Apunts Electrònica Analògica

8/14/2019 Apunts Electrnica Analgica

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Tecnologa Autor: Antonio Bueno

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Unidad didctica:Electrnica Bsica

CURSO 3 ESO versin 1.0


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NDICE1.- Introduccin.2.- La resistencia.3.- El condensador.4.- El diodo.5.- La fuente de alimentacin.6.- El transistor.7.- Montajes.8.- Actividades.

1.- Introduccin.

La electrnica se encarga de controlar la circulacinde los electrones de forma minuciosa. Se encargade que pasen en mayor o menor cantidad condispositivos pasivos y activos.

Los dispositivos pasivos son: Resistencias,condensadores y bobinas.

Los dispositivos activos son diodos, transistores ycircuitos integrados (semiconductores).

Las bobinas y los circuitos integrados no losestudiaremos en esta unidad.

2.- La resistencia.

Con el objeto de producir cadas de tensin enpuntos determinados y limitar la corriente que pasapor diversos puntos se fabrican elementosresistivos de los que se conoce su valor hmico.

Estos elementos se conocen como resistencias.

Se caracterizan por su:

- Valor nominal: es el valor marcado sobreel cuerpo del resistor.

- Tolerancia: porcentaje en ms o menos,sobre el valor nominal, que el fabricanterespeta en todos los resistores fabricados.

- Coeficiente de temperatura: la resistenciavara con la temperatura. Esta variacin sepuede calcular en funcin del coeficiente detemperatura:

RT = R0 (1 +T)

- Potencia nominal: potencia que puededisipar el resistor en condicionesambientales de 20 a 25C. Cuanto mayor

es la potencia mayor ser el tamao delresistor.

- Tensin lmite nominal: es la mximatensin que puede soportar, en extremos,el resistor.

Existen tres tipos de resistencias, fijas, variables ydependientes.

Resistencias fijas, se caracterizan por mantenerun valor hmico fijo, para potencias inferiores a 2 Wsuelen ser de carbn o de pelcula metlica.Mientras que para potencias mayores se utilizan las

bobinadas.

Resistencias fijas

Los valores de las mismas estn normalizados enseries y generalmente la forma de indicarlo sobre elcuerpo es mediante un cdigo de colores, en lasresistencias bobinadas se escribe el valordirectamente.

Unidad didctica:Electrnica Bsica


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Cdigo de coloresLa interpretacin del cdigo de colores es:

1- colocamos la resistencia de la forma adecuada,con la tolerancia en la parte derecha.

2- sustituimos cada color por su valor.1 cifra = naranja = 32 cifra = blanco = 9Multiplicador = rojo = x100Tolerancia = oro = 5%

3- El valor nominal ser: Vn = 3900 5%

4- Los valores mximo y mnimo sern:- Valor mximo = valor nominal + valor nominal *Tolerancia / 100 = 3900 + 3900 * 5 / 100 = 4095 - Valor mnimo = valor nominal - valor nominal *Tolerancia / 100 = 3900 - 3900 * 5 / 100 = 3705

El valor real de la resistencia se encontrar entre3705 y 4095 .

Por ejemplo:Indica el valor en cdigo de colores de las siguientesresistencias:

Solucin:

Valor 1 cifra 2 cifra Multiplicador Tolerancia

100 5%

marrn negro marrn oro

220 10%

rojo rojo marrn plata

4700 5%

amarillo violeta rojo oro

6800020%

azul gris naranja sin color

6800020%

azul gris naranja sin color

Otro ejemplo:Completa el valor de cada resistencia si conocemoslos colores de que est compuesta.

Solucin:

1cifra

2cifra

Multi. Toler. Valor V mxV

min

marrn negro rojo oro10005%

1050 950

gris rojo oro oro8,25%

8,61 7,79

rojo violeta verde plata2700000

10%2970000 2430000

violeta verde negro oro755%

78,75 71,25

Resistencias variables, la variacin puede serrotativa o lineal.

Resistencias variables lineal y rotativa


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Segn la forma constructiva pueden ser bobinadas,para potencias grandes, o de pista de carbn.

