7.9: Problemas

7.9.1: Preguntas de revisión

1. ¿Cuáles son las ventajas de los rectificadores activos frente a los rectificadores pasivos?

2. ¿Cuáles son las desventajas de los rectificadores activos frente a los rectificadores pasivos?

3. ¿Qué es un detector de picos?

4. ¿Qué es un limitador?

5. ¿Cuál es la función de una clamper?

6. ¿Cuáles son las diferencias entre los clampers activos y pasivos?

7. ¿Qué es un circuito generador de función de transferencia y para qué sirve?

8. Explicar cómo se podría usar un circuito de función para linealizar un transductor de entrada.

9. ¿Qué es un disparador Schmitt?

10. ¿Cuál es la ventaja de un comparador tipo Schmitt frente a un comparador ordinario de amplificador operacional de bucle abierto?

11. ¿Cuáles son las ventajas de los comparadores dedicados como el LM311 frente a los comparadores de amplificador operacional ordinario?

12. ¿Cómo se forman los amplificadores log y anti-log?

13. ¿Cuál es el efecto de pasar una señal a través de un amplificador log o anti-log?

14. ¿Qué es un multiplicador de cuatro cuadrantes?

15. ¿Cómo se podría usar un multiplicador?

16. ¿Cuál es la diferencia entre un multiplicador y un VCA?

7.9.2: Problemas

Problemas de análisis

1. Esboce la salida de la Figura 7.2.2 si la entrada es una onda triangular pico de 100 Hz y 2 V.

2. Repita el Problema 1 para una entrada de onda cuadrada.

3. Esbozar la salida de la Figura 7.2.8 si\(R_f\) = 20 k\(\Omega\) y\(R_i\) = 5 k\(\Omega\). Supongamos que\(V_{in}\) es una onda triangular pico de 0.5 V.

4. Repita el Problema 3, pero con el diodo invertido.

5. Esbozar la salida de la Figura 7.2.9 si\(C\) = 50 nF y\(R\) = 5\(\Omega\) M. Supongamos que la entrada es un pulso pico de 1 V con un ciclo de trabajo del 10%. La frecuencia de entrada es de 1 kHz.

6. Repita el problema 5 con el diodo invertido

7. Esbozar la salida de la Figura 7.2.14 si\(R\) = 25 k\(\Omega\) y\ (V_ {in} = 2 sin 2\ pi 500 t.

8. Repita el problema 7 con\(V_{in}\) igual a una onda cuadrada pico de 3 V.

9. Dibuje la salida de la Figura 7.2.15 si los diodos están invertidos. Supongamos que\(V_{in}\) es una onda sinusoidal de pico a pico de 100 mV a 220 Hz.

10. En la Figura 7.3.5, supongamos que\(R\) = 10 k\(\Omega\),\(R_l\) = 1 M\(\Omega\),\(C\) = 100 nF y\(V_{offset}\) = 2 V. Esbozar la salida para una entrada de onda sinusoidal de pico de 10 kHz 1 V.

11. Esbozar la salida de la Figura 7.3.9 si\(R_i\) = 10 k\(\Omega\),\(R_f\) = 40 k\(\Omega\) y el potencial Zener es 3.9 V. La señal de entrada es una onda sinusoidal de pico de 2 V.

12. Dibuje la curva de transferencia para el circuito del Problema 11.

13. En la Figura 7.4.1, esbozar la curva de transferencia\(R_i\) si= 5 k\(\Omega\),\(R_f\) = 33 k\(\Omega\),\(R_a\) = 20 k\(\Omega\) y\(V_{Zener}\) = 5.7 V.

14. Esboce la salida del circuito en Problema 13 para una señal de entrada igual a una onda triangular pico de 2 V.

15. Repita el Problema 14 con una entrada de onda cuadrada.

16. Si\(R_i\) = 4 k\(\Omega\),\(R_a\) = 5 k\(\Omega\),\(R_f\) = 10 k\(\Omega\), y\(V_z\) = 2.2 V en la Figura 7.4.3, determine la impedancia mínima y máxima de entrada.

17. Dibuja la curva de transferencia para el circuito del Problema 16.

18. Esboce el voltaje de salida para el circuito del Problema 16 si la señal de entrada es una onda triangular pico de 3 V.

