informe de la práctica 04 - ea2-unalmed - home · 2013-10-15 · señal cuadrada generada por un...
TRANSCRIPT
Práctica 03 – 05 – Septiembre 23/ 2013 – periodo 2013/03
Eric Santiago Granda, Daniel Ramírez Castañeda.
Laboratorio Electrónica Análoga II, Escuela de Mecatrónica, Facultad de Minas
Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín
Resumen – Este documento contiene el análisis teórico del comportamiento de un transistorbipolar con una
señal cuadrada generada por un temporizador, y a partir del análisis teórico, que conlleva a un diseño con
especificaciones preestablecidas, se procede al registro de la obtención de datos experimentales.
Palabras Clave – Acoplador, polarización, opto electrónico, ciclo de dureza, modulacion por ancho de pulso,
Voltaje Colector Emisor de Saturacion.
Abstract – This document contains the theoretical analysis of
the behavior of a transistor bipolar with a square wave generated
by a timer, and from theoretical analysis, which leads to a pre-
established design specifications, it will register obtaining
experimental data
.Index Terms–Common collector, common emitter, gain,
impedance, point Q, polarization.
I. INTRODUCIÓN
Una de los aplicaciones de los dispositivos semiconductores
de tres terminales es el uso de ellos como interruptor, es
decir permitir o impedir el paso de corriente entre dos
terminales usando un tercer terminal.
Para un transistor bipolar, la forma como este se comportara
como interruptor dependera de los voltajes con los que esten
polarizadas cada una de sus junturas (Base-Emisor y Base-
Colector) que hagan que el transistor entre a operar en la
regiones de corte o saturación.
En la región de corte (Ambas junturas polarizadas
inversamente) no hay conduccion de corriente entre colector
y emisor. En la región de Saturacion (Ambas junturas
polarizadas directamente) hay conduccion de corriente entre
colector y emisor, pero debido a procesos de recombinacion
en el transistor y la existencia de region de exclusion en cada
una de las junturas, habra una caida de potencial entre colector
y emisor conocida como Voltaje Colector Emisor de
Saturacion . Dado que ambas junturas deben estar polarizadas
directamente, se debe garantizar que el voltaje de polarizacion
directa se supere en cada una de las junturas.
Figura 1. Curva característica del transistor bipolar.
A. .Procedimiento Teórico.
Para el circuito de la Ilustracion 1 y se determinan los valores
de la resistencias R3, R5 y R7.
Figura 2. Variador de velocidad motor DC
Para el valor de R3 se tiene en cuenta la corriente maxima del
LED del opto acoplador y el valor del voltaje maximo de
salida del oscilador de la etapa 1 (aproximadamente 10v).
Informe de la Práctica 04: DISPOSITIVOS OPTOELECTRÓNICOS
Práctica 03 – 05 – Septiembre 23/ 2013 – periodo 2013/03
Para el valor de R5 se tiene en cuenta las condiciones de
saturacion del fototransistor del optoacoplador y la corriente
de colector minima de saturacion y el voltaje colector emisor
de
saturacion.
Para El valor de la resistencia R7 se asume el motor como
una resistencia de 110
ohmios.
R3 = 100Ω
R5 =1kΩ
R7=100Ω
B. Simulación.
Figura 3. Esquema del variador de velocidad para la
simulación.
Figura 4. Grafica de simulación de la señal de salida en la
primera etapa.
Figura 5. Grafica de simulación de la señal a la salida de la
segunda etapa.
Figura 6. Grafica de simulación de las señales en la tercera
etapa correspondientes a (Rojo) y a la caída de tensión en
el motor (Verde).
C. Experimento.
El experimento consistio e realizar el montaje de la primera
etapa, variar el potenciometro entre sus extremos y encontrar
los valores maximo y minimo del ciclo de dureza de la señal.
Posteriormente realizar el montaje de la segunda etapa del
circuito utilizando las resistencias R3 y R5 calculadas,
encontrar experimentalmente la relacion entre la senal
suministrada al LED del Opto acoplador y la senal en el
emisor del fototransistor del mismo. Seguidamente Realizar el
montaje de la tercera etapa y observar la señal en el colector
del transistor Q.
II. RESULTADOS EXPERIMENTALES
Los resultados experimentales se recopilan en una serie de
fotografías tomadas durante la práctica.
Figura 7. Señal en la salida de la etapa 1.
