ELECTRONICA ANALOGICA UNIDAD 2

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ELECTRONICA ANALOGICA

Unidades Temáticas

1. Diodos 2. Transistores 3. Tiristores 4. Amplificadores Operacionales

Profesor que elaboro la guía

Higinio Navarro Zamora

Universidad Tecnológica Linares

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Objetivo General

Al concluir el curso serás capaz de conocer y manipular los componentes electrónicos utilizados en el mantenimiento industrial. Tendrás habilidades, actitudes y conocimientos suficientes de manera que podrás diagnosticar y reparar fallas en sistemas de control donde se involucren estos dispositivos electrónicos. También estarás preparado para adentrarte en el mundo de la electrónica digital


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Simbología

Saber

Saber hacer

Ser

Universidad Tecnológica Linares TRANSISTORES

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TRANSISTOR BIPOLAR

INTRODUCCION

El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos, puede ser de germanio o silicio.

Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el grafico de cada tipo de transistor.

El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el gráfico de transistor.

tipo NPN tipo PNP

El transistor es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregará por otra (emisor), una cantidad mayor a


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ésta, en un factor que se llama amplificación. Este factor se llama b (beta) y es un dato propio de cada transistor.

Entonces:

Ic (corriente que pasa por la patilla colector) es igual a b (factor de amplificación) por Ib (corriente que pasa por la patilla base).

Ic = b * Ib

Ie (corriente que pasa por la patilla emisor) es del mismo valor que Ic, sólo que, la corriente en un caso entra al transistor y en el otro caso sale de el, o viceversa.

Hay tres tipos de configuraciones típicas en los amplificadores con transistores, cada una de ellas con características especiales que las hacen mejor para cierto tipo de aplicaciones.

Emisor común, Colector común, Base común


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Algunas aplicaciones de los transistores

Al transistor se lo puede montar en emisor común (EC), base común (BC) o colector común (CC). Cada una de estas configuraciones posee ventajas y desventajas una respecto de las otras, siendo la de emisor común la más utilizada a la vez que es la de mejor respuesta en la mayor parte de las aplicaciones.

Cada configuración obtiene diferentes coeficientes de ganancia en tensión (GV), así como diferentes

impedancias tanto de entrada como de salida.

A continuación vemos un resumen de las principales características de cada uno de los tres posibles

montajes:

Montaje G. V. Desfasaje (V) Ze Zs

E. C. Alta 180º media media

B. C. Alta 0º baja alta

C. C. < 1 0º alta baja

El montaje en Base Común posee una mayor ganancia de tensión frente a los otros dos. También

tiene baja impedancia de entrada, lo que lo hace bastante inadecuado para operar en circuitos de

baja frecuencia (B. F.).

Con un montaje en Colector Común logramos una muy baja distorsión sobre la señal de salida y,

junto con el montaje en Base Común, es bastante idóneo a la hora de diseñar adaptadores de

impedancia.


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TABLA DE ENCAPSULADOS


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ELABORA UN RESUMEN DE TRANSISTORES BIPOLARES


EJERCICIO


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PRACTICA 1: Mediciones estáticas del transistor bipolar

Objetivo: Determinar las terminales de un transistor bipolar. También conocer el tipo de transistor (PNP o NPN)

Equipo:

1 Multimetro digital


PRACTICA 1


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Material:

1. Transistor BC548 o equivalente1. Transistor BC558 o equivalente1. Tabla para prototipos (protoboard)

Procedimiento.

Para determinar las patillas de un transistor, debemos seguir los siguientes pasos:

Paso 1.

Numeración de las patillas: poniendo uno de los transistores en una posición determinada, numeramos las patillas correlativamente; por ejemplo:

Paso 2.

Realiza las mediciones que se muestran en la tabla siguiente y anota los resultados (resistencia baja y resistencia infinita).

Transistor 1: _______________

Punta Rojaen patilla

Punta negraen patilla

Resistencia

1 2 2 1 1 3 3 1 2 3 3 2


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Paso 3.

Analiza los resultados de las mediciones y contesta:

¿Cuál de los números se repite en la medición de resistencia baja? ____________

¿Cuál numero es el que tiene la medición más alta? ____________

¿Cuál numero tiene la medición mas baja? ______________

Nota: el número que se repite es la terminal de la base y el número que tiene la resistencia mas alta es el emisor, por lo tanto, el número que tiene la resistencia más baja es el colector

Paso 4.

Repite lo que realizaste en el paso 2 y 3.

