Fisica General Burbano

PROBLEMAS 725
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7. La distancia entre el cátodo y el ánodo de un diodo es de 5 mm.
Cuando la diferencia de potencial es de 100 V, la densidad de corriente
es de 20 mA/cm 2 . Calcular: 1) La densidad de carga en las proximidades
del ánodo. 2) El número de electrones por milímetro cúbico en esa
zona.
8. Una válvula diodo presenta una resistencia de 1 kW cuando se le
aplica una tensión de placa de 50 V. Calcular la intensidad de corriente
que circulará cuando la tensión aplicada sea de 100 V, suponiendo que
trabaja en la zona de carga espacial.
9. La energía cinética de los electrones que llegan al ánodo de un
diodo se disipa en forma de calor. La potencia disipada ¿es proporcional
al cuadrado de la intensidad, como ocurre en una resistencia eléctrica?
10. En un triodo los electrones son emitidos por el cátodo con una
velocidad de 10 6 m/s. Calcular la menor tensión negativa de rejilla que
hace nula la corriente de placa.
11. En un triodo la tensión de placa es de 100 V y la de rejilla – 3
V. Si el cátodo emite un electrón con una velocidad de 2 × 10 6 m/s, calcular:
1) Su velocidad al atravesar la rejilla. 2) Su energía cinética al llegar
a la placa.
12. En el circuito de la figura los amperímetros indican I 1
= 4 mA, I 2
= 0, el voltímetro marca 2 V, la resistencia R 1
es de 10 kW y la batería tiene
una FEM de 100 V y resistencia interna despreciable. Calcular: 1) El
valor de la resistencia R 2
. 2) La diferencia de potencial entre el ánodo y
el cátodo. 3) La resistencia interna del triodo.
Problema XXIX-12.
13. Experimentalmente se miden en un triodo las siguientes ternas
de valores: A) V p
= 100 V; V g
= – 2 V; I p
= 5 mA. B) V p
= 100 V; V g
= – 3 V;
I p
= 3 mA. C) V p
= 110 V; V g
= – 2 V; I p
= 6 mA. Calcular: 1) La resistencia
de placa. 2) La transconductancia. 3) El factor de amplificación.
14. Las características V p
– I p
de un triodo son las de la figura. El
punto de operación se elige en V p
= 125 V, V g
= – 1 V. Calcular: 1) La
transconductancia. 2) La resistencia de placa. 3) El factor de amplificación.
15. El comportamiento de un triodo se puede representar con una
buena aproximación mediante la ley de Child generalizada: I p
= B (V p
+
m V g
) 3 / 2 . 1) Demostrar que a partir de esta expresión se deduce la relación
de Barkhausen entre las tres características del triodo. 2) Calcular B
para el triodo del problema anterior.
16. La ley de Child generalizada para el triodo de la figura se expresa:
I p
= 1,7 × 10 – 6 (V p
+ 100 V g
) 3 / 2 . Se polariza en el punto de funcionamiento
Q en el que V p
= 250 V y V g
= – 1,5 V. En dicho punto, calcular:
1) La resistencia de placa. 2) La transconductancia. 3) Probar que
estos valores verifican la relación de Barkhausen. 4) Si la resistencia R
es de 100 kW, ¿cuál ha de ser la tensión de polarización E A
para que el
punto Q sea el indicado antes?
Problema XXIX-16.
Problema XXIX-14.
B) SEMICONDUCTORES
17. La concentración de portadores en el silicio puro tiene los siguientes
valores aproximados, para las temperaturas que se indican:
n i
; 2 × 10 10 cm –3 a T = 300 K; n i
; 8 × 10 12 cm –3 a T = 400 K y
n i
; 3 × 10 15 cm –3 a T = 675 K. Dada una muestra de silicio impurificada
con 10 13 átomos de galio por cada centímetro cúbico, calcular la concentración
aproximada de electrones libres y huecos para cada una de
las temperaturas citadas, y razonar, en función de esas concentraciones,
si la muestra se comportará como un semiconductor intrínseco o extrínseco.
18. 1) Obtener una expresión exacta para la concentración p de
huecos en un semiconductor N, en función de la concentración de impurezas,
N D
, y la de portadores intrínsecos n i
. 2) Lo mismo para n en
función de N A
y n i
, en un semiconductor P.
19. A una cierta temperatura un semiconductor tiene una concentración
de 10 15 electrones/cm 3 y de 2 × 10 14 huecos/cm 3 . 1) ¿Qué tipo
de impurezas predomina? 2) Calcular la concentración neta de impurezas.
3) Calcular la concentración de portadores que tendrá el semiconductor
sin impurezas, a esa temperatura.
20. Supongamos un diodo de unión polarizado con una tensión directa
V 0
, a la que corresponde una intensidad I 0
que supondremos mucho
mayor que la de saturación. Demostrar que al superponer a V 0
una
tensión alterna de pequeña amplitud, el diodo se comporta como un VA-
RISTOR, es decir, como una resistencia variable.
21. Las anchuras de la banda prohibida en el germanio, silicio y
arseniuro de galio son, respectivamente, de 0,72, 1,12 y 1,40 eV. Calcular
la menor frecuencia de la radiación en los fotodiodos construidos con
cada uno de esos materiales.
C) AMPLIFICADORES
22. Se conecta un triodo con el cátodo a tierra en el circuito de la
figura A, en el que v 1
es la tensión proporcionada por un oscilador de
baja frecuencia. Para el estudio de las señales se prescinde de las baterías
de polarización y, si la frecuencia es baja, no se consideran las capacidades
interelectródicas; con todo ello el circuito equivalente es el de
la figura B, en la que se ha sustituido el trayecto placa-cátodo por la resistencia
de placa en serie con un generador de tensión de valor mV g
. En
esta etapa amplificadora, calcular: 1) La ganancia en tensión. 2) La
impedancia de entrada. 3) La impedancia de salida.
Problema XXIX-22-A.
Problema XXIX-22-B.
23. Responder a las mismas cuestiones del problema anterior para
el circuito del triodo con rejilla a tierra de la figura.
24. Un transitor PNP se conecta como amplificador, en base
común, en el circuito de la figura A. La fuente v 1
es un oscilador de baja
frecuencia. El circuito equivalente para señales de baja frecuencia es el
de la figura B, en la que r E
, r B
y r C
son las resistencias propias del emisor,
base y colector, respectivamente, y en la que se representa la corriente