Cuando se varan con ayuda de una herramienta sedenominan ajustables, mientras que cuandodisponen de un vstago para variarlas sedenominan potencimetros.

Y a la vez pueden ser, de conexin vertical y ajustehorizontal, o de conexin horizontal y ajustevertical.

Conexin vertical y horizontal

En algunos casos se pone solidario con el eje degiro un interruptor (abajo a la derecha).

Resistencias variables (potencimetros y ajustables)

Los smbolos son:

Smbolos de resistencias

Resistencias dependientes, existen cuatro tiposde resistencias dependientes: NTC, PTC, LDR yVDR.

NTC: Resistencia de coeficiente negativo detemperatura. Cuando aumenta la temperatura de la

misma disminuye su valor hmico. Si nos pasamos

de la temperatura mxima o estamos por debajo dela mnima se comporta de forma inversa.

Se utiliza en aplicaciones relacionadas con latemperatura.

Resistencia NTC y grfica

PTC: Resistencia de coeficiente positivo detemperatura. Cuando aumenta la temperatura de la

misma aumenta su valor hmico.

En realidad es una NTC que aprovechamos sucaracterstica inversa entre dos valores detemperatura conocidos, T1 y T2.

Tambin se utiliza en aplicaciones relacionadas conla temperatura.

Resistencia PTC y grfica

LDR: Resistencia dependiente de la luz. Cuandoaumenta la intensidad luminosa sobre la mismadisminuye su valor hmico.

Se utiliza en aplicaciones relacionadas con laintensidad luminosa.

Resistencia LDR y grfica


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VDR: Resistencia dependiente de la tensin.Cuando aumenta la tensin en sus extremosdisminuye su valor hmico, y circula ms corrientepor sus extremos.

Se utiliza como proteccin para evitar subidas de

tensin en los circuitos. Cuando se supera latensin de la VDR la corriente se marcha por ella yprotege al circuito.

Resistencia VDR y grfica

Resistencias dependientes

Los smbolos de estas resistencias son:

Smbolos NTC, PTC, LDR y VDR

3.- El condensador.

Los condensadores estn formados por dosarmaduras conductoras, separadas por un materialdielctrico que da nombre al tipo de condensador.

Los hay de diversos tipos, cermicos, de polister,electrolticos, de papel, de mica, de tntalo,variables y ajustables.

Condensadores fijos

Los electrolticos tienen polaridad y se debe

respetar, en caso contrario el condensador puedeexplotar.

Por lo general se indica el valor de los mismos en lacarcasa, si no se hace de forma directa se utiliza elcdigo de colores empezando de arriba a bajo sulectura. Cada condensador dispone de una lecturadistinta, se incluye como dato importante la tensinmxima de trabajo del mismo.

Condensadores

Los smbolos de los condensadores son:

Smbolos de condensadores

Para entender el funcionamiento de uncondensador lo vamos a someter a la carga ydescarga del mismo en serie con una resistencia.


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Carga del condensador

Cuando cerramos el circuito de carga elcondensador se carga hasta alcanzar casi latensin de alimentacin.

El tiempo de carga depende de la capacidad delcondensador y del valor hmico de la resistenciaque est en serie con l R1, siguiendo la frmula:

t1= 5*R1*C

Descarga del condensador

Cuando cerramos el circuito de descarga, es elcondensador el que entrega la corriente a laresistencia hasta agotarse su carga.

El tiempo de descarga ahora depende de lacapacidad y de la resistencia de descarga R2.

t2= 5*R2*C

Una de las aplicaciones ms comunes para loscondensadores son los temporizadores, esperarhasta que el condensador se cargue o descargue.

Por ejemplo:Calcula el tiempo que tardar en cargarse uncondensador de 4700 F que est en serie con una

resistencia de 1000 .Solucin:

sxt 7,410001047006

1 ==

Cuanto tiempo lucir una bombilla que se conectaal condensador una vez cargado si la bombilla tiene2000 de resistencia.

Solucin:

sxt 4,920001047006

2 ==

4.- El diodo.

