INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

Sistemas Digitales

Examen departamental

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

DIRECCIN DE EDUCACIN MEDIA SUPERIOR

DIRECCIN DE SEGUIMIENTO Y EVALUACIN DEL PEA

CENTRO DE ESTUDIOS CIENTFICOS Y TECNOLGICOS

JUAN DE DIOS BATZ PAREDES

Temas a evaluar

UNIDAD 1. Transistores

UNIDAD 2. Tiristores

SECCION I. Contesta brevemente las siguientes preguntas.

1. Qu es un material extrnseco?, como se clasifican? y como se forman?

2. Qu es un transistor y de donde naci la idea de?

El transitor en un dispositivo electrnico de estado slido. La idea naci al intentar controlar la conduccion de un diodo de union P-N (semiconductor). 3. Qu es un transistor monounin? y como esta formado? y menciona algunas aplicaciones en las que puede intervenir dicho dispositivo. 4. Explica brevemente el funcionamiento u operacin del UJT

5. Explica brevemente Qu es un FET? y cual es el parmetro de control de ste?6. Cul es la clasificacin de los transistores de efecto de campo?7. Menciona tres tipos de polarizacion del JFET8. Describe los tipos de MOSFET y menciona sus principales caractersticas en las que se diferencian

9. Qu significa Tiristor? y cuales son sus principales aplicaciones o dominios?

10. Menciona el significado de 5 miembros de la familia de los tiristores y sus principales caractersticas

SECCION II. Contesta brevemente las siguientes preguntas haciendo un pequeo anlisis del funcionamiento , operacin, construccin y caractersticas de transferencia de cada dispositivo que se pide.

1. Explica la operacin del transistor BJT en configuracin Base- comn y su comportamiento en la regin activa, corte y saturacin ( mediante diagramas, smbolos, formulas y graficas )

2. Explica la operacin y funcionamiento del transistor UJT as como su comportamiento cuando se dispara ( mediante diagramas, smbolos, formulas y graficas )

3. Explica la operacin y construccin bsica del transistor JFET en configuracin de Polarizacin Fija ( mediante diagramas, smbolos, formulas y graficas )

4. Explica la operacin y construccin bsica del transistor MOSFET incremental ( mediante diagramas, smbolos, formulas y graficas )

5. Explica la operacin bsica del tiristor SCR ( mediante diagramas, smbolos, formulas y graficas )

SECCION I. Lea y entienda lo que se pide en las preguntas antes de contestarlas, llenando el espacio en blanco.

1.- Explica el funcionamiento de un diodo de cuatro capas.

2.- Explica la relacin que existe entre la corriente de compuerta, la resistencia variable del dispositivo de disparo y el ngulo de disparo en un circuito de disparo simple con SCR.

3.-Cuntos y cuales son los tipos bsicos de circuitos de disparo de tiristores? Y cules son las cuatro maneras de poner en conduccin a un tiristor en estado de conduccin?

4.- Describe textualmente y en formula Cmo se obtiene la potencia promedio en un circuito simple de disparo?5.- Cul es la aplicacin fundamental del TRIAC y qu relacin tiene con el DIAC? Dibuja su circuito y su grafica de salida.

SECCION I. Lea y entienda lo que se pide en las preguntas antes de contestarlas, llenando el espacio en blanco.

1.- Qu es un detector de proximidad? Menciona sus caractersticas generalidades.

2.- Cuntos y cuales son los detectores de proximidad? y cuales son los criterios de seleccin para estos?.

3.- Explica brevemente los tres grandes grupos de sensores de temperatura deacuerdo a su principio de funcionamiento

4.- Explica brevemente el funcionamiento de un sensor ultrasnico y menciona algunas aplicaciones donde lo podemos utilizar.5.- Menciona cuales son los principios bsicos en los que se basan los transductores de caudal y explica al menos uno de ellos.

6.- explica el funcionamiento en que se basan los transductores de Presion y cuales se utilizan mas frecuentemente.

7.- Qu es un sensor acstico y como los podemos clasificar?

8.- Dibuja mediante un diagrama a bloques como esta constituido fsicamente un sensor inductivo.

