Laboratorio de Electrónica de Potencia

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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL 
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 
 
 
 
 
 
PRÁCTICA No: 3 
TEMA: Generadores de señal para manejo de semiconductores de potencia 
GRUPO: 1-2 
ESTUDIANTE: Anderson Romero 
 
1. CIRCUITOS POR DESARROLLARSE 
Diseñar el circuito de la Figura 2 “Disparo del transistor bipolar utilizando optoaislador”. (El 
instructor verificará el cálculo de las resistencias R1 y R2). La señal de control es una fuente de 
pulsos de frecuencia 1KHz con una relación de trabajo del 50%. Presentar el análisis del 
funcionamiento y dibujar la forma de onda esperada en el emisor del fototransistor (4N25) y en la 
carga. Asumir una carga resistiva de 10 ohmios. 
 
 
 
Figura 1 Disparo del transistor bipolar utilizando un fototransistor 
 
Diseñar un circuito generador de pulsos PWM cuya frecuencia es 1KHz, comparando una onda 
triangular con una señal de referencia utilizando el circuito integrado LF347. La señal triangular 
debe ser generada utilizando el amplificador LF347 alimentado solamente con una fuente DC 
positiva. La señal de referencia varía de 0 a 12 voltios y se obtiene a través de un divisor de tensión 
con una resistencia variable (potenciómetro). NOTA: No utilizar generadores de ondas cuadradas, 
ni generadores de ondas triangulares, ni tampoco fuente de corriente alterna. Calcular todos los 
elementos electrónicos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2 circuito generador de pulsos PWM. 
LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA 
TRABAJO PREPARATORIO 
 
Diseñar un circuito generador PWM de frecuencia 10KHz, utilizando el circuito integrado 555 como 
AESTABLE. Para el diseño consultar la data sheet del 555 de la Texas Instrument. 
 
 
Figura 3 circuito generador de pulsos PWM con CI 555. 
 
2. VALORES ESPERADOS 
 Disparo del transistor bipolar utilizando un fototransistor. 
 
Se obtiene las formas de onda en la carga y en el emisor del fototransistor. 
 
 
 
 
 Cálculos realizados: 
 De la data sheet se tiene que el dispositivo 4N25 soporta máxima 60mA, para poder 
 dimensionar la resistencia para dicho valor se tiene la siguiente ecuación: 
𝑅1 =
5 − 𝑉𝑑
𝑖𝑑
 
 Según el data sheet se tiene que la disipación de potencia a los 25° es de 150mW, entonces 
 se tendrá un voltaje en directa el cual es de 1,5, entonces se tiene que 𝑖𝑐 =
150𝑚𝑊
1.5𝑉
= 100𝑚𝐴, 
 para esto se tiene dentro del rango de operación segura del transistor, entonces al colector 
 le llega una corriente de 40mA. 
 
𝑉𝐵𝐸 + 𝑉𝐶𝐸 + 𝑅2𝐼𝐶 = 24 
 
𝑅2𝐼𝐶 = 24 − 11 
 
𝑅2𝐼𝐶 = 13 
 
𝑅2 =
13
40𝑚𝐴
 
 
𝑅2 = 325Ω ≈ 330Ω 
 
 
 Circuito generador de pulsos PWM. 
 
 Se obtiene las formas de onda PWM 
 
 
 
 
 Mediante los cursores podemos verificar el periodo de la onda y así comprobar la frecuencia 
 de la siguiente manera: 
𝑓 =
1
𝑇
 
𝑓 =
1
926.66𝑢
= 1079.14𝐻𝑧 ≈ 1𝐾𝐻𝑧 
 
 Los Cálculos realizados para el diseño de este circuito se encuentran en la parte de anexos. 
 
 
 Circuito generador de pulsos PWM con CI 555. 
 
