Electrónica Apuntes 2013-14

7/25/2019 Electrnica Apuntes 2013-14

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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


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


4/144

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


5/144

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


6/144

ElectrnicaGeneral1P

arte

Electricidad Electrnica

Qu es la Electrnica?

relativas al paso de partculas cargadas

elctricamente a travs de un gas, del vaco

3Introduccin

E


4

Como afecta a los diversos campos de la ingeniera?

mbitos de aplicacin y utilidad

Introduccin


7/144

ElectrnicaGeneral1P

arte

5


Introduccin

E


6


Introduccin


8/144

ElectrnicaGeneral1P

arte

7


Introduccin

E


8


Introduccin


9/144

ElectrnicaGeneral1P

arte

9


Introduccin

E


10

Esquema bsico de un encendido electrnico


Introduccin


10/144

ElectrnicaGeneral1P

arte

Encendido electrnico con microprocesador

11


Introduccin

E


Comparacin entre diversos tipos de encendido

12


Introduccin


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


Sistemas electrnicos en un automvil

Introduccin

E


14

Sistema de gestin de flujo de energa en un vehculo hbrido


Introduccin


12/144

ElectrnicaGeneral1P

arte

15


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


16


Introduccin

Inversor

Es el encargado deconvertir la corrientecontinua de la batera encorriente alterna, usadapara accionar losmotores elctricos.


13/144

ElectrnicaGeneral1P

arte

17


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


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


14/144

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


Introduccin

E


20

1948 Se inventa el 1 transistor (Bell Lab)


Introduccin


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)


Introduccin

E


22

Desarrollo de la microelectrnica


Introduccin


16/144

ElectrnicaGeneral1P

arte

23

10mm10km

500m 500 m

70mm

Escala de integracin?


Introduccin

E


24

Coste de la electrnica?


Introduccin


17/144

ElectrnicaGeneral1P

arte

25

reas de la Electrnica

Introduccin

Medida analgica de temperatura

Medida digital de temperatura

Segn la tecnologa usada

E


26


Introduccin

-Electrnica industrial

Control de procesos

Automatizacin de

procesos

-Electrnica de potencia

Conversin de energa

Flujos de energa

Segn el rea de aplicacin


18/144

ElectrnicaGeneral1P

arte

-Instrumentacin electrnica

Sensores

Instrumentos de

medida

-Telecomunicacin

Procesamiento de informacin

-Microelectrnica

Circuitos integrados

27


Introduccin

Segn el rea de aplicacin

E


28

Estructura de un sistema microelectrnico

Dispositivo

electrnico

Circuitoelectrnico

Sistemaelectrnico


Introduccin

Segn la complejidad


19/144

ElectrnicaGeneral1P

arte

29

Electrnica

Analgica

Trayectoriade estudio de la

asignatura


Introduccin

Electrnica

Digital

DispositivosElectrnicosBsicos-Complejidad ascendente

-De Analgica a Digital

-rea genrica


20/144

ElectrnicaGeneral1P

arte

Parte 1.Dispositivos electrnicos

J. Garca Ortega

E


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


21/144

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


E


4

- Materiales semiconductores

Si, Ge

AsGa, SCd

AlGaAs

InGaAsP

- Portadores de carga

(electrones y huecos)

La unin PN



22/144

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


E


6

- Unin PN en equilibrio trmico

VD

ID

La unin PN

VD D = 0

ID

VD



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


E


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



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


E


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)



25/144

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


E


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



26/144

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.


E


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)



27/144

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


E


16

El diodo

- Ejemplos de uso

VD

ID

VCC

R

VR1

VD

ID

VCC

R

VR2

t

VR

VR1VCC

VR2Detector de paso



28/144

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)


E


18


- 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.


Base

PNP

B

C

E



29/144

ElectrnicaGeneral1P

arte

19


- Efecto transistor

Con Efecto Transistor: comportamiento como fuente de corriente


Base

PNP

B

C

E

P N P ColectorEmisor

Base

Emisor Colector

Base

VEB> 0 VCB< 0

UE

pol. dir.

UC

pol. inv.


E


PNP

VEB

B

C

E

VECIB

IC

NPN

VBE

B

C

E

VCEIB

IC

20


- Referencias de tensiones y corrientes. Parmetros bsicos.