Transistor 2: _______________

Punta Rojaen patilla

Punta negraen patilla

Resistencia

1 2 2 1 1 3 3 1 2 3 3 2

Analiza los resultados de las mediciones y contesta:

¿Cuál de los números se repite en la medición de resistencia baja? ____________

¿Cuál numero es el que tiene la medición más alta? ____________

¿Cuál numero tiene la medición mas baja? ______________

Nota: el número que se repite es la terminal de la base y el número que tiene la resistencia mas alta es el emisor, por lo tanto, el número que tiene la resistencia más baja es el colector

Paso 5.


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Observa las mediciones realizadas en las dos tablas, recuerda que la punta roja del multimetro es positivo y la negra es negativo. La colocación de las puntas del multimetro me determinan el tipo de transistor: PNP y NPN

Paso 6.

Transistor numero 1 tipo: ___________

Transistor numero 2 tipo: ___________

Reporte o Conclusión:

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Amplificación: Es la aplicación práctica más importante para la que se usan los transistores. El diagrama muestra

una etapa amplificadora en emisor común:


AMPLIFICACION


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El transistor ha sido polarizado por medio de polarización por división de tensión.

Como sabemos, un capacitor en altas frecuencias se comporta como un cortocircuito mientras

que a bajas frecuencias la misma aumenta hasta comportarse como un circuito abierto para C.C.

Viéndolo desde este punto de vista conviene analizar al amplificador en dos etapas, una desde el

punto de vista de la C.A. y el otro desde el punto de vista de la C.C.

Con esta subdivisión podremos analizar al circuito mediante dos circuitos mas sencillos, con lo

cual, gracias a la teoría de la superposición, lo que ocurrirá será que la respuesta total resultará de la

suma de los datos obtenidos en los dos circuitos en que descompusimos al original.

Comenzaremos el análisis en el dominio de la C.C., para ello seguimos los siguientes pasos:

1º) Se cortocircuita el generador de entrada de alterna.

2º) Se consideran los capacitores como circuitos abiertos.

3º) Se analiza este circuito resultante.

Abriendo C1, C2 y C3 y cortocircuitando al generador de entrada en nuestro circuito obtenemos el

circuito resultante que vemos a continuación:

Ahora, y con las referencias ya explicadas, se procede a la resolución del circuito resultante.

Con estos datos obtenemos el punto de polarización (Q).


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Para el análisis en C.A. recurrimos a las siguientes reglas:

1º) Se cortocircuita la fuente de tensión de C.C.

2º) Se considera a los capacitores como circuitos cerrados (cortocircuitos).

3º) Se estudia el circuito resultante.

En la figura vemos de que forma hemos procedido para obtener el circuito resultante:

Los capacitores han desaparecido del circuito haciéndose cortocircuitos, la resistencia R4

desaparece por estar en paralelo con un cortocircuito, las resistencias R1 y R3 están ahora en

paralelo, con lo cual obtenemos Ra. Con las resistencias de salida ocurre lo mismo, y obtenemos Rb.

Para terminar con nuestro análisis debemos suponer que ahora aplicamos una señal al circuito y

veremos cómo varía el punto Q

En la figura vemos un ejemplo, donde se muestra el punto Q en ausencia de señal y cómo varía

con la aplicación de una señal de entrada.


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Se ve que la señal Ie no es una correspondencia directa de la aplicada en la base del transistor

dado la curvatura de la gráfica de la característica del transistor.

Es importante verificar bien el lugar de ubicación del punto Q, dado que si queremos que el

transistor opere en la zona activa y polarizamos a éste en un punto Q cercano a la zona de

saturación, corremos el riesgo de que cuando le aplicamos una señal de entrada, Q se desplace

hacia la zona de saturación, dejando la zona activa. Para evitar este problema conviene analizar

siempre antes la variación de Q en nuestro transistor y verificar que no salga de la región donde

queremos que trabaje.

ELABORA UN RESUMEN DE AMPLIFICACION


EJERCICIO


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PRACTICA 2: Amplificador de emisor común

Configuración de emisor común

Introducción

Para que una señal sea amplificada tiene que ser una señal de corriente alterna.

No tiene sentido amplificar una señal de corriente continua, por que ésta no lleva ninguna información.


PRACTICA 2

http://www.unicrom.com/Tut_corrientecontinua.asp

http://www.unicrom.com/Tut_la_corriente_alterna__.asp


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En un amplificador de transistores están involucradas los dos tipos de corrientes (alterna y continua).

La señal alterna es la señal a amplificar y la continua sirve para establecer el punto de operación del amplificador.

Este punto de operación permitirá que la señal amplificada no sea distorsionada.

