T1152.pdf

GENERADOR DE BARRIDO
DE
MIORQONDAS
Oreéis previa a la obtención del titulo de
INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y
TELECOMUNICACIONES
de la Escuela Politécnica Nacional
CARLOS LOSADA NUftSZ
Quito, Marzo de
1.974
AGRADECIMIENTO
Al Dr. BHÜCE HOENEISEH
Al Ing/HESBERT JACOBSOK
por su invalorable ayuda
en la realización de este trabajo..
CEPTIFIGO QÜ'é. esta tesis ha sido'
elaborada en SIL totalidad por el
Sr.. Carlos Losada liúñes
Dr.. BEITCE HOSNEISSH
Director de Tesis
^
.DEDICATORIA
A mi.: padre
LUIS
-A. mi. madre
EEHESOJINA
A mi esposa GLORIA
A mi. hijo-
' CONTENIDO
1
.Capitulo
X
II
'
.
• ..
.
'
••-;: ,-;-•. •. - . ;'
. ' . . , _ -Página
Introducción. . , . . - . . . , . . . . .«, . .
1
Diseño. . . . . . . .
¿f
..»."..
-.2.1 Tipos de" Klystroit . . . . . . . . . . .
5
. 2...Z Especificaciones de la fuente .. . . ./
-
8
Z~3 Siecclóní de la fuente . . . .... ... .' - , 13.
2.,¿f Diseño' dé la fuente,.. „. ^ „ ,. .....
III '
'
Diseño Mecánico . ... . ... . ... . ...';/.'.
5§
Hedidas • Experimentales^ * . . . . . . . . ., .j¿'*;¿ .
66
• • ¿f.l Medidas de aislación. . . . . . , , .... */..
¿f.2 Prueba de los circuitos de control. ..
"-4-3 Prueoa; de cortocircuitos
.. .,
/¿^¿f; Pangos de tensión, y rizado. . . . . . .
-
30
67.
68
69
70
Jipendi.ee. ......... .. ....'... , . ./•,.'.-.-"•
77
Bibliografía.
78
Planos
79
Capítulo Primero
Introducción,
El. trabajo que a continuación presento se refiere
al diseño y construcción de ua generador de barrido en microon
das utilizando un klystron. de reflexión, como elemento
genera-
dorEl klystron de reflexión consta básicamente de
"tres elementos: el cáto'do, el resonador y el reflector.
SI r^e
sonador es una cavidad reentrante que está acoplada a la guía
de salida del klystron..
Esta calidad tiene rejillac jn su so_
na reentrante que permiten el paso del haz de electrones
emite el cátodo..
que
Este has es reflejado por el reflector que es
tá. a un potencial negativo con respecto al cátodo»
De esta ma-
nera el haz, de electrones es finalmente absorbido por el reseña
dors. que está a un potencial positivo con respecto al cátodo .La cavidad del resonador tiene en su interior un campo oscilan
te el cual provoca que los electrones que lo atraviesan sean m£
dulados en velocidad,
Esto hace que los electrones que retor-
nan al resonador lo realicen formando grupos.
Estos grupos de
electrones inducen cargas en la cavidad del resonador que mantienen la oscilación si tienen, la fase adecuada»
Al variar el potencial del reflector, se varia la
fase de llegada de los grupos de electrones al resonador, lo
que cambia la frecuencia de oscilación*
El klystron oscila
mientras la ganancia de realimentación sea mayor que la unidad.
El rango de modulación electrónico por lo tanto depende de la
respuesta de frecuencia de la cavidad del resonador*
3
EJX la práctica el rango de modulación de frecuencia depende de las características del klystron.
Por ejemplo
para el klystron 22L?.5 de Philips una variación de l¿f V en reflector da "una modulación de 53 MKs..
Por lo tanto5 el trabajo propuesto consiste en. el
diseño y construcción, de una fuente de poder para klystron
de
reflexión con modulación: en la tensión, de reflector con obj.eto
de modular la frecuencia del klystron.
El rango de barrido qu£
da determinado por las características de los klystron. y es del
orden de las decenas ¿e MHz,..
Este' barrido es suficiente para
observar la respuesta de frecuencia de cavidades de alto factor
•de mérito y de los filtros usado,s .en enlac.es de microondas<>
Además, la modulación, del voltaje de reflector per
mite observar los modos de oscilación del klystron, lo que es
útil desd.e el punto de vista didáctico. El equipo será utiliza
do en, el laboratorio de microondas por lo cual debe tener todos
los dispositivos áe protección tanxo del klystron como de la
fuente misma-
Se rjrevee también el uso del equipo como una
fuente regulada de alta tensión^
Es de mi interés que este trabajo sea de utilidad
práctica en. el laboratorio.
2.1.- TIPOS DE KLY3TRON»
.
CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN.
Con: el propósito de determinar las características que
debe satisfacer la fi-ente, he tomado del manual Philips, de
Febrero de l,-969> una lista de klystron de media y "baja potencia que se detallan on la tabla NG 1»
TIPOS DE KLTSTRON PHILIPS DE MEDIA Y BAJA POTENCIA
TIPO
FRECUENCIA
CALEWTAMIENTO CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN
V .
fil.
(GHzK
KS9-40.
YK-1070
9. .3-9. 5
9*3-9,51
5-9-8.1
.YK-1090
10.5-12-2 '
KS9-40D
(V)
z
fil.
(rnA)
700
6.3
700
6.3
800
6.3
6.3 1.200
-L
(GHz, ) (V)
300
9-4
9.45 300
10.5-12.2
6.3 1.200
200
23
12.2
2CO
10,5
400
11.5
400
400
23
65
65
65
12.2
TK-1140
5.925-8.1
2K25
723 A/B
8.5-9.66
8.7-9.5.
8.5-9.6-
6975
6.3
6-3
6.3
6,3
800
450
600
450
TABLA
-85
-88
200
7
9o7
9-37
8,5
750
400
400
400
750
300
300
300
ref.
(V)
10.5
11.5
7
10,5
11.5
V
(mA)
33
33
70
65
65
65
23
12,2
ÍK-1091
vres I
* res.
70
22
22
30
-350
-190
-260
-315
-60
-90
-110
-190
-260
-190
-350
-130 a -190
-130 a -185
-140 a -150
CARACTERÍSTICAS DE MODULACIÓN DE FRECUENCIA
Del mismo manual Philips que nos referimos en. el apartado anterior, se obtienen las características de modulación de
frecuencia para los kíystron de la tabla Na 2»
TIPO
SENSIBILIDAD DE MODULACIÓN
EN REFLECTOR
EN RESONADOR
(MHs./V)
(MHz./V)
(MHzv)
0.5
k5
18
53
58
l¿f
18,7
KS9-¿fO
2K25
6975
RANGO DE SINTONÍA ELECTRÓNICA
2.-5
-
3 3.1
8
-
1
•TABLA ira
(V)
z
CONCLUSIONES
De la tabla NQ 1 podemos deducir:
1..-'Máximo "roltaje d'e "operaei'ón de resonador:
750 V
2.- Máxima corriente de operación de resonador:
70 mA
3.- Mínimo voltaj'e de operación de resonador:
200 V
¿f,- Mínima corriente de operación de resonador:
22 mA
5-~ Máximo voltaje de operación de reflector:
- 350 V
6.- Mínimo voltaje de operación de reflector:
-
7-- Corriente de reflector:
60 V
O mA
8.- Voltaje de filamento:
6*3 V
9~- Corriente máxima de filamento:
1,2 A
Debo anotar que los voltajes máximos de 750 V para
resonador y -350 V para reflector, son. debido a los kíystron
YK-1070 y YK-ll¿fO que tienen una potencia de salida de 1.2 Watt.
A excepción de estos kíystron, el voltaje máximo de polarización
•7
es de ¿fGO V para resonador y de -350 para reflector..
Es de se_
fíalar además que los dos tipos de klystron en mención son comer
cialrnente más caros que los otros de baja potencia de salida»
Como en el laboratorio no se requieren las potencias relativamente altas de estos klystron, concluirnos que probablemente nun
ca se usarán en el laboratorio.
A pesar de ello, el diseño de
la fuente se hará con los voltajes máximos de 800 V y ~¿fQO V
para resonador y reflector respectivamente.