ColectorEmisorP NN

Base


Base

Parmetros bsicos: Ganancia , Potencia mxima Pmax

Tensiones tpicas (VBE, VCE), Frecuencia de corte fc



30/144

ElectrnicaGeneral1P

arte

21


- 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


E


22


- 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



31/144

ElectrnicaGeneral1P

arte

23



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


E

lectrnicaGeneral1Parte VBE

B C

E

IB

E

VCE

IC

IB= IC=

24



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



32/144

ElectrnicaGeneral1P

arte

25


- 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


E


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



33/144

ElectrnicaGeneral1P

arte

27


- 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


E


VDS

ID

VGS= 3 V

VGS= 4 V

VGS= 5 V

VGS= 6 V

VGS VT

28


- El transistor de efecto de campo (MOSFET)

G

D

S

VGS

G D

S

IG=0

S

nMOS VDS

ID

Modelo aproximado del MOSFET



34/144

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



G

D

S


E


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



G

D

S

MOSFET en

CONDUCCIN

VGS> VT

IG= 0

ID= f (VGS, VDS)



35/144

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


36/144

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


38/144

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:


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


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


41/144

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


42/144

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


43/144

13.- Hallar las tensiones (VBE, VCE) y corrientes (IB, IC) de polarizacin del transistor:


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:


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:


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


44/144

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


45/144

ElectrnicaGeneral2Parte

1

Parte 2: Introduccin a la

Electrnica Analgica

F. P. Ridao

E


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


46/144


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


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


47/144


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


6


(b) Rectificador de media onda

Requiere un solo diodo.

El transformador es opcional

R1 representa la carga.


48/144


7


(c) Rectificador de media onda

Rectificador de media onda con diodos

idealizados como interruptores.

Simulacin de rectificador diodos reales

E


8


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.


49/144


9


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


10


(f) Rectificador de onda completa

Rectificador de onda completa con diodosidealizados como interruptores.

Simulacin de puente rectificador

de onda completa.


50/144


11


(g) Comparacin de rectificadores

Comparacin de simulacin de rectificadores

de media onda y de onda completa.

E


12


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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13


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


14


(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.


52/144


15


(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


16


(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


53/144


17


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


18


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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19


(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


20


(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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21


(c) Comparacin de reguladores

Comparacin de regulacin de lnea entre

reguladores serie bsico y mejorado.

E


22


(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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23

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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25

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


58/144


27

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.

27

E


28

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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29

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


30

2.1 Amplificadores

(c) Tipos de amplificadores

Amplificador discreto de transistores

Amplificador integrado de transistores

Amplificador de vlvulas


60/144


31


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


32


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.


61/144


33


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)


62/144


35


(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

E


36


(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


63/144


37


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


38


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.


64/144


39

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


40

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


65/144


41


Amplifica tensin e intensidad enalterna. En contnua C1 y C2 aislan.

Inversor de fase.

Zi alta y Zo baja.

(c) Emisor Comn

E


42


Slo amplifica intensidad.

Seguidor de tensin (Av.~1). Zi alta y Zo baja.

(d) Colector Comn


66/144


43

2.5 Amplificador de Audio


67/144


45

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


46

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.


68/144


47

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


48

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.


69/144


49

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


50

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.


70/144


51

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


52


(a) Comportamiento en frecuencia

Diagrama de Bode

Comportamiento en frecuencia defiltro pasivo paso banda.


71/144


53


(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


54


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.


72/144


55


(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


56


(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


73/144


57


(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


58


(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


74/144


59


(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


60


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)


75/144


61


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


62

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


76/144


63


(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


64


(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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65


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


66


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.


78/144


67

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

E


68


- 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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69


(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


70


(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).


80/144


71


(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.

E


72


LMD18245 (driver paramotor de 3A y 55V)

Circuito de aplicacin del LM3915

( driver para 10 leds)

Aplicacin de driver de motor

(b) Drivers comerciales


81/144


73

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


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


82/144

ElectrnicaGeneral3P

arte

Parte 3.

Sistemas electrnicosdigitales

S. Toral y F. Barrero

E


2

Electrnica analgica y digital: Qu es un SED?

