Practica 1

PRÁCTICA # 1

CIRCUITOS DE DISPARO

ELEMENTOS CON CARACTERISTICAS DE RESISTENCIA NEGATIVA (ERN) Y

MODULACION DE ANCHO DE PULSO (PWM)

MSc. Luis A. Morales – [email protected],MSc. Jorge L. Rosero – [email protected],Sr. Freddy Guerrero – [email protected]

Laboratorio de Electrónica de Potencia Página 1 de 20

2 INTRODUCCIÓN

1. OBJETIVOS

Conocer las características de los elementos de resistencia negativa, elementos empleados en la genera-ción de señales de control (osciladores de relajación).

Conocer el funcionamiento de la técnica de Modulación de Ancho de Pulso o PWM y hacer uso de éstapara generar señales de control de elementos semiconductores de potencia.

2. INTRODUCCIÓN

2.1. ELEMENTOS CON CARACTERISTICAS DE RESISTENCIA NEGATIVA (ERN)Los elementos de resistencia negativa (ERN) usados principalmente para la generación de señales de con-

trol, son elementos semiconductores que dentro de sus características tienen una región de bloqueo y unaregión de conducción semejante a la de un diodo, además una región intermedia especial en la que a unincremento de la corriente entre dos de sus terminales se produce una reducción en el voltaje entre estosterminales, como se aprecia en la Figura 1.

PRÁCTICA No. 1

CIRCUITOS DE DISPARO

ELEMENTOS CON CARACTERÍSTICAS DE RESISTENCIA NEGATIVA (ERN) Y MODULACIÓN DE ANCHO DE PULSO (PWM)

1. OBJETIVO

1.1. Conocer las características de los elementos de resistencia negativa, elementos empleados en la generación de señales de control (osciladores de relajación).

1.2. Conocer el funcionamiento de la técnica “Modulación de Ancho de Pulso o PWM” y hacer uso de ésta para generar señales de control de elementos semiconductores de potencia.

2. MARCO TEÓRICO

2.1. ELEMENTOS CON CARACTERÍSTICAS DE RESISTENCIA NEGATIVA (ERN)

Los elementos de resistencia negativa (ERN) usados principalmente para la generación de señales de control, son elementos semiconductores que dentro de sus característica se observa una región de bloqueo y una región de conducción semejante a la de un diodo, además una región intermedia especial en la que a un incremento de la corriente entre dos de sus terminales se produce una reducción en el voltaje entre estos terminales, como se muestra en la Figura 1.1.

Figura 1.1

Como se puede observar la curva característica presenta tres regiones bien definidas: · La región de BLOQUEO (OA), que se caracteriza por su baja conductividad (uA). · La región de CONDUCCIOÓN (BC), que se caracteriza por su alta conductividad (mA), en

esta región dependiendo del tipo y de la estructura del dispositivo puede conducir corrientes en el rango de las decenas o centenas de miliamperios.

· La región de RESISTENCIA NEGATIVA (AB), es la región de transición entre la región de conducción y la región de bloqueo por lo que se caracteriza por ser una zona altamente inestable.

I

VV v V p

Iv

Ip

V c cO

A

B

C

C u rv a c a ra c te r ís t ic a d e u n E R N g e n e ra liz a d o

D o n d e :

V v = v o lta je d e v a lle

V p = v o lta je p ic o o d e a c t iv a d o

Iv = c o rr ie n te d e v a lle o d e m a n te n im ie n to

Ip = c o rr ie n te d e p ic o

Figura 1: Curva Característica de un ERN generalizado

Donde:

Vv es el voltaje de valleVp es el voltaje pico o de activadoIv es la corriente de valle o de mantenimientoIp es la corriente de pico

Como se puede observar la curva característica presenta tres regiones bien definidas:

La región de BLOQUEO (OA), que se caracteriza por su baja conductividad (uA).

La región de CONDUCCIÓN (BC), que se caracteriza por su alta conductividad (mA), en esta regióndependiendo del tipo y de la estructura del dispositivo puede conducir corrientes en el rango de lasdecenas o centenas de miliamperios.


2 INTRODUCCIÓN

La región de RESISTENCIA NEGATIVA (AB), es la región de transición entre la región de conducción yla región de bloqueo por lo que se caracteriza por ser una zona altamente inestable.

El ERN puede compararse con un interruptor donde la región de bloque puede representarse como el esta-do de abierto mientras que la región de conducción puede representarse como el estado de cerrado. A partir dela curva característica del ERN se puede observar que éste pasa del estado de bloqueo al estado de conduccióncuando el voltaje entre sus terminales es igual al voltaje pico o voltaje de activado (Vp) y permanece en estemientras la corriente que pasa a través de sus terminales sea mayor o igual a la corriente de valle o corrientede mantenimiento (Iv).

En el caso de que la operación del elemento no se realice en ninguna de las dos zonas, el elemento trabajaen la región de resistencia negativa donde opera en forma inestable oscilando entre los estados de bloqueoy de conducción. Es decir, si se trabaja en el interior de la región de resistencia negativa el elemento puedeactuar dentro de un circuito oscilador de relajación, donde el circuito externo al ERN debe garantizar queel punto de operación se sitúe al interior de la región de resistencia negativa. El funcionamiento de uncircuito oscilador de relajación, está basado en los períodos de carga y descarga de un capacitor. En lamayoría de aplicaciones, la energía almacenada lentamente durante el período de carga del capacitores violentamente liberada durante la descarga. De esta manera, sobre el capacitor aparecerá una ondasimilar a un diente de sierra, y sobre el elemento que recibe la descarga, aparecerá un pulso de corriente.Un oscilador generalizado con elemento de resistencia negativa se muestra en la Figura 2.

Donde:

R1 es la resistencia de carga del capacitorR2 es la resistencia de descarga del capacitorERN elemento de resistencia negativa

Antes de energizar el circuito el capacitor C esta descargado y su voltaje es igual a cero al igual que el delERN, inmediatamente después de energizar se inicia la carga del capacitor a través de R1, en este caso espe-cífico la carga del capacitor será exponencial pues su carga es a través de una resistencia. Mientras el voltaje

El ERN puede compararse con un interruptor donde la región de bloque puede representarse como el estado de abierto mientras que la región de conducción puede representarse como el estado de cerrado.A partir de la curva característica del ERN se puede observar que este pasa del estado de bloqueo al estado de conducción cuando el voltaje entre sus terminales es igual al voltaje pico o voltaje de activado (Vp) y permanece en este mientras la corriente que pasa a través de sus terminales sea mayor o igual a la corriente de valle o corriente de mantenimiento (Iv). En el caso de que la operación del elemento no se realice en ninguna de las dos zonas, el elemento trabaja en la región de resistencia negativa donde opera en forma inestable oscilado entre los estados de bloqueo y de conducción. Es decir, si se trabaja en el interior de la región de resistencia negativa el elemento puede actuar dentro de un circuito oscilador de relajación, donde “el circuito externo al ERN debe garantizar que el punto de operación se sitúe al interior de la región de resistencia negativa. El funcionamiento de un circuito oscilador de relajación, está basado en los períodos de carga y descarga de un capacitor. En la mayoría de aplicaciones, la energía almacenada lentamente durante el período de carga del capacitor es violentamente liberada durante la descarga. De esta manera, sobre el capacitor aparecerá una onda diente de sierra, y sobre el elemento que recibe la descarga, aparecerá un pulso de corriente” un oscilador generalizado con elemento de resistencia negativa se muestra en la Figura 1.2.