De la tabla IÍa 2 podemos concluir:
1..- Amplitud de barrido de reflector necesario:
2.- Máximo rizado admisible de reflector:
18.7 V"
0,_3 V
que equivale a una variación de frecuencia de
aproximadamente 1 MHz..
3.- Máximo rizado admisible de resonador:
' 1 V (a 22 mA.)
que equivale a una variación de frecuencia
de aproximadamente 1 MHs.
2..2. ESPECIFICACIONES DE LA FUENTE.
En "base a las conclusiones anterioras, hemos elegido las
siguientes especificaciones para la fuente:
Fuente de resonador.
- Rangos de voltaje
.
I,-800 -a ¿fOO V
2,-500 a 250 V
3.-300 a 150 V
- Corriente máxima
100 mA
- Rizado máximo
- Limitación de corriente
0.3
~^~--—-
V
l¿fO mA
- Protección: contra cortocircuito: la tensión ;/• corriente debe:
rán reducirse -a -c-ero si -la corrient-3 -err.ees de 100 mA, duran
te un tiempo superior a 0*3 segundos.
- Protección contra transientes de línea*
- Trabajo normal dentro del. rango de temperatura ambiental de
0-50°C.
- Trabajo normal con tensión de linea de 117 "^ £ 10$
Fuente de reflector,
- Rangos de voltaje
l,~¿fOO a 133 V
2.-160 a
- Corriente máxima
- Rizado máximo
- Limitación de corriente
53 V
60 mA
0.3 V
90 ffiA
- Protección contra cortocircuitos: la tensión se corta si la
corriente excede de 60 mA.» durante máj de 0(>3 segundos.
- Protección contra transientes de linea.,
- Trabajo normal dentro del rango de temperatura ambiental de
O a 50°C^
- Trabajo normal con tensión de linea de 117 V * 10/o.
Además se deberá proteger el klystron. de modo que
en ningún momento el voltaje de reflector sea mayor que el vol
taje del cátodo,.
Para esto se pondrá na diodo de protección
entre las salidas de reflector y cátodo.
Se debe anotar que los voltajes máximos correspori.
den a la tensión nominal de línea_• En ~,aso de disminuir
la
tensión de linea, los voltajes máximos de los distintos rangos
tanto de resonador como de reflector, tendrán u:na disminución
proporcional*.
Puente de filamento.
Para el filamento deberán corresponder las siguien
tes especificaciones:
- Voltaje
-6»3 V
- Corriente
1,2 A
Fuente de barrido.
En la figuia N^ 1 observamos esquemáticamente la
disposición del circuito para generar y observar el. barrido.
10
LIITEA SE
JUd
OSCILOSCOPIO
a- *
*J
ATE- FRE FIL ATJ^ DETE£
ÍÍUA- CT3S2T TRO NUA TOR,
DOR
SOR
GIME
TRO,
v
. -FIGURA ffa 1
SI devanado de 32 V
varia el .potencial de refle£
tor en. forma sin.usoida!3 con, el fin de modular la frecuencia
de oscilación: del klystron-
La amplitud de la tensión, sinu-
soidal de modulación es ajustable entre O y 32 V" ,
El valor de 32 V
se obtuvo en forma aproximada
ir
ya que según, la tabla N"a 2 S el mayor rango c'e sintonía electr£
nica se obtiene con. 18.7
V ¿e variación en reflector (para el
klystron tipo 6975 de la marca Philips}..
En. consecuencia, se
11
estiman suficientes los 32 V para obtener un ran¿o de sintonía
P
electrónica adecuada.,
Al modular la tensión áe reflector con la frecuen
cia de 60 Hz,. que tiene el devanado de 32V, la frecuencia de
oscilación del resonador del klystron es modulada en forma sinusoidal con una frecuencia de 60 Hz,
se tenga la misma variación,
Esto hace que en la guia
Esta señal llevada a la entrada
vertical del osciloscopio , permite obtener mediante un barrido
en. horizontal de una señal sinusoidal, las formas de onda correspondientes, a los modos de oscilación del klystron»
La aplicación práctica del generador de barrido s_e
ría el estudio de respuesta de frecuencia de los filtros utilizados en comunicación a base de microondas,
En estos casos la
disposición del circuito sería similar a la de la figura Nc 1»
Si localizamos un filtro, como en la figura N& 1, se tiene a la
salida del filtro una onda modulada en frecuencia cuya amplitud
es proporcional a la respuesta de frecuencia del mismo (modificada por la respuesta de frecuencia del klystron)-.
La señal
que pasa a través del filtro puede por tanto ser llevada a un.
detector que se conecta a la entrada vertical de un oscilosco-
En la entrada horizontal del osciloscopio se lleva
la salida del devanado de 26 V con el fin de barrer la señal
P
de la entrada vertical. De esta manera se observa en el osciloscopio la respuesta de frecuencia del filtro (modificada por la
12
respuesta de frecuencia del klystron) en. el eje vertical se
observa la amplitud y en el eje horizontal se observa la fre_
cuencia*
Los atenuadores tienen por objeto adaptar la salida del resonador y el filtro para obtener una respuesta ad_ej
cuada^
El frecuencímetro es necesario para calibrar el eje
horizontal del osclloscopio en. frecuencia-
El ajuste de fase
tiene por objeto compensar el corrimiento de fase entre las
entradas vertical y horizontal del osciloscopio.
Los 26 V
para la entrada horizontal del osciloscopio se escogió por
creerse un valor aceptable ya que la sensibilidad horizontal
de osciloscopios típicos varia aproximadamente entre 0.7/Vcm..
y 10 V/cm.,
Además, este mismo devanado se usa para la polari-
zación de los transistores del circuito de control de resona-
dor.
En consecuencia, las especificaciones relacionadas con. el barrido serán las siguientes:
- BABRIDO PASA EL KYLSTRON
On-da sinusoidal
60 Hz., ajustable de O V a 32 V
- SALIDA PARA EL BARRIDO HORIZONTAL DEL OSCILOSCOPIO
Onda sinusoidal 60 Hz..- 26 V . Con ajuste de fase.
13
2^3- ELECCIÓN DE LA FUENTE.
Para poder elegir la fuente más apropiada consideramos
los distintos tipos de reguladores en esta sección.
FORMAS DE REGULACIÓN.
De las distintas formas de regulación que se conocen;'
se pueden hacer dos grupos:
- Reguladores de lazo abierto
- Reguladores de lazo cerrado
Reguladores de laao abierto
Son reguladores que utilizan -elementos sensitivos a corriente o a voltaje,.
La resistencia interna de estos elemen
tos varía, manteniendo siempre en los extremos una calda de
tensión aproximadamente constante-
Esta característica hace
que se los utilice como elementos reguladores de corriente o
de voltaje-
Algunos de los elementos que tienen esta carac-
terística son::
- Los diodos de gas
VR (Voltage regulator)
Tubos corona
- Los diodos de unión de voltaje inverso: Diodos zener.
- Los diodos de polarización directa: Sta.blstores
Varistores
- Los diodos al vacío.
Además existen elementos coa características nega
tivas de resistencia con respecto a la corrienbe o al voltaje
y son: termistores y lámparas de filamento..
u
En la figura K"a 2 se puede' observar la disposición
del corcuito utilizando uno de los elementos antes enumerados
como elemento de regulación.
En el circuito de la figura este elemento se repr_e
senta por la resistencia variable K_
ELEMENTO FIJO
.DE CQÜTRQL
VOLTAJE
REGULADO
FIGTJKA N
Reguladores de lazo cerrado,
La figura N& 3 representa en diagrama de bloques, la
disposición de un circuito con regulación de lazo cerrado.
En- este sistema se tiene un potencial de referencia constaízte.
Se tiene además una muestra de la tensión que habrá
,de .regAxlar.s.e,. . JSst.a muestra ,d,e tensión se compara al potencial de referencia..
Cualquier error entre la muestra y el
potencial de referencia, llega al detector de error.
Esta
tensión de error se amplifica y se lleva al elemento de control que cambia la tensión, regulada en el sentido que deba
reducir la señal de error..
RECTI
Ai2IJLrFI
A.G.
PICADOS.
L
CADOR.
D2?i-;c
TO?. B3
SRHCH
,
TIÍJÍT
16
Los elementos comunmente usados corao unidades de
control son los transistores y las válvulas de vacío.
