INSTITUTO TECNOLGICO DE MASSACHUSETTSDepartamento de Ingeniera Elctrica e Informtica

6.002 - Circuitos electrnicosOtoo 2000

Tarea para casa 8Boletn F00-041

Fecha de distribucin: 26/10/2000 - Fecha de entrega: 3/11/2000

Lecturas:

Ejercicio 8.1: captulo 13, ejercicio 1. Suponiendo que las constantes de tiempo RC sean pequeas (pgina 511).

Problema 8.1:

Lem E. Tweakit, un estudiante de penltimo ao del curso VI, desea controlar las luces de su habitacin desde sucomputadora. Propone utilizar una lnea de datos desde el puerto paralelo de la computadora para controlar las luces, ya que es ms fcil escribir un programa que controle la seal en el puerto paralelo. Un puerto paralelo TTL garantiza la transmisin de una seal ALTA superior a VOH = 2.4 Voltios y la transmisin de una seal BAJA inferior a VOL = 2.4 Voltios. Sin embargo, las luces son de 110 Voltios a 60 Hz AC y, por consiguiente, no puede controlarlas directamentedesde el puerto paralelo. Lem desea utilizar un rel para hacer que las luces funcionen, pero el nico rel que tiene en sucaja de trastos necesita de 100 mA para apagar el interruptor sin fallos. Lamentablemente, su puerto paralelo no puede suministrar en ningn sitio esa cantidad de corriente. Lem decide utilizar una etapa del MOSFET para controlar el rel,de forma que ste pueda controlar las luces. En la figura 1 se muestra la idea de Lem. Cuando su computadora transmiteuna seal ALTA, la corriente fluye a travs de la bobina del rel y el interruptor de la luz se conecta. Cuando la computadoratransmite una seal BAJA, la corriente se detiene y el interruptor de la luz se desconecta.

Nota: un rel es un conmutador controlado electromagnticamente que posee una bobina de cable que se convierte enimn cuando la corriente pasa a travs de ella. El imn se utiliza para mover una armadura de hierro que acciona unconmutador. Por supuesto, la bobina de cable posee inductancia y resistencia.

El MOSFET que utiliza Lem tiene una resistencia aproximada de RON = 5 Ohmios. sta tiene una tensin de umbral de aproximadamente VT = 1.5 Voltios. La bobina del rel tiene una inductancia de aproximadamente 1 Henry y una resistenciade aproximadamente 40 Ohmios. En la prctica, la tensin de salida de la computadora cambia instantneamente.

(A) Suponga que la salida de la computadora ha sido BAJA durante mucho tiempo y que luego se vuelve ALTA.Dibuje un grfico de la corriente en la bobina del rel en funcin dle tiempo. A qu hora se apagar el rel y se conectar la luz?

(B) Suponga que la salida de la computadora ha sido ALTA durante mucho tiempo y que luego se vuelve BAJA.Qu sucede con la tensin vDS que va desde el drenaje a la fuente del MOSFET? (Sugerencia: considere lo que sucedecon la corriente en la bobina del rel en el momento de la transicin. Qu le dice eso acerca de la tensin a travs de la bobina del rel en el momento de la transicin?) Debera estar echando humo? Su respuesta a este apartado debe consistir nicamente en unas frases breves.

(C) Suponga que Lem coloca un diodo a travs de la bobina del rel, como se muestra en la figura 2.Dibuje un grfico de la corriente en la bobina del rel en funcin del tiempo, comenzando en el momento

en que la salida de la computadora desciende de ALTO a BAJO.

Nota: un diodo es un dispositivo de dos terminales que puede modelarse, en este problema en concreto, conuna caracterstica:

(v < 0.6 y i = 0) o (v = 0.6 y i > 0)

++

+5 Voltios

Circuitocontrolado

Figura 1

Relay

Computadora

++

+5 Volt.

Circuitocontrolado

Relay

Figura 2

i

v0.6

Computadora

(D) En el caso del circuito que tiene un diodo instalado, dibuje un grfico de la tensin a travs de la bobina deinductancia del rel y un grfico de la tensin vDS a travs del MOSFET para el mismo periodo de tiempo. Cmo resuelve el diodo el problema planteado en el apartado B?

Problema 8.2: captulo 12, problema 4 (pginas 481-482).

Problema 8.3: captulo 13, problema 1, apartados a), c) y e) (pginas 512-514).

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