OBJETIVOS.

Analizar el funcionamiento de circuitos de conmutación con transistores BJT y MOSFET en régimen dinámico, utilizando el programa de simulación PROTEUS.

Procedimiento

Aplique una onda cuadrada de amplitud 0-3V y frecuencia de 25KHz a los circuitos con transistor NPN y MOSFET que montó en el laboratorio.

Para cada uno de los circuitos tome las medidas indicadas en la siguiente tabla. Utilice una resistencia shunt para medir la corriente que se pide.

1. Transistor NPN Darlington

De acuerdo al circuito de simulación de la imagen 1

Q1TIP122

R1

100Ohm

L112V

V212V

R20R1

R1(1)TD=0

TR=1nTF=1n

PW=50%FREQ=25000

V1=0V2=3

Imagen 1

Teniendo en cuenta el esquemático de la imagen 1 en el que un voltaje en conjunto con una resistencia hace que circule una corriente por la base del transistor en la entrada de Q1 hay 3V ósea ON lo satura y así permite el paso de la corriente entre colector y emisor dando como resultado el encendido de un Bombillo a 12V DC. Dada la alta frecuencia de salida la Bombilla siempre se verá encendía.

Para medir la corriente en la carga agregamos una resistencia Shunt como en el circuito de la imagen 2

Q1TIP122

R1

100Ohm

L112V

V212V

R20R1

R1(1)TD=0

TR=1nTF=1n

PW=50%FREQ=25000

V1=0V2=3

Imagen 2

Las resistencias Shunt son usadas principalmente dentro de los elementos de medición como galvanómetros y amperímetros y su función es ampliar el límite de medición de corriente en el caso de los amperímetros. En este caso elegimos una resistencia Shunt de un valor de 1 0hm para que no nos tumbe demasiado voltaje y un valor en watts de potencia de 30W para que la corriente que transcurra por ella no eleve la temperatura y

Semiconductores (Implementado Como Interruptor)

Tovar, Luis, Tangarife, Sebastián.luistovar145131@correo.itm.edu.co, sevast_t15@yahoo.es

Instituto Tecnológico Metropolitano

no nos altere el valor de la resistencia, puesto que si ocurriese, nos variaría el valor de la medición. Esta resistencia shunt va conectad en serie con la carga, y en paralelo a las puntas de medición de amperímetro. Por otra parte nos da seguridad al medir ya que protege el amperímetro de sobrecargas de potencia.

Se obtienen los siguientes datos:

Y

la forma de onda para VCE es:

Y la forma de onda para VBE es:

Para un TIP122 la disipación de potencia es de 65 W a 25℃, pero en nuestro montaje:

P=I C∗V CE

P=2,1 A∗0,8 V

P=1,68 W

2. Transistor MOSFET canal N

R2

R1

Vc

ControlQ1

Q2

Q3

R3

En este circuito omitiremos Rg ya que esta es utilizada para acelerar la carga del condensador virtual que se genera entre Gate-Source debido a las juntas de los materiales semiconductores al interior del encapsulado.

Se debe establecer una corriente muy pequeña que permita a Q1 Saturarse y Q2 entrar corte cuando S1 está en ON, llevando un Voltaje V3=12V a la unión de los emisores de Q1 y Q2.

Usamos un IRF540N transistor de potencia Mosfet de canal N activado por voltaje. El IRF540Ncuenta con un rango de Voltaje en Gate de ±20V; el fabricante nos indica que el voltaje de umbral para que se forme el canal que haga transitar los electrones entre Drain-Source es de mínimo 2V, y al aplicarle los 12V establece el canal necesario de sobra para hacer transitar la corriente que necesita la bombilla para encender.

Al poner S1 en OFF se retira el voltaje de B1, Q1 entra en corte y Q2 en saturación y se establecen 0V en la unión de los emisores de Q1 y Q2 permitiendo que se descargue rápidamente el condensador virtual Gate-Source por Q2 quien tiene su colector a tierra, haciendo desaparecer el canal en Q3 (Mosfet) y apagando la Bombilla.

De este circuito se obtienen los siguientes datos:

Mediciones Valor Max/ Min

VCE 12V/1,25V

VBE 0,77V/0,48V

Corriente carga 2,15A

Y la

forma de onda de VE Chanel A y VDS Chanel C son:

Donde:

Para un IRF540N la disipación de potencia es de:

P=I C∗V CE

P=2,1 A∗0,8 V

P=1,68 W

El siguiente circuito se emplea para activar con una señal digital y de manera aislada, una carga conectada a tierra.

6

5

4

1

2

U1

OPTOCOUPLER-NPN

R4

R3

Q1

TIP31

CARGA

R2

V1VCC

TresTierras distintas

R4(1)

La señal digital entra al opto acoplador generando de un lado un haz de luz que satura la base foto sensible de un transistor dentro del mismo encapsulado permitiendo así el flujo de corriente entre colector-emisor determinada por R3, se ajusta el valor de corriente con R2 que permite saturar Q1 dando paso a la corriente entre Colector-emisor y energizando la carga. Pero como ésta tiene tierra en ambos lados, nunca se encenderá. Y las 3 tierras distintas solo son 2, Una tierra de control que maneja bajas señales y una tierra de potencia que trabaja con voltajes y corrientes más altas. Donde el opto acoplador me permite independizar el control de la potencia para que no se altere o termine quemándose.

Los retardos de señal son despreciables ya que la frecuencia de oscilación de la señal de entrada es muy alta, y esta se ve reflejada a la salida.

Mediciones Valor Max/ Min

VE 12V/0V

VDS 12V/0V

Corriente de Carga 2,15A