Estos
elementos pueden disponerse de dos maneras, en serie y en pa
ralelo.
En las figuras ¿t-a y ¿f-t> se puede observar la disp£
sición en serie y en paralelo respectivamente.
En la figura Na.ij.-a, si el voltaje de salida ti en
de a subir, la juntura base-emisor se polariza de tal manera
VOLTAJE
ÍTO
(a)
REGULADO
VOLTAJE
REGULADO
VOLTAJE
VOLTAJE
NO
REGULADO
REGULADO
FIGURA
(b)
que disminuye la corriente de colector haciendo que el voltaje de salida retorne a su valor inicial*
Lo contrario sucede
si la tensión tiende a bajar..
En la figura 4-b, cualquier subida de voltaje de
salida aumenta la polarización de la juntura-base-eraisor aumentando la conducción entre colector y emisor.
al voltaje de salida a mantener su valor inicial.
Esto obliga
El proce-
dimiento inverso será cuando el voltaje de salida tienda a
bajar..
H.^y una diferencia importante entre la disposición en. serie y en paralelo del elemento de control^
Esta
deferencia consiste en- la eficiencia que estos circuitos pr£
sentan tanto en trabajos a plena carga como en vacio»
En: la disposición en paralelo, el elemento de
control asume las Teces de carga en. ausencia de carga externa..
Por consiguiente, la eficiencia de este tipo de regula-
dor es bastante baja cuando la demanda de corriente por la
carga externa no es una apreciable fracción, de la corriente
a plena carga».
Entre media y plena carga, la eficiencia es
comparable con la que se obtendría con la disposición de regulador en. serie, en condiciones similares..
La regulación en paralelo tiene la ventaja de dess
conectar los voltajes de operación en caso de cortocircuito
en. los terminales de salida-
En cambio un cortocircuito si-
milar en la configuración en serie, lleva al elemento de con-
' .
18
trol a. condiciones que lo destruirían, si el diseño no se hace
adecuadamente*
A continuación describiremos con algún detalle
una fuente de válvulai una de tiristores y una de transistores con el fin de determinar la fuente más conveniente para
nuestra aplicación. FUENTE CON VÁLVULAS DE VACIO.
V ' y
>
_j£_J V2
R84-
R
J
1
R,
FIGTOA ÍTQ 5
.
19
En_ la figura Na 5 se puede observar un ejemplo de
fuente regalada utilizando válvulas de vacio,.' El doble triodo V
utilizado como detector de error está dispuesto como am_
plificador en. cascada, y no como amplificador diferencial..
La
amplificación que se consigue con. esta disposición,; da una ba
Ja impedancia de salida, lo cual es muy importante cuando se
requiere un voltaje de salida bien, regulado.
referencia está dado por el .diodo gaseoso V, C
El voltaje de
El capacitor
filtra el rizado de la fuente de polarización del cátodo
izquierdo de V „
El capacitor C
modifica la característica
de fase del amplificador evitando de esta manera la oscilación..
El doble triodo V
se ha dispuesto como elemento de con,
trol,,.
La señal proveniente de V., llega repartida por las re-
sistencias R¿ y B^3 a las rejillas de V~¿ el mismo que está dis
—
puesto como seguidor de cátodo„
En esta fuente de poder, la grilla del amplificador de entrada está a un voltaje positivo fijo con respecto a
la linea negativa-
En consecuencia3 si la linea de corriente
alterna o las condiciones de carga tienden a hacer subir el
voltaje de salida, el cátodo del amplificador de entrada se ha
ce más positivo con respecto al potencial fijo de la grilla.
Por tanto este cambio hace que la corriente de placa disminuya
em el triodo de entrada de V .
Lo anterior hace que la corrien.
te de placa de la parte izquierda de V_ aumente debido a que
L
T-VM
20
se hace más positiva la grilla de éste..
que las gril3.es de V
Esta" corriente hace
se polaricen de tal manera que la corrien
te por la placa de éste disminuya, retornando asi el voltaje de
salida a su Talor normal-
Lo contrario sucede si la tensión
de salida tiende a baj^r.
De esta manera se mantiene el voltaje de salida
aproximadamente constante..
FUENTE CON FIR1STOARES.
Se diseñó una fuente con tiristores cuyo circuito
se indica en la figura N"2 6.
El circuito consta de un puente
de rectificación formado por diodos y tiristores.
Los tirist£
•res controlan la amplitud de la tensión de .salida, la cual podrá ser mayor o menor dependiendo esto del tiempo en el cual
son disparados los tiristores en correspondencia con la ampli
tud de la tensión de 860 V .
Los transistores T-, } T
y T^ proporcionan la se-
ñal para que Vx en la toma central del devanado de ¿f V. se des
P
"
place de cero a 8.6 V..
Los transistores T, y Ü?
sión. de base baja de los 4-3 V..
se saturan cuando su ten
Al saturarse estos transisto-
res disparan los tiristores.
El instante de disparo depende de la tensión de
colector de T7 que llega al centro del devanado de 4 V como
3
P
se indica en la figura NQ 6 al final de la tesis. Cuando Vx
(voltaje en el cc-nfcro del devanado de ¿j. V ) es igual a cero,
los transistores T, y 3V están siempre saturados y el puente de
i
tiristores actúa como un. puente de diodos, la tensión de salida
es entonces máxima»
Cuando Vx es mayor que 8-6 V, los transis-
tores T. y Tp. están sie.mpre cortados de manera que los tiristores nunca se disparan y la tensión de salida será cero.
Para
valores intermedios de Vx, se podrán obtener voltajes intermedios de salida*
En la figura IC¿ 7 se pueden observar las formas
de onda correspondientes a los puntos -A, B, C y D, tensión en
el devanado de 830 V , corrientes -en lor tiristores y tensión
de carga para salidas máxima y media, referidos al circuito de
.la figura Na 6.
Los distintos rangos de voltaje de salida se
pueden escoger al disponer el potenciómetro Ií.o
con las resistencias R,-.., R.,?, E.,, y E-, .
en paralelo
Si la tensión en la salida tiende a subir, la
tensión en la base del transistor 3LJL disminuye haciendo aue
la
x
corriente en el emisor de este transistor también disminuya.
Esto hace que la calda en Re sea menor aumentando la tensión
base-emisor de T_ 3 debido a que la base de éste se halla a un
potencáal fijo dado por el diodo D,»
En consecuencia3 la co-
rriente de colector de T? aumenta haciendo mayor la calda en
J?7*
Por lo tanto, la tensión de base de T-, baja, aumentando
la tensión base-emisor de éste.
En consecuencia, la corriente de colector de Taumenta haciendo que la Cctida en B. sea mayor..
Esto hace que
-- T3SSION ~--=^~'
V
sea mayor le cual, según: se puede observar en las curvas de
la figura Na. 7» atrasa el disparo en los tiristores disminuyen
do el valor de la tensión, de salida..
Lo contrario sucede cuan
do el voltaje de sali'da tiende a bajar*
En consecuencia, a la
salida se tiene un valor de tensión constante..
"Las1 resistencias JR-.,-R-p y R <_ limitan la corriente por los diodos respectivos cuando C6, C, y C
respec-
tivamente se hallan descargados.
£31 capacitor C
filtra la señal de T, que va a
la toma central del devanado de l±V. .
En el diseño de fuentes con sistema de regulación- abase áe tiristores, es usual la utilización de filtros
con entrada inductiva.
De esta manera los tiristores conducen
durante el medio ;;:Lclo completo.
La corriente a través de los
tiristores es entonces igual a la corriente de carga.
Pero en
ésta disposición el voltaje continuo en la carga es igual, apr£
rimadamente, al voltaje Vrras» en los terminales del transformador menos la caída de tensión en el puente de rectificación y
el filtro*.
Lo cual supone que para nuestro caso que deseamos
obtener en la carga 800 V, sean necesarios aproximadamente 830
Vrm.-s en los terminales del transformador (supuesta una caída
de 30 V en rectificador y filtro)..
V =. \£Tvrms.. =
P
Esto supondría un V
V57830 = 1,180
V
de:
P
Por lo tanto, se necesitarían tiristores de aproxi
madamente l..¿fOO V para el puente de rectificación del circuí,
to de la figura ífa 6.
