soluciones

Universidad Técnica de Cotopaxi Cotopaxi Facultad de Ciencias de la Ingeniería y Aplicadas

SOLUCIONARIO DEL CAPÍTULO # 1 DE BOYLESTAD Cruz A.D1 Changoluisa J.D2

Gallo M.D 3

Chonata A.F 4

Facultad de Ciencias de la Ingeniería y Aplicadas, Universidad Técnica de Cotopaxi, Cotopaxi E-mail: [email protected] E-mail: [email protected] E-mail: [email protected] E-mail: [email protected]

PROBLEMAS PROPUESTOS

ENLACE COVALENTE Y MATERIALES INTRÍNSECOS 1. B osquej osqueje e la estr estructur uctura a ató atóm mi ca de del cobre cobre y explique pli que por por qué es un buen buen conductor conductor y en qué forma su estr estructur uctura a es es dif difer ente de la de del ge g er manio, anio, el sili si lici cio o y el el arse ar seni niur uro o de de gali gali o. El cobre tiene 20 electrones en órbita con solo un electrón en la capa más externa. ex terna. El hecho de que la capa más externa con su electrón 29 es incompleta y su penúltima capa puede contener 2 electrones) y distante del núcleo revela que este electrón está débilmente ligado a su átomo padre. La aplicación de un campo eléctrico externo de la polaridad correcta cor recta puede dibujar fácilmente f ácilmente esto sin apretar electrones unidos desde su su estructura atómica para la conducción. Tanto el silicio intrínseco como el germanio tienen conchas externas completas debido al intercambio (covalente unión) de electrones entre átomos. Electrones que son parte de una estructura de caparazón completa requieren mayores niveles de fuerzas atractivas aplicadas para ser eliminados de su átomo padre.

2. Con sus sus propi ropi as palab labr as, defina fi na un materi al intríns intrí nse eco, co, coe coeficie fi cient nte e de temperatura ratura negati neg ativo vo y enl enlace ace covalente. covalente. Material intrínseco: un semiconductor intrínseco es uno que ha sido refinado para ser tan puro como físicamente posible. Es decir, decir, uno uno con con la menor cantidad posible de impurezas. Coeficiente de temperatura negativo: los materiales con coeficientes de temperatura negativos tienen disminuyendo los niveles de resistencia a medida que aumenta la temperatura. Enlace covalente: enlace covalente es el intercambio de electrones entre átomos vecinos a forman conchas externas más completas y una estructura reticular más estable.


3. Consu Consult lte e su bibliot ibliote eca de refe referr enci nci a y haga haga una lista lista de tres res materi ales les que tengan ngan un coef coefi cie ci ente de de te tempe mper atur atura a negativo negativo y de de tre tres que teng tengan an un coef coefi cie ci ente de de tem temper per atur atura a posi posititivo. vo. TEMPERATURA POSITIVA TEMPERATURA NEGATIVA

Plata = 3.8×10−3 ºC

Carbón = -0.5×10−3 ºC

Cobre = 3.9×10 −3 ºC

Germanio = -48×10−3 ºC

Oro = 3.4×10 −3 ºC ×10−3 ºC ºC

Silicio = -75×10−3 ºC

NIVELES DE ENERGÍA 4. ¿ C uánta energí nerg í a en en joule j ouless se re requie quier e par par a mov move er una carga carg a de de 6 C a través través de una diferencia de potencial de 3 V? W = QV = (6 C)(3 V) = 18 J 5. Si se req requier uier en 48 eV de de ener ner gía gí a para mover una una carg carga a a travé ravés de una di fere ferenc ncia ia de po potencial ncial de 12 V , de deter mine la car car ga implica implicad da. 48 eV = 48(1.6 × 10 −19 J) = 76.8 ×

10−J

   .  =  =  = 6.40x10−C es la carga asociada con 4 electrones. 6. C onsulte su bibli bi bliot ote eca de de r ef er encia nci a y de deter ter mi ne el el ni vel vel de E g para GaP G aP y ZnS ZnS, dos materiales semiconductores de valor práctico. Además, determine el nombre escrito pa par a cad cada materi al. GaP Gallium Phosphide Eg = 2.24 eV ZnS Zinc Zinc Sulfide Eg = 3.67 eV

