Diodos Rectificadores y Zener

7/21/2019 Diodos Rectificadores y Zener

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LECCION 2 UNION PN

EL DIODO

Un diodo es la unin de dos zonas de material semiconductor, una de tipo N y la otra de tipo P, entre

las dos se forma una zona llamada de agotamiento (Z.A.) donde es mnima o nula la presencia deportadores de carga. Tanto en la zona P como en la zona N eisten portadores de carga minoritarios

del signo contrario. A la zona P se le llama !nodo (A) y a la zona N sele llama c!todo (").

#iodo en directo$ %aida de &olta'e .* +

#iodo en directo$ e comporta como un interruptor cerrado.#iodo en in&erso$ e comporta como un interruptor a-ierto.


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POLARIZACIN DE UN DIODO

Un diodo tra-a'a unido a un circuito elctrico el cual le aplica un &olta'e. e presentan dosposi-ilidades$

POLARIZACIN DIRECTA

/l &olta'e positi&o aplicado al !nodo empu'a los 0uecos 0acia la zona de agotamiento, lo mismo 0aceel &olta'e negati&o so-re los electrones del c!todo. %uando el &olta'e es pe1ue2o y &a aumentando lazona de agotamiento se &a estrec0ando al llegar a un &alor llamado &olta'e de um-ral la zona deagotamiento desaparece y los 0uecos y electrones se recom-inan y el circuito eterno empieza aaportar 0uecos a la zona P y electrones a la zona N apareciendo una corriente elctrica a tra&s deldiodo, se dice 1ue el diodo est! en conduccin./l &olta'e um-ral es .3 &oltios para germanio y .4 &oltios para silicio. 5a corriente del diodo enconduccin crece fuertemente con un crecimiento pe1ue2o del &olta'e (dcimas de &oltio). econsidera entonces para un diodo de silicio siempre 1ue est en conduccin su &olta'e es de .*&oltios.


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i los &olta'es en el circuito son muc0o mayores a .*&, el &olta'e deldiodo se considera y se asimila a un interruptor cerrado.

POLARIZACIN INVERSA

/l &olta'e negati&o aplicado al !nodo atrae los 0uecos y el &olta'e positi&o aplicado al c!todo atrae loselectrones por lo 1ue la zona de agotamiento se ensanc0a, so-re los portadores minoritarios ocurre elfenmeno contrario, stos 0acen recom-inacin y forman una corriente muy pe1ue2a (nA a 6A) 1ueen el caso pr!ctico se considera nula. e dice entonces 1ue el diodo se comporta como un interruptor

a-ierto.

/l &olta'e en el diodo ser! el 1ue el circuito apli1ue y puede llegar acual1uier &alor, en la pr!ctica cientos de &oltios para diodosrectificadores. %uando el &olta'e in&erso aplicado llega a cierto &alorla atraccin entre 0uecos y electrones crece tanto 1ue rompen la

resistencia de la estructura del semiconductor y &ia'an a gran &elocidad recom-in!ndose y formandouna corriente 1ue crece r!pidamente, se llama fenmeno de a&alanc0a y a ese &olta'e se llama Zenero de a&alanc0a. /n diodos rectificadores este &olta'e es de cientos de &oltios y si el diodo llega a ese&olta'e normalmente se da2a por unaele&acin muy r!pida de temperatura.

5os diodos Zener tienen un &olta'e dea&alanc0a menor a 7& y se pueden tra-a'ar0acindolos conducir en esa condicin 0asta

cierto &alor lmite de corriente. Un diodo sepuede asimilar a una &!l&ula de flu'ounidireccional (flapper o c0e1ue), conuna diferencia de presin positi&a se a-re y de'a pasar flu'o, con una diferencia de presin negati&a se

cierra y el flu'o es cero.


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5a gr!fica muestra la&ariacin de la corrienteen funcin del &olta'eaplicado al diodoindicando elcomportamiento tanto enpolarizacin directa comoen in&ersa.

