parciales tecnologias electronicas

7/23/2019 parciales tecnologias electronicas

1/60

LABORATORIO DE ELECTRNICA BSICA Y COMPONENTESEXAMEN EXTRAORDINARIOSEPTIEMBRE 2006COMPONENTES ELECTRNICOS

APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 1 de 11

LABORATORIO DE ELECTRNICA BSICA Y COMPONENTESEXAMEN EXTRARDINARIOSEPTIEMBRE DE 2006

COMPONENTESELECTRNICOS

TEST (3 puntos)

Las siguientes preguntas forman parte de los ejercicios de autoevaluacinpublicados en lapgina web de la asignatura. La valoracin se realizar de acuerdo con el siguiente criterio:+0,15 puntos por cada respuesta correcta, 0 puntos por cada respuesta en blanco y -0.05puntos por cada respuesta errnea.

Rodee con un crculo la inicial de la respuesta correcta

1.- El componente de la figura es:

a. Un resistor de 180 ohmios de valor nominalb. Un resistor de 18 kiloohmios de valor nominalc. Un resistor de 18 ohmios de valor nominald. Un resistor de 18,0 ohmios de valor nominal

2.- Un condensador de 100nF de capacidad nominal presenta una capacidad de 94nF a 20C despus de trabajar 1000 horas a 100C. Cul ser su coeficientede deriva?

a. -6% en 1000 horasb. -60 ppm/horac. -6 nFd. Es un efecto de la temperatura, y por tanto ser de -0,1%/K

3.- Un resistor con un coeficiente de temperatura del 5%/K que puede trabajarentre 20C y 120C, puede ser considerado lineal?

a. Si por que la linealidad se refiere a la relacin tensin-corriente y no a la temperatura.b. No, por que al aplicarle tensin se calentar y variar mucho su resistencia.

c. S, por que la variacin de resistencia es despreciable (5% < 10%)d. No, por que es un PTC.

4.- Un transistor est disipando 100 mW en estado estacionario. Si sutemperatura de la unin c-b (punto caliente) es de 150C y la temperaturaambiente es de 30C. Cul sera la resistencia trmica desde dicha unin alambiente?

a. 1200 ohmiosb. 1,2 K/mWc. 0,833 mW/Kd. 0,833 mMho trmicos


2/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 2 de 11

5.- A partir de la curva de deswataje de la figura indique la potencia nominal delcomponente.

a. 6 Watiosb. 5 Watiosc. Depende de la temperatura ambiented. 2 Watios a 85 C

6.- Sobre la grfica de la Figura de la pregunta anterior Cul es la temperaturamxima alcanzable por el componente?

a. 25 C.b. 125 C. Donde la mxima potencia disipable es nula.c. Cualquier valor comprendido entre 25 C y 125 C.d. Mayor que 125 C.

7.- La resistencia trmica hacia el ambiente de un resistor lineal...

a. aumenta al montarle un disipadorb. disminuye al montarle un disipadorc. se mantiene constante porque no depende de utilizar disipadoresd. slo depende de su valor hmico

8.- La temperatura mxima que puede alcanzar un resistor lineal ...

a. aumenta al montarle un disipadorb. disminuye al montarle un disipadorc. se mantiene constante porque no depende de utilizar disipadoresd. slo depende de la capacidad calorfica del componente

9.- Si el valor nominal de un resistor lineal es inferior al valor de la resistenciacrtica de la serie, a una temperatura mayor que la de especificacin de lapotencia nominal, la tensin DC mxima aplicable est limitada por:

a. La potencia nominalb. La potencia mxima disipable a la temperatura ambiente de funcionamientoc. La tensin nominald. Depende del coeficiente de temperatura y hay que calcularlo


3/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 3 de 11

10.- Si un fabricante especifica que el coeficiente de temperatura de un resistor es+50 ppm/K, quiere decir que:

a. El resistor es no-linealb. La variacin de resistencia con la temperatura es linealc. La resistencia permanece prcticamente constante con la temperatura.d. La resistencia crtica de la serie aumenta

11.- Si se dispone de una pelcula cuya resistencia de hoja es 100 Ohm/cuadro y sulongitud es 2 mm. Cul deber ser su anchura para fabricar un resistor de 10k?

a. 20 mmb. 2 mmc. 0.2 mm

d. 0.02 mm

12.- En un resistor bobinado de potencia...

a. ... el recorrido elctrico es siempre superior al mecnico.b. ... los recorridos elctrico y mecnico son siempre iguales.c. ... el recorrido elctrico suele ser inferior al mecnico.d. no existe relacin entre el recorrido mecnico y el elctrico.

13.- Las curvas mostradas, que corresponden a un termistor NTC, representan ...

a. ... la resistencia en funcin de la temperatura del componente para varias temperaturasambiente.

b. ... la resistencia en funcin de la temperatura ambiente para varias temperaturas delcomponente.

c. ... la resistencia en funcin de la temperatura del componente para varios valores de B.

d. ... la resistencia en funcin de la temperatura del componente para varios valores deR25.


4/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 4 de 11

14.- El termistor NTC al que corresponden las curvas I-V mostradas en la figuraest funcionando en rgimen estacionario trmico y disipando una potencia de1W. En estas condiciones ...

a. ... la temperatura del componente es 298 K.b. ... la temperatura ambiente debe ser necesariamente 298 K.c. ... la temperatura ambiente debe ser necesariamente inferior a 373K.d. ... el componente quedar inutilizado en cualquier caso.

15.- La corriente que circula por el termistor NTC al que corresponden las curvas I-V mostradas es 0.2 A y se encuentra en estado estacionario trmico. Cul esel valor de la resistencia del NTC?.

a. 10 Ohm.b. 100 Ohm.

c. 300 Ohm.d. Hacen falta ms datos para calcular el valor.


5/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 5 de 11

16.- A qu temperatura es mnima la tolerancia de un NTC?a. A la temperatura nominal.b. 273K.c. Siempre aumenta al aumentar la temperatura por lo que no presenta mnimo.d. La tolerancia viene dada por el fabricante y no depende de la temperatura.

17.- La corriente de fugas en un condensador polarizado es:a. la corriente inversa que circula cuando se supera la mxima tensin inversa.b. la corriente de carga.c. la corriente continua que circula a travs del condensador.d. inversamente proporcional al valor de su capacidad.

18.- La resistencia de aislamiento de una serie de condensadores...a. es proporcional a la capacidad del condensador elegido.b. es inversamente proporcional a la capacidad del condensador elegido.

c. vara exponencialmente con la capacidad del condensador elegido.d. no depende de la capacidad del condensador elegido.

19.- El factor de prdidas de un condensador...a. ... es proporcional al cuadrado de la corriente de fugas.b. ... es proporcional al factor de calidad Q.c. ... est relacionado con la potencia disipada en alterna.d. depende de la resistencia de aislamiento

20.- El valor del mdulo de la impedancia que presenta un condensador...a. ... depende de si se utiliza el modelo de circuito equivalente serie o paralelo.b. ... es directamente proporcional a las prdidas.

c. ... es independiente de si se utiliza el circuito equivalente serie o paralelo.d. depende directamente del valor de la tangente del ngulo de desfase.


6/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 6 de 11

CUESTIN (2 puntos)

En la figura se muestran los elementos resistivos de tres resistores variables rotatorios de pista continua. La variable mecnica que

define la posicin del cursor respecto al terminal fijo situado a la izquierda es el ngulo de giro , que puede variar entre 0 y el valormximo M. La resistencia elctrica que existe entre dicho terminal fijo y el cursor se puede expresar como R( ) = ()RT, siendo

RTla resistencia total de la pista (entre los extremos fijos) y () la denominada ley de variacin de la resistencia.

a) Dibuje en el grfico adjunto la forma aproximada que tiene la ley de variacin de la resistencia en cada uno de los tres casos.Justifique las representaciones grficas que ha realizado usando en total 5 lneas como mximo (1 punto).

( a ) ( b ) ( c )

0

0.5

1

0 0.5 1

/

M


7/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 7 de 11

b) Se monta el circuito de la figura utilizando dos resistores variables R-1 y R-2 que tienen la ley de variacin lineal. El cursor del

resistor R-1 se sita en el punto = 0,75My el del resistor R-2 en = 0,5M. Teniendo en cuenta las limitaciones indicadas en latabla, indique si alguno de los resistores variables resultar daado. (1 punto).

Caractersticas del resistor variable R-1:

Resistencia total RT= 2000 Corriente mx. por cursor IMAX= 200 mA

Caractersticas del resistor variable R-2:

Resistencia total RT= 1000

Corriente mx. por cursorIMAX

= 50 mA

V

250 VRL

500

R-1 R-2X Y Z


8/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 8 de 11

PROBLEMA (5 puntos)

Se dispone de un resistor PTC cuya caracterstica R-T se muestra en la figura 1, para proteger la etapa de salida de una fuente deDC tal como muestra el esquema de la figura 2. El sistema trabaja a 50 C de temperatura ambiente. Las caractersticas del PTC semuestran en la tabla 1.