Figura 1.2

Antes de energizar el circuito el capacitor C esta descargado y su voltaje es igual a cero al igual que el del ERN, inmediatamente después de energizar se inicia la carga del capacitor a través de R1, en este caso específico la carga del capacitor será exponencial. Mientras el voltaje en el capacitor sea menor a VP la corriente en el ERN será pequeña por lo tanto la resistencia equivalente de este será de un valor grande por lo que el voltaje de salida Vout en R2 será pequeño, conforme continua la carga del capacitor el voltaje entre sus terminales alcanzará Vp el mismo voltaje que se aplicará al ERN, en ese instante el elemento pasa brevemente por la región de resistencia negativa y entra a la región de conducción y la corriente a través de sus terminales incrementa de tal manera que la resistencia equivalente del ERN se reduce permitiendo la circulación de corriente a través de sus terminales y por lo tanto la posterior descarga del capacitor a través de R2 produciéndose un breve pulso de voltaje en la Vout , recordando además lo anteriormente señalado el elemento permanecerá en conducción mientras la corriente a través de sus terminales sea mayor o igual a la corriente de mantenimiento, es importante tener en cuenta que la descarga del capacitor también es exponencial y transcurrido un tiempo la corriente tiende a cero siendo en algún punto de la descarga menor a la corriente de mantenimiento por lo que nuevamente el ERN entra en estado de bloqueo a partir de entonces el capacitor se carga hasta Vp momento en el cual nuevamente el ERN entra al estado de

D o n d e :

R 1 = re s is te n c ia d e c a rg a d e l c a p a c ito r

R 2 = re s is te n c ia d e d e s c a rg a d e l c a p a c ito r

E R N = e le m e n to d e re s is te n c ia n e g a tiv aD C

V c c

R 1

R 2

E R N

C

Vo u t

Figura 2: Circuito en ERN


2 INTRODUCCIÓNconducción produciéndose la descarga del capacitor, proceso que se repetirá periódicamente mientras el circuito este energizado, formando el circuito oscilador, Figura 1.3.

Figura 1.3

Entre los elementos de resistencia negativa más conocidos podemos anotar:

· Transistor Unijuntura UJT

· Transistor Unijuntura Programable PUT

· Conmutador Unidireccional de Silicio SUS

· Conmutador Bidireccional de Silicio SBS

· Conmutador Controlado de Silicio SCS

· Diodo Bilateral de Disparo DIAC

Los mismos que se clasifican dependiendo de su número de capas como de su sentido de conducción. De acuerdo al número de capas semiconductoras puede ser de dos, tres, cuatro y cinco capas, mientras que por su sentido de conducción pueden ser unidireccionales y bidireccionales, dependiendo de estas características los parámetros Ip, Iv, Vp y Vv varían para cada elemento. En este caso se estudia el UJT elemento unidireccional y el DIAC elemento bidireccional. EL TRANSISTOR UNIJUNTURA (UJT) Dispositivo de dos capas, que puede ser usado en circuitos generadores de pulso de control. Consta de una barra de silicio tipo n ligeramente dopado que tiene dos contactos de base en ambos extremos de su superficie y una varilla de aleación de aluminio en la superficie opuesta, Figura 1.4.

Figura 1.4

V c c

V p

V v

t

t

VR 2 o

VR 2 m a x

V c = V E

V R 2

Figura 3: Forma de Onda en el Capacitor y Salida del ERN

en el capacitor sea menor a Vp la corriente en el ERN será pequeña por lo tanto la resistencia equivalente deeste será de un valor grande por lo que el voltaje de salida Vout en R2 será pequeño, conforme continua lacarga del capacitor el voltaje entre sus terminales alcanzará Vp el mismo voltaje que se aplicará al ERN, en eseinstante el elemento pasa brevemente por la región de resistencia negativa y entra a la región de conduccióny la corriente a través de sus terminales incrementa de tal manera que la resistencia equivalente del ERN sereduce permitiendo la circulación de corriente a través de sus terminales y por lo tanto la posterior descargadel capacitor a través de R2 produciéndose un breve pulso de voltaje en la Vout .

Además, el elemento permanecerá en conducción mientras la corriente a través de sus terminales seamayor o igual a la corriente de mantenimiento, es importante tener en cuenta que la descarga del capaci-tor también es exponencial y transcurrido un tiempo la corriente tiende a cero siendo en algún punto de ladescarga menor a la corriente de mantenimiento por lo que nuevamente el ERN entra en estado de bloqueoa partir de entonces el capacitor se carga hasta Vp momento en el cual nuevamente el ERN entra al estadode conducción produciéndose la descarga del capacitor, proceso que se repetirá periódicamente mientras elcircuito este energizado, formando el circuito oscilador, como se ilustra en la Figura 3.

Los elementos de resistencia negativa más conocidos se resumen en el Cuadro 1, los mismos que se clasi-fican dependiendo de su número de capas como de su sentido de conducción. De acuerdo al número de capassemiconductoras puede ser de dos, tres, cuatro y cinco capas, mientras que por su sentido de conducciónpueden ser unidireccionales y bidireccionales, dependiendo de estas características los parámetros Ip, Iv , Vpy Vv varían para cada elemento. En este caso se estudia el UJT elemento unidireccional y el DIAC elementobidireccional.

2.1.1. EL TRANSISTOR UNIJUNTURA UJT

Dispositivo de dos capas, que puede ser usado en circuitos generadores de pulso de control. Consta de unabarra de silicio tipo N ligeramente dopado que tiene dos contactos de base en ambos extremos de su superficie


2 INTRODUCCIÓN

y una varilla de aleación de aluminio en la superficie opuesta, cuya contrucción básica se muestra en la Figura4.

26

Unijunction transistor (UJT): basic construction.

Figura 4: Construcción Básica de un UJT

El UJT tiene tres terminales denominados: Emisor (E), Base 1 (B1) y Base 2 (B2), los mismos que sepueden apreciar en la la Figura 5. Entre los terminales B1 y B2 se tiene una característica resistiva determina-da por RB1 y RB2, la misma que se denomina resistencia interbase RBB y cuyo valor oscila entre 4.7 KΩ y 9.1 KΩ.