PRUEBA DE UN DIODO

%on un multmetro an!logo un diodo se prue-a en la escala de resistencia, colocando la punta ro'a (8)al !nodo y la punta negra (9) al c!todo de-e marcar un &alor pe1ue2o de resistencia (:3 ) y alconectar al contrario de-e marcar un &alor grande (;77?). %on unmultmetro digital en directo de-e marcar el &olta'e de um-ral (.@ a .*& para silicio) y en in&ersode-e marcar circuito a-ierto indicado en la mayora de multmetros con una 7 a la iz1uierda del

display.

POTENCIA DE UN DIODO

%uando un diodo conduce igual 1ue una resistencia disipa potencia 1ue se con&ierte en calor y ele&a latemperatura del diodo, si la temperatura su-e por encima de unos BC% la estructura delsemiconductor se agrieta y el diodo se da2a (1uema). 5a disipacin de potencia$ P# +#>D# sede-e mantener por de-a'o de un lmite 1ue depende del tama2o del diodo y su estado de disipacinde calor. /n directo entonces se tiene un &alor m!imo de corriente$


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Para diodos rectificadores en in&erso el lmite est! dado por el &olta'e a&alanc0a 1ue se llamaentonces &olta'e pico re&erso +=P , por ser normalmente mayor a 7& la corriente de a&alanc0a parallegar al lmite de potencia es tan pe1ue2a 1ue se puede decir 1ue instant!neamente su-e la

temperatura y el diodo se 1uema. Para diodos Zener en zona de a&alanc0a se tendr! un m!imo decorriente$

ELECCIN DE UN DIODO

5os diodos &ienen identificados por referencias 1ue cam-ian de un fa-ricante a otro, pero unareferencia de un fa-ricante es e1ui&alente a una referencia en cada uno de los otros fa-ricantes. 5os

fa-ricantes editan manuales con diferentes ni&eles de informacin so-re cada una de las referenciasproducidas y se tienen se tienen las guas maestras de reemplazo 1ue sir&en para conocer lasreferencias e1ui&alentes. /n %olom-ia el mercado se gua principalmente por


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Para mirar los &olta'es y corrientes en el diodo eaminamos dos circuitos -!sicos a continuacin.

%omo se aplica la polaridad positi&a de la fuente al !nodo y negati&a a tra&s de la resistencia alc!todo, el diodo es polarizado en directo, entonces$ +# .*& += +G9 +# +G9 .* +GD +GJ=

i +G 7& F = 3 +=7& +# .* D# D .@A

%omo la fuente aplica polaridad negati&a al !nodo y positi&a a tra&s de la resistencia 0acia el c!todoel diodo es polarizado en in&erso, entonces$D D# si D += =KD

+# +G9 += +G9 +G(en in&erso)

Al aplicar una fuente A% el diodo conduce en el ciclopositi&o (7er circuito) y se a-re en el semiciclo negati&o(3do circuito).

/n la carga (=) aparece &olta'e de una sola polaridadpositi&a, es una se2al llamada rectificada media onda. /l

&olta'e pico en el diodo corresponde al &alor pico negati&o de la fuente$ +#P +GP


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5a corriente pico en el diodo se produce cuando lafuente llega a su pico positi&o y es$

Por la forma de onda la corriente promedio es$

/'emplo$ ea +Gef 33 += +Gef 3>33& B7+P

D


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Para este caso +#P +G#y en la resistencia$ +=P +GP$

Para una fuente de 4Mz en la resistencia la se2al de &olta'e tiene una frecuencia de 73Mz./stos circuitos se aplican en alimentacin de motores #%, pero no dan se2ales adecuadas paraalimentacin de circuitos electrnicos, se a2ade un condensador como filtro.


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5a se2al o-tenida es la siguiente$

=ectificador media onda =ectificador onda completa

/l circuito como filtro se llama fuente #% o adaptador A%9#%.