Tiristores para tensiones superiores
a los 1..000 V son difíciles de adquirir,, o se los consigue a
precios relativamente alt-os^
Por estas razones se escogió el filtro con entra
da capacitiva en el cu'al el voltaje pico del secundario del
transformador es aproximadamente igual al vo.lta.je de carga
más la caída en el secundario del transformador} rectificad£
res y filtro*
Para los rangos de voltajes requeridos en el pr_e
senrte trabajo, la fuente de tiristores tueno ciertos inconve_
nientes entre los ous se pueden, anotar:
- Para tensiones altas, un capacitor que dé un factor de risado "bajo tiene dimensiones muy grandes,.
gran peligro por la energía acumulada.
Esto origina un
Esta energía al de
cargarse en un cortocircuito,, sería similar a una máquina
de soldar.
- Refiriéndonos al circuito de la figura I?*1 6, éste no tiene
protecciones en caso de cortocircuito o sobrecargas*
Se podrá diseñar una excelente fuente de tensión
de alta potencia poniendo a la salida un transistor en serie
cuya función sea reducir el rizado y proteger a la carga durante un cortocircuito.
FUENTE CON TRANSISTORES.
El circuito de la figura $& 8 al final de la te-
sis, muestra la fuente transistorizada que se diseñó.
Las
fuentes de resonador y reflector son parecidas, de manera que
analizaremos solamente el funcionamiento de la parte correspon
diente a la fuente de resonador,.
Una muestra de tensión de .salida es llevada a la
base del transistor T,_.
Este transistor'junto con el trarLsis_
tor T., forman un amplificador diferencial que compara el error
de voltaje entre la señal que llega a la base del transistor T,^
y un, voltaje fijo dado por el diodo zener B^
El error determina una variación de corriente de
colector en T. ., Ssto hace que la base del transistor T^ baje
4
3
o suba su valor de tensión debido a la mayor o menor calda en
la resistencia jRin»,
De esta manera el error llega a la base
del transistor T_, en el cual es amplificado.
El ejrror ampli-
ficado en T3j pasa al transistor T2 en el cual es también amplificado llegando finalmente a la base del transistor de con
trol *£-, +
Este transistor es el que finalmente determina la c£
rriente de colector que permita retornar al valor inicial de
voltaje de salidaSi la tensión- de carga tiende a subir, la tensión
en la base de T^ disminuye haciendo que su corriente de colec_
tor disminuya-
Esto determina que la caída en í?1-, sea menor,
aumentando la tensión base-emisor de T.q. el mismo,
tiene- un
,-' que
^~
//'
potencial fijo en la base dado por el diodo D¿.
•••%
\5/
26
En consecuencia,, la corriente de colector de este transistor aumenta haciendo que la calda por fi, ~ sea mayor.
Por tanto,, la tensión en la base de T^ baja, lo cual aumenta
^
su corriente de cole'ctor haciendo más positiva la base de Tp.
Esto hace que la corriente por E, aumente bajando el potencial
base-emisor de T-, .. Consecuentemente la corriente de colector
de T-. disminuye bajando la tensión de carga aproximadamente a
su valor inicial,. Lo contrario sucede cuando la t elisión ti en
de a bajar..
La resistencia K^ sirve de elemento señalizador
para el circuito de protección.
En caso de aumento de corríen
te, la calda en la resistencia será mayor*
Si la caída en Rj-
aumenta a un valor aproximado de 1,.5 V, el transistor T
de su estado de corte y empieza a conducir.
sale
Esto hace que el
potencial en la base de I' baje a un valor de tensión que limi
5>
te la corriente de colector en 2L y, en consecuencia, la corriente de carga*
En el caso de que el tiempo de sobrecorríente por
R_ sea mayor de aproximadamente O.-3 segundos, la corriente por
el capacitor C, hará que éste se descargue, (La tensión de C.
en condiciones que no hay sobrecorriente será de 12 V. ya que
con T
en. corte C
se cargará a la tensión de la fuente de 12 V).
En el tiempo referido anteriormente de sobrecorriente, C. se des
carga a un valor en que Tn conduce y por tanto dispara el SCR-\o ha
27
corte-
Para volver el circuito a su estado original en. que el
SOR , está apagado, se deberá cerrar S, con. el fin de que la
corriente por el tiristor llegue a cero.*
En esas condiciones
el circuito retornará a su estado normal el momento de abrir S_.
El diodo de germanio Ge protege al transistor TI
de posibles cortocircuitos en el momento de encendido y apaga.
do de la fuente.
En circunstancias de encendido de la fuente,
hasta que el capacitor C^ de la fuente de polarización se cargue,- el circuito de protección, no actúa»
Por lo tanto, un cor
tocircuito en esas circunstancias podría destruir el transistor T-, „
El diodo de germanio mantiene a la base de T., a un
potencial menor que el de juntura base-emisor (por ser un tran
• sistor de silicio y además porque el momento de encendido y apa
Los diodos que forman el puente de rectificación
tienen, una tensión nominal de 1*200 T»
Para proteger la fuen-
te de transientes de lineas se ha diseñado los rectificadores
coa el doble de la tensión nominal.
Por este motivo el puente
de rectificación de resonador se ha dispuesto coa dos diodos
en serie en cada brazo»
El error en el circuito de control es detectado por
el amplificador diferencial formado por los transistores T, y
TJ-.
Esta disposición permite detectar únicamente errores que
lleguen a la base de T^»
La variación del punto de operación
de cada transistor por la temperatura, se compensa entre los
28
dos transistores que forman el amplificador diferencial» De
esta manera IP.S únicas variaciones por temperatura estarán
dadas por la ^ariación característica del zener que se utio
lizó siendo esta de 0,01% C.,
Se na dispuesto de salidas para medidores exteriores cuando se requiera mayor precisión que la proporcionada por los medidores que. se incluyen en la fuente.
En la figura Ka 8 se incluye además el circuito
de "barrido el mismo que es una tensión sinusoidal que se toma del devanado de J>2. V . Este devanado tiene aislamiento elec
P
~"
trostático con loa otros devanados. Esta señal se suma a la
del reflec.tor al cerrar S^ La amplitud de la señal de barrí
-?
_
do se puede variar entre cero y 32 Vp mediairte el potencióme
—
tro R,--,.,
5^
El capacitor C-,p j_ el potenciómetro R^-o sirven pa
ra compensar el desfasaje entre las seríales que llegan, a vertical y horizontal del osciloscopio.
ELECCIÓN' DEL TIPO DE FUENTE.
Hemos considerado tres alternativas para diseñar
una fuente regulada.
Analicemos las ventajas y desventajas
de cada alternativa^ para nuestro propósito»
REGULACIÓN
VENTAJAS
DESVENTAJAS
- Válvulas de
a) poco rizado
a) mal rendimiento por
vacio..
b) Menos delicados
a sobretensiones.
disipación de calor,
30
2.¿f* DISSÑO DE LA FUENTE.
- TRANSFÓRMAME.
La potencia total requerida es:
- Fuente d'e resonador
800 V- 100 mA^
- Fuente de reflector
¿j.00 V-
60 nüU.
- Fuente de filamento
6,3 V-1,,2 A
80 vatios
2¿f vatios
7-5 vatios
ü?otal' de potencia requeridajll.5 vatios
lío se ha considerado la potencia requerida por las
fuentes de polarización y la de barrido por ser pequeña con: re_
lación a las que se han anotado*
La sección del núcleo viene dada por la fórmula:
S = 1.5 V Pa~ = cm2
(1)
Fórmula para transformadores muy pequeños inferio-
res a 1 KVA.1
Pa» se toma como la potencia requerida más un 15$
de perdidas en el transformador..
Este porcentaje se asume co-
munmente para transformadores pequeños y es un valor determina
do experitnentalmente.
En consecuencia;
Pa, == 130 vatiosP.eemplaaando en (1) se tiene:
s = 1.5 V 130 = 16 cm. = 2.5 pulgadas cuadradas.
F.. L* Singer^ Transformadores^ Mar combo, S»A.
Barcelona, 19553 P-
En un. transformador se tiene que
=
dt
dt
Sn unidades MKS.. .
En donde:
V = voltaje inducido
K. = número de espiras del devanado
& = fluj'o magnético en las 'espiras
B = inducción magnética
S = superficie de las espiras
De la ecuación. (2) se deduce la ecuación del
transformador :
N v
V
108
¿f.¿f¿f f B max.. S
,--,>
En la q_ue:
rr = número de vueltas por loltio,, (rms).
f =• frecuencia en ciclos por segundo..