1. Calcule la potencia que disipa el PTC en estado estacionario si la carga RLtiene un valor de 50 y la tensin de salida esde 2 V. (0,5 puntos)

2. Temperatura de trabajo del PTC en estas condiciones. (1 punto)

3. Calcule la tensin mxima que puede suministrar la fuente en bornes de la carga de 50 en rgimen estacionario. (1punto)

De forma instantnea se sube la tensin de la fuente de modo que la tensin de salida cambia de 2 V a 10 V.

4. Calcular las potencias instantneas aplicada y disipada en el PTC en un instante inmediatamente posterior al momento enque se produce la sobretensin. (1 punto)

5. Calcule el tiempo que necesita el PTC para proteger el circuito contra esa subida de tensin. Sabiendo que latemperatura del PTC vara ante un cambio brusco de la potencia aplicada segn la ley:

+= )

t(exp1)TT(T)t(T 0F0 ,

siendo T0y TFlas temperaturas inicial y final. (1 punto)

6. Determine la tensin en bornes de la carga RLjusto despus de que la PTC cambie su resistencia. (0,5 puntos)

Resistencia en fro 10 Resistencia en caliente 10 kTemperatura de conmutacin 85 CResistencia trmica 100 K/WConstante de tiempo trmica 100 ms

Tabla 1.Caractersticas del PTC.


9/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 9 de 11

1

10

100

1000

10000

100000

0 50 100 150 200 250

Temperatura del cuerpo (C)

Resistencia(ohms)

Figura 1. Curva caracterstica R-T del PTC.

PTC

V0 RL

PTC

V0 RL

Figura 2. Circuito del que forma parte el PTC.


10/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 10 de 11


11/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 11 de 11


12/60

LABORATORIO DE ELECTRNICA BSICA Y COMPONENTESCONVOCATORIA EXTRAORDINARIASEPTIEMBRE2009

COMPONENTES ELECTRNICOS

LEBC - Componentes Electrnicos - Septiembre 2009 Pgina 1

( 6 PUNTOS)


13/60



14/60


15/60


Separe y entregue esta hoja junto al resto de sus respuestas.

APELLIDOS Y NOMBRE:


16/60

LABORATORIO DE ELECTRNICA BSICA Y COMPONENTES

EXAMEN EXTRAORDINARIO DE JUNIO DE 2010

COMPONENTES ELECTRNICOS PROBLEMA


17/60

Examen extraordinario de LECP- Junio 2010- Problema Hoja 2 de2


18/60

LECP Componentes Electrnicos Solucin Febrero 2008Pgina 1 de 6

LABORATORIO DE ELECTRNICA BSICA Y COMPONENTESEXAMEN ORDINARIO FEBRERO 2008

COMPONENTES ELECTRNICOS

CUESTIN 1:(2,5 puntos)

Se dispone (Figura 1) de la caracterstica tensin-corriente de un termistor, medida a 25 de temperatura ambiente, del que seconoce que su resistencia trmica al ambiente es de 20C/W. Conteste razonadamente a las siguientes cuestiones.

1. Justifique si la curva corresponde a un termistor de coeficiente de temperatura positivo (PTC) o negativo (NTC). (0,5p)

L C

, , .

2. Cul es el valor de su resistencia a la temperatura de referencia (25C)? (0,5 p)

(

), 25C 30 .

3. Qu temperatura alcanza el cuerpo del termistor en equilibrio trmico al aplicarle 3,2 W de potencia? (0,5 p)Al aplicar 3,2 W de potencia el termistor alcanza una temperatura dada por: T C=Ta+RthPd=25+20*3,2= 89C

4. Cunto vale la constante B que define el comportamiento del termistor? (0,5 p)


19/60


, F,

(0.6,2.8A). E 25+1,6820=58,6

(58,6)=2,8/0,6=4,67 , B=(L 4,67 L 30)/(1/331.61/298) 5500 K

Se monta este termistor en un circuito alimentado por una pila de 3V con una resistencia en serie de 0,5 Ohm con objeto defijar la corriente en equilibrio trmico a 2 A.

5. Funcionara este circuito? En qu condiciones? (0,5 p)

C F, ,

.

C (2.9, 0.2A),

2A I.


20/60


CUESTIN 2:(2,5 puntos)

Se dispone de un condensador electroltico de la serie BC-3F cuya capacidad medida en condiciones nominales es de 100 nFy cuyas caractersticas conocidas se adjuntan. Se monta el condensador en un circuito como el de la figura en el que latemperatura ambiente de trabajo es de 50 C, determine razonando sus respuestas:

a)

Valor de la resistencia de aislamiento que presenta el condensador y valor de la corriente continua que podracircular por el circuito. (0,5 p)

A 50C , 8.102,

8.102/100.10

9= 8G : 5/8.10

9=6.25.10

10A

b) Valor del factor de prdidas y de los elementos del circuito equivalente serie del condensador en las condiciones de

trabajo. (0,75 p)

Variacin de la tandel condensador con la frecuencia(Ta=25C) Variacin de la tandel condensador con la temperatura(f=100Hz)

E (25C, 100H)=5.104

.

A 2H, : (2H)=102

=200 (100H)

A 25C, : (50C)=2.104

=(2/5) (25C)

E :

(50C, 2H)=(2/5)200 (25C, 100H)=0.04


21/60


, CC = (50C, 2H)/C=31.8

c) Calcule la potencia total disipada por el condensador si la amplitud del generador es Vg=10V (0,75 p)

L DC AC.

D DC: D : DC=IDC2I=3,12510

9

E AC : AC=I2=(8.8 10

3)

231.8=2,5

I=,/=7,07/(50+31.8)2+(1/

2C

2)

1/2=7.07/(81.8)

2+(795.7)

2

1/2=8.8 A

L : 2,5 ( A1)

d) Valor mximo de la amplitud que podra tener el generador de alterna en las condiciones del apartado anterior parano deteriorar el componente. (1 p)

Para no superar la tensin mxima el generador debera tener como mximo unos 42V de amplitud ya que podramos despreciar laresistencia de salida del generador frente a la impedancia del condensador.

Comprobando la limitacin por corriente de rizado mxima:Imax=50mA (del apartado anterior =803.4 ) Vmax=50mA803=40.17Vef>42Vp (Ver NOTA1)

(1) A la vista de los resultados corregidos no se ha considerado la limitacin por tensin inversa mxima delcomponente.

CARACTERISTICAS DE LOS CONDENSADORES ELECTROLITICOSSERIE BC-3F y BC-5F (caractersticas adicionales en las grficas)

Valor nominal:

Tolerancia:Temperatura nominal:Frecuencia nominal:Tensin nominal:Tensin inversa mxima:Mx. corriente de rizado:Variacin de C con f y T:

serie E6

+20% , -10%25 C100 Hz47 V en directa5% de la nominal(1)50 mA (eficaces)Despreciable


22/60


PROBLEMA:(5 puntos)

Se dispone de un mtodo para la obtencin de pelculas delgadas de 50 /y con un factor de disipacin de potencia de 5 kW/m2apartir de un material cuya resistividad es 0,1 cm. Usando esta tecnologa se fabrica un resistor de precisin cuya resistencia nominala la temperatura nominal de 20C es 100 y cuya potencia nominal es 1 W. El resistor fabricado tiene una constante de tiempo trmicade 13 ms y su resistencia elctrica presenta un coeficiente de temperatura de 50 ppm/K. Se sabe que el barniz usado para aislar el

resistor del exterior se deteriora irreversiblemente a partir de los 200C. Adems, durante las pruebas realizadas se observa que elcontacto elctrico entre los terminales metlicos y el elemento resistivo se degrada, tambin de forma irreversible, a 150C. Esteresistor forma parte de un equipo de medida cuya naturaleza no viene al caso describir aqu.

1. Calcule las tres dimensiones (longitud, anchura y espesor) del elemento resistivo. (0,75 p.)

Espesor: t = / RH= 0,1 cm / 50 /= 20 m

L / W = R / RH= 100 / 50 /= 2LW = PN/ DP = 1 W / 0,5 W/cm2= 2 cm2

A partir de estas dos expresiones se determinan L y W.

Longitud: L = 2 cmAnchura: W = 1 cm

2. Calcule la resistencia trmica y la capacidad trmica del componente. (0,75 p.)

Temperatura mxima de operacin: TCMAX = 150 C (temperatura global del cuerpo del componente a partir de la que, talcomo se indica, se deterioran irreversiblemente los contactos elctricos).

Resistencia trmica: RT= (TCMAX- TN) / PN= (150 C - 20 C) / 1 W = 130 C / WCapacidad trmica: CT= T / RT= 0.013 s / 130 C / W = 10 -4J / C

3.