CIRCUITOS CON VARIOS DIODOS

/n electrnica se usan circuitos con &arios diodos para realizar operaciones lgicas y para conmutar elflu'o de corriente entre &arios circuitos. /l an!lisis se -asa en determinar cual diodo o diodos conducenen cada instante de tiempo y de a0 determinar las corrientes y &olta'es del circuito. e &an a analizardos casos elementales$

a)

/n este circuito conduce el diodo 1ue reci-e el &olta'e m!s positi&oF si + G3; +G7conduce #3.

+= mayor entre +G7y +G3.

/'emplo$ i +G7 L& y +G3 @&, = 7%onduce el diodo #7 y += *.B& L&


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Para el diodo #3$ +#3 +9 +% @& 9 *.B& 93.B& indica 1ue el diodo #3 est! en in&erso yno conduce./l an!lisis se puede aplicar para m!s de 3diodos con el resultado conduce el 1ue reci-amayor &olta'e y todos los dem!s 1uedan enin&erso.

-)

A1u conduce el diodo 1ue reci-a el &olta'em!s negati&o y el(los) otro(s) diodo(s) 1uedanen in&erso. /n este caso += 9(mayor de +G7y

+G3)

/'emplo$ +G7 7@& +G3 B& = 7?Por la polaridad de las fuentes +A 97@& y + 9B&, como el m!s negati&o es +, conduce el diodo#3.+=+ 9+G3 9B&

Para el diodo #7$ +#7 +%9 +A (9B&) 9 (97@&) 97@& por lo tanto est! en in&erso.

LECCION 5 CIRCUITOS RECTIFICADORES POLIFASICOS

CIRCUITO RECTIFICADOR CON TRANSFORMADOR DE TAB CENTRAL (Rectifica!" e #eia!$a %if&'ic!

Para un transformador con ta- central, tomando el ta- central como referencia se tiene$


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e toma como un sistema -if!sico de &olta'esalternos, adicionamos diodos para 0acerrectificacin$

/n el primer semiciclo +Aes m!s positi&o 1ue +,conduce el diodo #7 y += +A, en el segundosemiciclo conduce el diodo #3 y +=+, se repiteel proceso cada ciclo, aparece en la resistencia el&olta'e rectificado mostrado en la gr!fica de +=.

/n este caso$

%omo cada diodo conduce la mitad del tiempo$

Pero el &olta'e pico in&erso es$ +# 3+P

RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA TRIF)SICO


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1ue reci-a el &olta'e positi&o m!s alto, cuando otro &olta'e se0ace mayor cam-ia el diodo 1ue conduce, esto se llamaconmutacin autom!tica.i se usa la red de 4Mz en la carga la se2al es de 7LMz conun &alor medio

+5


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+olta'e in&erso en el diodo +#P 7.@+P

5os &olta'es o-tenidos en estos rectificadores son casi #% sin necesidad de condensadores y se usanpara aplicaciones de alto consumo de corriente como motores #% o Eal&anoplastia.

DIODOS ZENER * APLICACIONES

/s un diodo 1ue tiene un &olta'e de a&alanc0a relati&amente -a'o, menor de 7&. Aun1ue puedefuncionar como rectificador la mayora de aplicaciones se -asan en 0acerlo funcionar en la zona dea&alanc0a, all el diodo conduce y mantiene un &olta'e entre sus terminales 1ue es el &olta'e Zener

(+Z) o de a&alanc0a. 5a m!ima corriente 1ue puede conducir es

/'emplo$ %u!l es la m!ima corriente en a&alanc0a de un diodo Zener de 7.@& y de 7Q

DIODO ZENER COMO ELEMENTO DE PROTECCIN

e coloca el diodo Zener en paralelo con el circuito a proteger, si el &olta'e de fuente crece por encimade +Zel diodo conduce y no de'a 1ue el &olta'e 1ue llega al circuito sea mayor a + Z. No se de-e usarcuando +G ; +Z por largos periodos de tiempo pues en ese caso se da2a el diodo. e aplicaacompa2ado de l!mparas de nen o de descargadores de gas para proteger circuitos de descargas

elctricas por rayos.