Bmax- = flujo pico en el núcleo del transformador en Gauss/cm. .
2
S .= superficie de las espiras en cm .,
Aplicando la fórmula (3) se tiene:
wr
-27 c
^7 c
^ = ^—^ = 24^~ =
V
o
J-D
2.35 vueltas/voltio
Las láminas para el transformador
se obtuvieron
de un transformador que se hallaba con daños en devanado. La
32
2
sección-del hierro asi obtenido es de ¿f7 cm , el mismo que se
utilizó en su totalidad..
Esto es debido a que necesitamos al
gunos devanados en secundario lo cual no va a caber en. la ven
tana del transformador.
Al utilizar todo el hierro, va a dis_
minuir el número de vueltas por voltio haciendo menor el esp_e
sor del enrollado*
Por lo tanto :
0<8
Celtas/Voltio
- Diámetro del alambre,- Según las especificaciones de la fuen
te detalladas en la sección II. 2. de esta tesis y la tabla Fa 3j
se puede determinar el número de alambre a utilizarse en. el de_
vanado del transformador.. Pero debido a que en el laboratorio
se disponía de alambre no precisamente el dado por las tablas
pero aproximado, se lo decidió utilizar.
Los datos del alam-
bre utilizado se detallan, en la tabla N^. ¿f- Cálculo del voltaje pico en los terminales del transformador,
Se utilizó el gráfico de la figura N& 9 el mismo que se tomó de la seccióu: 15 del libro ELECÍfíONIC DESIGNERS'HAtfDBOOK,
de Robert W. Lardee, Donovan C. Davis y Albert P.. Albrecht.
§G-I
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H r-i r-l H
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O C--d- r-l
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CU iA 0 VO OJ O
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CU r-l H H
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LA H O O
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H H HO
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C*- O
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r-i ro r\A
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H O CACO
O CA CAVQ V
-tí" lACO CU
C— VO IA LA
O O O O
vo H r-co
'
;
l
0.0005
0,30
10
100
(c ni PARAOS. fíL IN OHHSÍ
1000
Fio. 15.9. R.elatíon of appltcd alternatíng pcak voltage to dircct output voltane in i'i
capaciíor-ínput círcuits. (From O. //. Schade, Proc. IRÉ, July, 1943, p, S44-)
15-10
FIGURA N
En; el gráfico anterior Edc/Eacp, viene dado en
función de Hs/R-, y de v/GÍ? .
En donde:
Edc = voltaje a la salida del filtro.
Eacp = voltaje pico en el secundario del transformador.
35
Rs = resistencia del secundario del transformador y diodos de rectificación en ohms..
Rr = resistencia de carga en. ohms,
.•-i
C z= capacitor del filtro en Farad,
w - frecuencia.
En nuestro caso Edc será la tensión requerida a
la salida ínás la caída en el transistor de control T-. o Tq
mas la caída en la resistencia R3 o K Q según el caso. Para
el rango de 800 V de resonador se tiene:
Voltaje de' salida
'
800 V
Voltaje colector-emisor en T-.
.
20 V
Caída era .R_a .100 mA. (corriente
nominal)
10 V
Kdc a la salida del filtro
'
830 V
(5)
RT puede hallarse con Edc y la corriente nominal»
J_j
_
EL
Edc
830 V
n ^ T,,,.
'
= TT = looil = 8o Konm'
Es puede hallarse en forma aproximada mediante
el siguiente procedimiento:
Asumimos Eacp = 900 V
Luego Eac (rms) = " j " = 6¿fO Vrms.
Lo cual daría un número de vueltas de 6¿f0.058 = 520
vueltas.
El núcleo tiene un perímetro de: 11 7/8 pulgadas ,
aproximadamente un pie»
Luego las 520 vueltas sumarían apro-
' .
36
rimadamente, 520 pies de alambre necesario para, este secunda-
rio.
Siendo el número 28 el alambre utilizado, podemos
hallar la. resistencia del secundario*
En la tabla 1Ñ[Q 5 hallamos para este diámetro el
valor de 15.'-fl pies/ohin-
Con lo cual la resistencia corres-
pondiente a los 520 pies seria de;
-o
520 pies
R =r -,c , .,—f-—7—
15*^1- pxes/ohm
( ,
= 3.2» 5 ohmv
(?)
^-^
/
Considerando despreciables las resistencias en
los diodos del puente de rectificación se tiene:
Rs = 33*5 ohm
(8)
'•"•En -consecuencia1:
Rs _ 33*5
873 Kohm
wCRL =. 263
(10)
Para: w = 377 rad/seg.
C = 87 uF (valor obtenido al disponer en serie
dos capacitores de 175 u.F-500 V por no
disponerse de capacitores de más de
500 v.)
RL = 8.3 Kohnu
Con los valores de (9) y (10), en la figura Na 9>
hallamos el valor de:
•
Edc
.
= 0.97
.
37
De donde:
Edc
. _ 8 30 V _ o,0 „
(11)
0.97
" 0.97 ~
p
corresponden a un valor en Vrms der
Edcp =
Los 8.60 V
860 Vp = 610
2
De la misma manera se ha procedido para los otros
rangos con lo que se ha formado la tabla Nft 4-
Sn esta tabla
además se ha puesto el número de vueltas hallado mediante la
relación (4).
Además se adjunta el número de alambre que se
utilizó en los distintos devanados»
FÜEN.TE
Resonador-
NO- DE VUELTAS
VOLTAJES
(Vrms)
610
iía DE A
.380
490
30-5
28
28
228
184
28
305
191
244
153
28
28
Reflector
Polarización
de circuidos de
control
18 .-4
14-6
20
Barrido para el
klystron
Filamento
18-5
6-3
15
5
20
20
93
18
PRIMARIO
117
TABLA
L
38
AVi'G OH BitS GA.GB
TABWEJ 14.3. SOLTD-COPPEK
Diamctcr, mus
Cross acctíon
Gacg
DO.
Circular
mi5*
Single Doubl
eaame eaame
Bare
Squara
roches
Ohina/ 1,000
ft at 20'0
(6SaF) .
Pon 2s'
1,000 ft
Feet/po^jd
1.561
1.963
2.452
3.130
20,4CO.O
16. ISO. 0
12,530.0
10,1£0.0
' £ <U7
3,070.0
6,400.6
5,075.0
4,025.0
3,192.0
leet/oha
at 20'C
C6S'F)
460.0
409.6
384. S
324 °
311,600.0
167,300.0
133,100.0
105,500.0
0.1662
0.13IS
0.1045
0.032S9
0.04901
0.06130
0.07793
O.Ü9S2"
640.5
507.9
402.3 • 319.5
1 2S9.3
2 257.6
3 229.4
4 204.3
5 131.9
83,690.0
65, 370.0
52,640.0
41,740.0
33,100.0
0.06573
0.05213
0.04134.
0.03273
0.02600
0.1239
0.1563
0.1970
0.24S5
0.3133
253. J
200.9
159.3
126.4
100 '.2
105.6
20,250.0
,20,320.0
'l8, 510.0
13,090.0
10,350.0
0.02062
0, 01635
0.01297
0.0102S
0.003155
0.3951
0.4932
O.G2S2
0.7921
0.99S9
79.46
63.02
49. =S
39.63
31.43
12.53
15.S7
.20.01
25. US
31. £2
2.531.0
2,007,0
1.592.0
1.252.0
1,031.0
92.7
32.7
73. S
55.9
53. S
94.3
S4.2
75.3
67.3
60.2
' S. 234.0
3,530.0
5,173.0
4,107.0
3,257.0
0.005467
0.005129
O.OO-EUo?