MATERIALES EXTRÍNSECOS: MATERIALES TIPO N Y TIPO P scr i ba la di di fer encia nci a entr entre e mat mate er i ales ales semi semi conduct conductores ores tip ti po n y tip ti po p. p. 7. D escri 

Un material semiconductor de tipo n tiene un exceso de electrones para la conducción establecido por dopando un material intrínseco con átomos donantes




que tienen más electrones de valencia de los necesarios para establecer el enlace covalente. El portador mayoritario es el electrón mientras que el portador minoritario es el hoyo Un material semiconductor de tipo p se forma dopando un material intrínseco con aceptor átomos que tienen una cantidad insuficiente de electrones en la capa de valencia para completar el covalente unión creando así un agujero en la estructura covalente. El operador mayoritario es el agujero mientras que el portador minoritario es el electrón.

8. Describa la diferencia entre impurezas de donadores y aceptores. Las impurezas de donadores son difundidos con 5 electrones de valencia.

Las impurezas de aceptores son difundidos con 3 electrones de valencia.

9. D escri ba la di di ferencia entr entr e po por tad tador es mayo mayorr i tar tar i os y mi mi norita nori tarr i os. Los portadores mayoritarios son los portadores de un material que superan con abundancia el número de portadores en cualquier otro material.

Los portadores minoritarios son aquellos de un material que son menos en número que cualquier otra portadora del material.

10. B osqueje osqueje la estr estructur uctura a ató atóm mi ca de del sili si lici cio o e i nserte una im i mpure ur eza de ar ar séni sénico co com como se demostró stró par a el silicio sili cio en la figur fi gura a 1.7. 1.7.

11. R epita pita el prob pr oblem lema a 10, per per o ahor ahora a inser inserte te una imp i mpur ure eza de i ndio. ndi o. Tiene la misma apariencia básica como en la figura 1.9 donde el boro también tiene 3 valencias y electrones (trivalentes)


12. Consulte su biblioteca de referencia y busque otra explicación del flujo de huecos contra contra el el de electrones. C on amb ambas as de descri scr i pcione pciones, s, descr descrii ba con sus prop pr opii as palab palabrr as el el proc proce eso de cond conduc ucció ción n de hueco huecos. s. Al estar una temperatura por encima del cero absoluto habrán electrones que están excitados causando la banda y entrando a la banda de conducción donde podrán producir corriente al cruzar el electrón deja un puesto vacante o hueco en la estructura cristalina del silicio tanto el electrón como el hueco pueden moverse a través del material.

DIODO SEMICONDUCTOR

13. Describa con sus propias palabras las condiciones establecidas por condiciones de po polari lari zación ción en di rect recta a y en inversa inversa en un diodo iodo de unión unión p_n y cóm cómo se ve afect fecta ada la corri corr i ente r esultante. sultante. 

El terminal positivo conectado al material tipo n y el negativo conectado al tipo p, ya que el número de iones positivos en la región de empobrecimiento del material tipo n se incrementara para la gran cantidad de electrones libre atraídos por el voltaje aplicado.



La aplicación de un potencial de polarización en directa VD presionara a los electrones en el material tipo n y a los huecos en el material tipo p para que se recambien con los iones próximos al límite y reducirá el ancho de la regio de empobrecimiento.

14. Describa cómo recordará los estados de polarización en directa y en inversa del diodo diodo de de unió uni ón p_n. E s deci decirr , ¿ cóm cómo re recordar cordar á cual cual pote potenci ncial al (p ( positivo ositi vo o neg neg ati ati vo) vo) se apli aplica ca a cual cual ter ter mi nal? En la región tipo p positivo y el región tipo n negativo, para conectar d e forma inversa se invierte la polaridad se puede saber cuál es positivo y negativo basándonos en la banda de color que tienen los diodos.

15. C on l ecuación ecuación (1.1) ( 1.1),, dete deterr mi ne la corr corr i ente en el di di odo odo a 20°C 20° C par par a un di di odo odo de de silicio sili cio  y una polar lar izació ización n en dir ecta cta aplicad licada de 0.6 V .