En el diagrama se ve que la base del transistor está conectada a dos resistores (R1 y R2).

Estos dos resistores forman un divisor de voltaje que permite tener en la base del transistor un voltaje necesario para establecer la corriente de polarización de la base.

El punto de operación en corriente continua está sobre una línea de carga dibujada en la familia de curvas del transistor.

Esta línea está determinada por fórmulas que se muestran.

Hay dos casos extremos:- Cuando el transistor está en saturación (Ic max.), que significa que Vce es prácticamente 0 voltios y....


http://www.unicrom.com/Tut_transistor_bipolar.asp

http://www.unicrom.com/Tut_amplificadores_.asp

http://www.unicrom.com/Tut_corriente_electrica.asp

http://www.unicrom.com/Tut_voltaje.asp

http://www.unicrom.com/Tut_divisionvoltaje.asp

http://www.unicrom.com/Tut_resistencia.asp

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- Cuando el transistor está en corte (Ic = 0), que significa que Vce es prácticamente igual a Vcc. Ver la figura.

Si se modifica R1 y/o R2 el punto de operación se modificará para arriba o para abajo en la curva pudiendo haber distorsión

Si la señal de entrada (Vin) es muy grande, se recortarán los picos positivos y negativos de la señal en la salida (Vout)

Capacitor de bloqueo (C1)

Este capacitor (condensador) se utiliza para bloquear la corriente continua que pudiera venir de Vin. Este capacitor actúa como un circuito abierto para la corriente continua y un corto circuito para la corriente alterna (la que se desea amplificar).

Estos capacitores no se comportan tan perfectamente en la realidad, pero se acercan bastante, pudiendo suponerse como ideales.

Capacitor de derivación (Ce)

El resistor Re aumenta la estabilidad de el amplificador, pero que tiene el gran inconveniente que es muy sensible a las variaciones de temperatura (causará cambios en la corriente de base, lo que causará variaciones en la corriente de emisor (recordar Ic = β Ib)).

Esto causará una disminución en la ganancia de corriente alterna, lo que no es deseable.

Para resolver el problema se pone en paralelo con Re un capacitor que funcionará como un corto circuito para la corriente alterna y un circuito abierto para corriente continua.

- El voltaje de salida estará dada por la siguiente fórmula:Vout = Ic x Rc = β x Ib x Rc = hfe x Ib x Rc

- La ganancia de voltaje es:ΔV - Vout / Vin = - Rc / Zin.(El signo menos indica que Vout esta 180° fuera de fase con al entrada Vin)

- La ganancia de corriente es:ΔI = (Vout x Zin) / (Vin x Rc) = ganancia de voltaje x Zin / Rc

- La ganancia de potencia es = ganancia de voltaje x ganancia de corriente =ΔP = ΔV x ΔI

- Zin (impedancia de entrada) = R1 // R2 // hie, que normalmente no es un valor alto (contrario a lo deseado)- Zo (impedancia de salida) = Rc- La salida está 180° desfasada con respecto a la entrada (es invertida)


http://www.unicrom.com/Tut_impedancia.asp

http://www.unicrom.com/Tut_condensador.asp

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Notas: - β = hfe son parámetros propios de cada transistor- hie = impedancia de entrada del transistor dada por el fabricante.- // significa "en paralelo"

Equipo y materiales

Fuente de energía de 24Vcd, 2mA

Generador de AF

Osciloscopio

Multimetro digital

2. Capacitores electrolíticos de 10 µF, 25V

1. Transistor NPN, BC548 o equivalente

1. Resistencia de 150KΩ, 1W

2. Resistencias de 10KΩ, 1W

1. Resistencia de 4.7KΩ, 1W

1. Resistencia de 1KΩ, 1W

1. Potenciómetro de 10KΩ, 1/2W

1. Tabla protoboard (tabla de prototipos)

Procedimiento

Objetivo 1. Calcular y medir los voltajes de operación de cd que se encuentran en un circuito de emisor común.

Paso 1. Examine el circuito amplificador de emisor común de la siguiente figura.


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El capacitor C1 de acoplamiento permite que la señal de entrada de ca se aplique a la base de Q1, en tanto que el capacitor C2 de acoplamiento permite que la señal de salida se tome del colector de Q1. la impedancia interna de la fuente de energía conecta a tierra la parte superior de la resistencia R3 del colector a las señales de ca.

