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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.
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