 =

=273+°=273+20=293 − /293  1.3810 /293  =25.271  =  = 1.610−


 = (/ 1)=50 . /∗.  1  =7.16≅7.2 16. R epita pita el prob pr oblem lema a 15 con t = 100 °C ° C ( punto de ebulli ción ci ón de del agua) agua) suponga suponga que que  se a incrementado a 50 uA.



=273+°=273+100=373 − /373  1.3810 /373  =32.1712  =  = 1.610−  = (/ 1)=50. /.  1  =0.56=56 17. a. Con C on la ecuación (1.1) ( 1.1) deter ter mi ne la cor cor r i ente a 20°C 20° C en un diod di odo o de de sili si lici cio o con = 0.1 uA con con un pote potenci ncial al de de polar olar i zaci zación ón en en inve i nverr sa de de -10 V .

 = 273 + ° = 273 + 20 = 293  − /293  1.3810 /293  =25.2712  =  = 1.610− −  / .   = ( 1)=0.1 1=0.1

b. ¿ E s el re r esultad sultado esp espe er ado? ¿ Por qué? ué?

v

Con valores negativos de D el término exponencial se reduce con rapidez por debajo del nivel de I y la ecuación resultante para  es:

  ≅ 




18. a. a. G r afiq fi que la función

con x de 0 a 10. ¿P ¿ Por qué es di di fí cil ci l hacer hacer lo?  = ⅇ con Rango

e^x

Y = e^x 0 1 1 2,718281828 2 7,389056096 3 20,08553691

25000

20000

4 54,59815 5 148,413159 6 403,4287931 7 1096,633157 8 2980,957983

15000

10000

9 8103,083915 10 22026,46576

5000

0 0

2

4

b. ¿ C uál es el el valor valor de

6

8

10

12

con x = 0?  = ⅇ con

El valor dado que es elevado a una potencia la cual es cero su valor drásticamente drástic amente es 1

c. B asado asado en en los los re r esulta sul tado doss de la par par te ( b), ¿ por por qué es imp i mpor orta tante nte el el fact f actor or de -1 en la ecua ecuación ción (1.1)? ( 1.1)? Observe en la figura 1.15 que con valores negativos de VD la corriente en esencia es horizontal al nivel de Is. Con V = 0 V, la e cuación (1.1) se vuelve

 =   1 = 1  1 = 0  19. E n la re r eg i ón de de polar olar i zaci zación ón en en inve i nverr sa la cor cor r i ente de satur saturación ación de un diod di odo o de de silicio sili cio es es de de alre alred dedor de 0.1 0.1 uA (T = 20° 20° C). C) . D etermine su va valor lor apr oxim xi mado si si la temperatura se incrementa 40°C.

T = 20 °C T = 30 °C T = 40 °C T = 50 °C

 = 0.1    = 20.1 0.1 = 0.2    = 20.2  = 0.4    = 20.4 = 0.8  

Al elevarse la temperatura los circuitos electrónicos tienden variar los valores predeterminados en consecuencia produce una variación en la intensidad.


20. 20. Com Compare las las carac caractter ística ísticass de un diodo iodo de silicio silici o y uno de ger ger manio y determine cuál pr pr efer i r í a uti uti liza li zarr en la may mayorí orí a de de las apli aplica caci cione oness prácticas. D é algunos algunos de detalles. talles. Consulte la lista del fabricante y compare las características de un diodo de silicio y de uno de g er manio ni o de de caracte caracterr í sticas sticas nom nomi nales nales máxi máxim mas sim simi lare lares. El diodo de silicio es el que brinda mayores prest aciones ya que soporta niveles altos de tolerancia mientras que un diodo de germanio germanio está limitada

21. 21. D etermine la caída caída de volta ltaje en en dir dir ecta a travé ravés de del diod diodo o cuy cuya as carac caractter ística ísticass aparece aparecen n en en la fig fi gura ur a 1.19 1.19 a te temper per atur aturas as de -75° C , 25°C 25° C , 125° C y una cor cor r i ente de 10 mA . D eter ter mi ne el el ni ni vel vel de corr corr i ente de de saturaci satur ación ón par para a cada cada tem temper per atur atura. a. Com C ompa parr e los valores extremos de cada una y comente sobre la relación de las dos.