X1
555D
GN
D1
TRIGGER2
OUTPUT3
RESET4
CONTROL5
THRESHOLD6
DISCHARGE7
VC
C8
R1
1k
V1
10Vdc
D1
1N4148
R3
4.5k
R4
5.5k
D2
1N4148
C1
100n
C2
100n
0 0
0
0
0
R5
100U1
A4N25
R6
100k
R7
1k
R8
120
V2
10Vdc
Q2
Q2N3904
0
R9
1000
0
V
Time
0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 10ms
V(R5:2)
-4.0V
0V
4.0V
8.0V
Time
0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 10ms
V(R9:1)
-0.5V
0V
0.5V
1.0V
1.5V
Time
0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 10ms
V(R8:2)- V(R8:1) V(Q2:c)
-4V
0V
4V
8V
12V
Práctica 03 – 05 – Septiembre 23/ 2013 – periodo 2013/03
Figura 8. Señal en la salida de la etapa 2.
Figura 9. Señal en el colector (azul) y señal en la salida
de la etapa 1 (amarillo).
Figura 10. Señal de la caída de tensión en el motor.
Figura 11. Señal de la caída de tensión en el motor
(amarillo)y señal en la salida de la etapa 1(azul).
III. COMPARACIÓN DE RESULTADOS
De acuerdo con la graficas 4 y 7, la grafica de simulación nos
indicaque el voltaje pico de la señal cuadrada se encuentra
cerca de los 8v y con un ciclo de dureza del 50% cuando el
voltaje aplicado en la terminal 7 del 555 es Vcc/2. Esto ocurre
de manera similar en la grafica tomada por elosciloscopio con
una variación mas o menos de 1v en el voltaje pico de la señal
cuadrada.
En la grafica 5 nos damos cuenta que la señal simulada tiene
un voltaje pico de 1,4v menor al de la señal entregada por la
etapa 1, pero con el mismo ciclo de dureza y en fase. Pero en
la grafica 8 la señal mostrada por el osciloscopio a las salida
de la etapa 2 no sindica un voltaje pico de 5v con el mismo
ciclo de dureza.
En la grafica 6 podemos observar la señal simulada para la
caída de tensión , la cual nos indica cuando el transistor
esta en su región de corte En esta region el transistor esta
desactivado, pues no hay conduccion decorriente. Esto
ocasiona que haya una gran caida de potencial entre las
terminales C y E, dicha caída de potencial es de 10v. Y
cuando esta en la región de de saturación. existe conduccion
de corriente la caida de voltaje provocada por el dispositivo
entre C y E es nula. Experimentalmente se tuvieron los
mismos resultados como se muestra en la grafica 9.
Las graficas 6, 9 y 10 tambien nos muestran que la señal de la
caída de potencial entre las terminales C y E se encuentra en
contrafase con la señal en la salida de la etapa 1 y con la señal
de la caída de tensión en el motor.
Práctica 03 – 05 – Septiembre 23/ 2013 – periodo 2013/03
CONCLUSIONES
Los errores obtenidos se deben a que no se usaron los valores de las resistencias y del capacitor calculados, y se usaron resistencias y capacitores aproximados que se encontraban en el laboratorio. El transistor bipolar se pudo llevar a la región de corte y de saturación, para que operara como un interruptor. Al aumentar o disminuir el ciclo de dureza con el potenciómetro, se pudo controlar la velocidad del motor. Si el ciclo de dureza es mayor o menor, de igual forma se comportara la velocidad del motor. Se identificaron las relaciones corriente - voltaje de los transistores bipolares, sus curvas caracteristicas y sus regiones de operación. Se observo el comportamiento experimental de los dispositivos semiconductores opto electrónicos, y se implemento este tipo de dispositivo para acoplar etapas de baja corriente con etapas que requieren grandes corrientes como para logra el funcionamiento de un motor. REFERENCIAS
[1] H, Muhammad Rashid, Circuitos Microelectrónicos
Análisis y diseño, Rene Garay Argueta, Gloria Leticia Medina Gil, y Castellanos Miguel Angel Toledo, Eds. Mexico, Mexico: Thomson, 2000. [2] Robert Boylestad y Nashelsky Louis, Electronic Devices and
Circuit Theory, 7th ed. New York, [3] Adel S. Sedra y Kenneth C. Smith, Microelectronic Circuits. USA: Oxford University Press, 2009. [4] Fairchild Semiconductor. (2008) TIP120/TIP121/TIP122 NPN Epitaxial Darlington Transistor. [En linea]. http://www.fairchildsemi.com/ds/TI/TIP120.pdf