Sistemas electrnicos digitales

ANALGICO ANALGICODIGITAL

Introduccin


83/144

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3

Sistemas que procesan una seal codificada en binario

Introduccin


E


4

Introduccin



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5

Introduccin


E


6

Introduccin



85/144

ElectrnicaGeneral3P

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7

Introduccin


E


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



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9

Introduccin

@rtAC


E


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



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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


E


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



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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


E


14

BUSES

MASTER

SLAVES




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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



E


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)




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17

Microprocesador

Microcontrolador

DSPDigital Signal Processor

DSCDigital Signal Controller

FPGA (CPLD)

PSoCProgramable System on Chip

Elementos de control de proceso


E


18

DSP: TMS320DM643

PSoC FPGA

Ps




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19

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



E


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




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21

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


E


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



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23

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


Perifricos


E


24

Matriz de Celdasde

Memoria

Decodificado

r

dedireccione

s

Circuito de E/S

(Ai) Lneas deDirecciones

(Di) Lneas de Datos

ControlCE

OE


Perifricos



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25

Almacenamiento: MemoriasClasificacin

Tecnologa dealmacenamiento

Tipo de acceso

Asncrono - SncronoNo voltil Voltil

ROMPROM

EPROMEEPROM

FLASH

SRAM

FIFO

ROMsASRAM

SDRAMSBSRAMEsttica - Dinmica

DRAM

Perifricos


E


26

Almacenamiento: MemoriasROM, PROM, EPROM

Electrnica Digital?

Perifricos



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27

Almacenamiento: MemoriasEEPROM y FLASH

Electrnica Digital?

Perifricos


E


28


Biestables

Electrnica Digital?

DRAMASRAM

1 transistor(C parsita)

Perifricos



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29


Dispositivos especiales

FIFO DPRAM

Perifricos


E


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



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ElectrnicaGeneral3P

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31

Convertidores

Sample & Hold

Perifricos


E


32

Seal Analgica

Seal Digital

Convertidores

Resolucin

Perifricos



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ElectrnicaGeneral3P

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33

ConvertidoresClasificacin

CDA

DACOUTDACOUTVOUT

Perifricos


E


34

ConvertidoresCDA

Electrnica Digital?

Red de resistencias ponderadas

Red de resistencias R-2R

Perifricos



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35

ConvertidoresCAD

AproximacionesSucesivas

Bucle Abierto Bucle Cerrado

FlashRampa

V/f

Perifricos


E


36

ConvertidoresCAD

Flash

R2

Perifricos



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37

ConvertidoresCAD

Aproximaciones sucesivasVINVDAC

Perifricos


E


38

Comunicacin serie

Sncrona

clk

dataB0 B1 B2 B3 B4 B5

Perifricos



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39

Comunicacin serie

Asncrona

Startbit

B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6Parity

Stop bits

Perifricos


E


40

Ejemplos de comunicacin SERIE

Baudios: Bits transmitidos/segundo

Perifricos



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ElectrnicaGeneral3P

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41

Puertas lgicas

Para qu sirven? base de la electrnica digital

lgebra de BOOLE

Otros elementos y componentes ms bsicos


E


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




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43

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



E


44

Puertas lgicas

-POLE) O GENERAN

Fija un estado de salida: Rpull-up

Puerta lgicade tecnologa

CMOS tipoNOT

Puerta lgicade tecnologa

CMOS tipoNOT




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45

Puertas lgicas

Algn dispositivo comercial



E


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)




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ElectrnicaGeneral3P

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47

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



E


48

BiestablesEjemplo de registro de desplazamiento con biestables D

74HC5958 bits74HC595 8 bits




106/144

ElectrnicaGeneral3P

arte

49

Codificadores, decodificadores



E


50

Multiplexores y demultiplexores

X

X0 X1 X2 X3

A

B

74LS151




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ElectrnicaGeneral3P

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51

Contadores



E


Ejemplo de diseo de SEDPLANTEAMIENTO

Ejemplos



108/144

ElectrnicaGeneral3P

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Ejemplo de diseo de SEDSOLUCIN

Ejemplos



109/144

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:


110/144

Problema $: Dada la !abla de #erdad ue figura a con!inuacin, de!erminar la funcin lgicasim%lificada u!ilizando los ma%as de &arnaug':


111/144

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:


112/144

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


113/144

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!


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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:


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Profesores de la prctic

Electrónica Apuntes 2013-14

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