¡Descarga Examen parcial de Física - Electrónica: Respuestas y soluciones - Prof. 13634 y más Exámenes en PDF de Física solo en Docsity!
Cognoms i Nom: Codi:
Examen parcial de F´ısica - ELECTR `ONICA Model A 26 de Novembre de 2015
Q¨uestions: 50% de l’examen A cada q¨uesti´o nom´es hi ha una resposta correcta. Encercleu-la de manera clara. Puntuaci´o: correcta = 1 punt, incorrecta = -0.25 punts, en blanc = 0 punts.
T1) En el circuit de la figura, amb ǫ = 12 V, r = 0.5 Ω, R = 10 Ω i tots els d´ıodes iguals i de Vγ = 0.7 V, la potencia dissipada per la resistencia R ´es:
a) P = 7.68 W. b) P = 11.23 W. c) P = 13.06 W. d) P = 10.19 W.
r
R
T2) El d´ıode Zener de la figura t´e Vγ = 0.7 V i VZ = 9 V. La carrega del condensador un cop assolit el regim estacionari ´es:
a) Q = 0.18 mC. b) Q = 0.14 mC. c) Q = 0.21 mC. d) Q = 0.40 mC.
20 μF
20V
T3) Els d´ıodes del circuit de la figura s´on iguals i de tensi´o llindar Vγ = 0.8 V. Sabem que R = 2 kΩ i VDD = 5 V. Quan VA = 5 V i VB = 0 V el corrent I ´es:
a) I = 0 mA. b) I = 2.5 mA. c) I = 1.8 mA. d) I = 2.1 mA.
Vout
VDD
A
B
R I
T4) Determineu el valor de RD del circuit de la figura sabent que el transistor t´e β = 8 mA/V^2 , VDD = 5 V i que aquest treballa en les condicions del punt A.
a) 500 Ω. b) 1000 Ω. c) 2000 Ω. d) 1500 Ω.
IDS
VGS =^ VT
VGS =
VGS =^ VT
VDS
−
V − T
−
1
2
3
−
RD A
VDD VG I (^) DS
T5) Quina funci´o l`ogica implementa el circuit CMOS de la figura?
a) AB + C. b) A + BC. c) A + B + C. d) (A + B)C.
VDD
Vout
C A B B A C
Cognoms i Nom: Codi:
Examen parcial de F´ısica - ELECTR `ONICA Model B 26 de Novembre de 2015
Q¨uestions: 50% de l’examen A cada q¨uesti´o nom´es hi ha una resposta correcta. Encercleu-la de manera clara. Puntuaci´o: correcta = 1 punt, incorrecta = -0.25 punts, en blanc = 0 punts.
T1) Els d´ıodes del circuit de la figura s´on iguals i de tensi´o llindar Vγ = 0.8 V. Sabem que R = 2 kΩ i VDD = 5 V. Quan VA = 5 V i VB = 0 V el corrent I ´es:
a) I = 2.5 mA. b) I = 2.1 mA. c) I = 0 mA. d) I = 1.8 mA.
Vout
VDD
A
B
R I
T2) Determineu el valor de RD del circuit de la figura sabent que el transistor t´e β = 8 mA/V^2 , VDD = 5 V i que aquest treballa en les condicions del punt A.
a) 1500 Ω. b) 1000 Ω. c) 500 Ω. d) 2000 Ω.
IDS
VGS =^ VT
VGS =
VGS = VT
VDS
−
V − T
−
1
2
3
−
RD A
VDD VG I (^) DS
T3) En el circuit de la figura, amb ǫ = 12 V, r = 0.5 Ω, R = 10 Ω i tots els d´ıodes iguals i de Vγ = 0.7 V, la potencia dissipada per la resistencia R ´es:
a) P = 11.23 W. b) P = 13.06 W. c) P = 7.68 W. d) P = 10.19 W.
r
R
T4) Quina funci´o l`ogica implementa el circuit CMOS de la figura? a) (A + B)C. b) A + B + C. c) AB + C. d) A + BC.
VDD
Vout
C A B B A C
T5) El d´ıode Zener de la figura t´e Vγ = 0.7 V i VZ = 9 V. La carrega del condensador un cop assolit el regim estacionari ´es:
a) Q = 0.18 mC. b) Q = 0.14 mC. c) Q = 0.40 mC. d) Q = 0.21 mC.
20 μF
20V
Respostes correctes de les q¨uestions del Test
Q¨uesti´o Model A Model B T1) d b T2) a c T3) d d T4) a c T5) a a
Resoluci´o del Model A
T1) Donada la polaritat dels d´ıodes, el corrent que entra pel nus superior circula ´ıntegrament per la branca de la dreta, passa per R de dreta a esquerra, i circula per la branca de sota, tancant el circuit. Aix´ı doncs passa per dos d´ıodes, i l’equaci´o de la malla que recorre el corrent ´es ǫ− 2 Vγ −RI −rI = 0, d’on resulta I = (12− 2 · 0 .7)/(10+0.5) = 1 .0095 A. La pot`encia que dissipa R ´es, doncs, P = RI^2 = 10(1.0095)^2 = 10.19 W.
