ECSL Informe Practica 6
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Práctica 6 – Grupo 02 – 24 de Octubre de 2013 – periodo 2013/02. Edy Catalina Sánchez López. Laboratorio Electrón ica Análoga II, Escuela de Meca trónica, Fac ultad de Minas Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín Resumen – Con ésta práctica se pretende observar experimentalmente el funcionamiento del transistor MOSFET en sus regiones de corte y saturación, para esto se implementará un circuito de regulación de velocidad con un comparador de rectificación, un detector de cruce por cero y un shopper DC. Pala bras C lave – MOSFET, Rectificación, Síncrono, Shopper, Transistor. Abst rac t – This practice shows experimentally the operation of MOSF E T tra nsist o r in its cu tt ing a nd sa t urat ion r e gi o ns, t ha t´s why it will implement a speed control circuit with a comparator to r ec tif y a ze r o crossi ng det ect or and sho pp er D C. . I nd e x Terms – MOSFET, Rectification, Synchronous, Shopper, Transistor. I. INTRODUCIÓN Sabemos que si en un MOSFET la tensión entre la Puerta y la Fuente es menor que la tensión umbral, VGS<VT, el transistor está cortado. Es decir, entre los terminales de Fuente y Drenador, la corriente es nula, ya que existe un circuito abierto. Sin embargo, cuando VGS es mayor que VT se crea el canal, y el transistor entra en conducción. Cuanto mayor es la tensión de puerta menor es la resistencia del canal, y ésta puede llegar a aproximarse a un cortocircuito. Así, el MOSFET es capaz de funcionar como un interruptor. El MOSFET como interruptor se emplea frecuentemente en electrónica digital, para transmitir o no, los estados lógicos a través de un circuito. Existe, sin embargo, una pequeña dificultad: cuando el MOSFET tipo N actúa como cortocircuito es capaz de transmitir las tensiones bajas; sin embargo las tensiones altas se ven disminuidas en una cantidad igual al valor de la tensión umbral. Esta configuración, se denomina puerta de paso. Para su funcionamiento, las tensiones en las puertas han de ser complementarias (cuando una es alta la otra es baja, y viceversa) II. DESARROLLO A. ProcedimientoTeórico Inicialmente se solicita para el circuito de la figura 1 analizar la conexión y sus características de funcionamiento. Gráfica 1. Circuito completo, MOSFET como int erruptor. Para su análisis de tomarán las mediciones y cálculos por etapas. El voltaje a la entrada es en RMS, por lo tanto: √ (1) Luego del rectificador el voltaje es: (2) Luego del divisor de tensión el voltaje es: (3) Informe de la Práctica 6: El transistor MOSFET como interruptor.
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Prctica 6 Grupo 02 24 de Octubre de 2013 periodo 2013/02.
Edy Catalina Snchez Lpez.
Laboratorio Electrnica Anloga II, Escuela de Mecatrnica, Facultad de Minas
Universidad Nacional de Colombia Sede Medelln
Resumen Con sta prctica se pretende observar experimentalmente el funcionamiento del transistor
MOSFET en sus regiones de corte y saturacin, para esto se implementar un circuito de regulacin de
velocidad con un comparador de rectificacin, un detector de cruce por cero y un shopper DC.
Palabras Clave MOSFET, Rectificacin, Sncrono, Shopper, Transistor.
Abstract This practice shows experimentally the operation of
MOSFET transistor in its cutting and saturation regions, thats
why it will implement a speed control circuit with a comparator to
rectify a zero crossing detector and shopper DC. .
Index Terms MOSFET, Rectification, Synchronous,
Shopper, Transistor.
I. INTRODUCIN
Sabemos que si en un MOSFET la tensin entre la Puerta y
la Fuente es menor que la tensin umbral, VGS
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Prctica 6 Grupo 02 24 de Octubre de 2013 periodo 2013/02.
El voltaje de comparacin en la terminal positiva del
amplificador operacional es:
(4)
Para hallar una relacin entre R4 y el ciclo de dureza debemos
comparar:
(5)
(6)
(
) (
) (7)
Se tiene entonces que R4 es un potencimetro que se utiliza
para variar el ciclo de dureza.