-75 °C 1.1 V 0.1 pA

25 °C 0.85 V 1 pA

125 °C 0.6 V 1.05 uA

1.7 Lo ideal vs. lo práctico 22. 22. D escr scr iba con con sus sus propias ropias palab labr as el signifi signi fica cad do de la palab labr a idea ideal com como se apli aplica ca a un disp dispositivo ositi vo o a un si stem stema.


El significado de la palabra ideal básicamente consiste en un elemento el cual es perfecto y no posee ninguna irregularidad.

23. 23. D escr scr iba con con sus pr opi as palab labr as las las carac caractterí stica sticass del diodo iodo i deal y cóm cómo dete deterr mi nan los los estad estados os de de encendido encendido y apagado apagado del del dispo di sposi sititivo. vo. E s deci decirr , descr descrii ba por por qué los equi equiva valent lente es de cortocir cuito cui to y circui cir cuito to abi abi er to son corr ectos. ctos. Un diodo ideal al no poseer perdidas al conectarse en directa, es decir que la parte positiva se conecta al cátodo y la negativa al ánodo esta se comportara como un corto corto circuito dado que los materiales n y p dejan pasar fácilmente la corriente; pero si la conexión es en inversa se comportara como un circuito abierto dado que los elementos que contiene el diodo no dejaran pasar los electrones dado que todos sus huecos han sido llenados.

24. 24. ¿C uál uál es la dife if er enci nci a i mportant rtante e entre ntre las las carac caractterí stica sticass de un interr interr upt uptor simp simple y las las de un diodo iodo i deal? La diferencia más importante que tiene un interruptor con respecto a un diodo es la siguiente: Un interruptor puede transferir corriente tanto en inversa i nversa como en directa, mientras que un diodo solo conduce en directa, en tanto que en inversa el diodo se comporta como un corto circuito.

1.8 Niveles de resistencia 25. 25. D eter mi ne la resist resiste encia ncia está stática o de cd del diodo iodo com comer cialm cialme ente nte dispo isponible nible de la figura 1.15 con una corriente en directa de 2 mA.


vD = 0.66 66 V ID = 0.2 mA  = 325 Ω  = 0.65 2 26. 26. R epita el el proble roblem ma 25 con con una co cor ri ente nte en en dir ecta cta de de 15 mA mA y com compare los resultados.

 = 15   = 0.82 82  .   =.Ω  = .   27. 27. D etermine la resist resiste encia ncia está státi ca o de cd del diodo iodo com comer cialm cialme ente nte dispo isponible nible de la figur fi gura a 1.15 1.15 con con un volta ltaje en i nve nversa de 10 V . ¿ Cómo Cómo se co compara con con el valor lor determinado con un voltaje en inversa de =30 V?

 = 10   =  = 0.1   =  = 100.1 =100Ω  = 30   =  = 0.1 0.1   =  = 300.1 =300Ω 28. 28. a. D eter mi ne la la re r esiste sistencia ncia di nám námica (ca) (ca) del diodo iodo de de la figura fig ura 1.27 co con una corri corr i ente en dir di r ecta de 10 mA mA por por medi o de de la ecuación ecuación (1.4) ( 1.4) b. D eter ter mi ne la re resiste si stenci ncia a dinám dinámii ca (ca) del del diod di odo o de de la fi g ura ur a 1.27 con una cor cor r i ente en dir dir ecta de 10 mA mA con con la ecuación (1.5) ( 1.5) c. Com C omp pare las soluci solucione oness de de las parte partess (a) ( a) y (b). ( b).