DIODO ZENER COMO CIRCUITO RECORTADOR

e usa con fuentes A% o para recortar se2ales &aria-les 1ue &ienen de elementos de medicin(sensores). %uando +Rtiende a 0acerse mayor 1ue +Zel diodo entra en conduccin y mantiene el

circuito con un &olta'e igual a +Z.

CONE+IN ANTIPARALELO

e usa para recortar en dos ni&eles, uno positi&o y el otro negati&o.


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i el circuito tiene una resistencia e1ui&alente =%la corriente en el diodo es$

ea una fuente senoidal de 7+P, = 3, =%7"y un diodo Zener de 4&, cual ser! la corriente picoen el diodo.

DIODO ZENER COMO RE,ULADOR DE VOLTA-E

e llama &olta'e no regulado a1uel 1ue disminuye cuando el circuito conectado a l consume m!scorriente, esto ocurre en las fuentes #% construidas con solo el rectificador y el condensador de filtro,en los adaptadores A%9#% y en las -ateras. Un &olta'e regulado mantiene su &alor constante aun1ueaumente o disminuya el consumo de corriente. Una de las muc0as formas de regular un &olta'e es conun diodo Zener.

5a condicin de funcionamiento correcto es 1ue +Gen ningIn momento sea menor a + Z. /l &olta'eregulado so-re el circuito es +Z.

/l calculo del circuito consiste en conocer el &alor adecuadode =, como dato se re1uiere el &alor de +G, se selecciona unacorriente para el Zener (DZ) menor 1ue su corriente m!ima,se calcula o mide la corriente 1ue consume el circuito (D%)cuando se le aplica +Z, y se calcula$


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ea un circuito 1ue consume 7mA a @&, con una fuente de +G L&, cu!l es el &alor de = adecuadoQ

upongamos 1ue disponemos de un diodo de +Z @+ a 7J3. u corriente m!ima es$

D#ma .@&J@& .7A, escogemos una corriente menor para funcionamiento$ DZ 7mA, entonces = (L& 9 @&)J(7mA 8 7mA) B&J3mA 7@

Para circuitos 1ue consumen alta corriente se usa regulacin en con'unto de un diodo Zener y untransistor en ese caso el &olta'e en el circuito es +Z9 *&.

REFERENCIA DE VOLTA-E

5os diodos Zener son construidos de manera 1ue +Zes muy eacto y se mantiene constante para

diferentes &alores de DZ, esto permite 1ue un Zener se use en electrnica como referencia de &olta'epara diferentes aplicaciones.

LECCION . TRANSISTOR

5a pala-ra Transistor &iene de Transfer =esistor o resistencia de transferencia, es un elemento 1ue secomporta como una resistencia &aria-le 1ue depende de una se2al elctrica de control, entonces alcam-iar el &alor de la se2al de control cam-ia la cantidad de corriente 1ue pasa por el transistor.

May dos clases principales de transistores$ ipolares (ST) y de efecto de campo (G/T).

/n los transistores ST la se2al de control es una corriente y en los G/T es un &olta'e.

%lases de transistores$

BIPOLAR

a. NPN

-. PNP


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TRANSISTOR

FET

G/T%orriente

%anal N

%anal P


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May &arias formas de polarizar un transistor, los m!s usados son fi'a, di&isor de &olta'e, realimentacinpor colector, realimentacin por emisor, seguidor emisor, etc., estos circuitos se indican en la Ta-la No.7.

/l comportamiento fundamental del transistor es 1ue genera unacorriente en el colector 1ue es proporcional a la corriente 1ue entra(NPN) o sale (PNP) por la -ase, la constante de proporcionalidad se

llama la ganancia de corriente y se indica por o 0G/.

D%J D

%onceptualmente se dice 1ue el transistor se comporta como unafuente de corriente controlada por corriente, es decir, una fuente decorriente 1ue no es de &alor fi'o, &ara produciendo m!s o menoscorriente en la medida 1ue 0ay m!s o menos corriente en la -ase.

