Guía de Estudio: Elementos Electrónicos

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Guía de estudios - Elementos Electrónicos INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL CENTRO DE ESTUDIOS CIENTÍFICOS Y TECNOLÓGICOS No. 3 "ESTANISLAO RAMÍREZ RUÍZ" GUÍA DE ESTUDIOS PARA EVALUACIÓN EXTRAORDINARIA UNIDAD DE APRENDIZAJE: ELEMENTOS ELECTRÓNICOS Programa académico: Técnico en Sistemas Digitales Propósito: Orientar la preparación de estudiantes que presentarán evaluación extraordinaria por no haber acreditado la unidad de aprendizaje durante el periodo ordinario. "La electrónica se aprende paso a paso: cada cálculo correcto, cada gráfica bien trazada y cada error corregido te acercan a acreditar y dominar la tecnología.

Confía en tu esfuerzo y demuestra lo que has aprendido." Temas integrados: Diodos semiconductores, LED, Zener, rectificadores, BJT como conmutador y amplificador, JFET, polarización, curvas características y punto Q. Tiempo sugerido de solución: 3 horas. Se recomienda resolver primero los reactivos teóricos y después los procedimentales, justificando cálculos en el cuaderno.

Fórmulas y relaciones de apoyo Concepto Fórmula Ley de Ohm V = I R Potencia eléctrica P = V I = I^2 R = V^2/R Corriente en diodo Zener sin carga IZ = (VS - VZ)/RS Corriente de carga en regulador Zener IL = VZ/RL BJT β = IC/IB BJT IE = IC + IB IC BJT emisor común VCE = VCC - IC RC - IE RE Resistencia de base RB = (VIN - VBE)/IB BJT como conmutador IB IC/β JFET Shockley ID = IDSS(1 - VGS/VP)^2 Autopolarización JFET VGS = -ID (RS) Voltajes JFET VDS = VD - VS Drenador JFET VD = VDD - ID RD Rectificador media onda ideal Vprom Vp/π Rectificador onda completa ideal Vprom 2Vp/π Indicaciones generales Cada reactivo tiene cinco opciones; seleccione solo una respuesta.

Use unidades eléctricas correctas: V, A, mA, µA, ohm, kohm, W. Para los problemas con semiconductores, considere aproximaciones habituales: diodo de silicio 0.7 V, BJT VBE 0.7 V, salvo que el reactivo indique otro dato. Sección I. Reactivos teóricos de nivel medio y avanzado 1. En un semiconductor intrínseco de silicio a temperatura ambiente, ¿qué afirmación describe mejor su conducción? A) La conducción se debe únicamente a electrones libres aportados por impurezas donadoras. B) La conducción se debe a electrones y huecos generados térmicamente en cantidades aproximadamente iguales.

Guía de estudios - Elementos Electrónicos C) La conducción ocurre porque todos los enlaces covalentes se rompen de forma permanente. D) La conducción se debe únicamente a huecos producidos por átomos aceptores. E) No existe conducción porque el silicio puro siempre se comporta como aislante ideal. 2. ¿Qué característica distingue a un material semiconductor tipo N? A) Tiene huecos como portadores mayoritarios por dopaje con átomos trivalentes. B) Tiene electrones como portadores mayoritarios por dopaje con átomos pentavalentes. C) No posee portadores minoritarios de carga. D) Está formado exclusivamente por material aislante. E) Su conducción depende únicamente de la corriente de compuerta.

3. En una unión PN sin polarización externa, la región de agotamiento se forma principalmente porque: A) Los electrones y huecos se recombinan cerca de la unión, dejando iones fijos. B) El material tipo P se convierte completamente en conductor metálico. C) La fuente externa empuja electrones hacia el ánodo. D) La resistencia interna del diodo se vuelve cero. E) El encapsulado impide el flujo de corriente. 4. Un diodo semiconductor polarizado directamente conduce significativamente cuando: A) El cátodo está a mayor potencial que el ánodo y la barrera aumenta. B) El ánodo está a mayor potencial que el cátodo y se supera aproximadamente el voltaje umbral.

C) El voltaje inverso supera la tensión Zener. D) La corriente de fuga se hace igual a cero. E) El diodo se conecta sin resistencia limitadora. 5. ¿Cuál es la función principal de una resistencia en serie con un LED? A) Aumentar indefinidamente el brillo del LED. B) Convertir corriente alterna en corriente directa. C) Limitar la corriente para evitar daño por sobrecorriente. D) Hacer que el LED trabaje siempre en polarización inversa. E) Eliminar la caída de tensión directa del LED. 6. Un diodo Zener se utiliza como regulador de voltaje porque: A) En polarización directa su tensión siempre es de 0 V.