Paso 2. El voltaje de cd en la unión de R1 y R2 también es el voltaje de base VB de Q1. Calcule VB

(no considere la pequeña corriente de base a través de R1) usando la ecuación para el divisor de voltajes:

VB = VCC x R2/ (R1 + R2)

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

VB = ______________Vcd

Paso 3. Monte el circuito como se muestra. Note que el lado negativo del voltaje de la fuente de cd esta conectado a la Terminal de tierra del generador de AF. No conecte todavía R5 y R6.

Paso 4. Ajuste el voltaje de la fuente de cd de colector VCC a 24 Vcd. El voltaje de entrada de ca debe ser cero.

Paso 5. Mida el voltaje de cd entre la base de Q1 y tierra. Use el multimetro en su función de voltímetro cd para hacer todas sus mediciones de voltaje del transistor.


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VB = _____________ Vcd

Paso 6. Mida el voltaje de cd entre el emisor de Q1 y tierra.

VE = ____________ Vcd

Paso 7. Mida el voltaje de cd entre el colector de Q1 y tierra.

VC = ______________ Vcd

Paso 8. Indique si casi toda la corriente del emisor fluye a través del colector ______

Objetivo 2. Mostrar como funciona un amplificador de emisor común típico y medir su ganancia de voltaje con y sin carga

Paso 1. Fije el generador de AF en la función de onda senoidal a una frecuencia de 1kHz.

Paso 2. Ajuste la salida del generador de AF a una señal de 70.7mv en la base de Q1. Use el multimetro en la función de VCA para medir la señal de entrada de la base.

ei = _____________ Vca

Paso 3. Mida el voltaje de salida.

eo = ___________ Vca

Paso 4. Calcule la ganancia de voltaje ∆V de su amplificador de emisor común utilizando la ecuación:

∆V = eo/ ei

∆V = ____________

Paso 5. Ajuste el voltaje de la fuente de colector a cero.

Paso 6. Conecte R5, la resistencia de 4.7 KΩ, y R6, el potenciómetro de 10 KΩ, a través de la salida de su amplificador de emisor común como se muestra en la figura del paso 1 del objetivo 1.

Paso 7. Ajuste R6 para máxima resistencia y Vcc a 24Vcd

Paso 8. Ajuste R6 hasta que el voltaje de salida sea de un medio del valor medido en el paso 3.

Paso 9. Reduzca Vcc a cero, y sin alterar el ajuste de R6, desconéctela del circuito.


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Paso 10. Mida la resistencia de R5 y R6, que es igual a la impedancia de salida de su circuito amplificador de emisor común.

R5 = ___________ Ω

Paso 11. Indique cual es la ganancia de voltaje con una carga igual.

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Nota: La impedancia de entrada de Q1 es relativamente alta debido a los efectos de R4 en el circuito que se refleja a la entrada como β x R4 o en este caso aproximadamente 50 x 1K = 50K. La impedancia de entrada del circuito de emisor común se determina por el valor en paralelo de R1, R2 y la impedancia de entrada de Q1, en este caso aproximadamente de 8K a 9K.

Resumen

En esta práctica mostró como funciona un circuito amplificador de emisor común típico. Midiendo los voltajes de base, emisor y colector de cd, determino que el transistor NPN esta polarizado directamente y que fluyen corrientes de emisor y colector. Luego aplico un voltaje de señal a la base, y haciendo mediciones, determino que el amplificador de emisor común tiene ganancia de voltaje. Luego vario la carga de salida y encontró que la impedancia de salida de un amplificador de audio de emisor común es aproximadamente igual al valor de la resistencia de carga del colector.

Auto evaluación

Las preguntas siguientes se aplican al circuito amplificador de emisor común de la figura del paso 1 del objetivo 1.

a. Cuando se usa un transistor como amplificador de emisor común. ¿Cómo están polarizadas las uniones emisor base y colector base?

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b. ¿En que terminales del transistor se aplica la señal de entrada?

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c. ¿De que terminales se toma la señal de salida?

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d. ¿Cómo es la ganancia de voltaje de ca?

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e. ¿Cómo es la impedancia de salida?

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CONCLUSION:

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INTRODUCCION


CONMUTACION


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Transistor en corte y saturación

Cuando un transistor se utiliza como interruptor o switch, la corriente de base debe tener un valor para lograr que el transistor entre en corte y otro para que entre en saturación

- Un transistor en corte tiene una corriente de colector (Ic) mínima (prácticamente igual a cero) y un voltaje colector emisor VCE) máximo (casi igual al voltaje de alimentación). Ver la zona sombreada gris claro en el gráfico

- Un transistor en saturación tiene una corriente de colector (Ic) máxima y un voltaje colector emisor (VCE) casi nulo (cero voltios). Ver zona sombreada gris oscuro en el gráfico

Para lograr que el transistor entre en corte, el valor de la corriente de base debe ser bajo o mejor aún, cero.