0,003225
0.002553
1.260
1.5SB
2.003
2.525
40. 1»
50. J59
63.30
S0.44
3.134
24.92
19.77
¡5.C3
12.43
9.S53
7IH.O
.699.6
199.3
396.0
314.0
18
19
20
M.S2
-45.26
40.30
35,89
31.96
52.4
-4C.9
41.S
37.4
33.4
53.9
43.3
43.2
3S.7
34. C
2,533.0
2i045.0
1,624.0
1,283.0
1,022.0
0.00202S
0.001609
0.031275
0.001012
0.0003023
4.016
••-5.054
6.3S5
3.051
10.15
7.S1S
.5.200
4.917
3.399
3.092
21
22
23
24
25
23.46
25.35
22.57
20.10
17.90
29.9
26.6
23. S
21.3
19.0
31.0
27.7
24.9
22.4
20.1
S10.1
642.4
509.5
404.0
320.4
0.0006353
0.000504o
O.C-004002
O.C003173
0.0002517
12.SO
18.14
20.30
25.67
32.37
15.94
26
-. 27 14.20
23
12.64
29
11.26
10.03
30
16.9
15.2
13.5
12.2
10.S
13.0
16.0
14.4
12.9
11.6
254.1
201.5
159.3
125.7
100.5
0.0001996
0.00015S3
0.0001255
0.00009953
O.OOOG7S94
0. 00004260
O.CüCQttóJ
0.0X103937
0.00003122
0.00002476
0000
000
00
0
5
16° n
• 7
144.3
I
8 123.5
130.6
114.4
101.9
116.5
103.9
9
10
11
12
13
14
15
16
17
90.74
SO. 31
71.90
64.03
57.07
132.4
113.2
.
¡
4.977
6.276
7.914
9.9SO
101 4
255.5
323.4
249.0
197.5
155.6
124.2
93.¿0
2.452
1.945
1.542
1.223
G.969C
407,8
514.2
64S.4
S17.7
1,031.0
73.11
61.95
49.13
33.95
30.90
40.S1
51.47
64.90
S1.S3
103.2
0.7692
0.6100
0.4S37
0.3S35
0.3042
l.JOO.O
'1,638.0
2,OS".D
2.607.0
3,237.0
24.50
19.43
15.4!
12.22
9.591
130.1
164.1
206.9
260.9
329.0
0.24U
0.1913
0.1517
0.1203
0.09542
4.14.S.O
5.22V.O
6,591.0
3,310.0
10,420.0
7.635
6.095
4.SM
3.S33
3.010
12/.9
161. S
-Qo,4
•
31
32
33
24
35
3.928
7.950
7. OSO
6.305
5.615
9.7
10,3
3.S
7.8
9.4
S.3
6.9
6.1
7.4
6.7
79.70
63.21
50.13
39.75
31.52
36
37
3S
39
40
5.000
4.453
3.965
3.531
3.145
5.5
4.9
4.4
3.3
3.4
6.0
5.4
4.3
4.2
3.S
25.00
•19.33
15.72
12.47
9.SS3
0.00031954
O.OC001557
O.C0001235
0.000009793
O.OOOC07760
414. S
523.1
659.6
S31.S
1049.0
0.0755S
O.OÓCOi
O.OJ739
0.03774
0.02993
13,210.0
16,650.0
2 1,0 10. C
25,500.0
33.410.0
2.411
1.9W
l.Slí
1.200.95"!
•U
42
2. £00
2.491
2.221
3.1
2.3
2.45
2.15
3.4
.....
.....
7.S42
6.219
4.932
3.911
0.000003150
O.OOOOQ4SS4
0.000003S73
0.0000-03072
1323.0
1C6S.O
2103.0
2052.0
0.02374
0.01S52
0.01*93
0.01134 'i
•12,130.0
53,1'Ju.O
66, 930. C
ai, 470. G
0.75M
0.5'/-'5
43
44
1.973
TABLA
Q.\l&
0.3Í71
•
'
39
- FILTROS Y RECTIFICACIÓN.
Resonador,
Para el capacitor se conoce que:
I
~~
dt.- r~
dv
T
_jA. t
A v
Para lo que se tienen los siguientes datos:
Corriente media
100 mÁ_
QÜenrpo de descarga
-A t =.-—•—=
—T^TTT?—
= 10
¿X
J.UU ri3
seg..
,
para onda,
completa,
Rizado deseado
A v = 20 T.
Reemplazando valores en (12) se tlenü:
C = 50 ui\
Como se explicó . _en. ,Za .sacci.ótL ,an,teri.or Ael .transformador , los valores disponibles fueron para voltajes máximos
de 500 V.
Por lo cual se utilizaron dos capacitores de 500 V
en serie5 los mismos que tenían un v?.lcr de 375 uF.
La disposición, anterior da un equivalente de:
C = 87 uF - 1.000
V,
La resistencia en. derivación para una constante de
tiempo de descarga de 10 segundos, serla de:
•f- —_ "Í3P
t
*ü
•.
"D
—,
R __ c
Reemplazando valores se tiene que:
R = 118 Kohm,
La potencia que deberá disipar será:
P
_ Yf _ (860 V)2
R " 118 Kohm
_ ,c
" bt'^
Los valores disponibles más aproximados fueron re
sisterrcias de 150 Kohm de 5 vatios, los mismos que se utiliza
ron. en serie con cada capacitor de 175 uIV
Los diodo.s para el puente de rectificación se escogen en base a las características de corriente pico eme deben soportar.. JPara -alio -e.e -utilizó "el -gráfico de la figura
M* 10, Este gráfico está hecho para válvulas de vacío, pero
se utilizó como referencia para hallar los valores de corríen
te de pico en diodos de juntura..
IKX3
!/2
rCR VGLTAGZ-DOUSUttG
ClKCUtTS
FIG. 15.11. Tíclaííon of pcak, average, nnd root-mean-square diode current ín capacitorínput circuiís. (From O. tt. Scftnde, Proc. IRÉ, Jvly, 1343, -p. 846.}
10
41
Para la utilización, del gráfico son necesarios
los valores de Rs y nwCBL.
a£Lj_i
Haciendo n = 2 r>or tratarse de
- •rectificación de onda completa, y con los valores de (9) y
(10), se llega a:
£s_
= 0.00195
zwBCT =
j-j
Con los valores se halla en el gráfico;
'
I
P
(13)
I
P
donde:
100
j _.. —_
T
ffiA
rv
rtr-
A
/
"
T
•
j •
J
J.
J •
1
._. o,0^ A (.valar medio ae corrien't'e por diodo por
ser rectificación con puente).
Entonces:
I
= O..Q5.-.16 = 0,8 A.
Corriente de pico por diodo.
En base al valor de (14)
(14)
se utilizó los diodos
MR510 cuyas características son;
Voltaje pico repetitivo
=
Corriente pico repet.
=
1000 V
3 -A-,
Con el fin de prevenir transientes de linea que pu
dieran afectar el puente, especialmente producidos por descargas atmosféricas, se dispusieron dos diodos en serie por cada
brazo del puente, para que se soporten tensiones mayores que
el doble de voltaje nominal..
Reflector*-
Se procedió de igual manera que para
el resonador.. Por ser la tensión, máxima inferior a 500 V. se
utilizó un sólo capacitor para el filtro al igual que un solo
diodo en cada brazo del puente de rectificación..
Fuentes de "polarización para los circuitos de con'tro'l-- La rectificación y el filtro para estas fuentes se calcularon de la misma manera que para las fuentes de resonador y
reflector_
La regulación de estas fuentes se obtuvo utilizando el sener IN^j-7^2 cuyas características son:
Voltaje
=
12 V
Corriente = 21 mA.
fíe eligió una corriente de trabajo para el diodo
zener, de 5 raA. Para tensión de linea de 117 Vrms, se tiene
en Cq 18 V,
En consecuencia el valor de R,_n será:
^
E5o
18 V- 12 V
, - ., ,
/1C ,
= —r^I— "1"eKoto
(15)
El transistor T-.Q se utiliza con el fin de que las
•variaciones de corriente en el zener sean menores que las de
carga por estar en la base del transistor.
De esta manera se
obtiene una mejor regulación*
El capacitor C^
sirve para filtrar el ruido., co-
munmente producido por los diodos zener*
Para ello se ha de-
terminado experimentalmente el valor de 100 uF^
CIRCUITO DE CONTEOL.
12 Y
JS
Km
3
R7
R8
- *"
R ^
=>•
'-i^
^
m
* ,
:
-1.
AL
AL
RESONA
?
eme HIT o
DE
PROTECCIÓN
ÍTGTOA Na 11
La figura íía 11 indica la parte correspondiente
al circuito de control.
El diodo D,- se ha elegido de 6-¿f V
el mismo que es un diodo zener de "bajo coeficiente de temperatura.