9.- Explica el principio de funcionamiento de un sensor capacitivo 10.- Menciona las diferencias que existen entre una fuente normal y una fuente conmutada explica la etapa de oscilacin y dibuja el diagrama a bloques de una fuente conmutada.

SECCION III. Conteste la siguiente pregunta encerrando en un circulo la respuesta correcta. Se calificaran aciertos menos errores.

1.- Conducen la radiacin luminosa desde un emisor a un receptor. No se producen transformaciones de energa.

a) Dispositivos sensoresb) Dispositivos emisores c) Dispositivos fotoconductores

d) Dispositivos detectores

2 .- Son diodos de unin PN cuyas caractersticas elctricas dependen de la cantidad de luz que incide sobre la unin.

a) Diodo LED

b) Fototransistor

c) Diodo laser

d) Fotodiodo3.- Son generadas por circuitos electrnicos, como osciladores LC, y son utilizadas en comunicaciones.

a) La luz ultravioletab) Las microondasc) Las ondas infrarrojasd) Las ondas de radio4.- Es un tiristor que puede ser disparado con un pulso positivo a su terminal gate y bloqueado sise le aplica un impulso negativo a ese mismo terminal.

a) SCR

b) GTO

c) LASCR

d) PUT5.- Es un dispositivo bilateral de disparo de alta tensin y corriente. Es bsicamente un diodo de cuatro capas con unas caractersticas elctricas simtricas.

a) SIDAC

b) DIACc) SBS

d) SUS

6.- Abarcan la zona desde 1 mm hasta 30 cm. Resultan adecuadas para los sistemas de radar, navegacin area y para el estudio de las propiedades atmicas de la materia. a) Las ondas de radiob) La luz visiblec) Las microondas

d)Las ondas infrarrojas

7.- Al aplicarse una tensin directa a la unin, se inyectan huecos en la capa P y electrones en la capa N. Como resultado de ello, ambas capas tienen una mayor concentracin de portadores (electrones y huecos) que la existente en equilibrio. Debido a esto, se produce una recombinacin de portadores, liberndose en dicha recombinacin la energa que les ha sido comunicada mediante la aplicacin de la tensin directa.

a) Diodo Laserb) Fotodiodo

c) Display de cristal liquido

d) Diodo LED.

8.- Si construimos un componente con un material semiconductor de manera que la luz pueda incidir sobre dicho material, la luz generar pares electrn - hueco. Esta generacin se realiza de manera anloga a la generacin trmica de portadores ya estudiada.

a) Optoacoplador

b) Fotoconductor

c) Fotodetector

d) Fotoemisor

9.- Est formada por fotones. a) La luz visible

b) La luz infraroja

c) La radiacin electromagnticad) La energa electromagntica .

10.- Se necesita una seal pequea en AC de 3 a 7 voltios para polarizarlo. Tensiones mayores romperan la fina capa de cristal. La frecuencia de la tensin puede variar entre 30 y 50 Hz. Frecuencias ms bajas producen un efecto de parpadeo, frecuencias ms altas producen un aumento del consumo.

a) Diodo Laser

b) LCD

c) Display

d) FotoTRIAC

1.- Desde el punto de vista funcional estn constituidos por un circuito oscilador L-C con alta frecuencia de resonancia. La bobina est constituida sobre un nucleo de ferrita "Pot-Core" de forma que el flujo se cierra en la parte frontal.

a) Sensores capacitivosb) Sensores inductivosc) Sensores ultrasnicos

d) Sensores pticos

2 .- Conmutan a un cierto valor de temperatura, los ms sencillos estn basados en la diferencia de dilatacin de dos metales. Este tipo de sensor normalmente tiene cierta histresis alrededor del punto de conmutacin. Los de tipo bimetlico se utilizan tpicamente en sistemas de climatizacin, o como interruptores de proteccin.a) termopares

b) termostatos

c) termistores

d) termoresistencias3.- Este tipo de sensores permite detectar materiales metlicos o no, pero su sensibilidad se ve muy afectada por el tipo de material y grado de humedad ambiental del cuerpo a detectar. Las aplicaciones tpicas son en la deteccin de materiales no metlicos como vidrio, cermica, plstico, madera, agua, aceite, cartn, papel, etc.

