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• Joel Becerra

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL EE435M INFORME FINAL Nº 2

CARACTERIZACIÓN DE DISPOSITIVOS USADOS EN LOS CIRCUITOS DE DISPARO: UJT, PUT, ACOPLANADORES OPTICOS Y MAGNÉTICOS

Profesor: Ing. LAZO OCHO, DOMINGO PEDRO

Alumno: Cervantes Abraham

Salguero,

Keitel

Espinoza Egoavil. Mario Hidalgo Flores, Paul Hurtado Chorrillos, Vladimir Octavio Saravia Hernández, Carlos

2 009

Dedicatoria

A la memoria de todos los que hacen e hicieron posible el esparcimiento del entendimiento de la Naturaleza.

CARACTERIZACIÓN DE DISPOSITIVOS USADOS EN LOS CIRCUITOS DE DISPARO: UJT, PUT, ACOPLADORES ÓPTICOS Y MAGNÉTICOS 1. FUNDAMENTO TEÓRICO. UJT El transistor UJT (transistor de unijuntura - Unijunction transistor) es un dispositivo con un funcionamiento diferente al de otros transistores. Es un dispositivo de disparo. Es un dispositivo que consiste de una sola unión PN Físicamente el UJT consiste de una barra de material tipo N con conexiones eléctricas a sus dos extremos (B1 y B2) y de una conexión hecha con un conductor de aluminio (E) en alguna parte a lo largo de la barra de material N. En el lugar de unión el aluminio crea una región tipo P en la barra, formando así una unión PN. Ver el siguiente gráfico Como se dijo antes este es un dispositivo de disparo. El disparo ocurre entre el Emisor y la Base1 y el voltaje al que ocurre este disparo está dado por la fórmula: Voltaje de disparo = Vp = 0.7 + n x VB2B1 Donde: - n = intrinsic standoff radio (dato del fabricante) - VB2B1 = Voltaje entre las dos bases La fórmula es aproximada porque el valor establecido en 0.7 puede variar de 0.4 a 0.7 dependiendo del dispositivo y la temperatura. Dos ejemplos sencillos 1.- Un UJT 2N4870 tiene un n = 0.63 y 24 voltios entre B2 y B1. Cuál es el voltaje de disparo aproximado? Voltaje de disparo = Vp = 0.7 + (0.63 x 24) = 15.8 Voltios 2.- Un UJT 2N4870 tiene un n = 0.68 y 12 voltios entre B2 y B1. Cuál es el voltaje de disparo aproximado? Voltaje de disparo = Vp = 0.7 + (0.68 x 12) = 8.86 Voltios. Nota: - Un dato adicional que nos da el fabricante es la corriente necesaria que debe haber entre E y B1 para que el UJT se dispare = Ip. - Es importante hacer notar que también se ha construido el UJT donde la barra es de material tipo P (muy poco). Se le conoce como el CUJT o UJT complementario. Este se comporta de igual forma que el UJT pero con las polaridades de las tensiones al revés Muy importante: No es un FET

PUT

El PUT (Transistor Uniunión programable) es un dispositivo que, a diferencia del transistor bipolar común que tiene 3 capas (NPN o PNP), tiene 4 capas. El PUT tiene 3 terminales como otros transistores y sus nombres son: cátodo K, ánodo A, puerta G. A diferencia del UJT, este transistor permite que se puedan controlar los valores de RBB y VP que en el UJT son fijos. Los parámetros de conducción del PUT son controlados por la terminal G. Este transistor tiene dos estados: Uno de conducción (hay corriente entre A y K y la caída de voltaje es pequeña) y otro de corte cuando la corriente de A a K es muy pequeña. Este transistor se polariza de la siguiente manera: Del gráfico, se ve que cuando IG = 0, VG = VBB * [ RB2 / (RB1 + RB2) ] = n x VBB donde: n = RB2 / (RB1 + RB2) La principal diferencia entre los transistores UJT y PUT es que las resistencias: RB1 + RB2 son resistencias internas en el UJT, mientras que el PUT estas resistencias están en el exterior y pueden modificarse. Aunque el UJT y el PUT son similares, El Ip es más débil que en el UJT y la tensión mínima de funcionamiento es menor en el PUT. Funcionamiento: Para pasar al modo activo desde el estado de corte (donde la corriente entre A y K es muy pequeña) hay que elevar el voltaje entre A y K hasta el Valor Vp, que depende del valor del voltaje en la compuerta G. Sólo hasta que la tensión en A alcance el valor Vp, el PUT entrará en conducción (encendido) y se mantendrá en este estado hasta que IA corriente que atraviesa el PUT) sea reducido de valor. Esto se logra reduciendo el voltaje entre A y K o reduciendo el voltaje entre G y K Opto acopladores También se denominan opto aisladores o dispositivos de acoplamiento óptico. Basan su funcionamiento en el empleo de un haz de radiación luminosa para pasar señales de un circuito a otro sin conexión eléctrica.Fundamentalmente este dispositivo está formado por una fuente emisora de luz, y un foto sensor de silicio, que se adapta a la sensibilidad espectral del emisor luminoso. TIPOS: Existen varios tipos de opto acopladores cuya diferencia entre sí depende de los dispositivos de salida que se inserten en el componente. Según esto tenemos los siguientes tipos: Fototransistor: o lineal, conmuta una variación de corriente de entrada en una variación de tensión de salida. Se utiliza en acoplamientos de líneas telefónicas, periféricos, audio ... Optotiristor: Diseñado para aplicaciones donde sea preciso un aislamiento entre una señal lógica y la red. Optotriac: Al igual que el Optotiristor, se utiliza para aislar una circuitería de baja tensión a la red En general pueden sustituir a relés ya que tienen una velocidad de conmutación mayor, así como, la ausencia de rebotes.