T2) Primer cal determinar si el d´ıode condueix o no, sabent que si ho fa sera en regim Zener, donada la seva orientaci´o al circuit respecte a la font de tensi´o. Veiem que el d´ıode Zener condueix perque la tensi´o en els seus extrems, quan aquest no hi ´es, ´es la de la font, 20 V, que ´es superior a VZ. Sabent que condueix, la tensi´o a extrems del condensador ´es ∆V = VZ = 9 V ja que per la resistencia de 5 Ω no circula intensitat quan el condensador es troba al r`egim estacionari. Aix´ı doncs, amb Q = C∆V = (20 · 10 −^6 )9 = 0.18 mC.
T3) El d´ıode connectat a A no pot conduir, doncs si ho fes la tensi´o a la seva banda p seria de 5.8 V, superior a cap de les tensions de referencia. D’altra banda, si el d´ıode connectat a B no condu´ıs, el corrent total que circularia per R seria de 0 A i per tant la tensi´o a la banda p d’aquest d´ıode sera 5 V, la qual cosa entra en contradicci´o amb la suposici´o de que no condueix. Per tant, el d´ıode connectat a B si condueix, i aixo implica que Vout = 0.8 V. Aix´ı doncs, la intensitat que circula per la resistencia R ´es I = (5 − 0 .8)/2000 = 2.1 mA.
T4) Del grafic de la dreta veiem que el transistor treballa en regim de saturaci´o, i que el punt de treball correspon a VGS − VT = −1 V amb VDS = −3 V. Del primer fet trobem el corrent ID = β(VGS − VT )^2 /2 = 0.008(−1)^2 /2 = 4 mA. A partir d’aqu´ı amb VDD = 5 V i VDS = −3 V obtenim la tensi´o al drenador VD = 5 − 3 = 2 V. Aplicant la llei d’Ohm a la resist`encia resulta 2 = 0. 004 R i per tant R = 500 Ω.
T5) Si ens fixem a la part inferior formada per transistors NMOS, veiem que el conjunt avalua la negaci´o de la composici´o de C OR (A AND B), mentre que la part superior s’obt´e de convertir les tecnologies NMOS per PMOS, intercanviant connexions en s`erie per connexions en paral·lel i viceversa. Aix´ı doncs, aquesta porta constitueix la implementaci´o CMOS de la funci´o AB + C.
Resoluci´o del Problema
a) Per les resistencies R 1 i R 2 circula un corrent d’intensitat I = VDD/(R 1 + R 2 ) = 12 /11 = 1.09 mA. Com la font esta connectada a terra, la diferencia de potencial entre la porta i la font ´es VGS = R 2 I = 1.09 V. Com VGS = 1.09 V< VT = 2 V, el transistor esta en tall i, per tant, la intensitat que circula per la resistencia RD ´es ID = 0. Aix´ı doncs, la diferencia de potencial entre el drenador i la font, val VDS = VDD = 12 V.
b) Com la intensitat que passa per les resistencies R 1 i R 2 ´es I = VDD/(R 1 + R 2 ), la diferencia de potencial entre la porta i l’emissor ´es VGS = R 2 VDD/(R 1 + R 2 ). La condici´o perqu`e el transistor no estigui en tall ´es: VGS > VT. Per tant, VGS = R 2 VDD/(R 1 +R 2 ) > VT. D’aqu´ı es dedueix que R 2 > R 1 VT /(VDD −VT ) = 10· 2 /(12−
- = 2 kΩ. Per tant, aquest ´es un valor m´ınim, a partir del qual el transistor deixa d’estar en tall.
c) Ara la tensi´o porta-font ´es VGS = R 2 VDD/(R 1 + R 2 ) = 6 V. Per tant, VGT = 6 − 2 = 4V. Si esta en saturaci´o la intensitat ID = βV (^) GT^2 /2 = 0.8 mA. Aplicant la segona llei de Kirchhoff a la malla de la dreta podem determinar la tensi´o drenador-font: VDS = VDD − RDID. Com la condici´o de saturaci´o ´es VDS > VGT , tenim que: RD < (VDD − VGT )/ID = (12 − 4)/ 0 .8 = 10 kΩ. Per tant, aquest ´es un valor maxim, a partir del qual el transistor deixara d’estar en saturaci´o. Es a dir per valors m´´ es grans de la resistencia estara enohmica.
d) Per les resistencies R 1 i R 2 circula un corrent d’intensitat I = VDD/(R 1 + R 2 ) = 12 /20 = 0.6 mA. De nou la tensi´o porta-font ´es VGS = R 2 I = 6 V, i, per tant, VGT = 6 − 2 = 4 V. Com RD = 20 kΩ > 10 kΩ, ara el transistor estara en ohmica. Per tant, ID = β[VGT VDS − V (^) DS^2 /2]. Si combinem aquesta equaci´o amb l’expressi´o de la diferencia de potencial drenador-font VDS = VDD − RDID, tenim que VDS = VDD − RDβ[VGT VDS − V (^) DS^2 /2] = 12 − 20 · 0 .1[4VDS − 0. 5 V (^) DS^2 ]. Per tant, tenim la seg¨uent equaci´o de segon grau: V (^) DS^2 − 9 VDS + 12 = 0. Les solucions s´on: 7 .37 V i 1.63 V. La primera no ´es correcta, ja que VDS = 7.37 V> VGT = 4 V, que indicaria que el transistor estaria en saturaci´o. En canvi la segona ´es correcta ja que VDS = 1.63 V< VGT = 4 V. Aix´ı doncs: I = 0.6 mA, VGS = 6 V, VDS = 1.63 V, ID = (VDD − VDS )/RD = 0.5185 mA i el transistor esta a la zonaohmica.