A partir del circuito equivalente se puede deducir que el UJT no entrará en conducción sino hasta que elvoltaje aplicado al emisor E sea superior al voltaje pico Vp el que esta dado por:

Vp = VD + VRB1 (1)

VD ≈ 0,5V (2)

Elementos de Resistencia Negativa Abreviatura

Transistor Unijuntura UJT

Transistor Unijuntura Programable PUT

Conmutador Unidireccional de Silicio SUS

Conmutador Bidireccional de Silicio SBS

Conmutador Controlado de Silicio SCS

Diodo Bilateral de Disparo DIAC

Cuadro 1: Elementos de Resistencia Negativa


2 INTRODUCCIÓN

El UJT tiene tres terminales denominados emisor (E), base 1 (B1) y base 2 (B2). En la Figura 1.5 (a) se observa el símbolo para el UJT y en la Figura 1.5 (b) el circuito equivalente para el mismo.

Figura 1.5

Entre los terminales B1 y B2 se tiene una característica resistiva determinada por RB1 y RB2, esta

resistencia es denominada resistencia interbase RBB cuyo valor oscila entre 4.7 KW y 9.1 KW.

A partir del circuito equivalente se puede deducir que el UJT no entrará en conducción sino hasta

que el voltaje aplicado al emisor E sea superior al voltaje pico Vp el que esta dado por

1RBDPVVV +=

VV

D5.0»

De ello se deduce que Vp depende del voltaje interbase y es una fracción del mismo, para

determinar el valor de VRB1 a partir de un divisor de voltaje.

12

1

21

112

1 BB

BB

B

BB

BBB

RBV

R

R

RR

RV

V =+

´=

si BB

B

R

R1

=h

donde h (eta) = relación intrínseca de bloqueo (0.51 y 0.82 dependiendo del elemento),

Entonces: 12 BBDPVVV h+=

OSCILADOR DE RELAJACIÓN CON UJT - RAMPA EXPONENCIAL

En la Figura 1.6 se muestra un circuito oscilador de relajación con carga exponencial cuyo voltaje de descarga (pulso de descarga) en R2 es usado en el encendido de otros dispositivos de mayor potencia como SCR’s, TRIAC’s, etc.

B 2

E

B 1

E

B 2

B 1

B 2R

B 1R

B BR

DV

(a ) (b )

(a)

El UJT tiene tres terminales denominados emisor (E), base 1 (B1) y base 2 (B2). En la Figura 1.5 (a) se observa el símbolo para el UJT y en la Figura 1.5 (b) el circuito equivalente para el mismo.

Figura 1.5

Entre los terminales B1 y B2 se tiene una característica resistiva determinada por RB1 y RB2, esta

resistencia es denominada resistencia interbase RBB cuyo valor oscila entre 4.7 KW y 9.1 KW.

A partir del circuito equivalente se puede deducir que el UJT no entrará en conducción sino hasta

que el voltaje aplicado al emisor E sea superior al voltaje pico Vp el que esta dado por

1RBDPVVV +=

VV

D5.0»

De ello se deduce que Vp depende del voltaje interbase y es una fracción del mismo, para

determinar el valor de VRB1 a partir de un divisor de voltaje.

12

1

21

112

1 BB

BB

B

BB

BBB

RBV

R

R

RR

RV

V =+

´=

si BB

B

R

R1

=h

donde h (eta) = relación intrínseca de bloqueo (0.51 y 0.82 dependiendo del elemento),

Entonces: 12 BBDPVVV h+=

OSCILADOR DE RELAJACIÓN CON UJT - RAMPA EXPONENCIAL

En la Figura 1.6 se muestra un circuito oscilador de relajación con carga exponencial cuyo voltaje de descarga (pulso de descarga) en R2 es usado en el encendido de otros dispositivos de mayor potencia como SCR’s, TRIAC’s, etc.

B 2

E

B 1

E

B 2

B 1

B 2R

B 1R

B BR

DV

(a ) (b )(b)

Figura 5: Símbolo y Circuito Equivalente del UJT

De ello se deduce que Vp depende del voltaje interbase y es una fracción del mismo, para determinar elvalor de VRB1 a partir de un divisor de voltaje.

VRB1 =VB2B1 × RB1

RB1 + RB2=

RB1

RBBVB2B1 (3)

Si,

η=RB1

RBB(4)

Donde:

η es la relación intrínseca de bloqueo (0.51≤ η≤0.82)

Entonces:

Vp = VD +ηVB2B1 (5)

2.1.2. OSCILADOR DE RELAJACIÓN CON UJT – RAMPA EXPONENCIAL

Este tipo de circuitos generalmente son usados para el encendido de otros dispositivos de mayor potenciacomo SCR y TRIAC, como se aprecia en la Figura 6. El circuito formado por R1 y C , determinan el tiempo quetarda en aplicarse Vp al emisor del UJT para que entre en conducción y se proceda a la descarga a través deR2; el tiempo de carga (tiempo en bloqueo) y descarga (tiempo en conducción) dependen de R1, R2 y C , porlo que una variación de estos valores permite determinar el tiempo antes de la aparición del pulso en R2, asícomo el ancho del mismo.

Se recomienda escoger R1 de tal manera que el dispositivo opere en la región de resistencia negativa,condición que permite al elemento oscilar entre bloqueo y conducción. Es por ello importante determinar unrango entre el cual puede variar R1 asegurando el encendido y el apagado del elemento.

Para asegurar el encendido:El proceso de encendido se inicia cuando el voltaje en el emisor es igual al voltaje pico VE = Vp y por lo tanto


2 INTRODUCCIÓN

Figura 1.6

R1 y C determinan el tiempo que tarda en aplicarse VP al emisor del UJT para que entre en conducción y se proceda a la descarga a través de R2 , el tiempo de carga (tiempo en bloqueo) y descarga (tiempo en conducción) dependen de R1 y R2 además de C por lo que una variación de esta resistencias permite variar el tiempo antes de la aparición del pulso en R2 como el ancho de este. Se recomienda escoger R1 de tal manera que el dispositivo opere en la región de resistencia negativa, condición que permite al elemento oscilar entre bloqueo y conducción. Es por ello importante determinar un rango entre el cual puede variar R1 asegurando el encendido y el apagado del elemento. Para asegurar el encendido: El proceso de encendido se inicia cuando el voltaje en el emisor es igual al voltaje pico VE = VP y por lo tanto IR1 = IP, igualdad que es valida debido a que la corriente de carga del condensador en ese instante es igual a cero, esto es, el condensador está en este instante cambiando de un estado de carga a de descarga. Entonces :

1

1

R

E

I

VVcc

R

-=

pero en el punto de pico IR1 = IP y VE = VP

P

P

I

VVcc

R

-=

1

y para asegurar el disparo:

P

P

I

VVcc

R

-á

1

En el punto de valle IE = IV y VE = VV, por lo que

ERVRIVcc =´-

11Þ

R 1

R 2

R 3

C

V c c

R G

Figura 6: Circuito Oscilador de Relajación con Rampa Exponencial

IR1 = Ip, igualdad que es válida debido a que la corriente de carga del condensador en ese instante es igual acero, esto es, el condensador está en ese instante cambiando de un estado de carga a uno de descarga.