Un material semiconductor es aquel que tieneestructura cristalina, y en una buena disposicinpara dejar electrones libres.Cada tomo tiene en su rbita externa 4 electrones,que comparte con los tomos adyacentes formandoenlaces covalentes. De manera que cada tomo ve8 electrones en su capa ms externa, haciendo almaterial de baja conductividad.

El Silicio (Si) y el Germanio (Ge) cumplen estas

caractersticas.


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Material semiconductor neutro

El semiconductor puro no se utiliza, ya que resultamuy difcil conseguir liberar sus electrones. Aunquea temperatura ambiente siempre hay enlaces rotosque tienen a sus electrones libres.

Pero se pueden aadir impurezas a este material ycambia radicalmente su comportamiento.

Si en la estructura del semiconductor purosustituimos algunos tomos de ste por otros quetengan 3 electrones en su ltima capa, por ejemploel Indio (In), se obtiene una estructura dondeaparecen huecos (h+), donde faltan electrones paraque el comportamiento del material sea como el delneutro.

Por lo tanto este material se comporta como si

estuviera cargado positivamente. Se denominamaterial semiconductor de tipo P.

Material semiconductor de tipo P

Tambin podemos sustituir alguno de los tomosdel material neutro, por tomos que tienen 5electrones en su ltima capa, como los delAntimonio (Sb), se obtiene una estructura dondequedan electrones libres (e-) que no pertenecen aningn enlace y de fcil movilidad.

Por lo tanto este material se comporta como si

estuviera cargado negativamente. Se denominamaterial semiconductor de tipo N.

Material semiconductor de tipo N

Cuando unimos estos dos materiales (P-N) seproduce una recombinacin de electrones (e-) yhuecos (h+) en la zona de unin apareciendo unazona desierta sin portadores de carga libres.

A esta unin (P-N) se le llama Diodo.

Unin P-N, smbolo del Diodo

Polarizacin de diodo.

Una caracterstica esencial de la unin P-N es quepermite el paso de corriente en un sentido y seopone en el sentido contrario.

Polarizacin Inversa.

Polarizacin inversa del diodo


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La polarizacin de la batera obliga a los electrones(e-) de N y huecos (h+) de P a alejarse de la unin,aumentando el ancho de la zona desierta, eimpidiendo la circulacin de electrones.

El diodo se comporta como un interruptor abierto y

la bombilla no lucir. Toda la tensin cae en eldiodo VR

Polarizacin directa.

Polarizacin directa del diodo

Al aplicar tensin directa, se reduce la barrera depotencial de la unin, debido a la polarizacin de labatera, que impulsa a los electrones (e-) de N yhuecos (h+) de P. Por tanto, los electrones (e-)tienden a cruzar la unin de Na P y los huecos (h+)en sentido opuesto.

La zona desierta se reduce, y se establece unacorriente en sentido directo ID.

El diodo se comporta como un interruptor cerrado yla bombilla lucir. En el diodo cae una pequeatensin VD y el resto sobre la bombilla en este caso.

Existen diferentes tipos de diodos, rectificadores,LED (Diodos Emisores de Luz), varicap, Zener,Fotodiodos, etc.

Diodos

Los smbolos son:

Smbolos de diodos

Clculos:

Cuando se polariza en inversa el diodo debesoportar toda la tensin inversa VR a la que estsometido (Vcc), de otra manera se destruye.

Pero cuando se polariza en directa en sus extremos

cae la tensin directa VD que es del orden de 0,6V yel resto cae en los elementos que se encuentran enserie con l. Al mismo tiempo debe ser capaz desoportar la corriente ID que circula por l.

La ecuacin de clculo es:

Vcc = Rs * ID + VD

Por ejemplo:Calcula la resistencia de limitacin que debemosponer para proteger el diodo LED que tiene lossiguientes parmetros (VD = 1,8V, ID = 25 mA),cuando lo conectamos a 5 V.

Solucin:

=

=

= 128025.0

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D

D

SI

VVccR

Otro ejemplo:

Cul es la corriente que circular por la bombilla sila resistencia de la misma es de 15, y la tensinde alimentacin del circuito es de 6 V?