a) Sensores capacitivosb) Sensores inductivosc) Sensores ultrasnicos

d) Sensores pticos

4.- Es un tiristor que puede ser disparado con un pulso positivo a su terminal gate y bloqueado sise le aplica un impulso negativo a ese mismo terminal.

a) SCR

b) GTO

c) LASCR

d) PUT5.- Es un dispositivo bilateral de disparo de alta tensin y corriente. Es bsicamente un diodo de cuatro capas con unas caractersticas elctricas simtricas.

a) SIDAC

b) DIACc) SBS

d) SUS

6.- Abarcan la zona desde 1 mm hasta 30 cm. Resultan adecuadas para los sistemas de radar, navegacin area y para el estudio de las propiedades atmicas de la materia. a) Las ondas de radiob) La luz visiblec) Las microondas

d)Las ondas infrarrojas

7.- Al aplicarse una tensin directa a la unin, se inyectan huecos en la capa P y electrones en la capa N. Como resultado de ello, ambas capas tienen una mayor concentracin de portadores (electrones y huecos) que la existente en equilibrio. Debido a esto, se produce una recombinacin de portadores, liberndose en dicha recombinacin la energa que les ha sido comunicada mediante la aplicacin de la tensin directa.

a) Diodo Laserb) Fotodiodo

c) Display de cristal liquido

d) Diodo LED.

8.- Emplean fotoclulas como elementos de deteccin. A veces disponen de un cabezal que contiene un emisor de luz y la fotoclula de deteccin del haz reflejado sobre el objeto. Otros trabajan en modo barrera y se utilizan para cubrir mayores distancias, con fuentes luminosas independientes del detector. Ambos tipos suelen trabajar con frecuencias en la banda de infrarrojos.a) Sensores capacitivosb) Sensores inductivosc) Sensores ultrasnicos

d) Sensores pticos

9.- Est formada por fotones. a) La luz visible

b) La luz infraroja

c) La radiacin electromagnticad) La energa electromagntica .

10.- Se necesita una seal pequea en AC de 3 a 7 voltios para polarizarlo. Tensiones mayores romperan la fina capa de cristal. La frecuencia de la tensin puede variar entre 30 y 50 Hz. Frecuencias ms bajas producen un efecto de parpadeo, frecuencias ms altas producen un aumento del consumo.

e) Diodo Laser

f) LCD

g) Display

h) FotoTRIAC

SECCION IV. Conteste en el parntesis, verdadero o falso segn corresponda cada definicin de la primera columna y anote brevemente a que concepto se refiere cada definicin en caso de ser falso. Se calificaran aciertos menos errores.

1.- La luz ultravioleta son llamadas tambin ondas trmicas ya que estas ondas son producidas principalmente por cuerpos calientes y son absorbidas fcilmente por la mayora de los materiales. La energa absorbida aparece como calor. Estas ondas comprenden longitudes de onda desde 1 mm hasta 4x10-7 m.

( ) ____________

_____________

2 Los optoacopladores estn formados por unas molculas alargadas con forma de puro, que se llaman molculas nemticas y se alinean con una estructura simtrica. En este estado el material es transparente.

( ) ____________

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3.- En el anlisis de un circuito, el diodo LED puede ser tratado de manera anloga a un diodo normal. Sin embargo conviene tener en cuenta que los diodos LED no estn fabricados de silicio monocristalino, ya que el silicio monocristalino es incapaz de emitir fotones. Debido a ello, la tensin de polarizacin directa VD depende del material con el que est fabricado el diodo.( ) ____________

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4.- El TRIC es un tipo de tiristor que puede conducir en los dos sentidos. Es un dispositivo de dos terminales que funciona bsicamente como dos diodos Shockley que conducen en sentidos opuestos.