Entonces :

Vcc − IR1 × R1 = VE (6)

pero en el punto pico IR1 = Ip y VE = Vp

R1 =Vcc − Vp

Ip(7)

y para asegurar el disparo:

R1 <Vcc − Vp

Ip(8)

En el punto de valle IE = Iv y VE = Vv , por lo que:

R1 =Vcc − Vv

Iv(9)

y para asegurar el apagado:

R1 >Vcc − Vv

Iv(10)


2 INTRODUCCIÓN

Por lo tanto R1 está limitado por:

Vcc − Vv

Iv< R1 <

Vcc − Vp

Ip(11)

La resistencia R2 debe ser lo suficientemente pequeña para asegurar que el SCR no se encienda por elvoltaje en R2.

Cuando IE = 0

VR2 =R2

R2 + RBB× Vcc (12)

El capacitor determina el tiempo entre pulso y pulso, además del ancho de cada pulso. En algunas ocasio-nes se coloca R3 entre Vcc y la base 2 B2, la misma que es opcional; se sugiere R3 = 10R2.

Para analizar formas de onda de voltaje en el capacitor y en R2, se obtendrá circuitos equivalentes paracada caso:

1. Cuando el VE < Vp e IE = 0Mientras el UJT se encuentra en corte los dos ramales son totalmente independientes, el ramal en elque se encuentra el capacitor se puede analizar como una red RC a la que se aplica una señal paso y elvoltaje en R2 se puede hallar a través de un divisor de voltaje, como se aprecia en la Figura 7a.

2. Cuando el UJT se enciende VE = Vp.En el instante que el UJT se enciende, el diodo entra en polarización directa y la corriente en el capacitor(IC) es cero como se muestra en la Figura 7b.

V

V

I

VVcc

R

-=

1

y para asegurar el apagado:

V

V

I

VVcc

R

-ñ

1

Por lo tanto R1 está limitado por:

P

P

V

V

I

VVcc

R

I

VVcc -áá

-

1

La resistencia R2 debe ser lo suficientemente pequeña para asegurar que el SCR no se encienda por el voltaje en R2. Cuando IE = 0

0

2

2

2 =´

+=

EI

BB

RVcc

RR

R

V

El capacitor determina el tiempo entre pulso y pulso, además del ancho de cada pulso. En algunas ocasiones se coloca R3 entre Vcc y la base 2 B2, la misma que es opcional, se sugiere R3 = 10 R2 . Para analizar formas de onda de voltaje en el capacitor y en R2, se obtendrá circuitos equivalentes para cada caso:

a) Cuando el VE < VP e IE = 0, Figura 1.7.

Figura 1.7

Mientras el UJT se encuentra en corte los dos ramales son totalmente independientes, el ramal en el que se encuentra el capacitor se puede analizar como una red RC a la que se aplica una señal paso y el voltaje en R2 se puede hallar a través de un divisor de voltaje.

R 1

R 2

R 3

C

V c c

V EI = 0E

R B 1

R B 2

(a)

b) Cuando el UJT se enciende VE = VP , Figura 1.8.

Figura 1.8

En el instante que el UJT se enciende el diodo entra en polarización directa y la corriente en el capacitor (Ic) es cero. c) Cuando el UJT esta encendido, Figura 1.9.

Figura 1.9

El capacitor se descarga a través de R2 y RB1 pero en conducción la segunda se reduce considerablemente. Si el elemento oscila entre corte y saturación las formas de onda en el capacitor y R2 serán las mostradas en la Figura 1.10:

Figura 1.10

V c c

V p

V v

t

t

VR 2 o

VR 2 m a x

V c = V E

V R 2

R 2

C

V E

R B 1

V R 2

V - 0 .7 VC

+

-

+ -

0 .7 V

V C

R 1

R 2

R 3

C

V c c

V E

R B 1

R B 2

V R 2

V - 0 .7 VP

V = VC P

+

-

+ -

0 .7 V

VD

I = 0C

(b)

Figura 7: Símbolo y Circuito Equivalente del UJT


2 INTRODUCCIÓN

3. Cuando el UJT esta encendido. Figura 8.


Figura 1.8


Figura 1.9


Figura 1.10

V c c

V p

V v

t

t

VR 2 o

VR 2 m a x

V c = V E

V R 2

R 2

C

V E

R B 1

V R 2

V - 0 .7 VC

+

-

+ -

0 .7 V

V C

R 1

R 2

R 3

C

V c c

V E

R B 1

R B 2

V R 2

V - 0 .7 VP

V = VC P

+

-

+ -

0 .7 V

VD

I = 0C

Figura 8: Circuito Equivalente del UJT

El capacitor se descarga a través de R2 y RB1 pero en conducción la segunda se reduce considerablemente.Si el elemento oscila entre corte y saturación las formas de onda en el capacitor y R2 serán las mostradasen la Figura 9.


Figura 1.8


Figura 1.9


Figura 1.10

V c c

V p

V v

t

t

VR 2 o

VR 2 m a x

V c = V E

V R 2

R 2

C

V E

R B 1

V R 2

V - 0 .7 VC

+

-

+ -

0 .7 V

V C

R 1

R 2

R 3

C

V c c

V E

R B 1

R B 2

V R 2

V - 0 .7 VP

V = VC P

+

-

+ -

0 .7 V

VD

I = 0C

Figura 9: Circuito Equivalente del UJT

Donde:

VR2o =R2

R2 + RB1× (Vp − 0,7) (13)

VR2max =R2

R2 + RBB + R3× Vcc (14)

En caso de no colocar R3:

VR2max =R2

R2 + RBB× Vcc (15)

Por lo que el voltaje en R2 es mayor, de allí que es conveniente colocar R3, pues así disminuye el voltaje

en R2, asegurando que el SCR no se dispare por voltaje durante el periodo de carga del capacitor.


2 INTRODUCCIÓN

2.1.3. DEDUCCIÓN DE LAS ECUACIONES DE CARGA Y DESCARGA DEL CAPACITOR

CARGA DEL CAPACITOR

Para determinar la ecuación de carga se tomará como referencia la Figura 10.

Donde:

( )7.0

12

2

2-

+=

P

B

oRV

RR

R

V

y

Vcc

RRR

R

V

BB

R

32

2

max2

++=

En el caso de no colocar R3

Vcc

RR

R

V

BB

R

+=

2

2

max2

Por lo que el voltaje en R2 es mayor, de allí que es conveniente colocar R3, pues así disminuye el voltaje en R2, asegurando que el SCR no se dispare por voltaje durante el periodo de carga del capacitor. Deducción de las ecuaciones de carga y descarga del capacitor Carga del capacitor Para determinar la ecuación de carga se tomará como referencia la Figura 1.11.