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Solucin:Como se trata de un diodo rectificador su tensinVD = 0,6V.

mAR

VVccI

L

D

D360

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6.06=

=

=

5.- La fuente de alimentacin.

La mayor parte de los circuitos electrnicosrequieren corriente continua para sufuncionamiento. La fuente de alimentacinconvierte la corriente alterna en corriente continua.

El esquema de bloques de una fuente dealimentacin es:

Bloques de una fuente de alimentacin

El transformador, se encarga de cambiar losniveles de la tensin de entrada, de 230V hasta unocercano al que deseamos obtener de corrientecontinua, para el caso de Espaa.

Esquema equivalente de un transformador

Las ecuaciones de un transformador son:

P1 = P2 (potencia del devanado 1 = potencia del 2)

o lo que es lo mismo:Ve I1 = Vs I2 Ve / Vs = I2 / I1

Tambin se cumple:

N1 / N2 = Ve / Vs = m (relacin de transformacin)

Donde:N1 = nmero de espiras del devanado 1

N2 = nmero de espiras del devanado 2El transformador es reversible, por lo que se puedeconectar la tensin mayor en cualquiera de los dosdevanados y obtener la del otro.Por ejemplo:Deseamos transformar una tensin de 230 V enotra de 12 V. Si la carga debe consumir 100 mA .1.- Calcular la potencia del transformador.2.- Calcular N1, si N2 vale 100 espiras.

Solucin:

1.- P1 = P2 = 12 V 0,1 A = 1,2 W2.- N1 = (Ve / Vs ) N2 = (230 / 12) 100 = 1917espirasse ajusta al entero siguiente.

El rectificador, se encarga de convertir la corrientealterna en corriente positiva nada ms.

Existen dos modelos, el de media onda y el deonda completa.

El rectificador de media onda, elimina elsemiciclo negativo de la red y con ello slo habr

semiciclos positivos. Es un montaje poco eficientepuesto que la mitad de la tensin suministrada nose emplea.

Se implementa con un diodo que no permite pasarla corriente en los semiciclos negativos.

Rectificador de media onda

El rectificador de onda completa, rectifica elsemiciclo negativo de tensin y lo convierte enpositivo, para conseguirlo uno de los mtodos es

utilizar un puente de diodos. La eficiencia de stemontaje es muy alta por lo que es muy utilizado.


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Se trata de un montaje con cuatro diodos, en elsemiciclo positivo los diodos D1 y D3 permiten elpaso de la corriente hasta la carga, con la polaridadindicada. En el semiciclo negativo son D2 y D4 losque permiten el paso de la corriente y la entregan ala carga con la misma polaridad que en el casoanterior.

Rectificador de onda completa

El filtro, se encarga de hacer que la corrientepulsatoria, se mantenga en un nivel de continua loms alto posible.

Cuando el valor instantneo de la tensin pulsatoriaes superior a la que tiene el condensador, es esta,la que se entrega a la carga, mientras que cuandola tensin pulsatoria es inferior a la delcondensador, es el condensador quien se lasuministra a la carga manteniendo la tensin con

niveles elevados de corriente continua.Aun as existen unas pequeas variaciones en latensin que se obtiene llamadas tensin de rizado.

Filtro por condensador

El Estabilizador, se encarga de eliminar el rizadoque todava hay tras el filtro y de dejar la corrientetotalmente continua y estable.

Suele utilizarse un circuito especializado (reguladorde tensin) o un diodo zener que se encargan deesta funcin.

La unin de todos estos bloques configuran unafuente de alimentacin. Aunque en ocasiones

pueden no estar alguno de ellos, por ejemplo eltransformador, o el estabilizador.

Estabilizador

El montaje completo se puede ver a continuacin:

Fuente de alimentacin

6.- El transistor.

Es un dispositivo semiconductor que consiste endos uniones P-N yuxtapuestas, dando lugar a tresregiones P-N-P o N-P-N, que son los dos tipos detransistores bipolares existentes.

Transistores NPN y PNP

El transistor consta de tres terminales llamados:emisor (E), base (B) y colector (C). A la base lecorresponde la regin central, de espesor muypequeo y escaso dopado.