19. Esbozar la curva de transferencia para el circuito de la Figura 7.4.4 si\(R_i\)\(R_f\) = 1 k\(\Omega\), = 10 k\(\Omega\),\(R_a\) = 20 k\(\Omega\),\(R_b\) = 18 k\(\Omega\),\(V_{Zener-a}\) = 3.9 V, y\(V_{Zener-b}\) = 5.7 V.

20. Esboce la salida del circuito en Problema 19 si la entrada es una onda triangular pico de 1 V.

21. Si\(R_1\) = 10 k\(\Omega\) y\(R_2\) = 33 k\(\Omega\) en la Figura 7.5.3, determine los umbrales superior e inferior si las fuentes de alimentación son de\(\pm\) 15 V.

22. Determinar los umbrales superior e inferior para la Figura 7.5.4 if\(R_1\) = 4.7 k\(\Omega\) y\(R_2\) = 2.2 k\(\Omega\), con fuentes de alimentación de\(\pm\) 12 V.

23. Esboce la salida de la Figura 7.5.9 if\(V_{in} = 2 \sin 2 \pi 660 t\)\(V_{ref} = 1 V DC\),, y\ (V_ {strobe} = 5 V DC.

24. Repita el Problema 23 para\(V_{strobe}\) = 0 V CC.

25. Determinar el resultado de la Figura 7.6.1 si\(V_{in} = 0.1 V\),\(R_i = 100 k\Omega\), y\(I_s = 60 nA\).

26. Determinar el resultado de la Figura 7.6.3 si\(V_{in} = 300 mV\),\(R_f = 20 k\Omega\) y\(I_s = 40 nA\).

27. Esboce la señal de salida de la Figura 7.6.6 if\(V_{in} = 2 \sin 2 \pi 1000 t\),\(K\) = 0.1, y\(V_{control} = 1 V\) CC, -2 V CC y 5 V CC.

28. Esbozar la salida de la Figura 7.6.7 si\(V_{in} = 1 \sin 2 \pi 500 t\), y\(K\) = 0.1.

29. Esbozar la salida de la Figura 7.6.8 si\(V_{in} = 5 \sin 2 \pi 2000 t\),\(K\) = 0.1,\(V_x\) = 4 V DC, y\(R_1\) =\(R_2\) = 10 k\(\Omega\).

Problemas de diseño

30. Determinar los valores de\(R\) y\(C\) en la Figura 7.2.9 para que el giro de la etapa 1 sea de al menos 1V/μs, junto con una constante de tiempo de 1 ms. Supongamos que el amplificador operacional 1 puede producir al menos 20 mA de corriente.

31. En la Figura 7.3.3, supongamos que\(C\) = 100 nF. Determine un valor apropiado para Rl si la señal de entrada es de al menos 2 kHz. Utilice un factor de constante de tiempo de 100 para sus cálculos.

32. Determinar nuevos valores para\(R_a\) y\(R_f\) en el Problema 13, de manera que las pendientes sean -5 y -3.

33. Determine nuevos valores de resistencia para el circuito de la Figura 7.4.3 de tal manera que las pendientes sean -10 y -20. La impedancia de entrada debe ser de al menos 3 k\(\Omega\).

34. Determine los valores de resistencia requeridos en la Figura 7.4.7 para producir pendientes de -5, -8 y -12, si la impedancia de entrada debe ser de al menos 1 k\(\Omega\).

35. Determine los valores de resistencia requeridos en la Figura 7.4.12 para\(S_0\) = -1,\(S_1\)\(S_{-1}\) = = -5,\(S_2\) =\(S_{-2}\) = -12. También\(V_1\) = |\(V_{-1}\) | = 3 V, y\(V_2\) = |\(V_{-2}\) | = 4 V. Uso\(R_f\) = 20 k\(\Omega\).

36. Dibuje la curva de transferencia para Problema 35.

37. Determine un valor para\(R_i\) en la Figura 7.6.1 para que una entrada de 3 V produzca una salida de 0.5 V. Supongamos\(I_s\) = 60 nA.

38. Determine un valor para\(R_f\) en la Figura 7.6.3 tal que una entrada de 0.5 V produzca una salida de 3 V. Supongamos\(I_s\) = 40 nA.