Se obtiene las formas de onda PWM con CI 555 
 
 
 
 
De manera análoga al cálculo anterior de la frecuencia de la PWM se tiene lo siguiente para 
este caso: 
 
𝑓 =
1
𝑇
 
𝑓 =
1
99.179𝑢
= 10082.77𝐻𝑧 ≈ 10𝐾𝐻𝑧 
 
 Cálculos realizados: 
 Tomar valores de capacitores 𝐶1 = 𝐶2 = 22𝑛𝐹 con un ciclo de trabajo del 25%.Luego se tiene 
 las siguientes ecuaciones 
𝑅𝐵
𝑅𝐴 + 2𝑅𝐵
= 25% 
 
𝑅𝐵 = 0.25(𝑅𝐴 + 2𝑅𝐵) 
 
0.245 − 0.5𝑅𝐴 = 0 (1) 
 
 También tomando el valor de la frecuencia de la PWM que es de 10KHz, como el capacitor 
 tiene un tiempo de apagado y encendido entonces sería de 0.6944. 
 
𝑓 =
1
𝑇
=
1
𝐶(𝑅𝐴 + 2𝑅𝐵)
 
 
10𝑘 =
1.44
(22𝑛)(𝑅𝐴 + 2𝑅𝐵)
 
 
10𝐾(22𝑛𝑅𝐴 + 22 ∗ 2𝑅𝐵) = 1.44 (2) 
 
 De la ecuación (1) y (2). Se obtienen los siguientes valores 
 
𝑅𝐴 = 33𝑘Ω 
 
𝑅𝑏 = 16𝑘Ω 
3. CUESTIONARIO 
Consultar la data sheet, presentar y describir de manera resumida las características 
relevantes del diodo 1N4004, el optotransistor 4N25, el amplificador operacional LF347 y el 
timer 555. 
 
 Tabla 1 Características del 1N4004 
Características Símbolo 1N4004 unidades 
Máximo voltaje RMS 𝑉𝑅𝑀𝑆 700 [𝑉] 
Voltaje máximo de 
bloqueo DC 
𝑉𝐷𝐶 1000 [𝑉] 
Pico máximo de 
voltaje recurrente 
𝑉𝑅𝑅𝑀 1000 [𝑉] 
Corriente rectificada 
directa máxima 
promedio 
0,375(9,5mm) 
longitud de cable a 
TA=75° 
I(AV) 1 [𝐴] 
Corriente inversa 
máxima a plena 
carga 
 30 [𝑢𝐴] 
Pico de corriente de 
sobretensión 
directa,8,3 ms de 
media onda 
sinusoidal única 
superpuesta a la 
carga nominal 
IFSM 30 [A] 
voltaje directo 
máximo a 1,0 A CC y 
25°𝐶 
𝑉𝐹 1.1 [V] 
Resistencia térmica 
típica 
R0JA 50 
[°
𝐶
𝑊
] 
Rango de 
temperatura de unión 
operativa 
𝑇𝑗 -55 to 
+125 
[°𝐶] 
Capacitancia de 
unión típica 
𝐶𝑗 15 [𝑝𝐹] 
Corrientes inversa 
máxima a TA=25°𝐶 a 
voltaje de bloqueo de 
CC nominal 
TA=100°𝐶 
IR 5.0 a 
500 
[𝑢𝐴] 
Rango de 
temperatura de 
almacenamiento 
Tstg -55 a 
+125 
[°𝐶] 
 
Información recupera de [1] 
 
Tabla 2 Características del 4N25 
Clasificaciones máximas absolutas (𝑇𝐴 = 25°𝐶 al 
menos que diga lo contrario) 
Parámetro Símbolo valor unidades 
Emisor 
Corriente de entrada 
continua/media 
hacia delante 
IF 100(no 
M), 60(-
M) 
𝑚𝐴 
Voltaje de entrada 
inverso 
𝑉𝑅 6 [V] 
Disipación de 
potencia LED 𝑇𝐴 =
25°𝐶 degradar por 
encima de 25 °𝐶 
𝑃𝐷 150(no 
M), 120(-
M) 
[mV] 
 