B) En ruptura inversa mantiene aproximadamente constante su voltaje dentro de un rango de corriente. C) Su corriente de fuga es siempre mayor que la corriente de carga. D) No requiere resistencia limitadora de corriente. E) Solo funciona con señales digitales de alta frecuencia. 7. Al interpretar una hoja de especificaciones de un diodo, el parámetro IF máximo indica: A) La corriente directa máxima permitida sin exceder condiciones seguras. B) La corriente inversa mínima necesaria para apagar el diodo. C) El voltaje de ruptura del encapsulado plástico. D) La temperatura a la cual el diodo deja de ser semiconductor. E) La potencia que consume el circuito completo.

Guía de estudios - Elementos Electrónicos 8. En un rectificador de onda completa, comparado con uno de media onda, se espera: A) Menor aprovechamiento de la señal de entrada. B) Salida con pulsos en ambos semiciclos de la señal de CA. C) Ausencia total de rizo sin capacitor. D) Corriente nula en la carga. E) El uso obligatorio de un transistor BJT. 9. En un transistor BJT NPN trabajando en región activa, las uniones se polarizan típicamente como: A) Base-emisor inversa y base-colector directa. B) Base-emisor directa y base-colector inversa. C) Ambas uniones inversas. D) Ambas uniones directas. E) Base-emisor sin polarización y base-colector directa. 10.

¿Qué representa la ganancia de corriente beta (β) de un BJT? A) La relación entre corriente de colector e intensidad luminosa. B) La relación entre corriente de colector y corriente de base. C) La relación entre voltaje Zener y corriente de emisor. D) La resistencia interna entre drenador y fuente. E) La frecuencia máxima del diodo LED. 11. Para usar un BJT como conmutador saturado, se busca que: A) El transistor opere en corte durante todo el tiempo. B) La base reciba corriente suficiente para que VCE sea muy pequeño. C) La unión base-emisor esté siempre en polarización inversa. D) La corriente de colector sea cero aunque haya carga. E) El colector no tenga conexión a la fuente. 12.

En un BJT como amplificador de emisor común, el punto Q es importante porque: A) Define el punto de operación de CD para permitir amplificación sin recorte excesivo. B) Elimina la necesidad de fuente de alimentación. C) Hace que β sea siempre igual a 1. D) Impide que circule corriente por el colector. E) Convierte automáticamente CA en CD regulada. 13. ¿Qué condición corresponde al corte de un BJT usado como interruptor? A) IB suficiente e IC máxima. B) IB aproximadamente cero e IC aproximadamente cero. C) VCE aproximadamente cero por saturación. D) La unión base-emisor en directa con alta corriente. E) La carga conectada directamente entre base y emisor.

Guía de estudios - Elementos Electrónicos 14. En una configuración de emisor común, la señal de salida respecto a la entrada normalmente se encuentra: A) En fase. B) Invertida 180 grados. C) Sin cambio de amplitud ni fase. D) Convertida en onda cuadrada obligatoriamente. E) Desplazada 90 grados por la unión PN. 15. El símbolo de un transistor PNP se identifica porque la flecha del emisor: A) Apunta hacia afuera del transistor. B) Apunta hacia adentro del transistor. C) Se dibuja en el colector. D) No existe en el símbolo PNP. E) Apunta siempre hacia la base en los NPN y PNP. 16. Un JFET es un dispositivo controlado principalmente por: A) Corriente de base. B) Voltaje entre compuerta y fuente.

C) Corriente de compuerta directa alta. D) Potencia disipada en el LED. E) Voltaje Zener del drenador. 17. En un JFET de canal N, al hacer más negativo VGS dentro de su rango de operación: A) Aumenta ID hasta superar IDSS. B) Disminuye ID por el ensanchamiento de la región de agotamiento. C) La compuerta conduce como un diodo directo. D) El canal se convierte en tipo P permanentemente. E) La resistencia de fuente desaparece. 18. La ecuación de Shockley en un JFET relaciona principalmente: A) ID con VGS, IDSS y VP. B) IC con IB y VBE. C) IZ con VZ y PZ únicamente. D) VF con color del LED exclusivamente. E) VDD con la potencia del transformador. 19.