Para lograr que el transistor entre en saturación, el valor de la corriente de base debe calcularse dependiendo de la carga que se esté operando entre encendido y apagado (funcionamiento de interruptor)

Si se conoce cual es la corriente que necesita la carga para activarse (se supone un bombillo o foco), se tiene el valor de corriente que habrá de conducir el transistor cuando este en saturación y con el valor de la fuente de alimentación del circuito, se puede obtener la recta de carga. Ver gráfico anterior.

Esta recta de carga confirma que para que el transistor funcione en saturación, Ic debe ser máximo y VCE mínimo y para que esté en corte, Ic debe ser el mínimo y VCE el máximo.*

Universidad Tecnológica Linares EJERCICIO

http://www.unicrom.com/Tut_lamp_incandescente.asp


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ELABORA UN RESUMEN DE AMPLIFICACION

PRACTICA 3. El transistor como elemento de conmutacion


PRACTICA 3


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Transistor como interruptor

Objetivos

Al completar esta práctica el alumno: Será capaz de utilizar el transistor como interruptor para activar y desactivar una carga. Entenderá el concepto de corte y saturación de un transistor. Será capaz de hacer los cálculos necesarios para saturar un transistor

Introducción

El transistor bipolar es un dispositivo semiconductor que permite el control y la regulación de una corriente grande mediante una señal muy pequeña. El uso del transistor en las zonas de corte y saturación permiten que éste funcione como un interruptor para activar o desactivar alguna carga.

Zonas de Operación del transistor

CORTE.- No circula intensidad por la Base, por lo que, la intensidad de Colector y Emisor también es nula. La tensión entre Colector y Emisor es la de la batería. El transistor entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor abierto.

IB = IC = IE = 0; VCE = VCC

SATURACION.- Cuando por la Base circula una intensidad, se aprecia un incremento de la corriente de colector considerable. En este caso el transistor entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor cerrado. De esta forma, se puede decir que la tensión de la batería se encuentra en la carga conectada en el Colector.

↑ IB ⇒↑ IC; Vcc = RC X IC.

ACTIVA.- Actúa como amplificador. Puede dejar pasar más o menos corriente.Cuando trabaja en la zona de corte y la de saturación se dice que trabaja en conmutación. En definitiva, como si fuera un interruptor.

Material y equipo utilizado

1 Transistor NPN que el alumno determine1 Diodo LEDResistencias de los valores calculados.Multimetro con puntas

Desarrollo1. Encendiendo un LED.a) Utilizando un transistor NPN que usted proponga, realice los cálculos necesarios para que cuando abra y cierre el interruptor el LED se apague y se encienda. Utilice el circuito de la figura.


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b) ¿Qué corriente necesita el LED para encender?

c) Calcule la Resistencia de base y la resistencia de colector.

RB _________RC _________

d) Proporcione la siguiente información.

e) ¿Qué formulas utilizó?

2. Arme el circuito siguiente

a) Calcule el voltaje de carga y la corriente de carga.

b) Elija el transistor que pueda manejar la carga sin estresar al componente.


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Evaluación del aprendizaje

c) ¿En que zona trabaja el transistor cuando el interruptor está abierto?

d) ¿Que ocurre con el LED?

e) ¿Cuál es la corriente de la carga y el voltaje de la carga, mídalos?

f) ¿En que zona trabaja el transistor cuando el interruptor está cerrado?

g) ¿Que ocurre con el LED?

h) ¿Cuál es la corriente de la carga, mídala?

i) Llene la siguiente tabla con los valores correspondientes.


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3. Arme el circuito siguiente

a) Calcule el voltaje de carga y la corriente de carga necesarios

b) Elija el transistor que pueda manejar la carga sin estresar al componente.

Evaluación del aprendizaje

c) ¿En que zona trabaja el transistor cuando el interruptor esta abierto?

d) ¿Que ocurre con el LED?

e) ¿Cuál es la corriente de la carga y el voltaje de la carga, mídalos?

f) ¿En que zona trabaja el transistor cuando el interruptor esta cerrado?

g) ¿Que ocurre con el LED?


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h) ¿Cuál es la corriente de la carga y el voltaje de la carga, mídalos?

i) Llene la siguiente tabla con los valores correspondientes.

CONCLUCIONES:

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Documents

ELECTRONICA ANALOGICA UNIDAD 2