electrónica i utepsa

7/25/2019 Electrónica I Utepsa

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Documentación Académica revisada 1

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA PRIVADA

DE SANTA CRUZ

FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA

GUÍA

ELECTRÓNICA I

2015




TEMA CONTENIDO DE LA MATERIA HorasTeóricas

HorasPrácticas

# deClases

El Diodo Semiconductor En esta unidad se comienza con losconceptos fundamentales de la física de lossemiconductores: semiconductor intrínseco yextrínseco, impurezas, portadores de carga,electrones y huecos, unión p-n. Se explica elfuncionamiento del diodo semiconductor, sucurva característica real y las llamadasprimera, segunda y tercera aproximación. Secalculan la corrientes y voltajes en circuitoscon diodos de corriente directa.

6 3 3

El diodo como rectificador.Fuentes de alimentación.

En esta unidad analiza el diodo comoelemento rectificador de corriente alterna. Seanaliza el rectificador de media onda y deonda completa. Función del filtro a la salidadel rectificador. Concepto de ripple o rizo.Fuentes de alimentación convencionales.Diseño de fuentes de alimentación. Circuitosintegrados reguladores de voltaje.

9 0 3

Diodos Especiales En esta unidad se presentan otros tipos dediodos. Se analizan circuitos reguladores devoltaje basados en diodos zener. Seestudian las características y aplicaciones deotros diodos como el varicap, diodo led,fotodiodo, diodo schottky, diodo pin y diodotúnel. Se analizan aplicaciones de losdiodos, como limitadores de voltajes,dobladores de voltaje y otras.

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Transistores Bipolares Sobre el transistor bipolar se estudia suestructura, operación y parámetros. Sedescriben las tres zonas de trabajo: activacorte y saturación, así como las tresconfiguraciones básicas, con suscorrespondientes curvas. Se analiza la rectade carga del transistor. Se analizan losdistintos tipos de polarización y se diseña elcircuito de polarización por divisor de voltaje.

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Transistores de Efecto deCampo

Sobre los transistores de efecto de campo seestudia específicamente el transistor JFET,su estructura, operación y parámetros. . Seanalizan los distintos tipos de polarización .Se identifican sus ventajas y desventajascion respecto a los transistores bipolares. Sedescriben los transistores de tipo MOSFET.

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IV. ORIENTACIONES PARA LA ORGANIZACIÓN DEL TRABAJO DEAPRENDIZAJE DURANTE EL DESARROLLO DE LA MATERIA

a) El proceso de aprendizaje durante toda la materia es “integral”.-

La misión de la UTEPSA es “lograr que cada estudiante desarrolle una experiencia académicade calidad, excelencia, con valores, responsabilidad social, innovación, competitividad, yhabilidades emprendedoras”. Por esto no te sorprendas si además de ser evaluado encontenidos propios de la materia, el docente evalúa también aspectos como puntualidad, proactividad, ortografía, etc. Nunca pierdas de vista que lo se te exige es por tu propio beneficio.

b) Asistencia y puntualidad.- Asistir a clases y hacerlo de manera puntual, es una manera de demostrar que somosresponsables:

Tu asistencia es importante en TODAS las clases. Por si surgiera un caso de fuerza mayor,en el reglamento de la Universidad se contemplan tres faltas por módulo (Art. 13 Inc. B y C

del Reglamento Estudiantil UPTESA). Si sobrepasas esta cantidad de faltas PERDERASEL DERECHO A TOMAR LA EVALUACIÓN FINAL de la materia. Se considera “asistencia”

estar al inicio, durante y al final de la clase.

Esfuérzate por estar en la clase a la hora de inicio. Se dará un margen de 10 minutos detolerancia. después de estos, podrás entrar tan pronto como el docente considere que tuingreso no será una distracción para la clase o después de la hora de descanso, de estamanera no perjudicaremos el avance de la clase distrayendo a los compañeros.Si te retiras de la clase antes de que esta termine, tampoco registraras asistencia completa.

Ten especial cuidado con la asistencia y la puntualidad los días de evaluación.Normalmente la fecha de pruebas, es comunicada con varios días de antelación, esto te

permite programarlos como ocasiones a las que tienes que darles una espacial atención.Si confirmas la materia el 2do o 3er día de clases, ya tienes acumuladas automáticamentelas faltas de los días que no has asistido. Favor tómalo en cuenta.

c) Comportamiento en clases.-Los estudiantes y los docentes, evitamos beber y comer en el aula. De ningunamanera podemos fumar dentro de esta. A fin de evitar interrupciones, los celulares se apagarán al entrar al aula o se pondrán enmodo silencioso para atender llamadas o mensajes SOLO en caso de emergencia.