 = 0.790.76 = 3Ω   = ∇ ∇ 155 b)

 =2.6Ω  =  =  

C) totalmente cerrado

29. 29. Calc Calcule ule las las r esiste sistencias ncias de cd y ca del diodo iodo de la figur fi gura a 1.27 1.27 con con una corr corr i ente nte en dir dir ecta ecta de de 10 mA mA y compa comparr e sus mag magnitude ni tudes. s.


vD = 0.76 76 V ID = 10 mA mA

 =76Ω  =  = 0.76 10  = 0.790.76 = 0.03 = 3Ω  = ∇ ∇ 155 10  >> 

30. 30. Con Con la la ecua cuación ción (1.4) (1.4) de determine la resist resiste encia ncia de ca con con una una cor cor ri ente nte de 1 mA y 15 mA mA del diod di odo o de de la fi g ura ur a 1.27. C omp ompare las soluci solucione oness y desarr desarr olle una conclu conclusi sión ón gene general ral co con re r espe specto cto a la resist resiste enci nci a de de ca y nive nivele less cr cr ecient ciente es de de la corr corr i ente nte en el el diodo.

ID = 1mA  = 0.720.61 =55Ω  = ∇ ∇ 20 ID = 15mA  = 0.80.78 = 2Ω  = ∇ ∇ 2010


31. 31. Con Con la ecua cuación ción (1.5), de deter mi ne la r esiste sistencia ncia de ca con con una corr corr ient iente e de 1 mA y 15 mA del diodo de la figura 1.15. Modifique la ecuación como sea necesario para niveles bajos de corriente del diodo. Compare con las soluciones obtenidas en el prob proble lem ma 30. 30.

 = 1mA  = 226  = ∆ = 2  26 = 52ℎ     55ℎ 55ℎ ∆   = 15mA  =  = 1,73ℎ  = ∆ =    55ℎ 55ℎ ∆   1,73ℎ  32. 32. D etermine la r esiste sistenci nci a de ca prome romedio para el di odo de la figur fi gura a 1.15 1.15 en la regi regió ón entr ntr e 0.6 V y 0.9 0.9 V. V.

,−, =24,4ℎ  = ∆ = ∆ ,−, 33. 33. D etermine la r esiste sistencia ncia de ca pa para el di odo de la fi gura gur a 1.15 con con 0.75 0.75 V y compárela con la resistencia de ca promedio obtenida en el problema 32.

,−, =22,5ℎ  = ∆ = ∆ − su valor promedio promedio está cerca cerca de los 24,4ohm 24,4ohm

1.9 Circuitos equivalentes del diodo 34. 34. Det Determine el circu cir cuito ito equivale uivalent nte e linea lineal por segm segme ento ntos del di odo de la figur fi gura a 1.15. 1.15. Use un segmento de línea recta que intersecte el eje horizontal en 0.7 V y aproxime lo mejor que se pueda la curva correspondiente a la región mayor que 0.7 V.

,−, =14,29ℎ  = ∆ = ∆ −

35. 35. Rep Repita el pr oblem lema 34 con con el di odo de la figur fi gura a 1.27. 1.27.

,−, =4ℎ  = ∆ = ∆ −


1.10 Capacitancias de difusión y transición 36. 36. (a) R ecurr curr iend iendo o a la figur fi gura a 1.33, 1.33, determine la ca capacita citancia ncia de tr tr ansi nsi ción ción con con po potenciale ncialess de polar lar izació ización n en i nve nversa de -25 V y 10 V . ¿C uál uál es la rela relació ción n del cam cambio de capacitancia al cambio de voltaje?

≅

V R = −25 V: C T T 0.75 pF

≅

V R = −10 V: C T T 1.25 pF

∆ = ,−, = , =0,033/V ∆ −  ( b) R epi ta la parte parte ( a) con pote potenci nciale aless de polar olar i zaci zación ón en en inve i nverr sa de de -10 V y -1 V . D eter ter mi ne la rela r elaci ción ón del del cam cambio bio de capa capaci cita tanci ncia a al al cambi cambi o de de volta voltajj e. V = ≅ ∆ = ,− = , =0,194/V ∆ −  V R = −10 V: C T T 1.25 pF

R

−1

≅

V: C T T 3 pF

( c) ¿ C ómo ómo se compa comparr an las las re r elacione lacioness dete deterr mi nadas nadas en en las parte partess (a) ( a) y (b)? ( b)? ¿ Qué le dice dice esto esto con resp r especto ecto a qué qué campo campo puede puede tener tener más más área ár eass de apli apli cación caci ón prácti práctica? ca? 0.194 pF/V: pF/V: 0.033 pF/V pF/V = 5.88:1 5.88:1