Figura 1.11 Tomando en cuenta que el capacitor tiene un valor inicial de Vv y que la respuesta es exponencial en el caso de una red R-C aplicado un voltaje paso de amplitud Vcc – Vv se tiene que el voltaje en el capacitor Vc esta dado por

( )( )et

VVCVVccVV

t-

--+= 1 donde: CR

1=t

de allí que el voltaje en el capacitor es

( )( )eCRt

VVCVVccVV

1

1-

--+= esta ecuación es valida durante la carga del capacitor hasta cuando el voltaje del capacitor sea Vc = VE = VP ; momento en el cual el UJT entra en conducción y se inicia el proceso de descarga del capacitor. Descarga del capacitor Para determinar la ecuación de descarga se tomará como referencia la Figura 1.12.

V c c

V v

V p

V c

tc a rg at

V c c

V c

C

R 1

E= V

Figura 10: Carga del Capacitor

Tomando en cuenta que el capacitor tiene un valor inicial de Vv y que la respuesta es exponencial en elcaso de una red R-C aplicado un voltaje paso de amplitud Vcc , Vv se tiene que el voltaje en el capacitor Vcesta dado por

Vc = Vv + (Vcc − Vv)(1− e−tτ ) (16)

Donde: τ = R1CDe allí que el voltaje en el capacitor es:

Vc = Vv + (Vcc − Vv)(1− e−t

R1C ) (17)

esta ecuación es valida durante la carga del capacitor hasta cuando el voltaje del capacitor sea Vc=VE=VP ;momento en el cual el UJT entra en conducción y se inicia el proceso de descarga del capacitor.

DESCARGA DEL CAPACITOR

Para determinar la ecuación de descarga se tomará como referencia la Figura 11. La descarga del capacitorse realiza a través de la resistencia por lo que el voltaje durante este intervalo de tiempo se describe de lasiguiente manera:

Vc = Vpe−t

(RB1+R2)C (18)

Donde: τ = RB1+R2y el voltaje de R2 o resistencia de descarga:

VR2 =R2

r2 + RB1× (Vp − 0,7) (19)

Para determinar el tiempo de carga, descarga y periodo de oscilación.


2 INTRODUCCIÓN

Figura 1.12

La descarga del capacitor se realiza a través de la resistencia por lo que el voltaje durante este intervalo de tiempo se describe de la siguiente manera:

( )e

CRRt

PCBVV 21

+-

=

Donde 21RR

B+=t

y el voltaje de R2 o resistencia de descarga

( )7.0

12

2

2-

+= Vp

RR

RV

B

R

Para determinar el tiempo de carga, descarga y periodo de oscilación. Tiempo de carga

Voltaje del capacitor durante la carga

( )( )eCRt

VVCVVccVV

1

1-

--+=

eeCR

t

V

CRt

VVCVVccVVccVV 11

--

+--+=

( )eCR

t

VCVVccVccV 1

-

--=

si cuando t = tC (tcarga) Vc = Vv

( )eCR

t

VP

C

VVccVccV 1

-

--=

eCR

t

V

PC

VVcc

VVcc1

-

=-

-

C

RV c = V E

R 2

B 1

VR 2 m a x

t

V R 2 o

V R 2

V c c

V v

V p

td e s c a rg a

t

EV c = V

Figura 11: Descarga del Capacitor

TIEMPO DE CARGA

El voltaje del capacitor durante la carga es:

Vc = Vv + (Vcc − Vv)(1− e−t

R1C ) (20)

Vc = Vv + Vcc − Vv − Vcce−t

R1C + Vve−t

R1C (21)

Vc = Vcc − (Vcc − Vv)e−t

R1C (22)

Si cuando: t = tc (tcar ga) entonces Vc = Vv

Vp = Vcc − (Vcc − Vv)e−tcR1C (23)

Vcc − Vp

Vcc − Vv= e

−tcR1C (24)

lnVcc − Vp

Vcc − Vv

= −tc

R1C(25)

−lnVcc − Vp

Vcc − Vv

=tc

R1C(26)

lnVcc − Vp

Vcc − Vv

−1

=tc

R1C(27)

ln

Vcc − Vv

Vcc − Vp

=tc

R1C(28)

tc = R1Cln

Vcc − Vv

Vcc − Vp

(29)


2 INTRODUCCIÓN

TIEMPO DE DESCARGA

El voltaje del capacitor durante la descarga es:

Vc = Vpe−t

(RB1+R2)C (30)

Si cuando: t = td (tdescar ga) entonces Vc = Vv

Vv = Vpe−td

(RB1+R2)C (31)

Vv

Vp= e

−td(RB1+R2)C (32)

ln

Vv

Vp

= −td

(RB1 + R2)C(33)

lnVp

Vv

=td

(RB1 + R2)C(34)

td = (RB1 + R2)ClnVp

Vv

(35)

PERIODO DE OSCILACIÓN TOSC

Un periodo de oscilación es igual a la suma del tiempo de carga más el tiempo de descarga del capacitor:

TOSC = tcar ga + tdescar ga = tc + td (36)

entonces,

TOSC = R1Cln

Vcc − Vv

Vcc − Vp

+ (RB1 + R2)ClnVp

Vv

(37)

pero para la mayoría de sistemas tc >> td , entonces TOSC = tc y Vcc >> Vv

TOSC = R1Cln

Vcc

Vcc − Vp

(38)

TOSC = R1Cln

1

1− Vp

Vcc

!

(39)

Si Vp = VD +ηVBB y considerando que R2 y R3 << RBB , VBB = Vcc ⇒ VD << Vp

Entonces: Vp = ηVcc ⇒Vp

Vcc= η

TOSC = R1Cln

11−η

(40)


2 INTRODUCCIÓN

f =1

R1Cln

11−η

(41)

En varios casos las señales de control son usadas en conversores cuya entrada es la red eléctrica y lasalida debe mantenerse a la misma frecuencia de ésta, entonces, es necesario conocer el cruce por cero dela onda de entrada y usarla como referencia para las señales de control, este procedimiento se conoce comosincronización con la red. La sincronización consiste en detectar cuando la onda de voltaje cruza por cero yen ese instante iniciar la carga del condensador del oscilador. Un esquema de oscilador sincronizado con lared se muestra en la Figura 12.

