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10 ejercicios resueltos de circuitos con diodos
Tipo: Ejercicios
1 / 28
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Alumno: Angel Guerrero Gómez
Correo institucional: [email protected]
Matrícula: 202039289
Sección: 003 NRC:
Periodo: Primavera 2023
Fecha de entrega: 21 de diciembre de 2022
(a). Para el diodo mostrado, calcule 2 puntos que pertenezcan a la ecuación del diodo P1 = (VD1 = 0.2V, ID
=?), P2 = (VD2 = 0.3V, ID2 =?), IS = 1x10−10[Amp] y η = 1.
(b). Usando la ecuación de Shockley, determine: El valor de la corriente ID y el voltaje del diodo considerando
VD. Note que VSS = 10V y R = 200Ω. Use el método iterativo.
(c). Verifique sus resultados con una simulación SPICE.
Tenemos dos variables y dos ecuaciones que están dadas por
𝐷
𝐷
𝐷
− 10
𝑉
𝐷
26 𝑚𝑉
) (2)
Se toman los puntos 𝑃 1
𝐷 1
𝐷 1
) y 𝑃
2
𝐷 2
𝐷 2
) y obtenemos
𝐷 1
= 0.2 V y 𝑉
𝐷 2
𝐷 1
𝑆
𝑉
𝐷 1
26 𝑚𝑉 ) 𝐼
𝐷 2
𝑆
𝑉
𝐷 2
26 𝑚𝑉 )
𝐼
𝐷 2
𝐼
𝐷 1
𝑉
𝐷 2
− 𝑉
𝐷 1
26 𝑚𝑉
)
Despejamos: 𝑉
𝐷 2
𝐷 1
𝐷 2
𝐷 1
𝐷 2
𝐷 1
𝐷 2
𝐷 1
𝐼 𝐷 2
𝐼 𝐷 1
𝐷 2
𝐷 1
𝐼 𝐷 2
𝐼 𝐷 1
𝐷 2
𝐷 1
𝐼 𝐷 2
𝐼 𝐷 1
Así los puntos de la ecuación son
1
− 7
2
− 5
Con la ecuación (1) calculamos 𝑉
𝐷
𝑅
𝐷
𝐷
𝑅
𝐷
𝐷
En el laboratorio, se ha probado el diodo en C.D. y éste conduce una corriente de 1mA a un voltaje aplicado de
0.6V y una corriente de 10mA a un voltaje aplicado de 0.7V. Calcule los valores de η e Is.
Dado que nos piden hallar dos incógnitas para dos casos diferentes, obtenemos el siguiente sistema de
ecuaciones
( 26 𝑚𝑉)𝜂
( 26 𝑚𝑉)𝜂
Despejando 𝜂 en (1)
( 26 𝑚𝑉)𝜂
ln (
) = ln (𝑒
( 26 𝑚𝑉)𝜂
ln (
ln (
( 26 𝑚𝑉)(
ln(
1 𝑚𝐴
𝐼𝑠
)( 26 𝑚𝑉)
)
7 𝑉
6 𝑉
ln(
1 𝑚𝐴
𝐼𝑠
)
7
6
ln(
1 𝑚𝐴
𝐼𝑠
)
Haciendo uso de las propiedades de logaritmos obtenemos
ln((
( 1 𝑚𝐴)
𝐼𝑠
)
7
6
)
ln
( (
( 1 𝑚𝐴)
𝐼𝑠
)
7
6
)
7
6
(a). Para cada uno de los circuitos mostrados a continuación, determine la corriente I, y el voltaje nodal
indicado, V. Use el modelo de caída de potencial constante. Considere que los diodos son de silicio.
(b). Verifique sus resultados con una simulación SPICE.
1 ) Podemos reacomodar el siguiente circuito de la siguiente manera
𝑅 1
𝑅 1
V
V
V 3
𝐷 1
0
0
𝐷 2
𝐷 2
𝐷 2
𝐷 1
𝐷 1 =
𝑅 1
𝑅 1
0
𝐷 2
𝐷 2
V1 V
V
𝐷 1
0
Voltajes y corrientes obtenidas en la simulación de SPICE
1)
2 )
(a). Para cada uno de los circuitos mostrados a continuación, determine la corriente I, y el voltaje V. Use el
modelo de caída de potencial constante (diodos de silicio). Sugerencia: Utilice el teorema de Thevenin para
simplificar el circuito y proceda a calcular las variables indicadas. (b). Verifique sus resultados con una
simulación SPICE.
