Examen_Dic2011_solucion

UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL URUGUAY.
CURSO DE ELECTRÓNICA AVANZADA II - 2011.

Examen Diciembre 2011.
Ejercicio 1: El circuito de la figura implementa un conversor DC / DC que reduce la tensión
(tipo Step-Down). El transistor funciona como llave (en corte y saturación) con VCESat = 0.3V y
VBE = 0.7V. El diodo tipo Schotky tiene una caída aproximada VD = 0.45V y se supondrá en una
primer aproximaciónque el condensador es infinito a los efectos prácticos. Se desea:
a) Calcular el voltaje de salida VOut en función de T1 , Tc , VCESat, VD, y VIn.
b) Suponiendo que la frecuencia de VCtrl = 200kHz, el voltaje de entrada VIN = 48V, y el de salida
VOUT = 12V, IL = 5A hallar el duty cycle del conmutador. Graficar la corriente por la bobina en
función del tiempo.

c) Calcular la eficiencia delcircuito en las condiciones de b)
d) Hallar la potencia media disipada por Q1. De la hoja de datos del transistor de
potencia se obtiene que θJA = 60oC/W, y que la temperatura de la juntura no puede
superar los 125oC. Considerando una temperatura ambiente de 50oC ¿Es necesario
agregar un disipador de calor al transistor?
VIN

L=20uH
Q1

VOUT

VCtrl

VCtrl

T1

D1

T2
VIN

Tc

t

CL=47µF

ZCarga
ICargaEjercicio 2: El circuito de la figura, corresponde a un oscilador puente de Wien donde el control
de amplitud está dado por una lámpara de filamento cuya resistencia en función de la
temperatura está dada por la gráfica debajo a la derecha.
• La temperatura del filamento supondremos que en el rango de trabajo es directamente
proporcional a la potencia media disipada por el filamento: T = α ⋅ PF ;α = [oK/W].
•

Como es de esperar que por el filamento pase una corriente relativamente elevada y el
operacional no está preparado para ello (consideraremos al opamp como ideal salvo
este aspecto), se incluye una etapa de salida clase B luego del operacional. Observar
que podemos asumir que el operacional + la etapa de salida, se comporta a su vez
como un operacional ideal, capaz de manejar unacorriente como la requerida.
El circuito como se muestra en la figura, oscila con un voltaje Vo sinusoidal, estable, muy puro.
(a) Hallar la frecuencia de las oscilaciones, y el valor de α si la amplitud de las oscilaciones
es de 20Vpp
(b) Dibujar de forma tan aproximada como pueda, el voltaje VX(t) en al menos un ciclo de
oscilación. Los transistores de la etapa de salida tienen VCESat=0.3V;VBE=0.7V; β = 200.
(c) Rediseñar el circuito para que la amplitud de las oscilaciones sea de 36Vpp. Esto es
modificar alguno(s) de los componentes del circuito (sugerimos pensar bien cual(es) le
conviene cambiar para hacer todo más simple y que el filamento de lámpara
permanezca en el rango de temperaturas dentro de la gráfica)

RB=18Ω
VDD=24V

RA=4.7Ω
Ω
SALIDA

VX
0V

VO

82n

VSS=-24V

470Ω

82n470Ω
7

0V

Resistencia [ohm]

6
5
4
3
2

Temperatura [ºK]
1
300

600

900

1200

Ejercicio 3: El circuito de la figura se utiliza para amplificar una señal de voltaje (la señal la
podemos considerar una fuente de muy baja impedancia serie) en un sistema de bajo ruido.
Los operacionales son ambos iguales, tipo Autozero, de modo que podemos considerar el
ruido a la entrada de cada uno de ellos comoaproximadamente ruido blanco de voltaje de
ruido 25 nV . Considere la temperatura = 25oC.
Hz

a) Hallar la transferencia del amplificador, y el ruido rms equivalente a la entrada. Si
desprecia el ruido de alguno de los elementos de circuito explicar porqué.
b) Se digitaliza la salida del amplificador con un conversor AD de 12bits, ancho de banda
suficiente, y tensión de referencia 1.024V. Desde elpunto de vista del ruido, ¿tiene
sentido utilizar un conversor de más bits?

100pF
470k
47k
VIn
ENTRADA

22k
4k7
VOut
SALIDA

Puede ser de utilidad:
∞

∫a

2

0

π
1
dx =
2
2a
+x

T

T

1
1
1
⋅ ∫ sen 2 (2π ⋅ f ⋅ t ) ⋅ dt = ⋅ ∫ cos 2 (2π ⋅ f ⋅ t ) ⋅ dt =
T 0
T 0
2

T=1/f = período

T

1
2
sen (2π ⋅ f ⋅ t ) ⋅ dt =
∫
T0
π

Área del trapecio:

A=

T=1/f = período

(B1 + B2 ) ⋅ h

B1

B2

2
h...