%omo en el transistor no se acumula carga toda la corriente 1ueentra a l de-e salir, entonces$

D/ D%8 D ( 87) D

i ;; 7 D/D%

Ta%/a .0 A$&/i'i' DC e P!/a"i1aci$ e T"a$'i't!"e' Bi!/a"e'

C!$fi"aci$

D (+%%9 .*)J=

D/D% > D+%/ +%%9 D%>=%+=% D%>=%

+/

+ .*&+% +%/

+%%)J(=78=3)+/+9.*D/D% +/J=/

D D%J+=% D%> =%+%/ +%%9 D%(=%8 =/)+% +/8 +%/

+%%)J(=78=3)=TM (=7>=3)J(=78=3)D (+TM9 .*)J(=TM8(-87)=/)D/D% >D

+/ D/>=/+%/ +%%9 D%(=%8 =/)+% +/8 +%/+ +8 .*&
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2001771/html/cap04/04_01_01.html#tabla1http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2001771/html/cap04/04_01_01.html#tabla1http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2001771/html/cap04/04_01_01.html#tabla1http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2001771/html/cap04/04_01_01.html#tabla1


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D +%%9 .*=8(87) =D/D% > D+/ =/9 D/

+%/ +cc9 D%>(=%8 =/)

+ +/8.*&+% +%/8+/

D (+%%9 .*)J( =8(87) =/)D/D% > D+/ =/> D/+ +/8 .*&+% +cc

D/(D% +//9 .*)J =/+/ +//9 D/> =/+% 9+cc8 D%> =%+

D D%J

D (+%%9 .*)J(=8- =c)D/D% > D+ .*++% +cc9 D%> =c

+%/ +%

LECCION 2 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

AN)LISIS * DISE6O EN DC

e llama etapa a transistor al con'unto del transistor, resistencias y fuentes 1ue lo polarizan. /lan!lisis consiste en determinar los &olta'es y corrientes en el transistor teniendo como datos el y los&alores de resistencia. /l dise2o es calcular las resistencias para o-tener unos &olta'es deseados en eltransistor.


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/l proceso de an!lisis es primero calcular la corriente de -ase usando las 5eyes de 0m y "irc00off,luego se calcula D%e D/y con estos datos los &olta'es de colector (+c) y emisor (+/).

/'emplo$ %uales son los &olta'es y corrientes en el siguiente circuito de polarizacin fi'a$

= 3" =% 7"

e analiza la malla de entrada5+" +cc9 +=9 +/

+= +cc9 +/+= 7& 9.*& V.B&D D= (V.B& J 3") O4.@ 6A

e calculan corrientesde colector y emisor$

D% > D 7>O4.@ 6A O.4@ mA

D/ D% O.4@ mA

e analiza la malla de salida$

+%%9 +=%9 +%/ +=% D%> =c O.4@mA > 7" O.4@&+%/ +cc9 +=% 7& 9 O.4@& @.B@&%omo consecuencia el diodo % 1ueda en in&erso$ +% +9 +c .*&9 @.B@& 9O.4@&

APLICACIONES DEL TRANSISTOR

Una &ez polarizado en #% un transistor se le agregan &olta'es a tra&sde fuertes &aria-les y otros elementos de circuito y el transistorentrega energa a otros circuitos, en algunos casos se adicionan al

circuito condensadores, -o-inas, transformadores 1ue 0acen 1ue los transistores tengan miles deaplicaciones, las m!s usuales son amplificadores, filtros acti&os, osciladores, atenuadores,moduladores, operaciones lgicas, etc.

5as aplicaciones m!s Itiles 1ue usen m!s de un transistor se 0an con&ertido en circuitos integrados,donde se tiene m!s facilidad y seguridad en la polarizacin y 0ay mayor &ersatilidad en lasaplicaciones. egIn el estado de funcionamiento de los transistores se tienen dos grandes familias deintegrados 1ue son$ lineales y digitales.