Dibuje la curva de desvataje, indicando claramente en el grfico los valores de todas las magnitudes que considereimportantes. (0.5 p.)

El dibujo ha sido realizado en la figura adjunta. Se han indicado la Potencia nominal (PN), la temperatura nominal (TN), latemperatura mxima de operacin (TCMAX) y la resistencia trmica (RT).

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 20 40 60 80 100 120 140 160

TEMPERATURA AMBIENTE (C)

POTENCIADISIPADA(W)

TCMAX

PN

TN

-1 / RT

En determinadas aplicaciones del equipo, en las que solamente se ven involucradas tensiones y corrientes continuas, la resistenciaelctrica de cierto sensor debe ser comparada con la del resistor, que es usado como referencia. Para que las medidas realizadas coneste instrumento sean aceptables, se considera que la resistencia del resistor de referencia no puede variar ms de un 1 % a causa delas condiciones de operacin.


23/60


4. Calcule la temperatura que tendra que alcanzar el cuerpo del resistor para dejar de ser vlido para la aplicacin propuesta. Ala vista del resultado, cree que la eleccin de este resistor de precisin ha sido adecuada? (0,75 p.)

R (T) = R (TN)[1+(T-TN)] T = TN+ [R / R] / = 20 C + [1%] / 0.005 %/ C = 220 C (>T CMAX). El componente puede serutilizado en todo el intervalo permitido de temperaturas sin que su resistencia vare ms del 1%. La eleccin ha sido

adecuada.

5. Si la temperatura ambiente es 20C, calcule el mximo valor de la tensin continua que podr soportar el resistor durante losprocesos de medida. (0,5 p.)

TCMAX= TA+ RTPDMAX, con PDMAX= PN(= 1 W) si TA= TN(= 20 C)PN= VMAX2/ R = 1 WVMAX= (1W100 ) = 10 V

6. Suponga que se desea utilizar el equipo en un entorno en el que la temperatura ambiente es 50C para realizar medidas querequieren la aplicacin de una tensin continua de 10 V al resistor de referencia. Indique si es necesario dotar al resistor de unradiador y, en caso afirmativo, determine la resistencia trmica mxima que puede tener el conjunto para poder trabajar en lascondiciones indicadas. (0,75 p.)

TCMAX= TA+ RTPDMAXPDMAX= (TCMAX- TA)/ RT= (150 C - 50 C) / 130 C/W = 0,77 W. Al aplicar V = 10 V se disipara 1 W

de potencia, de acuerdo con el apartado anterior, por lo que el resistor se destruira. Es necesario un disipador.

La mxima resistencia trmica que podra tener el conjunto formado por el resistor y el disipador para que a 50 C puedadisipar 1 W de potencia sin que el resistor se deteriore es RT= (TCMAX- TA) / PD= (150 C - 50 C) / 1 W = 100 C/W.

En otro tipo de aplicaciones del instrumento, la tensin aplicada al resistor de referencia puede consistir en la superposicin de unatensin continua de 9 V y una componente sinusoidal de amplitud y frecuencia variables.

7.

Si la temperatura ambiente fuera 20 C y el resistor no tuviera colocado el radiador, calcule la amplitud mxima que podratener la componente sinusoidal en caso de que su frecuencia fuera 1 kHz. En las mismas condiciones, se deteriorara elcomponente si la amplitud de la componente sinusoidal fuera 0,5 V y su frecuencia 1 Hz? (1 p.)

Con f = 1 kHz la pulsacin de la parte variable de la potencia instantnea aplicada al componente es mucho mayor que el

inverso de su constante de tiempo trmica, por lo que la temperatura del componente no puede seguir las variacionestemporales de sta y queda estabilizada en un valor dado por TC= TA+ RT, con = vef 2/ R. De aqu se deduce,mediante un clculo similar al realizado en (5), que el valor eficaz de la tensin total no puede ser superior a vef= 10V. Paracalcular el mximo valor eficaz de la componente alterna se aplica la expresin vef (AC)2 = vef 2 - VDC2 y se obtiene comoresultado vef (AC)= 4,36 VvP (AC)= 6,16 V.

Si f = 1 Hz, la pulsacin de la parte variable de la potencia instantnea es mucho menor que el inverso de la constante detiempo trmica, por lo que la temperatura del componente s puede seguir las variaciones temporales de sta. La temperaturamxima se alcanzar cuando la tensin entre los bornes del resistor sea V = VDC+ vP. Este valor no puede superar los 10 V,de acuerdo con (5), por lo que vPdeber ser inferior a 1 V. En este caso se indica que v P= 0,5 V, por lo que s es posibleoperar sin que el resistor se deteriore.

Plazos y calificacionesLos circuitos de examen de la parte prctica de Electrnica Bsica se podrn entregar en el laboratorio hasta elLUNES 4 DE FEBRERO en su horario de apertura (ver el correspondiente documento en el tabln de anuncios dellaboratorio)Se prev que las calificaciones provisionales pudieran ser publicadas hacia el martes 12 de febrero. Junto condichas calificaciones provisionales se publicarn los plazos y procedimientos de reclamacin y revisin, segn loestablecido en la vigente Normativa de Exmenes.


24/60

LABORATORIO DE ELECTRNICA BSICA Y COMPONENTESCONVOCATORIA ORDINARIAFEBRERO2009COMPONENTES ELECTRNICOS

APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 1 de 8

LABORATORIO DE ELECTRNICA BSICA Y COMPONENTESEXAMEN FINAL FEBRERO DE 2009


CUESTIN 1 (2,5 puntos):

Se dispone de un termistor cuya caracterstica tensin-corriente en equilibrio trmico a dos temperaturas ambientes diferentes semuestra en la figura adjunta.

a) Determine el valor aproximado que presenta la resistencia del termistor a una temperatura de 75C. (0,5 puntos)

b) Si se polariza el termistor a una corriente continua de 160 mA, entre qu valores se encontrar la tensin en bornas deltermistor, una vez alcanzado el equilibrio trmico, si la temperatura ambiente puede variar entre 25C y 75C? (0,5puntos)

c) Si la tensin en bornas del termistor es de 1,1V y la temperatura ambiente es de 75C, determine los dos valores posiblesde resistencia que puede presentar el termistor en equilibrio trmico. (0,5 puntos)

d) Dibuje la recta de carga y determine los valores de los parmetros del circuito equivalente de Thvenin (tensin yresistencia equivalentes) para garantizar que entre 25C y 75C de temperatura ambiente, la corriente que atraviesa eltermistor se mantiene entre 160 mA y 310 mA. (1 punto)

CORRIENTE (A)

0,0 0,1 0,2 0,3

TENSIN

(V)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

TA=25C

TA=75C


25/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 2 de 8

SOLUCIN:

a) Determine el valor aproximado que presenta la resistencia del termistor a una temperatura de 75C. (0,5 puntos)

CORRIENTE (A)

0,0 0,1 0,2 0,3

TENSIN

(V)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

TA=25C

TA=75C

Tomando un punto significativo de la tangente a la curva de equilibrio trmico en el origen, el valor de la resistencia a 75C es de:

R=V/I=1V/0.06A=16,7

a) Si se polariza el termistor a una corriente continua de 160 mA, entre qu valores se encontrar la tensin en bornas deltermistor, una vez alcanzado el equilibrio trmico, si la temperatura ambiente puede variar entre 25C y 75C? (0,5puntos)

CORRIENTE (A)

0,0 0,1 0,2 0,3

TENSIN

(V)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

TA=25C

TA=75C

La resistencia en equilibrio trmico a 25C de temperatura ambiente cuando se polariza la NTC a 160mA es de:

R=V/I=2V/0.16A=12,5 La resistencia en equilibrio trmico a 75C de temperatura ambiente cuando se polariza la NTC a 160mA es de:

R=V/I=1,15V/0.16A=7,18

a) Si la tensin en bornas del termistor es de 1,1V y la temperatura ambiente es de 75C, determine los dos valores posiblesde resistencia que puede presentar el termistor en equilibrio trmico. (0,5 puntos)


26/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 3 de 8

CORRIENTE (A)

0,0 0,1 0,2 0,3

TENSIN

(V)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

TA=25C

TA=75C

A 75C de temperatura ambiente, en equilibrio trmico, la NTC puede presentar dos valores de resistencia cuando la tensin en susbornas es de 1,1V:

R1=V1/I1=1,1V/0,12A=9,16

R2=V2/I2=1,1V/0,29A=3,79

a) Dibuje la recta de carga y determine los valores de los parmetros del circuito equivalente de Thvenin (tensin yresistencia equivalentes) para garantizar que entre 25C y 75C de temperatura ambiente, la corriente que atraviesa eltermistor se mantiene entre 160 mA y 310 mA. (1 punto)

CORRIENTE (A)