Cualquier falta de respeto a los compañeros, al docente, al personal de apoyo o al personaladministrativo, será severamente sancionada de acuerdo al reglamento de la Universidad.En todo caso confiamos en que todos respetaremos las normas de conducta adecuadas.




V. OBJETIVOS Y ACTIVIDADES DE CADA TEMA

UNIDAD 1: El diodo semiconductor

A. Objetivos.

Aplicar los conceptos de la física de semiconductores al funcionamiento de ldiodo semiconductor.

Analizar la constitución y funcionamiento de un diodo semiconductor.Realizar cálculos de corriente y voltaje en circuitos con diodos.Identificar al diodo en un esquema eléctrico por su símbolo

B. Actividades de aprendizaje

Realizar en clases los ejercicios propuestos (ver material complementario)

UNIDAD 2: El diodo como rectificador. Fuentes de alimentación.

A. Objetivos.

Analizar y calcular parámetros de circuitos con diodos rectificadores.Diferenciar rectificador de media onda de rectificador de onda completa.Calcular los parámetros asociados a una fuente rectificadora de voltaje.Diseñar fuentes rectificadoras de voltaje con filtro, a partir de los parámetros

deseados.



UNIDAD 3: Diodos especiales y aplicaciones de diodos.

A. Objetivos.

Analizar el principio físico de funcionamiento del diodo Zener, zonas detrabajo y característica corriente-voltaje.Calcular parámetros de circuitos con diodos Zener.Explicar características y aplicaciones de los leds, fotodiodos, diodo zener,diodo schottky, varactor, y otros diodos especiales. Explicar algunas aplicaciones de los diodos, tales como recortadores,dobladores de voltaje, etc.






UNIDAD 4: Transistores bipolares

A. Objetivos.

Explicar los principios físicos del transistor, para determinar sucomportamiento eléctrico.Identificar el transistor bipolar por su símbolo, en un circuito cualquiera.Utilizar especificaciones técnicas de los manuales de aplicaciones, cuandose desea emplear un transistor, en una aplicación.Identificar las diferentes configuraciones de un transistor, así como sus

zonas de trabajo. Analizar circuitos de polarización de transistores bipolares.Diseñar el circuito de polarización de transistores bipolares.



UNIDAD 5: Transistores de Efecto de Campo (FET)

A. Objetivos.

Explicar los principios físicos del transistor JFET, para determinar sucomportamiento eléctrico.Identificar el transistor JFET por su símbolo, en un circuito cualquiera.Utilizar especificaciones técnicas de los manuales de aplicaciones, cuandose desea emplear un transistor, en una aplicación.

Analizar circuitos de polarización de transistores JFET.Identificar los transistores MOSFET por su símbolo y explicar su principiode funcionamiento.






SISTEMA DE EVALUACIÓN DE APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA

El sistema de evaluación se describe a continuación:

NUM. TIPO DEEVALUACIÓN

OBJETIVOS A EVALUAR PUNTOS CLASE

1 Primer Parcial Unidad 1, 2 y 3 15 82 Segundo Parcial Unidad 4 15 133 Examen Final Todo el módulo. 20 194 Proyecto Todo el módulo 30 204 Prácticas de

LaboratorioUnidad 1y 4 10 A lo largo

delmódulo

5 Tareas yPreguntasEscritas

Todo el módulo 10 A lo largodel

módulo

Descripción de las características generales de las evaluaciones

EVALUACI N 1PRUEBAPARCIAL

Unidad 1 40%Unidad 2 40%Unidad 3 20%

EVALUACI N 2PRUEBAPARCIAL

Unidad 4 100%

EVALUACI N FINAL Integral de todo el módulo.TRABAJOSPRÁCTICOS

Tareas, simulaciones y otros a decisión del docente.

PROYECTO Diseño y construcción de una fuente de alimentación

VI. BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA

BÁSICA

Boylestad, Robert y Nashelsky, Louis. “Electrónica: Teoría de Circuitos yDisposi t ivos Electrónicos ” , 10ma.. Edición, México, Prentice Hall, 2005.

Malvino, Albert Paul. “Principios de Electrónica” , Madrid, Mc Graw Hill

Schilling, Donald L y Belove, Charles, “Circuitos Electrónicos Discretos e

Integrados” , Madrid, Mc Graw Hill.




COMPLEMENTARIAMillman Jacob “Microelectronics”, Mc Graw Hill Education, 2001

Malik, Norbert R. “Circuitos Electrónicos, Análisis, Diseño y Simulación” , Pearson,

1996.