 
[mW/°𝐶] 
2,0(no 
M), 
1,41(-M) 
Detector 
Voltaje colector-
emisor 
𝑉𝑐𝑜𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟−
𝑒𝑚𝑖𝑠𝑜𝑟
 30 [V] 
Voltaje de la base 
del colector 
𝑉𝐶𝐵𝑂 70 [V] 
Voltaje emisor 
colector 
𝑉𝐸𝐶𝑂 7 [V] 
Disipación de 
potencia de detector 
𝑇𝐴 = 25°𝐶 
𝑃𝐷 150 
2,0(no 
M),1,76(-
M) 
mW 
 
Mw/°𝐶 
 
Información recuperada de [2] 
 
 
Tabla 3 Características LF347 
Características 1N4004 Unidades 
Tensión de alimentación Vcc+ 280 [V] 
Tensión de alimentación Vcc- 400 [V] 
Corriente de alimentación 400 [mA] 
Relación de rechazo de modo 
común 
1 
[Db] 
Resistencia de entrada 30 [Ω] 
Voltaje de compensación de 
entrada 
30 
[mV] 
Atenuación de diafonía Vo1/Vo2 
1KHz 
1.1 
[Db] 
Slew Rate 65 [V/us] 
 
Información recupera de [3] 
 
Tabla 4 Características del Timer555 
Características Min TyP MAX Unidades 
Tensión de 
alimentación 𝑉𝐶𝐶 
4.5 16 [V] 
Voltaje de entrada Vcc [V] 
Corriente de salida ±255 [mA] 
Temperatura de 
funcionamiento 
-40 105 [°𝐶] 
Tiempo de aumento 
en el pulso de salida 
 
 100 200 [ns] 
Tiempo de caída en 
el pulso de salida 
 100 200 [ns] 
Nivel de voltaje 
𝑇ℎ𝑟𝑒𝑠 𝑉𝑐𝑐 = 15[𝑉] 
9.4 10 10.6 [V] 
Nivel de voltaje 
𝑇ℎ𝑟𝑒𝑠 𝑉𝑐𝑐 = 5[𝑉] 
2.7 3.3 4 [V] 
Nivel de voltaje 
𝑇𝑅𝐼𝐺 𝑉𝑐𝑐 = 15[𝑉] 
4.8 5 5.2 [V] 
Nivel de voltaje 
𝑇𝑅𝐼𝐺 𝑉𝑐𝑐 = 5[𝑉] 
1.45 1.67 1.9 [V] 
Corriente TRIG 0.5 0.9 [uA] 
 
Información recupera de [4] 
 
4. REFERENCIAS 
[1] D. incorporated, «OCTOPART,» [En línea]. Available: 
https://octopart.com/datasheet/1n4007-t-diodes+inc.-
55389582?utm_source=bing&utm_medium=cpc&utm_campaign=b_cpc_intl_search_dsa_en
glish_en_usd_datasheets&utm_term=datasheet&utm_content=Intl%20Datasheet%20DSA. 
[Último acceso: 16 11 2022]. 
[2] MOTOROLA, «4N25 Datasheet (PDF) - Motorola, Inc,» [En línea]. Available: 
https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/2846/MOTOROLA/4N25.html. [Último 
acceso: 16 11 2022]. 
[3] T. Instruments, «LF347,» [En línea]. Available: 
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lf347.pdf?ts=1668684613851&ref_url=https%253A%252F%
252Fwww.google.it%252F. [Último acceso: 17 11 2022]. 
[4] C. p. timers, «OCTOPART,» [En línea]. Available: https://octopart.com/datasheet/cm-5-
industrial+timer-
33257636?utm_source=bing&utm_medium=cpc&utm_campaign=b_cpc_intl_search_dsa_en
glish_en_usd_datasheets&utm_term=datasheet&utm_content=Intl%20Datasheet%20DSA. 
[Último acceso: 17 11 2022]. 
 
[5] R. F. C. F. F.Driscoll, Amplificadores operacionales y circuitos integrales lineales, Toronto: 
PRENTICE-HALL HISPANOAMERICA, 200. 
 
5. ANEXOS 
 Cálculos para el diseño del circuito generador de pulsos PWM.