En un JFET de canal N, cuando VGS = 0 V, la corriente de drenador ideal en saturación se aproxima a: A) 0 A. B) IGSS. C) IDSS. D) VGS/RS. E) VDD/RG. Guía de estudios - Elementos Electrónicos 20. La autopolarización de un JFET utiliza una resistencia en la fuente principalmente para: A) Generar un VGS negativo de forma automática por la caída de voltaje en RS. B) Aumentar la corriente de compuerta al máximo. C) Polarizar directamente la unión compuerta-canal. D) Sustituir por completo la resistencia de drenador. E) Convertir el JFET en un BJT. 21.

La recta de carga de CD en un circuito con transistor permite: A) Ubicar las combinaciones posibles de corriente y voltaje impuestas por la fuente y resistencias. B) Medir directamente la temperatura del encapsulado. C) Eliminar la curva característica del dispositivo. D) Determinar el color del LED conectado. E) Evitar el uso de unidades eléctricas. 22. En un JFET, la compuerta normalmente se polariza en inversa para: A) Mantener muy baja la corriente de compuerta y controlar el ancho del canal. B) Permitir una corriente de compuerta mayor que la corriente de drenador. C) Eliminar la región de agotamiento. D) Hacer que el canal conduzca sin depender de VGS.

E) Convertir la unión PN en una resistencia fija. 23. Al elegir un transistor en una hoja de datos para una aplicación, ¿qué conjunto de parámetros es más relevante? A) Solo el color del encapsulado y el fabricante. B) Voltajes máximos, corrientes máximas, potencia, ganancia y tipo de encapsulado. C) Únicamente el precio del componente. D) La longitud de las terminales sin considerar límites eléctricos. E) El valor de una resistencia externa cualquiera. 24. En electrónica sustentable y responsable, una buena práctica al construir circuitos es: A) Ignorar la potencia de los componentes si el circuito funciona unos segundos.

B) Seleccionar componentes dentro de sus límites, evitar desperdicios y reutilizar materiales cuando sea seguro. C) Aumentar la corriente de todos los LED para obtener más brillo. D) Conectar semiconductores sin verificar terminales. E) Desechar componentes funcionales después de cada práctica. 25. ¿Qué diferencia básica existe entre BJT y JFET? A) El BJT se controla principalmente por corriente de base y el JFET por voltaje VGS. B) El JFET siempre requiere corriente de compuerta mayor que la de colector. C) El BJT no tiene regiones de operación. D) El JFET solo funciona como diodo Zener. E) Ambos tienen terminales idénticas: ánodo, cátodo y compuerta.

Guía de estudios - Elementos Electrónicos Sección II. Reactivos procedimentales. 1. Un LED rojo tiene VF = 2 V y se conecta a una fuente de 9 V con corriente deseada de 20 mA. ¿Qué resistencia serie se requiere? A) 100 ohm B) 220 ohm C) 350 ohm D) 700 ohm E) 1.2 kohm 2. Un diodo de silicio conduce con caída aproximada de 0.7 V. Si una fuente de 12 V alimenta una resistencia de 1 k en serie con el diodo, ¿cuál es la corriente aproximada? A) 0.7 mA B) 5.3 mA C) 11.3 mA D) 12.7 mA E) 17.1 mA 3. Un Zener de 5.1 V se alimenta con 12 V mediante una resistencia de 330 sin carga. ¿Cuál es la corriente aproximada por el Zener? A) 5.1 mA B) 10.9 mA C) 20.9 mA D) 36.4 mA E) 66 mA 4.

Se desea limitar la corriente de un Zener de 6.2 V a 15 mA usando una fuente de 15 V. ¿Qué resistencia serie aproximada se requiere? A) 220 ohm B) 390 ohm C) 587 ohm D) 1 kohm E) 2.2 kohm 5. Un rectificador de media onda con entrada senoidal de 12 Vp y diodo ideal alimenta una carga. ¿Cuál es el valor promedio aproximado de salida? A) 3.82 V B) 5.40 V C) 7.64 V D) 12 V E) 16.97 V 6. Un rectificador de onda completa ideal tiene una señal de 10 Vp. ¿Cuál es su voltaje promedio aproximado? A) 3.18 V B) 5.00 V C) 6.37 V D) 10 V Guía de estudios - Elementos Electrónicos E) 14.14 V 7. Un diodo Zener de 9.1 V regula una carga de 1 k . ¿Cuál es la corriente de carga?

