Ejercicios Electrónica Industrial

EJERCICIOS
Electrónica Industrial

Ejercicio 1:
Asumiendo que se dispone de un voltaje de directa que puede fluctuar entre 10 y 12 volts y se desea obtener a partir de este voltaje de entrada un voltaje regulado de salida de 6 volts para lo cual se utiliza un diodo Zener que presenta un voltaje Zener de 6 volts para una corriente máxima de 100 mA y una mínima de 0.5 mA,
a) ¿qué valorde resistor se debe utilizar para obtener la máxima transferencia de potencia a la carga sin perjudicar al diodo?
b) ¿cuál es la mayor potencia que puede disipar la carga?

Respuesta:
Lo primero es determinar cómo es el circuito.
El circuito típico de regulación con un diodo Zener tiene la siguiente forma




Nótese que el diodo está polarizado en forma inversa.
Para conocer elvalor que se le debe dar a R hay que tener en cuenta la peor condición que tiene que soportar el diodo. Esto es cuando Vin es máximo y no hay carga al circuito, es decir, no hay nada conectado en Vout. En esa condición toda la corriente pasa por el diodo Zener. En nuestro caso: R = (Vin – Vout) / Imax, donde Vin es el voltaje máximo de entrada (12V), Vout es el voltaje Zener cuando pasa la corrientemáxima e Imax es la máxima corriente que admite el diodo Zener. Por lo tanto, en nuestro caso R = (12 – 6) / 100 = 60 ohm.
La potencia máxima que puede disipar la carga depende de la corriente que puede pasar por la carga y el diodo Zener siga siendo diodo Zener. Para esto, el diodo necesita que pase una corriente mínima, en nuestro caso 0.5 mA. Para el peor caso la corriente de 100 mA se divideentre el diodo Zener, que consume 0.5 mA (para mantener su voltaje Zener) y el resto (99.5 mA) por la carga, por lo que la potencia máxima que puede disipar la carga es de 99.5 x 6 = 597 mW.

Ejercicio 2:
Dado un circuito como el mostrado a continuación en el cual el transistor utilizado tiene una hfe de 200 y un voltaje Vce de saturación de 0.5 volts ¿qué valor de resistencia R1 lleva altransistor a la zona de saturación para el voltaje de entrada mostrado?




Respuesta:
Primero tenemos que calcular la corriente de colector en saturación para el caso mostrado que es una configuración de emisor común. En la malla de salida del circuito se tiene que Ic = (12 – 0.5) / 1000 = 11.5 mA
La corriente de base tiene que cumplir con que Ic = Ib x hfe, lo que es válido en toda la zonaactiva y justo al entrar a saturación. De ahí que Ib = 11.5 / 200 = 0.0575 mA
Para la malla de entrada R1 = (5 – Vbe) / 0.0575. Para la mayoría de los transistores el voltaje base – emisor en zona activa es prácticamente constante y de un valor cercano a 0.7 V. De ahí que R1 = (5 – 0.7) / 0.0575 = 74.782 Kohm. Esto podría considerarse una respuesta válida, pero desde el punto de vista práctico losresistores se comercializan según su tolerancia en valores discretos. Para el caso en cuestión, para una tolerancia del 1%, un valor aceptable es: 74.1 Kohm

Ejercicio 3:
Dado un transistor NPN con las siguientes características:
Ic máxima: 1 A hfe mínima: 20 Vce máximo: 50 V
Y un diodo Zener con las siguientes características:
Voltaje Zener: 6.7 V I máxima: 50 mA I mínima: 0.1 mA
Diseñe unregulador de voltaje lineal que a partir de un voltaje de directa de 12 V es capaz de entregar un voltaje regulado de 6 V y corriente máxima de 500 mA
Calcule además la potencia que se pierde cuando se entrega la máxima corriente.

Respuesta:
Lo primero es visualizar el circuito capaz de hacerlo.
Es evidente que el diodo Zener por sí sólo no puede hacerlo ya que la corriente máxima que puedeentregar es 49.9 mA, por lo que se hace necesario utilizar el transistor para aumentar la capacidad del circuito, teniendo en cuenta que su corriente en el emisor puede llegar a ser (hfe + 1) su corriente por base.
Un circuito típico sería el siguiente:







Comprobemos primero si el circuito es capaz de proporcionar los valores esperados.
Con respecto al voltaje esto se cumple ya...