0,0 0,1 0,2 0,3

TENSIN

(V)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

TA=25C

TA=75C

Para que la corriente que atraviesa el termistor en equilibrio trmico se mantenga entre 160 y 310 mA, para una variacin detemperatura ambiente entre 25 y 75C, la recta de carga tiene que pasar por los puntos indicados en la figura. A partir de los puntos(0,160 , 2) y (0,31 , 1,1) se puede determinar la ecuacin de la recta de carga dando como resultado:

VNTC=2,96 6INTC

De la que se pueden extraer los valores: Vth=2,96V y Rth=6


27/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 4 de 8


Para fabricar un resistor lineal de pelcula se dispone de un material cuya resistividad nominal es de 500 cm, la densidad depotencia que puede disipar a la temperatura nominal de 25 C sin deteriorarse es de 1 W/cm 2 y la temperatura mxima que es

capaz de soportar el componente sin deteriorarse es 150 C.

a) Cul debe ser el espesor nominal t0 de la pelcula empleado en el proceso de fabricacin del resistor para que laresistencia de hoja nominal resultante sea de 10 k / cuadro? (0,5 puntos)

b) Calcule (en centmetros) las dimensiones (anchura y longitud) que debera tener un resistor obtenido segn el proceso defabricacin anterior para presentar un valor nominal de 25 k y ser capaz de disipar 100 mW a la temperatura nominal.(0,75 puntos)

c) Si el espesor final t de la pelcula resistiva se puede controlar con una precisin del 10% ( t = t 010% ), determine latolerancia resultante de los resistores anteriores teniendo en cuenta exclusivamente esta consideracin. (0,5 puntos)

d) Dibuje el grfico de deswataje, indicando claramente cules son las magnitudes correspondientes a los ejes de abscisasy ordenadas. Marque en el grfico los principales parmetros de inters del resistor que pueden deducirse del mismo,tales como potencia nominal, temperatura nominal, temperatura mxima y resistencia trmica, e indique sus valoresnumricos. (0,75 puntos)

SOLUCIN:a) Cul debe ser el espesor nominal t0 de la pelcula empleado en el proceso de fabricacin del resistor para que la

resistencia de hoja nominal resultante sea de 10 k / cuadro? (0,5 puntos)

Como la resistencia de hoja es la resistividad del material dividido entre el espesor de la pelcula resistiva, el espesor nominal ser:t0=500 cm/10 k / cuadro=0,05 cm

a) Calcule (en centmetros) las dimensiones (anchura y longitud) que debera tener un resistor obtenido segn el proceso defabricacin anterior para presentar un valor nominal de 25 k y ser capaz de disipar 100 mW a la temperatura nominal.(0,75 puntos)

Para que la resistencia tenga un valor nominal de 25 k la relacin de aspecto deber ser 2,5. Para disipar 100 mW el rea delresistor deber ser 0,1 cm2. Despejando de ambas ecuaciones:

L=0,5 cm, W=0,2 cm

a) Si el espesor final t de la pelcula resistiva se puede controlar con una precisin del 10% ( t = t 010% ), determine latolerancia resultante de los resistores anteriores teniendo en cuenta exclusivamente esta consideracin. (0,5 puntos)

Teniendo en cuenta la precisin en el control del espesor, la resistencia de hoja variar entre: (11,1 , 9,1) k / cuadro, esto es, laresistencia variar entre el +11,1% y el -9%.

a) Dibuje el grfico de deswataje, indicando claramente cules son las magnitudes correspondientes a los ejes de abscisasy ordenadas. Marque en el grfico los principales parmetros de inters del resistor que pueden deducirse del mismo,tales como potencia nominal, temperatura nominal, temperatura mxima y resistencia trmica, e indique sus valoresnumricos. (0,75 puntos)

Teniendo en cuenta los datos del enunciado se puede construir la figura siguiente:


28/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 5 de 8


29/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 6 de 8

PROBLEMA (5 puntos):

Para filtrar la componente alterna de la salida de una fuente de tensin continua, como la que aparece representada por su circuitoequivalente en la figura 1 (lnea discontinua), que alimenta a una carga RL, se utiliza un condensador electroltico Cfque se deber

escoger entre los tres tipos descritos en la tabla 1.

Figura 1.Esquema de la fuente DC con la carga y el condensador actuando como filtro.

La resistencia de salida de la fuente depende de la frecuencia, adquiriendo un valor de 0.1 en continua (frecuencia cero) y de6.37 a 50 Hz. La componente continua (V0) puede tomar un valor mximo de 10 V y la alterna (Vac) tiene una componenteprincipal, nica de inters aqu, de 1.8 Vpp a 50 Hz.

Considere inicialmente que RL.

1. Calcule la capacidad mnima que debera de tener el condensador para conseguir una reduccin del valor eficaz de lacomponente alterna de salida en un factor no menor de 10. (1 pto.)

El rizado a la salida es mximo cuando RLes infinito.

La tensin eficaz en bornas del condensador es: 220 )/1(

)/1(

CR

C

VV efacacC

+

=

Sin embargo, como la razn de

atenuacin buscada es de 10, se puede suponer despreciable la impedancia del condensador frente a R0. Por tanto, laimpedancia del condensador ha de ser diez veces menor que la de R0 a 50 Hz o, aproximando adecuadamente, diezveces menor que R0

FCR

C

5000637.0

10

1 0==

2. Calcule la corriente eficaz de rizado a 50 Hz que debera soportar el condensador en cuestin. (0,5 ptos.)

La tensin alterna en bornas del condensador es RMSacC VV 0637.02210

8.1==

Por tanto la corriente ser RMSacC

RMS AC

VI 1.0

/1==

Vac

V0

R0

RLCf


30/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 7 de 8

3. Elija el tipo de condensador que podra utilizarse indicando claramente por qu lo elige y por qu descarta los dems. (0,5 ptos.)

El condensador de tipo A soporta la corriente mxima de rizado pero no la tensin mxima que es la superposicion de lacomponente continua y la alternaEl condensador de tipo B soporta tanto la corriente como la tensin por lo que seria el elegidoEl condensador de tipo C no soporta la corriente de rizado.

Considere a partir de ahora que se utiliza el condensador del tipo elegido en el apartado 3 con el valor de la capacidad nominalcalculada en el apartado 1 (suponga que el condensador es de tipo B con 5000 F de capacidad si no ha resuelto dichosapartados). Se conecta la carga RLde valor 2 .

4. Dibuje el circuito equivalente de la fuente con el condensador y la carga en continua. Indique claramente los valores de todos loselementos del circuito equivalente. (0.5 ptos.)

V0

R0

RLRais

V0

R0

RLRais

=

=

==

2

1.0

200

0

L

ais

R

R

kC

R

5. Calcule la corriente continua (frecuencia cero) que atravesar el condensador cuando la fuente suministre 10 V as como lapotencia disipada por el mismo en estas condiciones. (0,5 ptos.)

Como R0 es mucho menor que RL la tensin continua en bornas del condensador es 10 V

Por tanto la corriente que circula es AR

VI

ais

dcdc 50==

6. Dibuje el circuito equivalente de la fuente con el condensador y la carga en alterna, escogiendo el modelo (serie o paralelo) delcondensador ms adecuado para simplificar los clculos en este circuito. Determine los valores de los elementos integrantes dedicho circuito equivalente. Calcule el valor de la potencia disipada por el condensador en alterna. (1,5 ptos.)

Al trabajar con tensiones en la salida de la fuente, interesa ms usar el modelo paralelo que permite calcular la potenciadirectamente a partir de la tensin


31/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 8 de 8

Vac

R0

RPCP RL

Vac

R0

RPCP RL

=

=

==

=

2

37.6

18.3

1

5000

0

L

PP

P

R

R

CtgR

FC

7. A partir de los resultados de los apartados anteriores, obtenga la temperatura que alcanza el cuerpo del condensador si latemperatura ambiente es 25 C. (0,5 ptos.)

En continua la corriente que circula es la calculada en el apartado 5.

En alterna la resistencia de carga contribuye al divisor de tensin formado por R0y el condensador. La tensin alterna en

bornes del condensador es ahora RMSL

LacacC V

CRR

CRVV 026.0

)//(

//

220

=

+

=

La potencia disipada esmWR

VPot

mWRIPot

P

acCac

aisdcdc

21.0

5.0

2

2

==

==

La temperatura ser CPotRTT thamb 28.2528.025 =+=+=

TipoTensin

mxima (V)

Corriente eficazde rizado

mxima (ARMS)tga 50 Hz

Constante detiempo de

autodescarga(s)

Resistenciatrmica(K/W)

A 10 0.2 .01 700 150B 25 0.1 .2 1000 400C 400 0.05 .001 100000 500

Tabla 1.Algunas caractersticas de los tres tipos de condensador disponibles


32/60

LABORATORIO DE ELECTRNICA BSICA Y COMPONENTES SOLUCIONESCONVOCATORIA ORDINARIA FEBRERO 2010COMPONENTES ELECTRNICOS

_______________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________Pagina 1 de 4

APELLIDOS: NOMBRE:

LABORATORIO DE ELECTRNICA BSICA Y COMPONENTESEXAMEN FINAL FEBRERO DE 2010

COMPONENTES ELECTRNICOSSOLUCIONES


Se dispone de un resistor de la serie E24 de 1 W de potencia nominal (a una temperatura ambiente de 70 C)y 100 V de tensin lmite. La temperatura mxima que puede soportar el componente es 120 C.