( ) ____________

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5.- La luz, tal y como la entiende la persona de a pie, no es mas que una parte de la radiacin electromagntica que es capaz de excitar las clulas de la retina del ojo. La radiacin electromagntica abarca un concepto ms general.( ) ____________

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6.- Los tiristores se fabrican por difusin. Se operan como conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor a un estado conductor.

( ) ____________

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7.- En un LCD cuanta mayor intensidad atraviesa el fotodiodo, mayor ser la cantidad de fotones emitidos y, por tanto, mayor ser la corriente que recorra el fototransistor. Se trata de una manera de transmitir una seal de un circuito elctrico a otro. Obsrvese que no existe comunicacin elctrica entre los dos circuitos, es decir existe un trasiego de informacin pero no existe una conexin elctrica: la conexin es ptica.

( ) ____________

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8.- ALTO VOLTAJE. Si el voltaje directo nodo a ctodo es mayor que el voltaje de ruptura directo VBO, fluir una corriente de fuga suficiente para iniciar una activacin regenerativa. Este tipo de activacin puede resultar destructiva por lo que se debe evitar.

( ) ____________

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9.- Los fotones emitidos por un diodo LED poseen longitudes de onda muy cercanas entre s. En cambio, en la luz emitida por diodos LED, existen fotones con mayores dispersiones en cuanto a las longitudes de onda.

( ) ____________

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10.- El SCR es un dispositivo de cuatro capas muy similar al diodo Shockley, con la diferencia de poseer tres terminales: nodo, ctodo y puerta (gate). Al igual que el diodo Shockley, presenta dos estados de operacin: abierto y cerrado, como si se tratase de un interruptor.

( ) ____________

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1.- La luz ultravioleta son llamadas tambin ondas trmicas ya que estas ondas son producidas principalmente por cuerpos calientes y son absorbidas fcilmente por la mayora de los materiales. La energa absorbida aparece como calor. Estas ondas comprenden longitudes de onda desde 1 mm hasta 4x10-7 m.

( ) ____________

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2 Los optoacopladores estn formados por unas molculas alargadas con forma de puro, que se llaman molculas nemticas y se alinean con una estructura simtrica. En este estado el material es transparente.

( ) ____________

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3.- En el anlisis de un circuito, el diodo LED puede ser tratado de manera anloga a un diodo normal. Sin embargo conviene tener en cuenta que los diodos LED no estn fabricados de silicio monocristalino, ya que el silicio monocristalino es incapaz de emitir fotones. Debido a ello, la tensin de polarizacin directa VD depende del material con el que est fabricado el diodo.( ) ____________

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4.- El TRIC es un tipo de tiristor que puede conducir en los dos sentidos. Es un dispositivo de dos terminales que funciona bsicamente como dos diodos Shockley que conducen en sentidos opuestos.

( ) ____________

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5.- La luz, tal y como la entiende la persona de a pie, no es mas que una parte de la radiacin electromagntica que es capaz de excitar las clulas de la retina del ojo. La radiacin electromagntica abarca un concepto ms general.( ) ____________

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6.- Los tiristores se fabrican por difusin. Se operan como conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor a un estado conductor.

( ) ____________

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7.- En un LCD cuanta mayor intensidad atraviesa el fotodiodo, mayor ser la cantidad de fotones emitidos y, por tanto, mayor ser la corriente que recorra el fototransistor. Se trata de una manera de transmitir una seal de un circuito elctrico a otro. Obsrvese que no existe comunicacin elctrica entre los dos circuitos, es decir existe un trasiego de informacin pero no existe una conexin elctrica: la conexin es ptica.

( ) ____________

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8.- ALTO VOLTAJE. Si el voltaje directo nodo a ctodo es mayor que el voltaje de ruptura directo VBO, fluir una corriente de fuga suficiente para iniciar una activacin regenerativa. Este tipo de activacin puede resultar destructiva por lo que se debe evitar.

( ) ____________

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9.- Los fotones emitidos por un diodo LED poseen longitudes de onda muy cercanas entre s. En cambio, en la luz emitida por diodos LED, existen fotones con mayores dispersiones en cuanto a las longitudes de onda.