A) 0.91 mA B) 9.1 mA C) 11 mA D) 91 mA E) 110 mA 8. Un LED azul de 3.2 V trabaja a 15 mA con fuente de 12 V. ¿Cuál es la resistencia comercial más cercana para limitar corriente? A) 100 ohm B) 220 ohm C) 330 ohm D) 560 ohm E) 1 kohm 9. Un diodo rectificador soporta IF máximo de 1 A. Si el circuito demanda 1.8 A, ¿cuál decisión es más adecuada? A) Usarlo porque el voltaje es bajo. B) Usarlo solo si se calienta poco al tacto. C) Seleccionar un diodo con corriente nominal mayor a 1.8 A y margen de seguridad. D) Conectar el diodo en inversa para reducir corriente. E) Eliminar la resistencia de carga. 10.

En un circuito con fuente de 18 V, resistencia de 1.5 kohm y diodo ideal en directa, ¿cuál es la corriente? A) 1.2 mA B) 6 mA C) 12 mA D) 18 mA E) 27 mA 11. Un BJT tiene beta = 100 e IB = 40 microA. ¿Cuál es IC ideal en región activa? A) 0.4 mA B) 4 mA C) 40 mA D) 100 mA E) 2.5 mA 12. Si IC = 20 mA y beta = 80, ¿qué corriente de base aproximada se requiere en región activa? A) 0.025 mA B) 0.25 mA C) 2.5 mA D) 16 mA E) 80 mA Guía de estudios - Elementos Electrónicos 13. Un BJT NPN tiene VCC = 12 V, RC = 1 kohm e IC = 5 mA. ¿Cuál es VCE si el emisor está a tierra? A) 2 V B) 5 V C) 7 V D) 10 V E) 12 V 14. Se desea saturar un BJT con IC = 100 mA. Si β = 10, ¿qué IB mínima se recomienda?

A) 1 mA B) 5 mA C) 10 mA D) 50 mA E) 100 mA 15. Una carga de 12 V demanda 200 mA y se controla con BJT como interruptor. Si β = 10, ¿qué corriente de base debe considerarse? A) 0.2 mA B) 2 mA C) 10 mA D) 20 mA E) 200 mA 16. Un transistor tiene VCE = 0.2 V en saturación, carga de 100 ohm y VCC = 5 V. ¿Cuál es la corriente de colector aproximada? A) 2 mA B) 20 mA C) 48 mA D) 100 mA E) 250 mA 17. Para polarizar la base de un NPN desde 5 V con VBE = 0.7 V e IB = 0.43 mA, ¿qué resistencia de base aproximada se requiere? A) 1 kohm B) 4.7 kohm C) 10 kohm D) 47 kohm E) 100 kohm 18. Un BJT tiene IC = 15 mA e IB = 100 µA. ¿Cuál es su beta?

A) 15 B) 50 C) 100 D) 150 E) 250 Guía de estudios - Elementos Electrónicos 19. En un amplificador con VCC = 18 V, RC = 2.2 kohm e ICQ = 4 mA, ¿cuál es VC aproximado si el emisor está a tierra? A) 4.0 V B) 8.8 V C) 9.2 V D) 13.6 V E) 18 V 20. Un emisor común tiene RE = 470 ohm e IE aproximada de 5 mA. ¿Cuál es VE? A) 0.47 V B) 1.35 V C) 2.35 V D) 4.7 V E) 9.4 V 21. Si VE = 2 V y VBE = 0.7 V en un NPN, ¿cuál es el voltaje de base VB aproximado? A) 0.7 V B) 1.3 V C) 2.0 V D) 2.7 V E) 3.4 V 22. Un divisor fija VB = 3 V. Si VBE = 0.7 V y RE = 1 kohm, ¿cuál es IE aproximada? A) 0.7 mA B) 1.3 mA C) 2.3 mA D) 3.0 mA E) 4.3 mA 23. Con VCC = 10 V, RC = 2 kohm e IC = 3 mA, ¿cuál es VCE si VE = 1 V?