1) Calcule el valor de la resistencia crtica de serie (0,5 puntos).

=== 000,101

10022

N

NC

PVR

2) Dibuje esquemticamente la curva de deswataje e indique sobre ella los parmetros que considere msrelevantes y sus valores numricos (1 punto).

Los parmetros de inters en la curva de deswatajeson

PN = 1 WTN= 70 CTMAX= 120CRTermica= 50 K/W (el inverso de la pendiente)

Se desea utilizar el resistor para limitar a 12 mA el valor de la corriente entregada por una fuente de tensincontinua a una carga resistiva que puede tomar cualquier valor entre los correspondientes a cortocircuito y a

circuito abierto. Para ello se conecta el componente en serie con la fuente y la carga.

3) Calcule el mximo valor de resistencia que puede tener el resistor para garantizar que puede realizar lafuncin especificada sin deteriorarse por ninguno de los mecanismos posibles, as como el valor mximo de latensin que puede entregar la fuente (1 punto).

El peor caso es cuando la resistencia de carga es 0 (cortocircuito),

En ese caso la corriente es mxima IMAX = 12 mA

Para que no supere la potencia mxima (1 W) el valor mximo de la resistencia ser R = PMAX/IMAX2=6944.4

Este valor es menor que el de la resistencia crtica de serie, por lo que no limitar por tensin.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 20 40 60 80 100 120 140

Temperatura (C)

Potencia(W)


33/60


_______________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________Pagina 2 de 4

APELLIDOS: NOMBRE:


Se dispone de un condensador polarizado de 100 F de capacidad (independiente de las condiciones deoperacin), resistencia serie equivalente (ESR) de 0.01 (independiente de la frecuencia y de la temperatura),temperatura mxima de trabajo de 75 C y resistencia trmica de 200 K/W. Dicho componente se usa en uncircuito que opera a 25 C de temperatura ambiente en el que se le somete a una diferencia de potencialsinusoidal de frecuencia variable y amplitud 7.07 V.

1) Deduzca la expresin de la impedancia del condensador a una frecuencia genricafa partir de su circuitoequivalente serie (0,5 puntos).

=+=610100201.02

1

f

j

CfjESRZ

2) Calcule la potencia mxima que puede disipar el condensador y la correspondiente corriente eficaz mximaque puede circular a su travs sin que se deteriore (1 punto).

( ) ( ) WTTR

P AMBMAXTER

MAX 25.02575200

1

1===

2MAXMAX

IESRP = )(501.0

25.0eficacesA

ESR

PI MAXMAX

===

3) Determine la frecuencia mxima de trabajo del condensador (1 punto).

ZIVMAXef = === 1

5

2/07.7

MAX

ef

I

VZ

De la ecuacin deducida en el apartado 1

2

6

2

101002

101.0

2

1

=+=

fCfj

ESRZ

Hzf 5.1591=


34/60


_______________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________Pagina 3 de 4

APELLIDOS: NOMBRE:

PROBLEMA (5 puntos)

Con objeto de determinar la caracterstica RNTC (T) de un termistor con coeficiente de temperatura negativo,se pega dicho componente a un resistor lineal fijo, de valor nominal 10 , de modo que el contacto trmico entreambos es perfecto, siendo la resistencia trmica del conjunto 75 K/W. El procedimiento experimental consiste enhacer pasar por el resistor fijo distintas corrientes IRy, tras dejar pasar un tiempo suficiente como para que sealcance el estado estacionario trmico, obtener la resistencia elctrica del termistor haciendo pasar por l unacorriente muy pequea y midiendo la diferencia de potencial entre sus terminales. Los resultados de algunas deestas medidas se listan en la tabla adjunta. Considere que la temperatura ambiente es siempre 25 C salvoindicacin expresa.

1) Calcule el valor del parmetro R25del NTC (1 punto).

Con IR=1 mA, la potencia disipada es 10-5 W, por lo que el incremento de temperatura del conjunto esdespreciable. Por tanto R25= 100 .

2) Calcule la constante B del NTC (1 punto).

La resistencia de un NTC es

=298

11exp25T

BRR

Escogiendo un valor de la tabla distinto del primero se puede obtener B despus de calcular la temperaturadel conjunto a partir de la potencia que genera la resistencia

)(1

2

AMB

TER

TTR

IRP == KCTT AMB 5.3055.32751.010 2

=+=

Por tanto B sale: KR

RLn

B 2000

298

1

5.305

1

25=

=

IR (mA) RNTC ()1 99.99

100 84.81200 54.12

300 28.95


35/60


_______________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________Pagina 4 de 4

Considere el caso particular en el que la corriente que circula por el resistor fijo es I R=200 mA. Suponga queen estas condiciones se incrementa la corriente que circula por el termistor (la utilizada para realizar la medida),de modo que su valor que ya no puede considerarse despreciable. La temperatura del conjunto resulta ser 79 Cuna vez alcanzado el estado estacionario trmico.

3) Calcule el valor de la resistencia elctrica del NTC en estas condiciones (1 punto).

Si la temperatura del conjunto es 79 C, la resistencia del termistor ser

=

=

= 71.35

298

1

352

12000exp100

298

11exp25T

BRRNTC

4) Calcule el valor de la corriente usada para realizar la medida (1,5 puntos).

El incremento de temperatura del conjunto est provocado por las potencias disipadas en la resistencia y enel NTC.

)(1

AMB

TER

NTCR TTR

PP =+ WPNTC 32.02.010)2579(75

1 2==

La corriente a travs del NTC ser: mAAR

PI

NTC

NTCNTC 8.9709779.0

71.35

32.0===

Una vez conocida la ley RNTC (T) del termistor, se despega ste del resistor fijo (la resistencia trmica deltermistor aislado pasa a ser 100 K/W) y se utiliza como sonda de un termmetro destinado a medir la temperaturaambiente. Se introduce dicha sonda en el interior de un horno y, una vez alcanzado el estado estacionario, laresistencia elctrica medida es 54,12 .

5) Determine la temperatura a la que se encuentra el horno (0,5 puntos).

Se presupone que la medida de la resistencia del NTC se determina con una corriente muy baja que no generacalentamiento apreciable del componente

= 298

11exp25 TBRR

NTC

= 298

112000exp10012.54 T CT 55=


36/60

LABORATORIO DE ELECTRNICA BSICA Y COMPONENTESCONVOCATORIA EXTRAORDINARIA SEPTIEMBRE 2010COMPONENTES ELECTRNICOS

_______________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________Pagina 1 de 9

APELLIDOS: NOMBRE:

LABORATORIO DE ELECTRNICA BSICA Y COMPONENTES

EXAMEN FINAL SEPTIEMBRE DE 2010

COMPONENTES ELECTRNICOSSOLUCIONES

CUESTIN 1 (3 puntos):

La figura siguiente ha sido reproducida de un catlogo de termistores NTC de la marca SIEMENS . En ellase representan las curvas I-V caractersticas de dos de estos componentes, tipos (a) y (b), para dos temperaturasdel ambiente distintas, 25 C y 60 C.

(a)

(b)

(a)

(b)A

(a)

(b)

(a)

(b)A

Figura 1. Curvas I-V de dos termistores NTC.

1) Calcule los valores de R25y B de ambos termistores. (1 puntos).

De la zona de baja disipacin (I=10-2A, donde la temperatura del cuerpo del componente

es la del ambiente por disiparse una potencia despreciable en l) de las curvas a

temperatura ambiente de 25C se obtienen los valores de R25.

Para el tipo (a) V=3,2x10-1VR25=V/I=32

Para el tipo (b) V=4,8x10-2VR25=V/I=4,8


37/60


_______________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________Pagina 2 de 9

Para calcular B escogemos el valor de la resistencia a una temperatura conocida, por

ejemplo la resistencia a baja disipacin (I=10-2A) de las curvas de temperatura ambiente

60C, y despejamos de ))298/1/1(exp( TBRR(T) 25

Para el tipo (a) V=1,3x10-1VR(60)=V/I=13 B=2550 K

Para el tipo (b) V=1,8x10-2VR(60)=V/I=1,8 B=2780 K

NOTA: se han marcado en la figura los puntos escogidos para los clculos.

2) A una temperatura de trabajo dada, cul de ellos tiene un coeficiente de temperatura de mayorvalor absoluto? (0,5 puntos).