2. SIMULACIONES. CIRCUITO A La idea de este circuito es la de medir el coeficiente “n” de por lo menos 3 UJT razón por la cual se implemente una etapa de rectificación a fin de poder capturar el valor de Vp para luego reemplazar en la ecuación Vp=n*Vb1b2+Vd Bajo la condición establecida es necesario que R1+P1 sea un valor elevado, y también el valor de C2 debe ser mayor al de C1 a fin de que la descarga sea mas lenta. 12Vdc V1

0 R 1 25k

R 5 1

D 1N 4004 D 1

X1 V

R 3 150k

C 1 220n

R 2 50k

0

V

2N 2646

C 2 88n

R 4 0 .1

0

8.0V

6.0V

4.0V

2.0V

0V

0s

V(C1:1)

5ms V(C2:1)

10ms

5ms

10ms

15ms

20ms

25ms

30ms

35ms

40ms

25ms

30ms

35ms

40ms

Time

80uA

60uA

40uA

20uA

0A

0s

-I(R2)

15ms

20ms Time

CIRCUITO B El siguiente circuito corresponde a un regulador de velocidad de un motor AC monofasico, el control de la velocidad del motor se hace a través del control del voltaje eficaz en el motor y para ello se controla el ángulo de disparo del triac a través de un circuito de disparo implementado con un PUT, además se utiliza un circuito rectificador y un diodo tener para regular la tensión y obtener un voltaje DC que va a alimentar al circuito oscilador por lo cual una vez implementado el circuito solo requiere de una fuente alterna monofásica para trabajar.

Los parámetros son: Del oscilador: Tmin = 1/Fmax = Rmin * C ln (1/(1-  )) Tmax = 1/Fmin = Rmax * C ln (1/(1-  ))

 : Relación intrínseca del PUT

Rmin=27k Rmax=(50+27)k C=0.1uF

Tmin = 1/Fmax = 27, 000* 0.1 X 10 -6 * ln (1/(1-0.65) = 2.83 mS Tmax = 1/Fmin = 77, 000* 0.1 X 10 -6 * ln (1/(1-0.65) = 80.84 mS Vzener=9.1V Respuesta obtenida : Voltaje en el motor

Señal obtenida en la salida del PUT

CIRCUITO C1: Este circuito ya está establecido, lo que se busca es encontrar el diagrama de bode es decir la respuesta en frecuencia para el caso de usar un dispositivo de acople óptico, con ello podremos tener una idea cualitativa del rango de frecuencias con el que podemos ingresar una entrada tal que exista una respuesta del opto acoplador. 0 V1 10Vdc

R 2 520 O O D S O

F F T IM E = 4 m S D S T M 1 N T I M E = 4 m S CLK ELAY = TA R TV A L = 0 PPVAL = 1

R 1 1k

R 3 5k

I

1

U 1 PS2501

4

2 3

I

0

3.0mA

2.0mA

1.0mA

0A

-1.0mA

0s

-I(R2)

5ms I(U1:C)

10ms

15ms

20ms

25ms

30ms

35ms

40ms

45ms

50ms

Time

Para una onda cuadrada con periodo 0.8ms se tiene: 3.0mA

2.0mA

1.0mA

0A

-1.0mA

0s

-I(R2)

5ms I(U1:C)

10ms

15ms

20ms

25ms Time

30ms

35ms

40ms

45ms

50ms

Para una onda con periodo 0.8us empiezan a surgir problemas; la señal de salida es: 2.0mA

1.0mA

0A

-1.0mA

0s

-I(R2)

2us I(U1:C)

4us

6us

8us

10us

12us

14us

16us

Time

CIRCUITO C2 Este circuito es muy similar al anterior; para este caso analizaremos la respuesta en frecuencia del opto acoplador pero en conjunto con una compuerta lógica AND, nos servirá como referencia ya que el disparo de los circuitos ligados a SCR, TRIACs están accionados bajo una lógica de control de ompuertas. 0 V1 10Vdc

R 6 1k R 2 3 .3 k

F F T IM E = 2 .5 s D S T M 1 N T I M E = 2 . 5 s CLK ELAY = TA R TV A L = 0 PPVAL = 1

R 5 5 .6 k

Q 1

Q 2N 2222

U 2

1

3

2

0

U 1 PS2501

1

V

AN D 2

4

2 3

O O D S O

R 1 270

R 4V 4 .7 k O O D S O

F F T I M E = 0 . 1 m Ds S T M 2 N T I M E = 0 . 1 m s CLK ELAY = TA R TV A L = 0 PPVAL = 1

0

10V

5V

0V

0s

V(U2:O)

1ms V(R4:2)

2ms

3ms

4ms

5ms Time

6ms

7ms

8ms

9ms

10ms