÷÷

ø

ö

çç

è

æ

-=

P

osc

VVcc

VccCRT ln

1

÷÷÷÷

ø

ö

çççç

è

æ

-

=

Vcc

VCRT

P

osc

1

1ln

1

si VP = VD + ηVBB y considerando que R2 y R3 << RBB

VBB = VCC y VD << VP

VccVP

h= =>

h=Vcc

VP

÷÷ø

öççè

æ

-=

h1

1ln

1CRT

osc

( )[ ]h-

=11ln

1

1CR

f

En varios casos las señales de control son usadas en conversores cuya entrada es la red eléctrica y la salida debe mantenerse a la misma frecuencia de esta, entonces, es necesario conocer el cruce por cero de la onda de entrada y usarla como referencia para las señales de control, este procedimiento se conoce como sincronización con la red. La sincronización consiste en detectar cuando la onda de voltaje cruza por cero y en ese instante iniciar la carga del condensador del oscilador. Un esquema de oscilador sincronizado con la red se muestra en la Figura 1.13.

Figura 1.13

En este caso el voltaje de alimentación para el oscilador de relajación es el voltaje del zener es decir VCC = VZ , además recordando que: si VP = VD + ηVBB y considerando que R2 y R3 << RBB

VBB = VCC y VD << VP

Entonces:

P

R 2

R 3

C

+

-

Vo u t

R Z

R 1

1 1 0 V rm s

6 0 H z

Figura 12: Oscilador Sincronizado con la Red

En este caso el voltaje de alimentación para el oscilador de relajación es el voltaje del zener es decirVcc = VZ , además recordando que:Si Vp = VD +ηVBB y considerando que R2 y R3 << RBB , VBB = Vcc y VD << Vp

Entonces:Vp ≈ ηVcc = ηVZ

Además si tiempo de carga esta dado por:

tc = (R1 + P)Cln

Vcc − Vv

Vcc − Vp

(42)

y si Vcc >> Vv entonces:

tc = (R1 + P)Cln

VZ

VZ −ηVZ

(43)

Simplificando:

tc = (R1 + P)Cln

11−η

(44)


2 INTRODUCCIÓN

El tiempo de carga tc será el tiempo que se tarda en aparecer el primer pulso de voltaje en la resistenciade descarga R2 , y que se lo define como α, entonces:

α= (R1 + P)Cln

11−η

(45)

Al colocar un potenciómetro la resistencia durante la carga del capacitor es variable y por lo tanto α tam-bién lo es, siendo menor cuando el potenciómetro P es igual a cero y siendo mayor cuando P esta en su máximovalor.

2.1.4. EL DIODO BILATERAL DE DISPARO (DIAC)

El DIAC es un elemento de dos terminales ánodo 1 (A1) y ánodo 2 (A2), se lo puede considerar un diodobidireccional diseñado específicamente para realizar circuitos de disparo de TRIAC o SCR. El DIAC no conducemás que una mínima cantidad de corriente antes de que el voltaje de conmutación (breakover voltage) seaalcanzado. En este momento el elemento muestra una característica de resistencia negativa observándose unadisminución del voltaje entre sus terminales a un valor aproximado de 5 V, originándose una corriente deconmutación (breakover current) lo suficiente como para encender un TRIAC o SCR. La curva característicadel DIAC se muestra en la Figura 13:

VzVccVP

hh =» Además si tiempo de carga esta dado por:

÷÷

ø

ö

çç

è

æ

-

-+=

P

V

C

VVcc

VVccCPRt ln)(

1

y si Vcc >> Vv entonces

÷÷

ø

ö

çç

è

æ

-+=

ZZ

Z

C

VV

VCPRt

hln)(

1

simplificando ÷÷ø

öççè

æ

-+=

h1

1ln)(

1CPRt

C

El tiempo de carga tC será el tiempo que se tarda en aparecer el primer pulso de voltaje en la resistencia de descarga R2 , y que se lo define como α, entonces:

÷÷ø

öççè

æ

-+=

ha

1

1ln)(

1CPR

Al colocar un potenciómetro la resistencia durante la carga del capacitor es variable y por lo tanto α también lo es, siendo menor cuando el potenciómetro P es igual a cero y siendo mayor cuando P esta en su máximo valor. EL DIODO BILATERAL DE DISPARO (DIAC) El DIAC es un elemento de dos terminales Ánodo 1 (A1) y Ánodo 2 (A2), se lo puede considerar un diodo bidireccional diseñado específicamente para realizar circuitos de disparo de TRIAC’s o SCR’s. El DIAC no conduce más que una mínima cantidad de corriente antes de que el voltaje de conmutación (breakover voltage) sea alcanzado. En este momento el elemento muestra una característica de resistencia negativa observándose una disminución del voltaje entre sus terminales a un valor aproximado de 5 V, originándose una corriente de conmutación (breakover current) lo suficiente como para encender un TRIAC´s o SCR´s. La curva característica del DIAC se muestra en la Figura 1.14:

Figura 1.14 En la curva característica solo se especifica voltaje y corriente de conmutación, ya que en el caso del DIAC la zona de resistencia negativa no es única, en este caso nos referimos a un punto de

C u rv a c a ra c te r ís t ic a d e l D IA C

D o n d e :

V s = V o lta je d e c o n m u ta c ió n

(b re a k o v e r v o lta g e )

Is = C o rr ie n te d e c o n m u ta c ió n

(b re a k o v e r c u rre n t)

I

V+ V s

+ Is

V c c

- V s

- Is

Figura 13: Curva Característica del DIAC

En la curva característica solo se especifica voltaje y corriente de conmutación, ya que en el caso del DIACla zona de resistencia negativa no es única, en este caso nos referimos a un punto de conmutación (±Vs e ±Is)y un voltaje interanódico que es el voltaje entre A1 y A2, dependiendo de cual ánodo tenga mayor potencialcon respecto al otro se define el sentido de la corriente.Los símbolos con los que se representa son los mostrados en la Figura 14:

El oscilador de relajación con DIAC es el mostrado en la Figura 15.Para el análisis de este circuito se considera que mientras el voltaje en el capacitor sea menor que el voltaje

de la fuente, el DIAC esta abierto por lo que se puede determinar el voltaje en el capacitor a través del circuitode la Figura 16:


2 INTRODUCCIÓN

conmutación ( ±Vs e ±Is ) y un voltaje interanódico que es el voltaje entre A1 y A2, dependiendo de cual ánodo tenga mayor potencial con respecto al otro se define el sentido de la corriente. El símbolo con el que se representa es el mostrado en la Figura 1.15 (a), si bien en algunos casos también se lo representa con el símbolo indicado en la Figura 1.15 (b):

Figura 1.15

El oscilador de relajación con DIAC es el mostrado en la figura 1.16.