En, consecuencia, la base de t, deberá estar aproxi-
madamente a 5»6 V»
La corriente de colector de T, y T
se ha escogí,
do en un valor de 2 mAfc En consecuencia, por R.,-. se tendrá
una corriente aproximada de l\. mA.
Puesto que la base de T,
está a 5^6 ^ 7. en vista de que este transistor es un 3STPN", el
emisor de T. deberá estar aproximadamente a ¿f^9 V si éste es
de silicio..
Por tanto, el valor de la resistencia H^-, será
der
El colector de T. se ha dispuesto a un potencial
de 8-8 V por el cual la resistencia R-,.n deberá .tener un. valor
de::
-r,
Eio
(12
~ 8 - - ,
r
v
.
u
= —T^A-r1^6 Kohm
La base de T^ deberá tener el mismo potencial de
-colector de T. . Luego el emisor de 2^ deberá tener un poten
4
J>
"~
cial de aproximadamente 0,7 V mayor que la base, esto es 9*5 V.
Si la corriente de colector de este transistor se elige en 2 Ma,
La resistencia !V tendrá un valor der
o
Kohm'
La base de I1- se ha puesto a un. valor de voltaje
de 0..8 V con el fin. de que una pequeña señal pueda llevarle a
corte o a saturación según el caso.
sistencia R
tendrá un valor de:
En consecuencia, la re-
. En. virtud de que la ganancia de los transistores
de potencia en general es muy baja, se aumentó la corriente
de colector de T
por estar este punto conectado a la "base de
T_ que es un transistor de potenciarriente se asuuiS de 7 ^A-
Por esta razón esta co-
El voltaje de colector de Tp se
asumió en un¡. valor aproximado de 1.7 V.
Por consiguiente R,
tendrá un valor de:
r,
¿f
(12 - I..?) V
/ SLA..
i c tr u
Ganancia y estabilidad.-
s™\- :=
La ganancia de realimen
tación depende de la corriente de carga»
Sin carga se puede
hallar la ganancia en orden de magnitud suponiendo una variación en la tensión de salida.
Para el efecto de hacer el cálculo se supondrá ni
potéticamente que la salida varia en 1 V y se calculará la G£
rrección.
De las características para los transistores utilizados se tienen; los siguientes datos:
p''=
100 para los transistores de control
í>2=
20 para el transistor de potencia.
Además, se asume que:
Tensión de salida = 300 V.
En la figura ÍTQ 12 A V^ corresponde a la variación; proporcional en la base de IV cuando la tensión de salida varia en IV. el mismo que será aproximadamente de 0.03 V»
¿
"A*
OT
93 ei cK
a
I V =
c ^Toxrsno9S-uoo
^AY
7-
iíi
A 21
91?
ug;
12 Y
v
01
•ÍTGUJRA ffa 13 .
S'egúrt la figura H2 13 se tendrá:
.. , -r
Á V2
225 mV
Kohm = 190 uA.
A
Ig = (31 A Ic = 190 uA.. 100 =: 29 mA,
I? = p3 A Ig = 20.19
mA = 380 mA.
Ea consecuencia, una variación en. el voltaje de
salida de 1 voltio ha provocado una variación de corriente de
colector de 380 mA»
En. el caso del resonador para el rango
de 300 voltios esto supondría una variación de voltaje de:
A v¿ = A i? EI?
' = 380 mA, 68 Kohm. = 26.000 V,
_^ _:rV—
f_= —
26.000
V =-~¿nnn
,-,
x
Ganan en vacio = ——
-—rr26.000
(21.)
A V0
1V
Para la ganancia en vacio se ha considerado despreciables las caídas en las resistencias R-i , j S-, ,- y H-i¿-«
Con 100 mA^ de carga la variación, del T^ltaje será de:
Avf = i AI7 = ira •' 38° mA- = ^ ^° vLa ganancia con 100 mA de carga será de:
Cálculo de la frecuencia de corte.- A "bajas frecuencias la realimentación es negativa.-
A frecuencias del or
den: de las frecuencias de corte de los transistores3 la reali
mentación puede hacerse positiva en cuyo caso el circuito oscilarla.
La frecuencia de corte del circuito de control es_
tara dada básicamente por el capacitor C-, y la corriente en la
resistencia £ -
'3
T
(a)
JTGURA í^ 14
En la figura l¿f-b observamos el circuito equivalente de la parte l/f~"b..
El voltaje en la resistencia R-,« es
j-(j
—
taria dada por:
fi.
1
Jv/C
JwC
La ganancia del circuito en función de la frecuen
'
50
cia estará determinada por el módulo del denominador de la
ecuación: anterior*.
En consecuencia, tomando la ganancia en vacio hallada en (20) se tendría:
v
m = O
n
Para tf
n = 26.000
G
'
V i*-w S C
2 22
Para G — 1 se tendrá que w R C
4- 4.
-, = 2^.000
Por -,lo tanto:
1
Com los valores de:
B = E
= 1,5 Kohm.
C =. C_ =
,
Por lo tanto, el circuito no oscilaría si las
frecuencias de corte de los transistores es considerableiaen
te mayor que ¿f>3
.CIRCUITO DE PROTECCIÓN.
AL COLECTOR BE T.
R_
9
A LA1B*SE
^ ^
AL RESONADOR
A ÍL
12 Y
H
R,
24
AL RESONADOR
.FIGURA ira 15
La figura N£ 15 muestra la disposición del circuito
de protección.
El transistor T¿- tiene su base aproximadamen
te a unos 1 5 5 V. con respecto a tierra, debido a los diodos
D^ y Dn y la Juntura "base-emisor de este transistor (se ha toD
/
mado en forma experimental el valor de 0,5 V".. por diodo). Por tanto
este transistor empezará a conducir cuanáo la corriente por
R- dé una caída en esta resistencia de 1,.5 V»
Si nosotros
deseamos limitar esa corriente a 1/fO mA^ ? la resistencia R^
deberá tener un valor de:
-n
,$ V
, "
Rc = V
=• = 1
T-f^
T- = _10
onm.
5
I
140 fflA.-
La base de T^ estará a un potencial aproximado
de 1 V.. por el diodo D^ y la juntura base-emisor de este
transistor»
Escojemos como suficiente la corriente de 7 uA»
cuando la sobrecorriente de 1/fO mA.. se mantiene en R-»
Para
esas condiciones el valor de R _ 'será de:
,,
B21
I=
(1,3-D V.
- 7 UA.
-El transistor 5n .xa ...a ,con.ducó,r, cuando la tensión
en su base sea menor que la caída en R , más los 0_,f> V» de la
juntura base-emisor de este transistor.
La tensión de caída
en E „ se puede hacer aproximadamente de 3 V. escogiendo el.
valor de esta resistencia como la cuarta parte de la suma en
tre R.^ y R-, .. - Sa realidad se obtiene:
¿-j
¿HT
V
12 V.
« ,« .
" W^2Í = 37 ohm = °'32 mA*
La. calda en la resistencia Rp-~ será:
V = IR
+ 0,-32 mA» 10 ohm = 3.2 V.
Pin. consecuencia, en la base de TQ deberá haber un
potencial de 332W más 0,5 V inferior a la V,., esto es a 833V,
para que este transistor conduzca y dispare el SCR,,
Cuando el circuito de protección se halla en estado normal, el capacitor C
va a estar a 12 W
Esto es de-
"bido a que T9 está en corte y por tanto únicamente habrá cir
culación de corriente por £ p p S c¿^ y £„ 3 hasta que C¿ se car_
gue al potencial de 12 V,.
hallará también a 12 V.
En. consecuencia, la "base de TQ se
Para que este punto baj'e a 8 S 1 VV y
se dispare el tiristor, será necesario que la corriente de
0,7 uA» que circulará casi en su totalidad por C , lo haga
durante un. tiempo determinado para que el terminal que está a
12 V. descienda a 833^~«
Si este .tiempo se escoge como 0,3
el valor de C, estará dado por:
Para I = ?uA.
At = 0,3 seg.
A v = (12 - 8,3)^^ = 3,7 V,
C^ r, 0,57 UF.
Se ha elegido un valor de 0,¿j-7 puF. por no encontrarse el valor calculado anteriormente.