≅ 6:1

aumento de la sensibilidad cerca VD = 0V

37. R ecurr 37. cur r i endo a la fig fi gura ur a 1.33, deter ter mi ne la cap capacitanci acitancia a de difusi dif usión ón con con 0 V y 0.25V. VD = 0 V, C D = 3.3pF VD=0.25V,CD = 9F

38. Describa con sus propias palabras cómo difieren las capacitancias de difusión y 38. transición. La capacitancia de transición se debe a que la región de empobrecimiento actúa como un dieléctrico en la región de las nieblas inversas, mientras que la capacitancia de difusión está determinada por la tasa de inyección de carga en la región re gión justo fuera de los límites de agotamiento de un dispositivo polarizado hacia adelante. Ambas c apacitancias están presentes en las direcciones de polarización inversa y directa, pero la capacitancia de transición es el efecto efect o dominante para los diodos con polarización inversa y la c apacitancia de difusión es el efecto dominante para las condiciones de polarización directa.


39. D eter 39. ter mi ne la re r eacta actanci ncia a of ofr ecida ci da por por un di odo odo de descri scr i to por por las caracter caracter í sticas sticas de de la fig fi g ura ur a 1.33, con un pote potenci ncial al en en dir ecta de 0.2 V y un pote potenci ncial al en en inve i nverr sa de de -20 V si la la fre fr ecue cuencia ncia aplicad licada es de 5 MH z. VD = 0.2 V, C D = 7.3 pF Xc =

 =     , , =3,64ℎ

VD = −20 V, C T = 0.9 pF Xc =

 =  29,47 ℎ ℎ  , = 29,47

1.11 Tiempo de recuperación en inversa 40. T r ace la for forma ma de onda de i de la re r ed de de la fig fi g ura ur a 1.66 si si tt = 2ts y el el tie ti empo mpo de de r ecuper cuper ación en inve i nverr sa es es de 9 ns.

I f =

10 V

= 1 mA

10 k Ω t s + t t t = t rr rr = 9 ns t s + 2 t s = 9 ns t s =

3 ns

t t t = 2 t s =

6 ns

41. Trace  contra  utilizando escalas lineales para el diodo de la figura 1.37. Observe que la grá gr áfica fi ca provist rovista a emplea lea una esca scala logarítm logarítmica ica para el eje vertical rtical (las (las esca scalas las logarí logar í tmi tmi cas se abordan abordan en en las secci seccione oness 9.2 y 9.3) 9. 3)..






42. C ome omente sobr sobr e el el cambio cambio de nive ni vell de capaci capacitanci tancia a con el i ncre ncr emento mento del del pote potenci ncial al de polar polarii zaci zación ón en en inve i nverr sa para para el el diod di odo o de de la fi g ura ur a 1.37. A medida que aumenta la magnitud del potencial de polarización inversa, la capacitancia cae rápidamente desde un nivel de aproximadamente 5 pF sin sesgo. Para potenciales de polarización inversa superiores a 10 V, la capacitancia se nivela a aproximadamente 1.5 pF. signi fica catti vamente nte la magnitud de la corr corr i ente nte de sat saturación uración en inver inver sa 43. ¿C ambia signifi

del diodo de la figura 137 con potenciales de polarización en inversa en el intervalo de -25 V a -100 V?

≅

En VD = -25 V, ID = -0.2 nA y en VD = -100 V, ID -0.45 nA. Aunque el cambio en IR es más del 100%, el nivel de IR y el cambio resultante es relativamente relati vamente pequeño para la mayoría de las aplicaciones.

44. P ara ara el el diod di odo o de de la fifi g ura ur a 1.37 dete deterr mi ne el el ni vel vel de I g a te temper per atur atura a amb ambii ente ( 25° 25° C ) y al al punto punto de de ebullición ulli ción de del agua (100°C (100° C ) . ¿ E s sig si g nifi ni fica catti vo el cam cambi o? ¿ Se dudu plica plica el nivel nivel por ca cada 10° 10° C de de i ncre ncrem mento nto de la temperatura? ratura? Escala de registro: TA = 25 ° C, IR = 0.5 nA TA = 100 ° C, IR = 60 nA El cambio es significativo. 60 nA: 0.5 nA = 120: 1 Sí, a 95 ° C la IR aumentaría a 64 nA comenzando con 0.5 nA (a 25 ° C) (y el doble del nivel cada 10 ° C).