( ) ____________

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10.- El SCR es un dispositivo de cuatro capas muy similar al diodo Shockley, con la diferencia de poseer tres terminales: nodo, ctodo y puerta (gate). Al igual que el diodo Shockley, presenta dos estados de operacin: abierto y cerrado, como si se tratase de un interruptor.

( ) ____________

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SECCION V.Relacione cada palabra de la segunda columna, de la oracin o concepto que le corresponda; anotando la letra correcta dentro del parntesis. Se calificaran aciertos menos errores.

a) Son una familia de dispositivos semiconductores de cuatro capas (pnpn), que se utilizan para controlar grandes cantidades de corriente mediante circuitos electrnicos de bajo consumo de potencia.

( ) La corriente de enganche, IL

b) Si la velocidad de elevacin del voltaje nodo-ctodo es alta, la corriente de carga de las uniones capacitivas puede ser suficiente para activar el tiristor. Un valor alto de corriente de carga puede daar el tiristor por lo que el dispositivo debe protegerse contra dv/dt alto. Los fabricantes especifican el dv/dt mximo permisible de los tiristores.

( ) La corriente de mantenimiento IH

c) Puede conducir en los dos sentidos. Es un dispositivo de dos terminales que funciona bsicamente como dos diodos Shockley que conducen en sentidos opuestos.

( ) Voltaje de ruptura directa VBO.

d) Se centra principalmente en la parte del espectro electromagntico correspondiente a la luz visible y la parte del infrarrojo cercano a la luz visible. Es el nexo de unin entre los sistemas pticos y los sistemas electrnicos.

( ) Tiristores

e) Es la parte del espectro que puede percibir el ojo humano. Incluye las longitudes de onda desde 4x10-7 hasta 7x10-7 metros o lo que es lo mismo, desde 400nm hasta 700nm. Los diferentes colores corresponden a ondas de diferente longitud de onda.

( ) Fotorresistencia

f) Es la corriente del nodo mnima requerida para mantener el tiristor en estado de conduccin inmediatamente despus de que ha sido activado y se ha retirado la seal de la compuerta.

( ) Voltaje mximo inverso VRSM

g) Se compone de un material semiconductor cuya resistencia varia en funcin de la iluminacin. Reduce su valor resistivo en presencia de rayos luminosos. ( ) Triac

h) El voltaje nodo a ctodo VAK se incrementa a un valor lo suficientemente grande la unin J2 polarizada inversamente entrar en ruptura. Esto se conoce como ruptura por avalancha.

( ) Diac

i) Su sensibilidad es superior a la de un fotodiodo, ya que la pequea corriente fotogenerada es multiplicada por la ganacia de este. ( ) Fototransistor

j) Puede dispararse de tal modo que la potencia en alterna sea suministrada a la carga durante un tiempo determinado de cada ciclo. Se puede disparar tanto en la parte positiva que en la negativa del ciclo, de tal manera que la corriente en la carga puede circular en los dos sentidos.

( ) Luz visible

( ) ACTIVACION DEL TIRISTOR por dv/dt.

( ) La optoelectrnica

a) Son una familia de dispositivos semiconductores de cuatro capas (pnpn), que se utilizan para controlar grandes cantidades de corriente mediante circuitos electrnicos de bajo consumo de potencia.

( ) La corriente de enganche, IL

b) Si la velocidad de elevacin del voltaje nodo-ctodo es alta, la corriente de carga de las uniones capacitivas puede ser suficiente para activar el tiristor. Un valor alto de corriente de carga puede daar el tiristor por lo que el dispositivo debe protegerse contra dv/dt alto. Los fabricantes especifican el dv/dt mximo permisible de los tiristores.

( ) La corriente de mantenimiento IH

c) Puede conducir en los dos sentidos. Es un dispositivo de dos terminales que funciona bsicamente como dos diodos Shockley que conducen en sentidos opuestos.

( ) Voltaje de ruptura directa VBO.

d) Se centra principalmente en la parte del espectro electromagntico correspondiente a la luz visible y la parte del infrarrojo cercano a la luz visible. Es el nexo de unin entre los sistemas pticos y los sistemas electrnicos.