39. Si el multiplicador de la Figura 7.6.8 puede producir una corriente máxima de 10 mA, ¿cuáles deberían ser los tamaños mínimos de\(R_1\) y\(R_2\) ser? (Supongamos suministros de\(\pm\) 15 V).

Problemas de desafío

40. Suponiendo que en la Figura 7.2.14 se utilizan resistencias al 5%, se determina el desajuste de peor caso entre las dos mitades de la señal rectificada.

41. Diseñe un circuito que ilumine un LED si la señal de entrada está más allá del pico de\(\pm\) 5 V. Asegúrese de incluir algún tipo de elemento de estiramiento de pulsos para que el LED permanezca visible para picos de corta duración.

42. Un transductor de presión produce una salida de 500 mV por atmósfera hasta 5 atmósferas. De 5 a 10 atmósferas, la salida es de 450 mV por atmósfera. Por encima de 10 atmósferas, la salida cae a 400 mV por atmósfera. Diseñar un circuito para linealizar esta respuesta usando la forma Zener

43. Repita el problema anterior usando la forma de diodo polarizado.

44. Diseñar un circuito para producir la característica de transferencia mostrada en la Figura\(\PageIndex{1}\)

45. Esbozar la forma de onda de salida de la Figura 7.5.4 if\(R_1\) = 22 k\(\Omega\),\(R_2\) = 4.7 k\(\Omega\), y\(V_{in} = 2 + 8 \sin 2 \pi 120 t\). Supongamos que las fuentes de alimentación son de\(\pm\) 15 V.

Figura\(\PageIndex{1}\)

46. Determinar la salida de la Figura 7.6.5 si\(K = 0.1\),\(V_x = 1 \sin 2 \pi 440 t\), y\(V_y = 3 \sin 2 \pi 200000 t\).

Problemas de simulación por computadora

47. En trabajos anteriores se señaló que el uso de un modelo de dispositivo inapropiado puede producir simulaciones por computadora que están muy fuera de marca. Una manera fácil de ver esto es simular el circuito de la Figura 7.2.2 utilizando un modelo preciso (como la simulación 741 presentada en el capítulo) y un modelo simple (como la versión de fuente de voltaje controlado presentada en el Capítulo 2). Ejecuta dos simulaciones de este circuito para cada uno de estos modelos. Una simulación debe usar una frecuencia de entrada más baja, como 1 kHz, y la segunda simulación debe usar una frecuencia más alta donde las diferencias en los modelos sean muy evidentes, como 500 kHz.

48. Simule el circuito diseñado en el Problema 30 usando una entrada de onda cuadrada. Realizar la simulación para varias frecuencias de entrada diferentes entre 10 Hz y 10 kHz. ¿Las formas de onda resultantes exhiben las formas adecuadas?

49. Realizar simulaciones para el circuito de la Figura 7.2.14. Usar\(R = 12\) k\(\Omega\). Para la forma de onda de entrada, use ondas sinusoidales y cuadradas, siendo cada una de ellas pico de 1 V a 200 Hz.

50. Las tolerancias de los componentes pueden afectar directamente la precisión de rectificación del circuito de onda completa que se muestra en la Figura 7.2.14. Este efecto es más fácil de ver usando una entrada de onda cuadrada. Si las porciones positiva y negativa de la señal de entrada ven ganancias idénticas, la salida del circuito será un nivel de CC. Cualquier inexactitud o desajuste producirá una pequeña onda cuadrada que se extiende en este nivel de CC. Este efecto se puede simular utilizando la opción de análisis Monte Carlo. Si el análisis Monte Carlo no está disponible en su sistema, aún puede ver el efecto alterando manualmente los valores de resistencia dentro de una banda de tolerancia preestablecida para cada una de una serie de ejecuciones de simulación.

51. Utilizar un simulador para verificar los resultados del limitador examinado en el Ejemplo 7.3.2.

52. Utilice un simulador para verificar la respuesta del circuito que se muestra en la Figura 7.4.7. Para el estímulo, use una onda triangular de baja frecuencia de 4 V de amplitud pico. ¿La forma de onda resultante exhibe las mismas “esquinas” duras que se muestran en la curva de transferencia de la Figura 7.4.7?