El coeficiente de temperatura es2T

B

Luego el coeficiente de mayor valor absoluto corresponde al componente con mayorvalor de B, en nuestro caso el de tipo (b).

Considere ahora el componente de tipo (b).

3) Calcule la resistencia trmica. (1 puntos).

La resistencia trmica la obtenemos del valor de la potencia disipada por el componente a

la temperatura ambiente de 25C en un punto de temperatura conocida.

Pot

TTR ambTH

Este punto lo obtenemos prolongando la recta de resistencia constante (recta de pendiente

+1 en la curva log-log) de la curva a temperatura ambiente de 60C que corte la curva de

temperatura ambiente de 25C. Este punto (de resistencia igual a R(60)) estar a 60C. En

la figura 1 se ha dibujado la mencionada recta y el punto de corte se ha denominado A

que es el V=1 V , I=5,5x10-1A.

Por tanto Pot=1x0,55=0,55 W y Rth=(60-25)/0,55=63,6 C/W

NOTA: se ha marcado en la figura la recta mencionada y el punto A.

4) Determine su temperatura mxima de operacin. (0,5 puntos).

La temperatura mxima de operacin est fijada por la potencia mxima que puede

disipar el componente. Esta potencia se calcula de los valores ledos directamente en la

grfica para el punto de mayor valor de I para la curva correspondiente. Para el

componente (b), a la temperatura ambiente de 25C, este punto es V= 8x10-1V , I= 2 A.

que corresponde a una potencia mxima de 1,6 W.

Por tanto CTPotRT ambMAXTHMAX 48.139258.16,63


38/60


_______________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________Pagina 3 de 9

APELLIDOS: NOMBRE:


En un catlogo de resistores lineales fijos de la marca PHILIPS se han encontrado las curvas mostradas a

continuacin, correspondientes a dos series de resistores con caractersticas constructivas diferentesdenominadas VR37 y VR68.

Figura 2.Potencia mxima disipable en funcin de la temperatura ambiente para losresistores de las series VR37 y VR68.

Figura 3. Potencia mxima disipable en funcin del valor de la resistencia para losresistores de las series VR37 y VR68. Se indican la tensin lmite y la potencia nominal.


39/60


_______________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________Pagina 4 de 9

Figura 4.Nomograma de estabilidad de los resistores de la serie VR37.

1) Si se escoge un resistor de cada serie y a ambos se les obliga a disipar la misma potencia en lasmismas condiciones, cul de ellos alcanzar una temperatura mayor? (0,5 puntos).

Ser el de la serie VR68 tal como se observa en la grfica de la figura 1, ya que la resistencia

trmica del VR68 es mayor que la del VR37 (recta de deswataje ms inclinada).

2) Sern los resistores de alguna de las dos series capaces de disipar 0,75 W de potencia a una

temperatura ambiente de 100C? En caso negativo, qu se debera hacer para lograrlo sin dejar de usaralgn resistor de las series mencionadas? (0,5 puntos).

No, ya que a 100C de temperatura ambiente las potencias mximas que pueden disipar los

componentes de la serie VR37 y VR68 son 0,3 y 0,65 W respectivamente.

La forma de aumentar la capacidad de disipar potencia a una temperatura ambiente dada es

colocar un disipador o radiador que disminuya la resistencia trmica.

3) Determine la resistencia crtica de la serie en ambos casos. En cul de las series el mecanismo dedisrupcin dielctrica comienza a actuar para un valor menor de resistencia? (0.5 puntos).

La resistencia crtica de serie se lee directamente en la figura 3. Es la abcisa del punto a partir

del cual el lmite pasa de ser por disipacin de potencia a ser por tensin mxima. Para la serie

VR68, Rc=50 My para la serie VR37, Rc=22 M.

En la serie VR37 la disrupcin dielctrica, es decir el lmite por tensin, comienza a una

resistencia menor de 22 Mfrente a los 50 Mde la serie VR68.


40/60


_______________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________Pagina 5 de 9

4) Considere los resistores de la serie VR37 de resistencia menor o igual a 1 M. Para unas condicionesde funcionamiento dadas (potencia disipada, temperatura ambiente y nmero de horas defuncionamiento), indique si los resistores que sufren una mayor variacin de su valor de resistencia porenvejecimiento son los de resistencia pequea o los de resistencia grande. (0.5 puntos).

Se observa en el tercer cuadrante del nomograma de estabilidad que los resistores de ms alto

valor tienen una variacin relativa de la resistencia mayor al envejecer en las mismas

condiciones. Incluso, para los resistores de valor mayor de 1 M tienen una escala de

variacin ms extensa.

5) Se selecciona un resistor de la serie VR37 de 2 M de resistencia. Dicho resistor debe funcionar deforma ininterrumpida durante 10000 horas disipando 0,25 W de potencia sin que el valor de su resistenciavare ms del 0,5 %. Ser posible lograrlo a la temperatura ambiente nominal? (1 puntos).

Para verificarlo, se traza el camino indicado en la figura 4 (reproducida ms abajo): partiendode una variacin mximo del 0,5% se pasa a la recta de 10000 horas y de ah a la de resistencia

>1My a la de temperatura ambiente de 70C. Por ltimo se ve la potencia a la que se verifica

esta situacin que resulta ser de 0,125 W. Luego la respuesta es NO.


41/60


_______________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________Pagina 6 de 9


Un resistor bobinado Rde valor nominal 1 se usa, junto con un voltmetro ideal (con impedancia de entradainfinita), para medir una corriente Ique puede tomar un valor mximo de 2 A (ver figura 5). Se trabaja a 25C detemperatura ambiente.

Voltmetro

V R

I

Voltmetro

V R

I

Figura 5.Diagrama del sistema de medida de la corriente I.

1) Calcular la potencia nominal a 25C que debe soportar el resistor R (0,5 puntos).

La potencia mxima que debera poder disipar el resistor R es PMAX = RI2 = 4 W.

2) Si el coeficiente de variacin de la resistencia con la temperatura (

) vale 100 ppm/C calcular el valorde la temperatura mxima a la que puede ponerse el cuerpo del componente para que la medida del valormximo de la corriente Ise vea afectado por un error menor del 1 %. (1,0 punto).

El error en la medida de la corriente viene dado por la variacin relativa de la resistencia de R

ya que se considera el voltmetro ideal (exento de error). As pues la resistencia de R no debe

de variar ms de 1%. Esta variacin viene dada por:

)(amb

N

TTR

R

Y la temperatura mxima pedida ser CRRTTN

amb 12501.010100

12516max

3) Calcular la resistencia trmica del resistor R para que se cumpla la condicin del apartado anterior(error menor del 1 % del valor mximo de I). (0,5 puntos).

El valor mnimo de resistencia trmica para que se cumpla la condicin dada se calcula para

que la temperatura mxima de 125C se alcance al disiparse la potencia mxima de 4 W.

WCPot

TT

R amb

TH /254

25125


42/60


_______________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________Pagina 7 de 9

APELLIDOS: NOMBRE:


En la figura 6 se muestra representado el modulo de la impedancia de un condensador de plstico en funcinde la frecuencia.

Frecuencia (Hz)

102 103 104 105 106 107

ModulodeZ()

0.1

1

10

100

1000

10000

Figura 6.Modulo de la impedancia del condensador en funcin de la frecuencia

Suponiendo que los diferentes parmetros que definen el comportamiento del componente no dependen de lafrecuencia, se pide, indicando el procedimiento de extraccin a partir de las curvas:

1) Modelo serie equivalente incluyendo elementos parsitos. (1,0 punto).

El modelo serie equivalente esta compuesto por una resistencia un condensador y una bobina

para poder explicar el cambio de tendencia que se produce en la variacin del modulo de la

impedancia con la frecuencia a 200 KHz:

Rs

Cs

LsRs

Cs

Ls


43/60


_______________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________Pagina 8 de 9

2) Los valores numricos de los componentes del modelo serie del apartado anterior. (0,5 puntos).

La expresin de la impedancia Z es:Csj

LsjRsZ

1

A baja frecuencia domina el termino de la capacidad por lo que el valor de la capacidad se

obtiene de la variacin del modulo de Z con la frecuencia a baja frecuencia donde dicho

modulo se puede aproximar por |Z|=1/Cs. Por ejemplo, a 103Hz de frecuencia, |Z|=1000 de

donde se calculaCs= 0,16 F.

A muy alta frecuencia, el termino que domina es el de la impedancia de la autoinduccin

parsita con |Z|= Ls. Por ejemplo, a 107Hz de frecuencia, |Z|=100 , de donde se calcula

Ls= 1.6 H.

Finalmente, el valor de Rs lo obtendremos cuando la parte imaginaria de la impedancia se haga

cero (Csj

Lsj

1

), justo en el mnimo de la curva de variacin del modulo de la

impedancia con la frecuencia |Z|= Rs. En el caso que nos ocupa Rs=0,2 .