VII. MATERIAL COMPLEMENTARIO O DE APOYO

EJERCICIOS PROPUESTOS:

UNIDAD 1: El diodo semiconductor

1.-Describa con sus propias palabras las características del diodo ideal.

2.- Explique, cómo afectan a la circulación de Corriente (I) a través del diodo, lascondiciones de polarización directa e inversa.

3.- Describa, cómo será el potencial conectado a los extremos del diodo (ánodo ycátodo), cuando está polarizado en directa e inversa.

4.- Dibuje las polarizaciones directa e inversa del diodo semiconductor.

5.- Cuales son los valores mínimos de conducción para un diodo de Silicio (Si) yGermanio (Ge).

6.- Dibuje las características de Voltaje contra Corriente (V vs I) del diodo y señalelas zonas de trabajo.

7.- Determine la I a través de los diodos de los circuitos mostrados:a) b)

c)




8.- Determinar Vo e ID para las redes mostradas.a) b)

9.- Determinar Vo para cada uno de los circuitos siguientes.a) b)

10.- Determine V01 y V02 para los circuitos siguientes.

a) b)




11.- Determine Vo e ID para los circuitos siguientes.a) b)

12.- Determine Vo e I para el circuito siguiente:a)

13.- Determine Vo e Id para el circuito siguiente:

14.- Determine Vo e ID para el circuito siguiente.




15.- ¿Qué efecto produce el aumento de la temperatura en la conducción deldiodo?

UNIDAD 2: El diodo como rectificador. Fuentes de alimentación.

1.- ¿Que es un circuito rectificador de voltaje?

2.- Dibuje los diferentes circuitos rectificadores de voltaje de media onda y onda

completa y explique las diferencias que existen entre cada uno, teniendo en

cuenta aspectos tales como:

- Cantidad de diodos.

- Forma de onda.

- Relación Voltaje AC y Voltaje Rectificado.

3.- Determinar la forma de onda de la salida del circuito siguiente.

4.- Calcular el voltaje en la resistencia del circuito de la pregunta anterior, sí laseñal de AC aplicada a la entrada tiene un voltaje pico de 12 V.

5.- Si se desea una señal rectificada de 5V, cuanta deberá ser el voltaje (rms) de

AC a la entrada del circuito de la pregunta 3.





7.- Calcular el voltaje en la resistencia del circuito de la pregunta anterior, sí la

señal de AC aplicada a la entrada es de 10 V (rms o valor efectivo)

8.- Si se desea una señal rectificada de 5V, cuanta deberá ser el voltaje de AC a la

entrada del circuito de la pregunta 6.


10.- Calcular el voltaje en la resistencia del circuito de la pregunta anterior, sí la

señal de AC aplicada a la entrada es 16 V (rms)11.- Si se desea una señal rectificad de 5V, cuanta deberá ser el voltaje de AC a la

entrada del circuito de la pregunta 9.

12.- Para la red de la derecha grafique V0 e IR , si el voltaje de entrada Vi es el que

se muestra en el gráfico de la izquierda:




13.- Para la red de la figura grafique IL y VL si el voltaje DC en la resistencia es de

2V. Grafique Vi.

14.- Determine Vo para el circuito siguiente.

15.- Dibuje Vo y determine el voltaje DC disponible para el circuito siguiente:

16.- Dibuje Vo y determine el voltaje DC disponible para el circuito siguiente:




17.- Calcular el valor del condensador de filtro necesario, para obtener un voltaje

de salida que tenga 15% de rizo, con una carga de 150mA. Sí se usa un

rectificador de onda completa de 24V y alimentación de 60Hz. Dibujar el circuito.

18.- Calcular el valor del condensador de filtro necesario, para obtener un voltaje

de salida que tenga 18% de rizo, con una carga de 50mA. Sí se usa un rectificador

de onda completa de 112V y alimentación de 60Hz. Dibujar el circuito.

UNIDAD 3: Diodos especiales y aplicaciones de los diodos

Análisis de circuito con diodo zener

1. Para el circuito de la figura:

2. Para el circuito de la figura que e muestra acontinuación:




Recortadores de Voltaje

3.- Determine Vo para la red siguiente.

4.- Determine Vo para la red siguiente.

5.- Determine Vo para las redes siguientes.

a) b)




6.- Determine Vo para las redes siguientes.

a) b)

7.- Dibuje Vo e IR para la red siguiente.




UNIDAD 4: Transistores Bipolares

1.

2.-




3.-

Determine la corriente de saturación (IC sat), IBQ, ICQ, VCEQ, VC, VE, VB.




4.- Determine IC, VE, VB, R1.

