Ejercicios Diodos 3b2727

Electrónica I. Ejercicios Unión PN y circuitos con diodos

Prof. César Martínez

1.

Circuitos con diodos

1. Para el circuito mostrado en la gura, con: V1=10V, R1=R2=10Ω, Vjo=0,7V (para todos los dispositivos), determinar:

a ) El estado cada diodo. b ) La tensión de salida Vo. D1

+ D3 R1

Vo -

V1

R2 D2

2. Para el circuito mostrado en la gura, con: V1=20V, V2=10V, V3=5V, R1=5KΩ, R2=10KΩ, Vjo=0,7V (para todos los dispositivos), determinar:

a ) El estado de cada diodo. b ) La tensión de salida Vo.

1

D1

R2 + D3 D2

Vo V1

R1

V3

V2 -

3. Para el circuito mostrado en la gura, con: V1=20V, V2=5V, V3=10V, R1=10KΩ, R2=2KΩ, Vjo=0,7V (para todos los dispositivos), determinar:

a ) El estado de cada diodo. b ) La tensión de salida Vo.

R1

D1 D3 + R2 V2

V1

D4 Vo V3

D2 -

4. Para el circuito mostrado en la gura, con: V1=5V, V2=2V, RL=10KΩ, Vi=12·Sen(wt), determinar:

a ) La tensión de salida Vo. b ) La función de transferencia Vo/Vi.

2

D1 + V1 D2

RL

Vi

Vo

AC

V2 -

5. Para el circuito mostrado en la gura, con: V1=5V, VZ3=3,1V, R1=2KΩ, R2=R3=5KΩ, Vi es una señal cuadrada de ±15V, determinar:

a ) La tensión de salida Vo. b ) La función de transferencia Vo/Vi. R1

D1

+ R2 D2

Vi

AC

DZ3 Vo V1

R3 -

6. Para el circuito mostrado en la gura, con: V1=2V, C1=100µF e inicialmente descargado, RL=100Ω, Vi es una señal triangular de 12V pico y 1Khz, determinar:

a ) La tensión de salida Vo. D1 + V1 Vi

C1

AC

RL

Vo

-

7. Para el circuito mostrado en la gura, con: C1=100µF e inicialmente descargado, RL=10Ω, asumir modelo ideal para todos los dispositivos, Vi=12·Sen(6283t), determinar:

a ) La tensión de salida Vo. 3

+

D1

D3 Vo

C1 Vi

RL

AC

D4

D2 -

8. El circuito de la gura corresponde a un regulador de tensión en paralelo con diodo Zener. Los parámetros del diodo Zener son VZK = 4, 54V , IZK = 4mA y una resistencia interna RZ = 10Ω. En un determinado momento mientras el diodo Zener regula, es decir, opera en región zener, la corriente circulante a través del dispositivo es IZ = 20mA. La tensión de la fuente de alimentación no regulada varía entre 18V y 28V , originando cambios en la corriente de carga entre 5mA y 23, 8mA. Determinar: RF

+

VZ

VF

DZ

RL

-

a ) El valor de la impedancia de la fuente RF de modo que el dispositivo regule continuamente. b ) Gracar el punto de operación en el que se encuentra operando el diodo Zener, indicando todos los valores de interés. c ) El porcentaje de regulación de carga del circuito regulador. NOTA: Este porcentaje de regulación de carga se dene como la variación del voltaje de salida cuando existen variaciones de la corriente en la carga, se determina como: %Regulacin = VL (mx.)−VL (mn.) VL (mn.)

· 100 %

d ) La potencia máxima disipada por el diodo Zener.

2.

Unión PN

1. Una unión P-N tiene un dopado de átomos aceptantes de 1017 cm−3 en el material tipo P y un dopado de impurezas donantes de 5 · 1015 cm−3 en el lado N. Los coecientes de difusión de huecos y electrones son 13cm2 /s y 34cm2 /s respectivamente. Considerar que K ·T = 0, 027153eV , Ao = 1, 74·1033 cm−6 · o K −3 para el silicio. Las longitudes de difusión de electrones y huecos son 10·10−4 cm y 15·10−4 cm respectivamente y el área de la sección transversal de la unión es de 10−4 cm2 . Determinar:

a ) El potencial de la unión en circuito abierto. b ) El porcentaje de la corriente de huecos a la corriente total en la región libre de portadores. 4

c ) El porcentaje de la corriente de electrones a la corriente total en la región libre de portadores. 2. Una unión P-N de germanio a 300o K tiene un dopado de átomos aceptores de 4 · 1016 cm−3 en el material tipo P y un dopado de átomos donores de 6 · 1015 cm−3 en el lado N. Los coecientes de difusión de huecos y electrones son 13cm2 /s y 34cm2 /s respectivamente. Considerar que Ao = 3, 53 · 1032 cm−6 · o K −3 para el germanio. Las longitudes de difusión de electrones y huecos son 10 · 10−4 cm y 15 · 10−4 cm respectivamente, el área de la sección transversal de la unión es de 8 · 10−4 cm2 y las movilidades de huecos y electrones son 1800cm2 /V · s y 3800cm2 /V · s respectivamente. Determinar:

a ) El potencial de la unión en circuito abierto. b ) La corriente total circulante por la región de carga espacial. c ) Si a esta unión se le aplica una tensión de polarización directa de 0, 4V , calcular la densidad de corriente de difusión de portadores minoritarios en el material tipo N en el borde de la región de agotamiento y en X = 2µm. d ) Para el mismo nivel de polarización directa del punto (c), calcular la corriente de portadores minoritarios en el material tipo P en el borde de la región de agotamiento y en X = 4µm. e ) Si debido a un agente externo la velocidad de recombinación de huecos en el material tipo N se cuadruplicara, calcular el nuevo valor de la corriente de huecos en el borde de la región de carga espacial. NOTA: Recuerde que si se cuadruplica la velocidad de recombinación, signica que el tiempo de vida medio de los huecos (τp ) aproximadaente se divide por cuatro. f ) Gráco representativo de las concentraciones de electrones y huecos en función de la distancia, para el fenómeno que ocurre cuando se aplica la tensión de polarización directa. g ) La resistividad del material entre X = 4µm en la región P y X = 4µm en la región N, medidos ambos justo desde la unión de los dos materiales.

5