2) La tangente del ngulo de perdidas a 10 kHz (0,5 puntos).

A 10 kHz, el comportamiento del componente es capacitivo por lo que la tangente del ngulo

de perdidas viene dada por RsCstg )( , que a dicha frecuencia toma un valor de

tg()=0.02


44/60

LABORATORIO DE ELECTRNICA BSICA Y COMPONENTESEXAMEN FINALFEBRERO2007COMPONENTES ELECTRNICOS

APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 1 de 9

LABORATORIO DE ELECTRNICA BSICA Y COMPONENTESEXAMEN FINALFEBRERO DE 2007


CUESTIN 1 (2.5 puntos):

Se quiere caracterizar un termistor midiendo sus caractersticas tensin-corriente en equilibrio trmico a dos temperaturasambientes diferentes entre 0 y 0.35mA.

a) Determine razonadamente si el coeficiente de temperatura del resistor es positivo o negativo. (0.5 puntos)

b) Determine el valor de los parmetros R25y B. (0.5 puntos)

c) Determine el valor de la resistencia trmica (RTH) que presenta el componente en el montaje. (0.5 puntos)

d) Si la temperatura mxima del componente (Tm) es de 155C, determine el valor de la potencia nominal (PNa 25C) y de laresistencia mnima (Rmn) que podra presentar el componente. (0,5 puntos)

e) Determine razonadamente cul es el valor de la tensin del generador mnima(VGmin) y la resistencia de carga necesaria(RCmax) para que el termistor alcance un valor de 5 en equilibrio trmico a una temperatura ambiente de 25C (0,5puntos)

CORRIENTE (A)

0,0 0,1 0,2 0,3

TENSIN

(V)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

TA=25C

TA

=75C

5

Q

P


45/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 2 de 9

a) El termistor medido presenta un coeficiente de temperatura negativo, es una NTC ya que calculando el valor de resistencia paralas dos temperaturas ambiente presentadas:

En la zona de baja disipacin, para T=25C (298K) el valor de resistencia es 100(0.1V, 0.01A) En la zona de baja disipacin, para T=75C (348K) el valor de resistencia es 17(0.5V, 0.03A)

b) El valor de R25ha sido determinado en el apartado anterior, 100. Para calcular el valor de B puede utilizarse, por ejemplo, lainterseccin de la tangente a la caracterstica I-V a 75C en la zona de baja disipacin sobre la caracterstica de 25C (punto P). Eneste punto:

Resistencia del componente: R=2.1V/0.13A=16 Temperatura del componente: 75C(348K) Potencia que disipa: P=V.I=2.1x0.13=0.273W

Aplicando la ecuacin caracterstica de la NTC:R(T)=R25*EXP B(1/Tc-1/298), B=Ln(16/100)/(1/348-1/298)=3800K

c) A partir de los datos obtenidos en el apartado anterior podemos comprobar que la NTC alcanza la temperatura de 75C al disipar

0.273W a una temperatura ambiente de 25C, por tanto:Rth=(75-25)/0.273=183.1 K/W

d) Si la temperatura mxima es de 155C la mxima potencia aplicable a 25C (potencia nominal) ser:PN=(155-25)/183.1=0.29 WA una temperatura de 155C (428K) el componente presentar una resistencia de:R(155C)=100*EXP 3800 (1/428-1/298)=2.08

e) Para garantizar que el termistor en equilibrio trmico queda polarizado para un valor de resistencia de 5 la recta de carga delcircuito de polarizacin debe cortar a la caracterstica I-V sobre ese valor de resistencia (punto Q). Adems, para que el valor detensin sea mnimo, la recta de carga debe ser tangente al mximo de la caracterstica I-V (recta en color verde). Resolviendogrficamente el valor de tensin es de VGmn=2.5V.La resistencia de carga necesaria ser: 2.5V=0.32A (5+RCmx), por tanto, RCmx=2.81


46/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 3 de 9

CUESTIN 2:

a) Obtenga los valores de los elementos integrantes del el circuito equivalente serie de este condensador a 60 C suponiendo quetanto la capacidad como la resistencia serie son independientes de la frecuencia y que no existen contribuciones parsitas

inductivas. Determine tambin el valor de tan a 400 Hz.(1 punto)

El circuito equivalente serie estar formado nicamente por la capacidad CSy la resistencia serie RS, ambos independientes de la

frecuencia de trabajo. El mdulo de la impedancia del condensador es ( ) 2S

2

S RCZ +=

.

Si la frecuencia es suficientemente baja, el trmino resistivo puede llegar a ser completamente despreciable frente al reactivo, de

modo que el mdulo de la impedancia se puede aproximar por ( ) 1SCZ

= . Puede comprobarse que, efectivamente, en la

regin de frecuencias bajas, la representacin grfica del mdulo de la impedancia frente a la frecuencia responde a este tipo dedependencia inversa entre ambas magnitudes. Tomando un punto cualquiera de dicha regin, por ejemplo { f = 400 Hz, Z = 4 },

o bien { f = 4000 Hz, Z = 0,4 }, se obtiene inmediatamente el valor de la capacidad, que es C S100 F.

Si la frecuencia es suficientemente alta, el trmino resistivo pasa a ser el dominante y la impedancia del componente (que ya nopuede considerarse un condensador) puede aproximarse por Z = RS. En la regin de altas frecuencias se observa que, en efecto,el mdulo de la impedancia es constante y su valor solamente depende de la temperatura. A una temperatura de 60 C se obtiene,por simple inspeccin de la figura, el valor de la resistencia serie, que es RS= 0,1 .

El valor de tan a 400 Hz es tan = CSRS.= ( 2400 ) rad/s 100 F 0,1 = 0,025.


47/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 4 de 9

b) Proponga y justifique, a partir de la informacin disponible, un circuito equivalente serie que modele el comportamiento de estecondensador a frecuencias prximas a 100 kHz. Calcule o estime, realizando las aproximaciones que considere oportunas, losvalores de todos los elementos que lo integran.(1,5 puntos)

En la regin de bajas frecuencias, la representacin grfica del mdulo de la impedancia frente a la frecuencia es la que

corresponde a un condensador en el que cualquier contribucin parsita puede considerarse despreciable y cuya impedancia puedeser, por tanto, aproximada mediante la expresin ( ) 1

SCZ

= . El punto { f = 400 Hz, Z 4 104 } permite obtener el valor

de la capacidad, que es CS10 nF.

A medida que aumenta la frecuencia, la contribucin de la componente capacitiva va hacindose cada vez ms pequea hasta que,a frecuencias suficientemente altas, llega incluso a ser despreciable frente a cualquier otra componente parsita existente.

En la regin de muy altas frecuencias, el mdulo de la impedancia muestra una dependencia del tipoS

LZ = , dependencia que

puede ser asociada a la existencia de una componente inductiva dominante causada por la inductancia de los propios terminalesdel componente. A partir del punto { f = 106Hz, Z 2000 } se deduce que LS 320 H.

A una frecuencia de 90 kHz existe un pico de resonancia en el mdulo de la impedancia del condensador. A esta frecuencia se

anula la componente reactiva de la impedancia, es decir, se cumple ( ) S

1

S LC =

. Puede comprobarse que, a la frecuencia

indicada, y usando los valores de los elementos deducidos anteriormente, se verifica la igualdad anterior, o, lo que es lo mismo,

( ) 2/1SS

CLf2

= . Puesto que la parte reactiva de la impedancia es nula a esta frecuencia, el nico trmino que puede

contribuir a la impedancia del condensador es el resistivo, cuyo valor es, por simple inspeccin de la figura, R S10 .

El circuito equivalente serie del condensador a frecuencias prximas a 100 kHz, a las que ningn elemento parsito esdespreciable, estar formado por la conexin en serie de un condensador de capacidad C S, una resistencia de valor RS y unabobina con coeficiente de autoinduccin LS. La expresin general del mdulo de la impedancia ser, sin despreciar ningn trmino,

( )( ) 2S

21

SS RCLZ +=

2000

400

40000

9104


48/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 5 de 9

PROBLEMA (5 puntos)

Se dispone de un resistor Rcuyas caractersticas se presentan en la tabla 1 y en la figura 1. Se aplica a este resistor una seal

peridica de pulsos rectangulares definida por un tiempo tp dentro del periodo Tp en que la tensin adquiere un valor Vp

permaneciendo el resto del tiempo dentro del periodo a cero voltios. La temperatura ambiente se mantiene siempre a 50 C.

1. Calcule, a partir de los datos suministrados la resistencia trmica del resistor, la mxima temperatura que puede soportar

su cuerpo y la constante de tiempo trmica. (1 punto)

De la pendiente de la curva de desvataje de la figura 1 se obtiene que la resistencia trmica es 1th WK6.66

P

TR =

= y la

temperatura mxima coincide con la del ambiente que no permite disipar potencia: 150 C

La constante de tiempo trmica es s017.06.661025.0RC 3thcalth ===

Se ajusta la seal para que el tiempo tpvalga 10 s y la frecuencia de repeticin valga 1 Hz.