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Equivalente en diodos de los transistores NPN y PNP

El circuito de polarizacin de un transistor NPNpuede verse a continuacin:

Polarizacin de un transistor NPN

Sustituimos el transistor por su equivalente dediodos y luego por su configuracin de material quenos ayudar a comprender su funcionamiento.

Polarizacin de un transistor NPN, equivalente de diodos

Polarizacin de un transistor NPN, equivalente de material

El funcionamiento es el siguiente:

1.- Si VBB es igual a 0 Voltios, el diodo superiorentre colector-emisor est polarizado en inversa yno permiten el paso de corriente entre colector-emisor.

2.- Cuando aplicamos tensin sobre la base-emisordel transistor, circula la corriente IBE, haciendo que

el diodo base-emisor, pase a comportarse como uncircuito cerrado.

Corriente base-emisor

En ese momento la zona P-N, base-emisor, secomporta como si todo fuese del mismo material N,y por lo tanto entre colector-emisor slo existiesematerial N de baja resistencia, permitiendo el pasode corriente entre colector-emisor ICE.

Corriente colector-emisor

La corriente de colector depende de la corriente debase, y de la construccin del transistor.

Las frmulas de este circuito son:

IC = IB * IE = IB + ICVBB = RB * IB + VBEVCC = RC * IC + VCE

Donde:IC = intensidad de colector.IB = intensidad de base.IE= intensidad de emisor.

= parmetro del transistor (tambin llamado hfe)VBB = tensin de base.RB = resistencia limitadora de base.


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VBE = tensin base-emisor (VBE = 0,6V) la de undiodo.VCC = tensin de colector.RC = resistencia de colector.VCE = tensin colector-emisor.

Decimos que el transistor est en corte, cuando

la corriente que circula por la base es 0, o latensin VBE < 0,6V.

Transistor en corte

Decimos que el transistor est en la zona activa(trabaja como amplificador) cuando circula corrientepor la base, la tensin VBE = 0,6V, y por lo tanto lacorriente IC > 0 A cumplindose las ecuacionesanteriores, en especial IC = IB * .En esta situacin por el colector se amplifica lacorriente que circula por la base beta veces.

Transistor en la zona activa

Decimos que el transistor est en saturacincuando la corriente que circula por el colector

cumple, IC < IB * . La saturacin se consigue si elvalor de IC es menor al calculado en la zona activa.

Transistor en saturacin

Cuando hacemos trabajar a un transistor encortesaturacin su comportamiento es como elde un interruptor electrnico.

1.- Si circula corriente por la base, tambin circularpor el colector.

2.- Si no circula corriente por la base no circularpor el colector.

Comportamiento de un transistor PNP es similarpero la polaridad de las fuentes es la contraria.

Por lo general se utiliza una sola fuente dealimentacin, la tensin de base se puede obtenerde otras maneras.

Dos posibles polarizaciones con una sola fuente

Un ejemplo de clculo sera:En el esquema de la figura, calcular el valor de laresistencia de base que debemos poner para que elrel se active si tenemos los siguientes datos:Rel: Resistencia 75Vcc= 9 VTransistor: = 30, V

BE= 0,6V y V

CE= 0,2V

Solucin:La malla de colector ser: VCC = RL * IC + VCESustituimos los valores, 9V = 75 * IC+ 0,2VDespejando, IC = 9V-0,2V / 75 = 0,117 A = 117mAla corriente de base ser:IB = IC / = 0,117A / 30 = 0,0039 A = 3,9 mAY la malla de base ser:VBB = RB * IB + VBESustituimos los valores, 9V = RB * 3,9 mA + 0,6VDespejando, RB = 9V-0,6V / 0,0039A = 2147El valor de RB debe ser inferior al calculado, para

que se cumpla la condicin de saturacin.RB = 1800, valor normalizado inferior a 2147


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7.- Montajes.

Las aplicaciones del transistor son muchas,algunas de ellas son las siguientes:

Amplificador de sonido, este montaje es sloterico, ya que para obtener buenos resultadosdebe insertarse condensadores de desacoplo, unadaptador de impedancias para el altavoz y variasetapas para conseguir una amplificacin aceptable.