45. Para el diodo de la figura 1.37 determine la resistencia de ca (dinámica) máxima con una corriente en directa de 0.1, 1.5 y 20 mA. Compare los niveles y comente si los resultados respaldan las conclusiones derivadas en las primeras secciones de este ca pítul pítulo o.

≅ 700 ohm I = 1.5 mA: r ≅ 70 ohm I = 20 mA: r ≅ 6 ohm IF = 0.1 mA: r d F F

d

d

46. Con las características de la figura 1.37, determine los niveles de disipación de po potencia ncia nom nomi nal nal má máxim xi mos pa par a el diod diodo o a temper atura am ambient iente (25°C) (25°C ) y a 100 100°° C. Supo Suponiend niendo o que V f per manece nece fijo fi jo en 0.7 V , ¿C ómo cam cambia el nivel nivel máxim xi mo de I f entre ntre los dos nive ni veles les de temp temperatur eratura? a?


T = 25°C: Pmáx = 500 mW. T = 100°C: Pmáx = 260 mW. Pmax = VfIf

á =  W = 714,29 mA.  ,  á =  W = 371,43 mA. If =  ,  If =

714.29 mA: 371.43 mA = 1.92:1

≅ 2:1

47. Con las características de la figura 1.37, determine la temperatura a la cual la corriente en el diodo será 50% de su valor a temperatura ambiente (25°C). Usando Usand o el gr g r áfi áfico co i nf nfe er i or der der echo de la fig fi g ur ura a 1.37.

IF = 500 mA @ T = 25°C. At IF = 250 mA, T 104°C

≅

1.15 Diodos Zener. 48. Se S e esp espe ecif ci f i can can la l as sig si g uie ui entes ntes caracte caracter í sticas pa par a un diodo diodo Zene Zenerr particular: articular: V z = 29 V, V , V R = 16.8 16.8 V , I ZT = 10 mA, I R = 20 mA e I ZM = 40 mA . Tra Tr ace la curva curva caracter caracter í stica stica com como o apa aparr ece en la fi f i gura ur a 1.47 .


49. ¿A qué temperatura el diodo Zener de 10 V de la figura 1.47 tendrá un voltaje nomi nomi nal de de 10,75 V? V ? ( S uge ug er encia: nci a: Obser Obser ve los dat datos os de de la tab tabla la 1.7). 1.7) .

Δ z × 100 z  −   100 % ,  × 100 % 0,072 =    −   , 0,072 = −  , = 104,17° T1 − 25° = ,

Tc = +0,072% =

T1 = 104,17° + 25° = 129,17°

50. 50. D etermine el coe coeficie fi cient nte e de temper atura de un diodo iodo Zene Zenerr de 5 V (valo (valorr dete deterr mi nado a 25°C 25° C ) si el voltaje nomi nomi nal se re reduce a 4,8 V a una temp tempe er atur atura a de de 100°C.


Tc =

  × 100   −   100 %

Tc =

  −,   × 100 % = 0,053 10 0 %  ° − °  °

51. 51. Con las las curva curvass de la figur fi gura a 1.48a 1.48a,, ¿ qué niv ni vel de coe coeficie fi cient nte e de te temperatura ratura esper sper arí a para para un di odo odo de de 20 V? V? R epi ta para un diodo diodo de de 5 V. V. C onside onsi derr e una escala escala linea li neall entre entre los los ni veles veles de de volta voltajj e nom nomi nal y un nive ni vell de corr corr i ente de 0.1 mA .

  − ,  × 100% = 77%.   − ,  El Diodo Zener de 20 V es por lo tanto medida desde la característica de 6,8 V. At Iz = 0,1 mA, TC

≅ 77% de la distancia entre 6,8 V y 24 V en la

≅ 0,06 °%

El Diodo Zener de 5 V es por lo tanto a partir de la característica de 3,6 V.