POTENCIA DEL TRANSISTOR

5os &olta'es y corrientes presentes en un transistor 0acen 1ue 0aya una disipacin de potencia 1ue secon&ierte en calor 1ue ele&a la temperatura del dispositi&o, en general se considera la potencia deltransistor como $


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PT +%/> D%

/sta tiene un &alor lmite indicado por los fa-ricante para cadareferencia en los manuales de especificaciones. 5os datos depotencia lmite dependen 1ue se pueda mantener lostransistores a -a'as temperaturas, esto se logra ensam-landodisparadores de aletas a los transistores, los disipadores se

especifican por su resistencia trmica (T J P) (WcJ) 1ue depende de su forma, nImero de aletas,tama2o y color. 5os transistores traen encapsulados especiales

para unirlos a los disipadores, por e'emplo los encapsulados T933 y T9B.

LECCION 5 TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR

Un transistor funciona como un interruptor para el circuito conectado al colector (=c) si se 0ace pasarr!pidamente de corte a saturacin y &ice&ersa. /n corte es un interruptor a-ierto y en saturacin esun interruptor cerrado. 5os datos para calcular un circuito de transistor como interruptor son$ el&olta'e del circuito 1ue se &a a encender y la corriente 1ue re1uiere con ese &olta'e. /l &olta'e +cc se0ace igual al &olta'e nominal del circuito, y la corriente corresponde a la corriente Dcsat. e calcula lacorriente de saturacin mnima, luego la resistencia de -ase mnima$

DAT min Dcsat J

=


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5a principal aplicacin de transistor como interruptor es en los circuitos e integrados lgicos, all semantienen tra-a'ando los transistores entre corte o en saturacin, en otro campo se aplican para

acti&ar y desacti&ar rels, en este caso como la carga es inducti&a (-o-ina del rel) al pasar eltransistor de saturacin a corte se presenta la patada inducti&a 1ue al ser repetiti&a 1uema eltransistor se de-e 0acer una proteccin con un diodo en una aplicacin llamada diodo &olante.

LECCIN 7 TRANSISTORES FET * MOSFET

TRANSISTOR FET

G/T (Gield /fect Transistor)$ transistor de efecto del campo. /sta formado por una -arra desemiconductor N o P 1ue se llama el canal, tiene un cinturn o estrec0amiento del otro tipo desemiconductor, los etremos del canal se unen a terminales #(drain, drena'e) y (ource, surtidor o

fuente), el cinturn se une al terminal E (Eate, compuerta).

Al aplicar &olta'e entre # y (+#) se forma una corriente D# 1uedepende de la resistencia del canal, si se aplica un &olta'e +Enegati&o (E 9, 8) el diodo formado por el cinturn y el canal1ueda en in&erso y no 0ay corriente de compuerta (DE ) pero el&olta'e negati&o es E repele las cargas negati&as 1ue pasan por elcanal 1ue aparece como un aumento de resistencia y la corriente D #disminuye, 0aciendo mayor o menor la magnitud de +E0aremos 1ueD#disminuya o aumente, as se o-tiene un control de D#, siendo la&aria-le de control del &olta'e +E.


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/n el G/T la relacin entre D#y +Eest! dada por la ecuacin de c0ot?ley$

D# D#(7 9 (+EJ+P))X

D#y +Pson constantes caractersticas de cada tipo o referencia de transistor,se o-tienen en las 0o'as de especificaciones del fa-ricante. 5os circuitos de

polarizacin de G/T y


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SG/T%on autopolarizacin

+EY 9 D#=

+#+##9 D#(=#8 =)

SG/T%on polarizacinmediante di&isor de&olta'e

+E =3+##J(=78 =3)

+E +E9 D#=+#+##9 D#(=#8 =)

%ompuerta comInSG/T

+EY +ss 9 D#=

+#+##8+ss9D#(=#8 =)

SG/T(+EY +)

+EY +

D#Y Dss

SG/T(=# )

+EY 9D#=

+# +##

+ D#=

+#+##9 D#=


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Alta (7


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a'a (7 ?)

= 7Jgm

(rd7=#)

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