A) 1 V B) 3 V C) 4 V D) 6 V E) 9 V 24. Si un transistor debe disipar VCE 8 V, IC =50 mA, ¿cuál es la potencia disipada? A) 0.04 W B) 0.4 W C) 4 W D) 40 W E) 400 W Guía de estudios - Elementos Electrónicos 25. Para una carga de 24 V y 60 mA controlada por BJT saturado con β = 10, ¿qué IB de diseño se necesita? A) 0.6 mA B) 3 mA C) 6 mA D) 24 mA E) 60 mA 26. Un JFET tiene IDSS = 12 mA, VP = -6 V y VGS = -3 V. ¿Cuál es ID usando Shockley? A) 1 mA B) 3 mA C) 6 mA D) 9 mA E) 12 mA 27. Un JFET tiene IDSS = 16 mA, VP = -8 V y VGS = -2 V. ¿Cuál es ID? A) 1 mA B) 4 mA C) 6 mA D) 9 mA E) 16 mA 28. Un JFET tiene IDSS = 10 mA, VP = -5 V e ID = 3.6 mA. ¿Cuál es VGS?

A) -0.5 V B) -1 V C) -2 V D) -3.5 V E) -5 V 29. En autopolarización, si ID = 4 mA y se requiere VGS = -2 V, ¿cuál debe ser RS? A) 100 ohm B) 220 ohm C) 500 ohm D) 1 kohm E) 2.2 kohm 30. Un JFET autopolarizado tiene ID = 5 mA y RS = 680 ohm. ¿Cuál es VS? A) 0.68 V B) 1.36 V C) 2.5 V D) 3.4 V E) 6.8 V 31. Si VDD = 18 V, RD = 2.2 kohm e ID = 4 mA, ¿cuál es VD? A) 4.0 V B) 8.8 V Guía de estudios - Elementos Electrónicos C) 9.2 V D) 13.6 V E) 18 V 32. Si VD = 10 V y VS = 2.5 V en un JFET, ¿cuál es VDS? A) 2.5 V B) 5 V C) 7.5 V D) 10 V E) 12.5 V 33. Se desea VDD = 24 V, VD = 12 V e ID = 4 mA. ¿Qué RD se requiere? A) 1 kohm B) 2.2 kohm C) 3 kohm D) 4.7 kohm E) 6.8 kohm 34.

Un JFET con IDSS = 20 mA, VP = 10 V y VGS = -4 V conduce aproximadamente: A) 3.2 mA B) 5.0 mA C) 7.2 mA D) 12 mA E) 20 mA 35. Para diseñar RS con IDSS = 12 mA, VP = 6 V e ID deseada de 6 mA, primero se obtiene VGS aproximadamente igual a: A) 0 V B) -1.76 V C) -3 V D) -4.24 V E) -6 V 36. Con el resultado VGS = -1.76 V e ID = 6 mA, ¿cuál es RS aproximada? A) 100 ohm B) 220 ohm C) 293 ohm D) 680 ohm E) 1 kohm 37. Un diseño JFET tiene VDD = 20 V, ID = 8 mA, RS = 300 ohm y VDS deseado = 10 V. ¿Cuál es RD aproximada? A) 300 ohm B) 680 ohm C) 950 ohm D) 1.5 kohm E) 2.2 kohm Guía de estudios - Elementos Electrónicos 38.

En la recta de carga de un JFET con VDD = 15 V y RD = 3 kohm, despreciando RS, ¿cuál es el intercepto de corriente cuando VDS = 0? A) 1 mA B) 3 mA C) 5 mA D) 15 mA E) 45 mA 39. Para un JFET con IDSS = 9 mA y VP = 4.5 V, ¿cuál es ID cuando VGS = -1.5 V? A) 1 mA B) 2 mA C) 4 mA D) 6 mA E) 9 mA 40. En polarización fija de JFET, si la compuerta se conecta a una fuente VGG de -2.5 V y la fuente está a tierra, ¿cuál es VGS?

A) +2.5 V B) +0.7 V C) 0 V D) -2.5 V E) -5 V Clave de respuestas Teóricos 1-25 Respuesta Procedimentales 1-40 Respuesta 1 B 1 C 2 B 2 C 3 A 3 C 4 B 4 C 5 C 5 A 6 B 6 C 7 A 7 B 8 B 8 D 9 B 9 C 10 B 10 C 11 B 11 B 12 A 12 B 13 B 13 C 14 B 14 C 15 B 15 D 16 B 16 C 17 B 17 C 18 A 18 D 19 C 19 C 20 A 20 C 21 A 21 D 22 A 22 C 23 B 23 B Guía de estudios - Elementos Electrónicos 24 B 24 B 25 A 25 C 26 B 27 D 28 C 29 C 30 D 31 C 32 C 33 C 34 C 35 B 36 C 37 C 38 C 39 C 40 D