Figura 1.16

Para el análisis de este circuito se considera que mientras el voltaje en el capacitor sea menor que el voltaje internases el DIAC esta abierto por lo que se puede determinar el voltaje en el capacitor a través del siguiente circuito:

Figura 1.17

+

-

V c

R

V in

V D IA C

Cf

a

t

V C

V in

P

R 2C

+

-

Vo u t

R 1

1 1 0 V rm s

6 0 H z

A 1

A 2

A 1

A 2

(a ) (b )

Figura 14: Simbología del DIAC


Figura 1.15


Figura 1.16


Figura 1.17

+

-

V c

R

V in

V D IA C

Cf

a

t

V C

V in

P

R 2C

+

-

Vo u t

R 1

1 1 0 V rm s

6 0 H z

A 1

A 2

A 1

A 2

(a ) (b )

Figura 15: Oscilador de relajación con DIAC


Figura 1.15


Figura 1.16


Figura 1.17

+

-

V c

R

V in

V D IA C

Cf

a

t

V C

V in

P

R 2C

+

-

Vo u t

R 1

1 1 0 V rm s

6 0 H z

A 1

A 2

A 1

A 2

(a ) (b )

Figura 16: Circuito Equivalente cuando Vc < Vin

Trabajando en el dominio de la frecuencia el voltaje en el capacitor esta dado por:

Vc =− jX c

R1 − jX c× Vf∠0 =

X c∠− 90q

R21 + X 2

c∠tan−1

X cR1

(46)


2 INTRODUCCIÓN

Siq

R21 + X 2

c es el módulo de la carga Zc y tan−1 X cR1

es el ángulo de la carga φc

Simplificando el voltaje en el capacitor se obtiene lo siguiente:

Vc = Vf ×X c

Zc∠(φc − 90) (47)

En el dominio del tiempo:

Vc =p

2× Vf ×X c

Zcsin(ωt +φc − 90) (48)

Como función coseno:

Vc = −p

2× Vf ×X c

Zccos(ωt +φc) (49)

A partir del diagrama fasorial: X cZc= sinφc , entonces :

Vc = −p

2× Vf × sinφccos(ωt +φc) (50)

Si ωt = α y Vc = VDIAC , entonces:

VDIAC = −p

2× Vf × sinφccos(α+φc) (51)

De esta ecuación mediante cálculos numéricos se encuentra φc para determinar la resistencia R, una vezque se ha asumido un valor de C.

2.2. MODULACIÓN DE ANCHO DE PULSO (PULSE WIDTH MODULATION PWM)Una señal PWM (Modulador de Ancho de Pulso) es una onda cuadrada de periodo constante (T) y ancho

de pulso variable (a). En una señal PWM se trabaja con relaciones de trabajo d que representan el ancho depulso con respecto al periodo. Lo que hace básicamente un PWM es variar dinámicamente el ancho de pulsode manera que el tiempo en alto disminuya o aumente y en proporción inversa, el tiempo de baja aumente odisminuya, pero eso sí manteniendo el T constante.

δ =aT

(52)

En la Figura 17 se muestra una señal PWM de período T= cte y con un anchos de pulso variable.Ancho de Pulso ( a ): El ancho de pulso está definido como el porcentaje o tiempo en alto de una señal

cuadrada durante un determinado período.

Período (T): El período se define como el intervalo de tiempo donde la señal PWM ocurre.

Frecuencia ( f ): Se define como el inverso del período.

Un PWM permite que ciertos sistemas continuos en el tiempo, tales como un motor, sean controlados poruna señal discreta.Entre las aplicaciones de un PWM se tiene:


2 INTRODUCCIÓN

T

a=d

Figura 1.18

En la figura 1.18 se muestra una señal PWM de período T= cte y con un anchos de pulso variable.

Ancho de Pulso ( a ): El ancho de pulso está definido como el porcentaje o tiempo en alto de una señal cuadrada durante un determinado período. Período (T): El período se define como el intervalo de tiempo donde la señal PWM ocurre. Frecuencia ( f ): Se define como el inverso del período. Un PWM permite que ciertos sistemas continuos en el tiempo, tales como un motor, sean controlados por una señal discreta. Entre las aplicaciones de un PWM están: Se utiliza en las fuentes de alimentación comunes. Para las computadoras y otros dispositivos electrónicos. También se utiliza para controlar la velocidad de un motor de DC o para controlar la intensidad de un Foco. Por otro lado un PWM se utiliza en amplificadores audio para generar las señales de salida para los altavoces del teléfono o los sistemas estéreos de alta potencia., los amplificadores hechos con PWM producen menos pérdidas por ejemplo por calentamiento con relación a los amplificadores análogos tradicionales.

Figura 17: Señal PWM

Fuentes de alimentación comunes.

Computadoras y otros dispositivos electrónicos.

Control de velocidad de motores DC.

Control de iluminación de lámparas.

Amplificadores audio para generar las señales de salida para los altavoces del teléfono o los sistemasestéreos de alta potencia. Los amplificadores hechos con PWM producen menos perdidas por ejemplopor calentamiento, con relación a los amplificadores análogos tradicionales.

2.2.1. AMPLIFICADORES OPERACIONALES

Características Básicas:

Ganancia en lazo abierto extremadamente alta en el orden de 103 a 106.

Voltaje de salida positivo y negativo con una amplia gama dinámica.

Desajuste de salida con el tiempo y temperatura muy reducida.

Alta impedancia de entrada, del orden de 106 ohm, pudiendo en la mayoría de casos prácticos despre-ciar la corriente entre los terminales inversor y no inversor.

A continuación se describen dos de los curcuitos que pueden ser útiles para generar señales de control.


2 INTRODUCCIÓN

GENERADOR DE ONDA CUADRADA:

Es un comparador en el que la señal de comparación depende de si la salida es Vo o −Vo , si la salida esVo el capacitor empieza a cargarse y este voltaje es comparado con la caída de tensión en R3 de tal forma quecuando el voltaje en el capacitor es mayor que el voltaje en R3 el voltaje de salida será −Vo, con lo cual seproduce la descarga del capacitor hasta que el voltaje en este sea mas negativo que el de R3 con lo cual lasalida seria Vo, produciendo este proceso cíclicamente para dar resultado a la onda cuadrada. Figura 18.

K =R3

R2 + R3(53)

T = 2R1Cln1+ K1− K

(54)

32

3

RR

RK

+

=

K

KCRT

-

+

×××=

1

1ln2

1

GENERADOR DE ONDA TRIANGULAR

Esta formado por dos etapas la primera es un Schmitt sin inversión que es la encargada de generar una

onda cuadrada y la segunda es un integrador que hace que la onda cuadrada sea transformada en una onda

triangular.

La frecuencia de salida es: CRR

Rf

×××

=

32

1

4

La amplitud es:

VccR

R

1

3

Figura 18: Generador de onda Cuadrada

GENERADOR DE ONDA TRIANGULAR:

Esta formado por dos etapas, la primera es un Schmitt sin inversión que es la encargada de generar unaonda cuadrada, y la segunda es un integrador que hace que la onda cuadrada sea transformada en una ondatriangular. Figura 19.