UNIDAD 5: Transistores de Efecto de Campo (FET)

1.- Nombre los tres terminales de un transistor JFET y dibuje su símbolo eléctrico.

2.- Mencione tres ventajas de los FET frente a los bipolares. Mencione una

desventaja.

3.- La corriente a través de la compuerta es aproximadamente cero. ¿Por qué?

4.- ¿A qué se debe que la resistencia de entrada del JFET sea alta?

5.- Para los circuitos de las figuras, determine:

IDQ, VGSQ

VDS, VD, VG y VS

( Nota: Ver Curva Universal del FET en la página siguiente) b)




a)

c)




SIMULACIÓN DE CIRCUITOS

Tarea de Simulación #1Obtención de la Característica Transferencial del Diodo

Represente el circuito de la figura con el programa simulador de circuitosMultisim, colocando en el lugar de la fuente de voltaje, un generador de señales,con una entrada en forma de diente de sierra y rango de voltaje de –30 a +30V.Observe la curva obtenida en el osciloscopio e interprétela.

Varíe el rango del voltaje de entrada y analice los resultados.

Comente los resultados obtenidos.

D11N4001GP

R1200

U1

DC 1e-009

0.096 A

+ -

U2DC 10M0.745 V

+

-

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

V120 V




Tarea de Simulación #2

Rectificadores. Efecto del capacitor.

1.- Rectificador de Onda Completa

1. Represente el circuito de la figura utilizando el programa simulador de circuitosMultisim.

a) Observe la forma de onda en el osciloscopio. Anote el valor máximo del voltajeen la carga.Nota: Dicha forma de onda deberá incluirse en el informe del laboratorio.b) Calcule con el valor leído y a través de la fórmula, el voltaje promedio en lacarga.

2.- Rectificador con Filtro

2.1 Añada al circuito un condensador electrolítico de 22 uF en paralelo con laresistencia de carga.

a) Observe la forma de onda en el osciloscopio. Anote el valor máximo del voltajeen la carga. ¿Ha variado con respecto al circuito anterior? Analice por qué.b) A partir del gráfico calcule el valor medio del voltaje en la carga y el valor de

V. Calcule el factor de oscilación o ripple.

2.2 Sustituya el condensador por uno de 47 uF. Repita los incisos a y b.

D1

3N246

1

2

4

3

T1

TS_POWER_10_TO_1

V1

220 V

50 Hz

0Deg R13.0k

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _




2.3 Sustituya el condensador por uno de 100 uF. Repita los incisos a y b.

3.- Conclusiones

Elabore sus propias conclusiones en base a los resultados obtenidos.

ANEXOS

PROGRAMA ANALÍTICO

Unidad 1.- Diodo Semiconductor.

1.1.- Elementos de Física de los Semiconductores

1.2.- Constitución del diodo Semiconductor.

1.3.- Operación del diodo. Curvas típicas.

1.3.- Parámetros del manual de componentes.

1.4.- Análisis de DC del diodo. Línea de carga.

1.5.- Potencia. Temperatura y consideraciones de montaje.

Unidad 2.- Rectificación. Fuentes de poder. Filtros.

2.1.- Rectificación. Rectificador de media onda.

2.2.- Rectificador de onda completa.

2.3.- Filtros y ondulación de la fuente (ripple).

2.4.- Diseño de una fuente rectificadora con filtro.

Unidad 3.- Diodos especiales y aplicaciones especiales.

3.1.- El diodo Zener: principio de funcionamiento, curvas características.

3.2.- Análisis y diseño de circuitos con diodos Zener.



3.3.- Aplicaciones de diodos: El diodo en circuitos lógicos. Multiplicadores de

voltaje. Limitadores.

3.4.- El varicap. Diodo Schottky. Fotodiodos. LEDs y displays. Diodo PIN. Diodo

túnel.

Unidad 4.- Transistores bipolares.

4.1.- El transistor bipolar. Principios físicos.

4.2.- Operación del transistor. Límites de operación.

4.3.- Especificaciones técnicas del manual de operaciones.

4.4.- Configuraciones básicas del transistor bipolar. Curvas y parámetros típicos

Configuración base común.

Configuración colector común.

Configuración emisor común.

4.5.- Polarización. Punto de operación, línea de carga. Estabilización de la

polarización.

Polarización fija.

Polarización estabilizada en el emisor.

Polarización divisor de voltaje. Método aproximado.

Polarización retroalimentación en el colector.4.6.- Diseño de una fuente estabilizada de voltaje

Unidad 5.- Transistores de Efecto de Campo.

Fundamentos, configuración y polarización.

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