( ) Tiristores

e) Es la parte del espectro que puede percibir el ojo humano. Incluye las longitudes de onda desde 4x10-7 hasta 7x10-7 metros o lo que es lo mismo, desde 400nm hasta 700nm. Los diferentes colores corresponden a ondas de diferente longitud de onda.

( ) Fotorresistencia

f) Es la corriente del nodo mnima requerida para mantener el tiristor en estado de conduccin inmediatamente despus de que ha sido activado y se ha retirado la seal de la compuerta.

( ) Voltaje mximo inverso VRSM

g) Se compone de un material semiconductor cuya resistencia varia en funcin de la iluminacin. Reduce su valor resistivo en presencia de rayos luminosos. ( ) Triac

h) El voltaje nodo a ctodo VAK se incrementa a un valor lo suficientemente grande la unin J2 polarizada inversamente entrar en ruptura. Esto se conoce como ruptura por avalancha.

( ) Diac

i) Su sensibilidad es superior a la de un fotodiodo, ya que la pequea corriente fotogenerada es multiplicada por la ganacia de este. ( ) Fototransistor

j) Puede dispararse de tal modo que la potencia en alterna sea suministrada a la carga durante un tiempo determinado de cada ciclo. Se puede disparar tanto en la parte positiva que en la negativa del ciclo, de tal manera que la corriente en la carga puede circular en los dos sentidos.

( ) Luz visible

( ) ACTIVACION DEL TIRISTOR por dv/dt.

( ) La optoelectrnica

SECCION V. Completa con el smbolo o el nombre que corresponda la siguiente tabla.

SIMBOLOS

Transistor Schottky NPN

Transistor NPN tunel

Transistor NPN

Valor 10 puntos.

SECCION VI. INTRUCCIONES: Lea perfectamente bien los problemas y conteste correctamente lo que se le pide; use el reverso de la hoja si es necesario.

Problema 1. Si se quiere amplificar, se necesitan circuitos cuyos puntos Q sean inmunes a los cambios en la ganancia de corriente, esto es, interesa que el punto Q sea lo ms estable posible.

El propsito es amplificar, por esa razn el transistor tiene que trabajar en la zona ACTIVA.

Como estamos en activa VBE = 0.7 V. Por lo tanto y viendo la malla de entrada la tensin VC ser de = ? Entonces la intensidad IE por la resistencia RE ser de:

La malla de salida:

VCE = ? ; Ic = ? ; IB =

Grficamente encontrar el punto Q:

Problema 2.

Tenemos un interruptor en posicin 1, abierto:

IB = ?IC = ? CORTE (el transistor no conduce)

Recta de carga:

Esto era lo ideal, lo exacto sera:

IB = ?

Ic = ICE0 = 50 nA

La malla de salida:

VCE = ? Interruptor en posicin 2:

Ideal :

VBEsta = ?

VCEsat = ?

En saturacin: IB = ? y IC= ? ; recta de carga: ?

Problema 3.

Si se supone que el SCR del circuito de la figura est en conduccin, cul ser el valor de la corriente I?. Calcular el valor al que debe ser ajustada la resistencia variable R si se desea extinguir dicha corriente. Cul es la misin del interruptor? Datos: IH = 10 mA, VAK (conduccin) = 0,7 V

Problema 4. Dibujar de forma aproximada la cada de tensin en la resistencia R del circuito siguiente.

Problema 5. Dibujar la forma de onda de la corriente en el triac del siguiente circuito. Datos: VIN = 30 V p-p, VBO = 25 V; IH = 1 mA.

Problema 6. Si la RL= 50( y el voltaje intantaneo de la fuente es Emax = 127v. ( Vavg = 0.90 Vrms ) Cul es el promedio de la potencia disipada por el SCR cuando el ngulo de disparo es cero grados? Consideremos que el voltaje directo a travs del SCR es constante e igual a 1v. Cuando el SCR esta en conduccin y la corriente inversa de fuga a travs del SCR es pequea y prcticamente despreciable.

Fuente de voltaje

R2

R1

RL2

EXAMEN 14