Para este circuito se calcula la frecuencia de salida mediante:

f =R1

4R2R3C(55)

y la amplitud es:

A=R3

R1Vcc (56)

2.3. CIRCUITOS GENERADORES DE PWMLa tecnología en el desarrollo de circuitos integrados ha tenido un enorme progreso logrando caracte-

rísticas de versatilidad, confiabilidad, tamaÃso reducido, sencillez en su uso, etc., facilitando el diseño y la


3 PREPARATORIO

32

3

RR

RK

+

=

K

KCRT

-

+

×××=

1

1ln2

1

GENERADOR DE ONDA TRIANGULAR

Esta formado por dos etapas la primera es un Schmitt sin inversión que es la encargada de generar una

onda cuadrada y la segunda es un integrador que hace que la onda cuadrada sea transformada en una onda

triangular.

La frecuencia de salida es: CRR

Rf

×××

=

32

1

4

La amplitud es:

VccR

R

1

3

Figura 19: Generador de onda Triangular

implementación de circuitos para el control de sistemas electrónicos de potencia, un ejemplo es la técnica co-nocida como PWM. Entre los circuitos integrados empleados para generar las señales de disparo cabe destacara los amplificadores operacionales, el temporizador 555, el LM3524, el TCA785 y las compuertas lógicas dela familia CMOS 74CXX.En las Figuras 20, 21 y 22, se muestran algunos circuitos generadores de señal PWM.

CIRCUITOS GENERADORES DE PWM

La tecnología en el desarrollo de circuitos integrados ha tenido un enorme progreso logrando

características de versatilidad, confiabilidad, tamaño reducido, sencillez en su uso, etc., facilitando el

diseño y la implementación de circuitos para el control de sistemas electrónicos de potencia, un

ejemplo es la técnica conocida como PWM. Entre los circuitos integrados empleados para generar

las señales de disparo cabe destacar a los amplificadores operacionales, el temporizador 555, el

LM3524, el TCA785 y las compuertas lógicas de la familia CMOS 74CXX.

PWM sincronizado con la red usando el circuito integrado 74HC14 (δ entre 0.5 y 1.0)

Figura 1.19.

Figura 1.19

PWM con rampa lineal sincronizada con la red Figura 1.19.

Figura 1.20

1 1 0 V rm s /6 0 H z

D 1

D 3 D 4

V c c

+

-

+

-

+

-

V c c

V c c

V c c2

V c c

L M 3 2 4

V c c2

D 5

D 7

D 2 R 1

R 2

R 3

R 4 R 5P

C

V o u t

1 1 0 V rm s /6 0 H z

C D 4 0 1 0 6 B

1 4

V o u t

7

* L o s p in e s 7 y 1 4 d e la c o m p u e rta C D 4 0 1 0 6 B c o rre s p o n d e n a la p o la r iz a c ió n

Figura 20: PWM sincronizado con la red con CI 74HC14

3. PREPARATORIO

Consultar las configuraciones (circuitos) de amplificadores operacionales en modo: Amplificador In-versor, Amplificador No Inversor, Comparador de Voltaje y Amplificador con Histéresis (Disparador deSchmitt), con sus respectivas ecuaciones.

Diseñar y simular (Proteus) los generadores de onda cuadrada y triangular de las Figuras 18 y 19 parauna frecuencia de 100Hz con una amplitud de -10V a 10V si se dispone de fuentes de ±15V.

Consultar el esquema, diseñar y simular (Proteus) un circuito generador de PWM de 1KHz y relaciónde trabajo variable entre 0,1 a 0,9 usando el circuito integrado LM555. La alimentación del circuito esuna sola fuente de 15V.

Analizar el funcionamiento de los circuitos simulados.


REFERENCIAS

CIRCUITOS GENERADORES DE PWM

La tecnología en el desarrollo de circuitos integrados ha tenido un enorme progreso logrando

características de versatilidad, confiabilidad, tamaño reducido, sencillez en su uso, etc., facilitando el

diseño y la implementación de circuitos para el control de sistemas electrónicos de potencia, un

ejemplo es la técnica conocida como PWM. Entre los circuitos integrados empleados para generar

las señales de disparo cabe destacar a los amplificadores operacionales, el temporizador 555, el

LM3524, el TCA785 y las compuertas lógicas de la familia CMOS 74CXX.

PWM sincronizado con la red usando el circuito integrado 74HC14 (δ entre 0.5 y 1.0)

Figura 1.19.

Figura 1.19

PWM con rampa lineal sincronizada con la red Figura 1.19.

Figura 1.20

1 1 0 V rm s /6 0 H z

D 1

D 3 D 4

V c c

+

-

+

-

+

-

V c c

V c c

V c c2

V c c

L M 3 2 4

V c c2

D 5

D 7

D 2 R 1

R 2

R 3

R 4 R 5P

C

V o u t

1 1 0 V rm s /6 0 H z

C D 4 0 1 0 6 B

1 4

V o u t

7


Figura 21: PWM con rampa lineal sincronizada con la red PWM con rampa cosenoidal sincronizada con la red Figura 1.21.

Figura 1.21

5.- PROCEDIMIENTO

La práctica es tutorial, el instructor procederá a explicar los distintos tipos de circuitos generadores

de señales de control.

4.- PREPARATORIO

4.1 Diseñar los siguientes circuitos de control:

CIRCUITO 1.- Diseñar un generador de PWM de 1.0 KHz, que se obtenga de la comparación de una

señal triangular que varíe entre 5 V y 10 V y una señal de continua entre 5 V y 10 V. La señal

triangular se puede obtener mediante un oscilador en base a amplificadores operacionales como se

muestra en una figura anterior bajo el tema "Generador de onda triangular". Como se trabaja con una

sola fuente la referencia del circuito, que en ese diagrama aparece con el símbolo de tierra debe

conectarse a VCC / 2, que puede obtenerse de un divisor de tensión con un condensador de filtro. La

alimentación del circuito es una sola fuente de 15 V.

CIRCUITO 2.- Consultar y diseñar un circuito generador de PWM de 1.0 KHz y relación de trabajo

variable entre 0,1 a 0,9 usando el circuito integrado LM555. La alimentación del circuito es una sola

fuente de 15 V.

4.2 Analizar el funcionamiento de los circuitos propuestos en la hoja guía

1 1 0 V rm s /6 0 H z

C D 4 0 1 0 6 B

1 4

7


D 1 D 2

D 3 D 4

D 5 D 6

D 7

+

-

+

-

V c cV c c

2

R 3

P

V o u t

L M 3 2 4D 8

R 1

R 2

R 4

R 5

R 6 R 7

C 1 C 2

V c c

V c c

Figura 22: PWM con rampa cosenoidal sincronizada con la red

4. INFORME

Se realizará al final de la práctica de acuerdo a las indicaciones del instructor.

REFERENCIAS

[1] Boylestad R., Nashelsky L. , Electronic Devices and Circuit Theory, 10/e (New Edition). Pearson Education,2012.

[2] M. Rashid, Power Electronics: Circuits, Devices, and Applications. Pearson/Prentice Hall, 2004.


Practica 1

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