1) Podemos plantear el circuito de la derecha como el siguiente
Dado que, si suponemos dos corrientes en sentido horario para ambas mallas el diodo siempre esta polarizado
directamente, así que podemos utilizar el método de mallas (LVK) para hallar las corrientes y así, el voltaje
nodal de interés (V2).
V1 V
𝐼
1 𝐼
2
Voltajes y corrientes obtenidas en la simulación de SPICE
(a). Para cada uno de los circuitos mostrados a continuación, dibuje su curva de transferencia de voltaje,
utilizando el modelo de caída constante (todos los diodos son idénticos de silicio, 𝑉
𝐷𝑜𝑛
= 0.7V). Considere una
variación del voltaje de entrada desde −10V hasta +10V.
(b). Verifique sus resultados con una simulación SPICE.
Del circuito anterior podemos decir que mientras 𝑉 𝑖𝑛
< 0 el diodo quedara polarizado inversamente y se
comportara como un circuito abierto por lo que 𝑉 𝑜𝑢𝑡
Una vez que 𝑉 𝑖𝑛
0 el diodo se polariza directamente pero no dejara fluir corriente (o una muy pequeña) hasta
haber pasado 0.7 V (debido a la naturaleza exponencial del diodo) por lo que 𝑉
𝑜𝑢𝑡
= 0. Entonces podemos decir
que, si 𝑉
𝑖𝑛
- 7 𝑉 entonces 𝑉
𝑜𝑢𝑡
𝑖𝑛
𝑖𝑛
𝑜𝑢𝑡
Curva de transferencia para el circuito 1
Del circuito anterior se observa que durante el intervalo − 10 𝑉 < 𝑉 𝑖𝑛
< − 0. 7 el diodo se polariza directamente
por lo que se comporta como circuito cerrado. Ahora bien, como existen 2 resistencias en serie se forma un
divisor de voltaje, pero como ambas resistencias tienen el mismo valor, el voltaje que cae en ellas es el mismo y
obtenemos que
𝑜𝑢𝑡
𝑖𝑛
En el intervalo − 0. 7 𝑉 < 𝑉 𝑖𝑛
< 10 𝑉 el diodo se polariza inversamente y permanecerá abierto y, por lo tanto
𝑜𝑢𝑡
𝑖𝑛
𝑜𝑢𝑡
𝑖𝑛
Curva de transferencia para el circuito 3
Durante el intervalo − 10 𝑉 < 𝑉 𝑖𝑛
< 0. 7 el diodo D1 permanecerá abierto por lo que nos queda un circuito
resistivo el cual forma un divisor de voltaje, ya que amas resistencias son iguales tendrán la misma caída de
voltaje por lo que
𝑜𝑢𝑡
𝑖𝑛
Durante el intervalo 0. 7 < 𝑉 𝑖𝑛
< 10 el diodo D1 se polariza directamente y como está en paralelo con la
resistencia, la caída de voltaje del diodo es la misma que la de la resistencia y por lo tanto
𝑜𝑢𝑡
𝑖𝑛
𝑖𝑛
Curva de transferencia para el circuito 4
𝑜𝑢𝑡
En el siguiente ejercicio use el modelo del diodo ideal más batería (segunda aproximación): (a) analice el
circuito y halle el voltaje de salida, (b) grafíquelo directamente sobre la señal de entrada, (c) compruebe sus
cálculos con una simulación SPICE.
a) Análisis
Si 𝑉 𝑖𝑛
0 el diodo se polariza directamente y el voltaje de salida este dado por LVK
𝑖𝑛
𝑅𝐿
𝑅𝐿
𝑖𝑛
Y, por lo tanto
𝑜𝑢𝑡
𝑖𝑛
Si 𝑉 𝑖𝑛
< 0 la fuente intenta circular una corriente en sentido contrario que polariza inversamente al diodo por lo
que
𝑜𝑢𝑡
La grafica que obtendremos será una onda rectificada desplazada verticalmente 4.3V.
b)