2. Calcule la mxima amplitud Vpque pueden llegar a tomar los pulsos sin que se deteriore el componente. (1 punto)

La potencia disipada por un tren de pulsos como el descrito sobre la resistencia R es

p

p2p

T

t

R

VP =

A 50C de temperatura ambiente la mxima potencia disipable es de 1.5 W que se alcanzara con una tensin Vpde 3872 V que es

superior a los 100 Vde tensin nominal que, por tanto, es al mxima que se puede aplicar en estas condiciones.

3. Si la frecuencia de repeticin de los pulsos se fija en un valor de 10 kHz repita el apartado anterior. (1 punto)

Usando la misma expresin, la Vp que hace que se disipe 1.5 W es Vp = 38.73 V

4. Considrese el origen de tiempo t = t0 el instante en que todas la tensiones son nulas sobre el componente. En ese

instante t = t0 se aplica de forma brusca una tensin de 10 V que se retira en el instante t = t 1. Dibuje, de forma

aproximada y razonada, la evolucin con el tiempo de la temperatura del componente en los casos en que: (1 punto)

Con V = 10 V, la potencia disipada es de 1 W y la temperatura de equilibrio es de 116.6 C. La constate de tiempo de respuesta

trmica calculado en el apartado 1 es de 0.17 s.


49/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 6 de 9

a. t1 t0= 1 sAl ser 1 segundo varias veces mayor que la constante de tiempo, tras un ascenso exponencial, se alcanza prcticamente la

temperatura inicial. A partir de t1la temperatura desciende exponencialmente con la misma constante de tiempo.

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Tiempo (s)

Excesodetemperatura(K)

t1 - t0

= 0.017 s

b. t1 t0= 1 s

Al ser 1 s mucho menor que la constante de tiempo, el exceso de temperatura que se alcanza es despreciable, no aprecindose enel componente ninguna variacin de temperatura

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Tiempo (s)

Temperatura(C)

t1 - t0

T= Tamb

c. t1 t0= 2 msEl tiempo es pequeo pero suficiente como para que el componente eleve su temperatura una pequea fraccin (en este caso escerca de 8 C por encima del ambiente) esta subida la realiza entre t0 y t1 con la constante de tiempo trmica. a partir de t1 latemperatura vuelve a descender con la misma constante de tiempo hasta equilibrarse con la del ambiente.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

Tiempo (s)

Excesodetemperatura(K)

t1- t0

= 0.017 s

5. Indique mediante qu mtodo puede variarse la resistencia trmica y que valor ha de tomar este parmetro para que el

componente pueda soportar tensiones cuyo valor de pico mximo sea de 20 V independientemente del valor del ciclo de

trabajo de la seal de pulsos. (1 punto)

Para que el componente pueda soportar tensiones de pico de 20 V con el mximo ciclo de trabajo (tp= Tp) ha de soportar una

potencia de W410020

P2

== Por tanto su resistencia trmica ha de bajarse a un valor de 1th WK25450150

R =

= Esto

se puede hacer colocando un radiador con una resistencia trmica de 40 KW-1.


50/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 7 de 9

Parmetro

Valor Unidades

Resistencia elctrica 100

Tensin de ruptura 100 V

Capacidad trmica 0.25 mWs/K

Tabla 1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 25 50 75 100 125 150 175

Temperatura (C)

Potencia(W)

Figura 1


51/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 8 de 9


52/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 9 de 9


53/60

LABORATORIO DE ELECTRNICA BSICA Y COMPONENTESEXAMEN EXTRAORDINARIOJUNIO 2006COMPONENTES ELECTRNICOS

APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 1 de 8

LABORATORIO DE ELECTRNICA BSICA Y COMPONENTESEXAMEN EXTRAORDINARIOJUNIO DE 2006


CUESTIN 1 (3 puntos)

Se dispone de un condensador no polarizado de capacidad nominal 1F cuyas caractersticas se adjuntan.

Capacidad nominal CN 1 F

Tensin nominal VN 16 V

Mxima corriente eficaz de rizado IMAX 1 A

Constante de tiempo de autodescarga 103s

Frecuencia (Hz)

102 103 104 105 106

C/CN

(%)

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

Frecuencia (Hz)

102 103 104 105 106

ESR()

0.01

0.10

1.00

a) Determine los valores de los elementos del circuito equivalente serie y el factor de perdidas (tg) a una frecuencia de 60 kHz.(1 punto)

b) Determine la mxima amplitud de tensin senoidal de 60 kHz que puede soportar el condensador en sus bornes. (1 punto)

c) Valor mximo de la corriente continua que puede atravesar el condensador en cualquier condicin. (1 punto)


54/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 2 de 8


55/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 3 de 8

CUESTIN 2 (2 puntos)

Se dispone de un resistor variable con ley de variacin lineal cuyas caractersticas se resumen en siguiente tabla:

Resistencia nominal RN 1 k

Potencia nominal PN 2.5 W

Tensin nominal VN 100 V

Corriente mxima por cursor IC-MAX 20 mA

Tabla 1. Caractersticas del resistor variable

a) Determine el valor mximo de la corriente que puede atravesar el elemento resistivo con el cursor en circuito abierto. (1 punto)

Utilizando el resistor variable anterior se construye el circuito de la figura 1, donde el desplazamiento del cursor est limitado entre

el 10% y el 90% de su recorrido elctrico.

RL

I 0

RN

90%

10%

Figura 1. Montaje potenciomtrico

b) Determine el valor mximo de la corriente continua que puede proporcionar la fuente de corriente I0y el valor mnimo de laresistencia de carga RLadmisible en esas condiciones. (1 punto)


56/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 4 de 8


57/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 5 de 8

PROBLEMA (5 puntos)

Se utiliza un resistor no lineal NTC como sensor para construir un sistema que detecta cambios de medio (aire-lquido). Elfuncionamiento del sistema se basa en que la resistencia trmica del NTC depende del medio que lo rodea. La figura 1 muestra elcircuito de polarizacin del NTC, con V0=4V y R0=2. Entre los terminales A y B se encuentra conectado el circuito, cuyos detallesno son de inters, encargado de presentar al usuario la informacin sobre el medio en el que se encuentra inmerso el NTC a partirde la tensin VAB existente entre sus bornas. La figura 2 muestra dos curvas I-V del NTC en estado estacionario trmico quecorresponden a las resistencias trmicas que tiene el componente en contacto con el aire RT(A) o con el lquido RT(L). Ambascurvas corresponden a una temperatura ambiente de 25 C. Se supone que tanto el aire como el lquido se encuentran a dichatemperatura. La Tabla I resume algunos datos de inters del NTC.

1. Explique la razn por la que la curva I-V del NTC es independiente del medio en las proximidades del eje de coordenadas. (1punto)

2. Determine RT(L), la resistencia trmica del NTC sumergido en el lquido. (1 punto)

En lo sucesivo considere RT(L) = 50 K / W independientemente del resultado obtenido en el apartado anterior.

3. El NTC se encuentra inmerso en aire y en estado estacionario trmico. Dibuje sobre el grfico de la figura 2 la recta de carga.Marque claramente el punto de trabajo del termistor e indique los valores numricos de la corriente y de la tensin. Determinela temperatura a la que se encuentra el NTC. (1 punto)

4. El NTC es sumergido de forma brusca en el lquido. Indique en la figura 2 el punto de trabajo una vez alcanzada la nuevasituacin de equilibrio. Dibuje y explique la trayectoria que seguir el punto de trabajo durante el transitorio hasta alcanzardicha situacin. (1 punto)

5. En algn instante del rgimen transitorio del apartado anterior la tensin en bornas del NTC es 2 V. Determine en estascondiciones la resistencia esttica del componente, la potencia elctrica aplicada, la temperatura a la que se encuentra y la

potencia que est disipando. (1 punto)

DATOS DEL TERMISTOR

R25 = 30

B = 2500 K

RT(A) = 100 K / W

R0

NTC

V0

B

A

VAB

Figura 1. Circuito de polarizacin del NTC.


58/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 6 de 8

I NTC(A)0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

VNTC

(V)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

RT(A)

RT(L)

30 5

2

1

Tamb= 25C

Figura 2. Curvas I-V de equilibrio del NTC para dos resistencias trmicas distintas.

INTC

(A)0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

V

NTC

(V)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

RT(A)

RT(L)

30 5

2

1

Tamb= 25C

Repeticin de la figura 2 anterior


59/60


APELLIDOS: NOMBRE:

Pgina 7 de 8


60/60


APELLIDOS: NOMBRE:

parciales tecnologias electronicas

Documents

Transcript of parciales tecnologias electronicas