Las caractersticas del IRF630 son:
Caracterstica Smbolo Mnimo Mximo Unidad
Gate Threshold Voltage
(VDS = VGS, ID = 0.25
mA) VGS(th) 2.0 4.0 Vdc
Static DraintoSource OnResistance
(VGS = 10 Vdc, ID = 2.5
Adc)
RDS(on) - 0.18 Ohm
OnState Drain Current (VGS = 10 V)
(VDS 6.75 Vdc)
ID(on)
18 - Adc
valor
DrainSource Voltage VDSS 200 Vdc
DrainGate Voltage (RGS = 1.0 M)
VDGR 200 Vdc
GateSource Voltage VGS 20 Vdc
Drain Current
Continuous, TC = 25C
Continuous, TC = 100C
Peak, TC = 25C
ID
18 11 72
Adc
Tabla 1: parmetros del transistor IRF630.
Teniendo en cuenta esto con un voltaje en V2 de 7 voltios
puede funcionar el circuito de forma correcta.
B. Simulacin
Para realizar la simulacin del circuito se tiene en cuenta
que se realizar por partes: primero la salida del puente de
diodos, luego en los terminales 1 y 2 del Amplificador
Operacional, por ltimo en el motor y en el transistor.
1. Simulacin en pspice del circuito:
Grfica 2. Simulacin a la salida de los diodos.
Grfica 3. Simulacin en terminales 1 y 2 del LM324.
Grfica 4. Simulacin en terminales D y G del IRF630.
Estas grficas se tomaron con el circuito completo y una
fuente Vsin.
C. Montaje. Al momento de realizar el montaje fue necesario tener en
cuenta la conexin de cada dispositivo, debido a que un error
en la conexin implica el mal funcionamiento del mismo.
Para la conexin del IRF630 el pin 1 es GATE, el 2 es
DRENO y el 3 es SOURCE.
Grfica 5. Montaje tomado a la salida del puente de diodos.
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Prctica 6 Grupo 02 24 de Octubre de 2013 periodo 2013/02.
Grfica 6. Montaje tomado entre los terminales 1 y 2 del LM324.
Grfica 7. Montaje tomado entre Dreno y Gate.
Grfica 8. Montaje tomado entre Dreno y Gate.
En las grficas 7 y 8 se cambia la tierra, se invirti el canal
azul en la carga.
III. RESULTADOS EXPERIMENTALES
El voltaje en la salida del puente de diodos en la prctica fue
de 2,95V (ver grfica 5). Adicionalmente consideramos que el
puente de diodos ejerce una cada de voltaje de 1,4
equivalente a dos diodos tradicionales. Esto implica que el
valor pico de la fuente debe ser:
(8)
Sin embargo la fuente que utilizamos (transformador de mesa
de trabajo) tiene estipulado un voltaje efectivo
(9)
Se puede observar como los datos de dispositivos varan de
un parmetro obtenido en vaco con respecto al valor real
cuando se conectan redes al equipo.
La frecuencia entregada por el transformador es 60 Hz. Como
se realiz una rectificacin de onda completa se calcula que la
frecuencia de la seal rectificada ser el doble que la del
transformador y su periodo la mitad del mismo dispositivo.
Las medidas en frecuencia indicaron 5 ciclos en 8,3 divisiones
y cada divisin a 5ms brindando una frecuencia de 120,48Hz
en la seal rectificada. Se esperaban 120 Hz (60x2 Hz), esta
diferencia es muy pequea, por lo que se encuentra muy
cercana a lo esperado.
La velocidad del motor durante el laboratorio present un
aumento cuando la resistencia R4 incrementa (esta es un
potencimetro). Esto se debe a que el ciclo de dureza en una
terminal del motor disminuye al aumentar R4, haciendo que
durante un periodo de tiempo mayor existiera una diferencia
de voltaje cercana a 6V.
