 V U1 0V
Vi V U1 Vx Vx
Ii Vx 0V
R R R2
Vi Es imposible que haya circulación de
0 Ii IR
R corriente a través de R de
Vx IRgR Vx Vi realimentación y R 2.
Vi Vi IR Ix 0A
Id1 IR Ix
R R2
Id2 Ii puestoque IR 0A
3Vi
Id3 D1conduce
R Vi
Id2 0 dado que
Vo1 Vx Vd R
Vi 0 D2Conduce
Vo1 Vi Vd 0 D2noconduce
Vx 0V y Vo1 Vd D1noconduce
Para Vi 0
Análisis de las asunciones realizadas
Asumamos operación lineal de U 1
Vo1 Vi Vd 0.
Vi
Ii 0
R Para que U1opere en zona lineal se
requiere que:
Asumamos que D1 OFF D2 ON .
Ii IR Id2
Vcc Vo1 Vcc
Vcc Vi Vd Vcc
Vcc Vd Vi Vcc Vd
Etapa II
Vcc Vo Vcc
V U2 V U2 0V
Por superposición:
VigR VxgR
Vo Vi 2Vx
R R
2
Si Vi 0 Vx 0V Si Vi 0 Vo Vi 0 Vo Vi
Vi
Vo
Vo vs Vi
EJERCICIO 17
Preguntas:
a) Grafique VovsVi .
b) Si Vi 0,2VccgSen nwt yn 1
grafique Vo .
Desarrollo:
Análisis para Vi 0
Vcc Vo2 Vcc
Asumimos que:
Vd2 V U2 V U2 0V
Vcc Vo1 Vcc
V U2 V U2 0V
Vd1 V U1 V U1 0V
Vi 0 Vi
I1
R R V U1 V U1 0 V
Vo 0 I1 I3 Si Vi 0 Vo n 1 Vi
Vcc Vd
Siempre que : Vi
n 1
Vo n 1 Vi
Si Vi 0 Vo n 1 Vi
Vcc Vd
Siempre que : Vi
n 1
Vo
Vo vs Vi
EJERCICIO 18
Para las señales dadas, grafique Vo2 con sus respectivos valores de voltaje y tiempo.
Datos Vcc2=7,5V
Desarrollo:
Op-amp 1
Método de Corriente
I1 I2 I3
2Vcc2 V2 Vx
36K 5k 10k
20 10
Vcc2 V2 Vx
36 5
0,5555Vcc2 2V2 Vx; Vcc2 7,5V
Vx 4,166 2V2
Si V2 0V entonces = 4,1666V
I
f 5V 0,32g 18,74Hz
33uf
f 0V 0Hz
0 VAM V VAM V1
60 uV
Vsen g10k 0,6V
EJERCICIO 19
Observaciones
Observamos también que el pin de FSK está conectado a la señal Vo1 (onda cuadrada),
entonces el valor de FSK va a estar entre 0V y 10V, cuando este en 0 V obtendremos la
frecuencia dependiendo de la corriente del pin Rt2.
I2
V U3 3V Va
f 0,32g
I2
R5 Ct
3V 3mA
I2 3mA f 0,32g 2,042kHz
1k 0,47uF
Opamp 1 (U1)
Método de Corriente
Vo1 0V
IR1
R6 R1
15V
IR2
R2
0V Vop
IR3
R3
IR1 IR2 IR3
Opamp 2 (U2)
VAMg10k
Vi 2Vi
20k
60 uV
V sinpk gRmult 6V
EJERCICIO 20
Considere que el circuito anterior se encuentra en estado estable, de tal forma que el
capacitor C1 no se está cargando ni descargado.
a) Calcule los valores DC de V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7.
b) Calcule la frecuencia del oscilador
c) Calcule el valor RMS de V7.
Como
V U1 0V V U1 0V
V U1 V1 0V
15V 0V V4 0V 0V V2
51k 12k 10k
15Vg 10k V4 10k
V2
51k 12k
V2 2,9411 0,833V4
V3 V U3 3V 3V
Para hallar V4 y V5 el problema nos indica que el circuito esta en zona estable y que el
capacitor C1 no se está descargando ni descargando.
Si V 2V V4 VSat 15V
Si V 2V V4 VSat 15V
V U4 3V V2 I 0,0016744A
I f 0,32 0,32 535,82Hz
R4 Ct 100nF
0V 3V 9,5584V V
V5 1 g0,535kHz 0,535V
I 1,6744mA kHz
7,5k
Si usamos el valor de Sat nos saldría una frecuencia negativa, y sabemos que las
frecuencias negativas no existen.
Comprobamos nuestro análisis:
15Vg100k
Vmult 7,5V
200k
60uV
V sinpk g50k 3V
3V
Vrms 2,1213Vrms
2