Amplificador de sonido

Cuando introducimos la voz por el micrfono, seproducen variaciones de corriente en la base deltransistor y estas variaciones se ven amplificadasen el colector y se reproducen por el altavoz.

Control de velocidad de un motor, con ayuda deun potencimetro, variamos la velocidad de giro de

un motor de corriente continua.

Control de velocidad de un motor

Cuando el valor de resistencia del potencimetro esgrande la corriente de base es pequea y por lotanto la corriente de colector que circula por elmotor tambin es pequea y girar despacio.Cuando la resistencia del potencimetro espequea la corriente de base es grande y tambines grande la del colector y el motor girar msrpido.

Control de temperatura con NTC, cuando la

temperatura supera un valor de consigna, indicadopor la resistencia ajustable, hace que el transistor

conduzca y que se encienda el diodo led. Cuandola temperatura baja se apaga el led.

Control de temperatura con NTC

En este montaje se aprovecha la caracterstica delas NTC, cuando la temperatura aumenta, bajan su

valor hmico.En ese instante la tensin en la resistenciaajustable es lo suficientemente grande como parahacer que el transistor pase a conduccin y hacerque luzca el led.Si baja de nuevo la temperatura la tensin en labase del transistor baja y deja de lucir el led.

En lugar de un diodo led, puede colocarse un motorcon un ventilador o un rel que active un ventiladorde 230 V, el circuito sirve como sistema automticoque pone en marcha un ventilador cuando latemperatura supera un valor.

Control de temperatura con NTC, rel y motor de 230 V

Control de intensidad luminosa con LDR,cuando la intensidad luminosa ambiente disminuyepor debajo del valor prefijado en P, se enciende labombilla.


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Control de intensidad luminosa con LDR

El montaje es similar al de la NTC pero ahora seaprovecha la caracterstica de la LDR. Cuando laintensidad luminosa aumenta, su valor hmico

disminuye.Luego cuando la intensidad es lo suficientementebaja, el valor hmico de la LDR es lo bastantegrande como para que el transistor pase aconduccin y se encienda el led, o la bombilla atravs de un rel.

8.- Actividades.

1.- Indica el valor en cdigo de colores de lassiguientes resistencias:

Valor 1 cifra 2 cifra Multiplicador Tolerancia110 5%

330 10%

5600 5%

4700020%

2.- Completa el valor de cada resistencia siconocemos los colores de que est compuesta.

1 cifra 2 cifra Multi. Toler. ValorV

mxV

min

naranja naranja rojo sincolor

verde azul naranja orogris rojo marrn plata

marrn rojo marrn oro

3.- Calcula el tiempo de carga y de descarga de uncondensador de 22000 F unido a la carga con unaresistencia de 56 y a la descarga con unaresistencia de 180 .

4.- Indica que bombillas lucen y cuales no en lossiguientes circuitos. Explica por qu lo hacen.

5.- Indica que bombillas lucen y cuales no en lossiguientes circuitos. Explica por qu lo hacen.

6.- Cul es la corriente que circular por labombilla si la resistencia de la misma es de 180, yla tensin de alimentacin del circuito es de 12 V?

7.- Calcula la resistencia de limitacin que debemosponer para proteger el diodo LED que tiene lossiguientes parmetros (VD = 1,5V, ID = 35 mA),cuando lo conectamos a 9 V.

8.- Un transformador que tiene las siguientescaractersticas (230V /12 V, 1W), se conecta en laparte del secundario a 24 V. Indicar:a.- Tensin en el primario.b.- Corriente en el primario.


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9.- Explica el funcionamiento del circuito siguiente.

10.- Si en el circuito anterior tenemos un motor de9V, 50 mA, la del transistor es de 50, la VBE =0,6V, la VCE = 0,2V, Vcc= 9V. Cul debe ser lacorriente de base para que el motor funcione connormalidad? En qu valor de P1 se dar esta

corriente?

11.- Explica el funcionamiento del circuito siguiente.

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