≅ 44% de la distancia entre 3,6 V y 6,8 V medida

 − ,  × 100% = 44 %. , − ,  % At IZ = 0,1 mA, TC ≅ −0,025 ° 52. 52. De D eter mine la imp impedancia ncia diná dinám mi ca del diod diodo o de 24 V con con I Z 10 mA de la figur fi gura a 1.48b. Observe que es una escala logarítmica.


53. 53. Co C ompare los los nive nivele less de de impe impedancia ncia di di nám námica para el el diod diodo o de la figur fi gura a 1.48 1.48 co con nive ni veles les de de cor cor r i ente de 0.2, 1 y 10 mA. mA . ¿ C ómo se r elaciona lacionan n los los re r esultados sultados con con la la form for ma de las car car acte acter í sticas sticas en en esta esta regi regi ón? 24 V Zener :

≅ 1 mA: ≅ 10 mA: ≅

0,2 mA:

400 Ω

95 Ω 13 Ω

Cuanto más pronunciada es la curva (mayor dI / dV), menor es la resistencia dinámica. 1.16 Diodos emisores de luz

54. 54. R ecurr curr iend iendo o a la la figura fig ura 1.53e 1.53e,, ¿qué ¿qué va valor lor de Vg parece recerr ía ap apropiad ropiado o pa para est este e dispositivo? ¿Cómo se compara con el valor de Vg para silicio y germanio?

≅

≅

≅

VT 2.0 V, que es considerablemente más alta que el germanio ( 0.3 V) o el silicio ( 0.7 V). Para el germanio es una relación de 6.7: 1, y para el silicio una relación de 2.86: 1.

55. 55. Co C on la informa información ción de de la figur fi gura a 1.53, 1.53, de deter mine el vo volta ltaje en dir dir ecta cta a tr avés de del diodo diodo si la inte i ntensi nsid dad luminosa luminosa relati relati va es es de 1.5.


≅ 13 mA. Figura 1.53 (e) Vf ≅ 2.3 V. Figura 1.53 (f) If

56. 56. a. a. ¿Cuá ¿C uáll es es el incre increm mento nto en porcent rcenta aje de la eficie fi cienc ncia ia rela relattiva del disp dispo ositivo sitivo de la figura 1.53 si la corriente pico se incrementa de 5 mA a 10 mA? b. Repita la parte ( a) con 30 mA a 35 mA mA ( el mism mi smo o incr incre emento de de corr i ente) nte) . c. C ompare el el i ncre ncr emento en por por centaj centaje e de las par par tes tes (a) ( a) y (b). ( b). ¿ E n qué punto de la curva cur va dir dir í a que que hay poco poco que que gana ganar con con un increm incremento nto adicio ici onal nal de la cor cor ri ente nte pico? ico?

≅ 0,82 @ 10 mA ≅ 1,02

(a) Eficiencia relativa @ 5 mA

, − , × 100% = 24,4 % incrementa , , = 1,24. Proporción: ,

≅ 1,38 35 mA ≅ 1,42

(b) Eficiencia relativa 30 mA

, − , × 100% = 2,9 % incrementa , , = 1,03. Proporción: , (c) Para corrientes superiores a aproximadamente 30 mA, el aumento porcentual es significativamente menor que para aumento de las corrientes de menor magnitud.

57. 57. a. a. Si la intens intensii dad lumino luminosa sa a un despla splazzamient iento o angular ngular de de 0° es es de 3.0 mcd para el dispo disposi sititivo vo de la fig fi gura ur a 1.53, 1.53, ¿ a qué qué áng ángulo ulo ser ser á de de 0.75 mcd? mcd? b. ¿A qué ángulo la pérdida de intensidad luminosa se reduce a menos de 50%? (a)

, = 0,25 


(b)

(b) 0.5

⇒ < = 4040 °

58. 58. Tra Tr ace la cur cur va de reduc reducció ción n de de la cor cor ri ente nte en dir dir ecta cta pr omedi o del LE D r ojo de de alta eficiencia de la figura 1.53 determinada por la temperatura. (Considere las cantida cantidade dess nom nomii nales máxi máxim mas absolutas) absolutas).. Para la unidad roja de alta eficiencia de la figura 1.53:

,  =   ° x   X = ,  = 100 °C °

soluciones

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