Sin embargo, se observ que la velocidad no variaba a la
misma tasa que lo hacia la resistencia variable. Esta diferencia
se debe a la poca sensibilidad del potencimetro en sus
cambios resistivos y que la escala de tiempo en la que rota el
eje de motor no es fcil de apreciar para los sentidos humanos.
Analizando las imgenes del osciloscopio para el
funcionamiento de un motor, se puede observar una grfica
que se ajusta a una forma cuadrada de manera irregular. Esto
debido a elementos inductivos y capacitivos presentes en un
motor de DC sujeto a cambios bruscos (seal cuadrada), es
decir, comportamientos transitorios en cada ciclo on y off de
la seal.
El comportamiento es mucho ms uniforme cuando se
remplaza el motor por una resistencia equivalente de 100
Ohms, ya que esta no impone condiciones de continuidad ante
cambios abruptos en voltaje o corriente.
IV. CONCLUSIONES
Se puede conclur que no se necesita resistencia en la
compuerta G del transistor MOSFET como interruptor
debido a que por ella no debe circular corriente.
Se observ que las frecuencias y son el doble de la
frecuencia de red de alimentacin . Esto debido a la
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Prctica 6 Grupo 02 24 de Octubre de 2013 periodo 2013/02.
rectificacin de onda completaSe logr comprender el uso
del amplificador en fuente comn usando el MOSFET
IRF830 cumpliendo los objetivos propuestos en el
laboratorio.
Al realizar la medicin con el osciloscopio es necesario
cambiar la relacin de tierra con el fn de poder observar
mejor la seal, por lo tanto no es congruente con lo
esperado que seran las funciones iguales (por la forma de
medicin la referencia cambia).
Experimentalmente se vio el funcionamiento del
transistor MOSFET en las regiones de corte y
saturacin. Al conectar el motor y variar el potencimetro
se observ el cambio en la velocidad del mismo aunque
que no variaba a la misma tasa que lo hacia la resistencia
variable. Diferencia debida a la poca sensibilidad del
potencimetro en sus cambios resistivos y a la percepcin
de los sentidos humanos.
Es importante notar el ahorro de energa con el uso de ese
control debido a que la potencia consumida es menor
comparada con un control lineal.
Grficos, Tablas y Ecuaciones
A. Grficas.
Grfica 1. Circuito completo, MOSFET como interruptor.
Grfica 2. Simulacin a la salida de los diodos.
Grfica 3. Simulacin en terminales 1 y 2 del LM324.
Grfica 4. Simulacin en terminales D y G del IRF630.
Grfica 5. Montaje tomado a la salida del puente de diodos.
Grfica 6. Montaje tomado entre los terminales 1 y 2 del LM324.
Grfica 7. Montaje tomado entre Dreno y Gate.
Grfica 8. Montaje tomado entre Dreno y Gate.
B. Ecuaciones.
(1) Ecuacin de Vp. (2) Ecuacin de Vr. (3) Ecuacin de Vdiv. (4) Ecuacin de Vcomp. (5) Ecuacin de Comparacin de voltajes. (6) Ecuacin de Ciclo de dureza (7) Ecuacin de ta en relacin con las R. (8) Ecuacin de Vpfuente. (9) Ecuacin de Vrms.
C. Tablas.
Tabla 1. Parmetros del transistor IRF830.
REFERENCIAS
[1] Transistores MOSFET. URL: http://www.hispavila.com/3ds/atmega/mosfets.html
[2] El transistor MOS.
URL:
http://www.iuma.ulpgc.es/~benito/Docencia/TyCEyF/PDF/apuntes/teori
a/Cap4.pdf.
[3] Mosfets. URL: http://www.nxp.com/products/mosfets/
[4] Transistor NPN Mosfet, IRF830. URL:
http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/I/R/F/8/IRF830.shtml
Edy Catalina Snchez Lpez: 43272061, grupo 2, Ingeniera
de control.
Mauricio Escobar Tobn: 1063291875, grupo 2, Ingeniera
de control.
Jos Alberto Ruiz Ortega: 1085262530 , grupo 2, Ingeniera
de control.