Con los valores hallados para el circuito de protección el transistor T_ del circuito de la figura N£ 8 llega
a corte cuando la corriente de carga se mantenga en l¿fO mA, por
un tiempo superior a los 0,3 segundos»
La curva teórica de so-
brecorriente será como se dibuja en la figura N& 16 *
I
(mA)
140 -
0.2
2 16
Puede calcularse en forma aproximada el tiempo de
subida de la corriente para alcanzar los 140 mA. En. efecto,
si consideramos la corriente de trabajo a la cual se aplica
un cortocircuito, de ZfO mA,. con valores de p de 20 para T-, y
de 100 para T y TT, se tendría:.
Variación.'de corriente de colector en T.. = 100 mA,
Variación de corriente en la base de T-, =
3 niA-
55
Esto corresponde a una variación, en la "base de Tp,
de
5
nñ m-^ ~ 5-10
—2.
mA» Lo cual representa una variación igual en
la corrierte de emisor de T7. Luego en E,- existirá un
,1.2 Kohm = 6-.10~2V, .
v = •••-.nn*
(23)
La variación de corriente en la base de T-, será
, 5.10"
2mA
.cl,e
— rc
•
Para C, conocemos la relación:
4v
En la cual reemplazando los valores de (23) y
y para el valor de C = C
= ¿fuF,
So tiener At = 0^48 mseg» que corresponde al tiempo que el circuito tarda en alcanzar el valor de corriente limite de l¿fO raA*
PROTECCIÓN" ADICIONAL,
A más del circuito de protección, se impone la nec_e
sidad de circuitos adicionales de protección los cuales son:
- Diodos de Germán! o..- Cuya importancia se destacó en la descripción del circuito de transistores en la sección 11,3 (le es_
ta tesis- Las resistencias Ez y Eon,- Estas resistencias tienen mucha
importancia para el propósito de utilización de la fuente para la polarización de los tipos de klystron de media potencia
como el tipo Philips YK-1070 cuyas características se hallan
en. la tabla IÍQ 1.
Para estos casos la fuente deberá trabajar
56
en. los rangos más altos y para el anillo correspondiente a
fuentes y transistores de control tendremos el circuito de
la figura N& 17
-
•• V resonador,
Er
T cátodo/
1.300 y
'5~T*V reflector
& 17
Un cortocircuito a la salida pasaría a través de
C5
y
en T9 un
voltaje de 1.200 V de colector a emisor origi-
naria la avalancha en la peor de las condiciones en que T
es
57
tuviera .saturado .-
Los 100 voltios restantes caerían en la
resistencia R pQ limitando la corriente de avalancha en TQ.
Esta corriente seria limitada por . T-, a l¿fO mA durante 0.3 segundos después de lo cual se corta T-, y la corriente se reduce a cero-
Capitulo Tercero
Diseño
Mecánico
59
Vista Frontal
60
Vista Inferior
61
Vista Superior
62
Vista Posterior
63
Vista lateral izquierda
Vista lateral derecha
12V
TARJETA
DE
CONTROL .DEL
RESONADOR
-f !2V
TARJETA
DE -CONTROL
DEL
REFLECTOR
Distribución de elementos en el circuito de control
Capitulo Cuarto
Hedidas Experimentales
67
4.1* MEDIDAS PE AISLACIONV
. '
•Debido a que el equipo tiene que trabajar a
^
jes relativamente altos,. fue necesario probar el aislamiento
de los distintos elementos utilizados en la fuente..
El pro-
cedimiento seguido fue el siguiente:
Se utilizó una fuente de alta tensión y con un ter
rainal. de ésta al chasis del equipo, se conectaron los distintos puntos que llevarán alta tensión en el equipo a través de
una resistencia de 100 Kohra como se indica en la figura ÍTa 18
100 Kohm,
2.000
ELEMENTO DE
PRUEBA
FIGURA
18
68
Er> esta forma se probaron los distintos controles
y elementos con una tensión de 2.000 V..
Las partes del circui
to del reflector que soportarán el mayor voltaje se probaron
con 3.500 V..
¿f..2-.. PRUEBA DE LOS CIRCUITOS PE CONTROL»
' En la figura >ÍQ 19 se hallan los voltajes medidos
en el circuito de control.
12 Y
Q.%
FIGURA lia 19
69
4.3- PRUEBA DE CORTOCIRCUITOS.
Las pruebas de cortocircuitos se realizaron en
las dos fuentes * Se comprobó que el momento de aplicar el
cortocircuito, la tensión, de salida bajaba a. cero y la corriente aumentaba hasta un. valor de l/tO" mA en; la fuente de
resonador y a 90 mA en la fuente de reflector.
Si la duración del cortocircuito es inferior a
aproximadamente 0*3 seg. la fuente retorna a su estado normal en cuanto termina la condición de cortocircuito.
Esto
se comprobó tocando con un conductor los dos terminales de
la fuente, en forma rápida.
En esta forma se comprueba el
funcionamiento de los transistores 3V y T./( para las fuentes
de resonador y reflector, respectivamente„
Si el cortocircuito se mantiene por un tiempo mayor que 0<,3 seg. (tiempo estimado) la fuente no retorna a su
estado normal.
el tiristor SCH
De esta manera se prueba que se ha disparado
en la fuente de resonador y el SCRp en la
fuente de reflector.-
70
¿f,¿f, BANGOS DE TENSIÓN Y RIZADO.
RESONADOR
POSICIONES DE
RANGOS DE VOLTAJE
LA REGLETA
. MÁXIMO
MÍNIMO
(V).
(V)
Rojo:
RANGO DE
RIZADO DE PUNTA
AJUSTE PINO
A PUNTA
(V)
CON CARGA SIN CARO,
NOMINAL
(mV)
(mV)
125
12
20
20
23 y 2
270
500
235
¿fO
20
20
22 y 3
760
380
60
20
20
52
10
20
20
135
25
20
20
2¿f y 1
REFLECTOR
Azul:
26 y k
25 y 5
345
TABLA NO 6
En la tabla Nü 6 se hallan las mediciones de los
rangos de tensión, y rizado^
Las posiciones de la regleta corresponden a la figura N£ 20 al final de la tesis.
En la figura N° 21 se pueden observar las caracteris
ticas de regulación medidas en las fuentes de resonador y reflec
tor»
¿f.5- PRUEBAS DE BARRIDO.
Las pruebas de barrido se realizaron en el Labórate)
rio de Microondas utilizando el klystron tipo 2K25 Philips, cuyas características se hallan en la tabla Na l.
—~
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72
La disposición del circuito para esta prueba se
.halla eii forma esquemática en la figura tt& 22.
OSCILOSCOPIO
FIGURA W* 22
73
En las páginas siguientes se hallan la fotografías correspondientes a la realización de estas pruebas.
En la lámina Kfl 1 se puede observar la disposición: del equipo para la realización, de estas pruebas.
En la lámina Na 2. se observa en el oscilos.copio
la parte correspondiente a un modo de oscilación del klystron.
Este modo se obtuvo con una polarización de reflector de 140-V.
Se observa además en la .parte central la curva de resonancia
de la cavidad del frecuencímetro.
De esta manera se calibra
en frecuencia el eje horizontal de la curva en el osciloscopio..
El frecuencímetro está ajustado a una frecuencia de
9.608 -MHz.
En la lámina HQ 5 se puede observar únicamente la
parte central de la curva que corresponde a la respuesta de
frecuencia de la cavidad del frecuencímetro.
Esto se consi-
gue ampliando la parte que se halla en el recuadro de la lámina Na 2^
Lámina iTa 1,- Disposición del equipo para las pruebas del
barrido
Lámina N£ 2..- Modo de oscilación, del klystron Philips HK-25
fíe observa en la parte inferior lo correspondiente a la potencia absorbida por la cavidad
del frecuencímetro Voltaje medio de reflector l¿fO V»
Voltaje de resonador 300 V.
Amplitud de barrido del voltaje de reflector 32V
Frecuencia 9-608 MHz.
76
Lámina NS 3-- Ampliación de la parte correspondiente a la ab
sorción de la cavidad del frecuencímetro referí
do a la lámina NQ 2.
77
APÉNDICE
Para la utilización de equipos de medición sintonizados a 1 KHZj sería suficiente la inclusión del circuito
de la figura NQ 23 en la base del transistor £-,_, como se in
dica en la misma figura..
De esta manera se obtiene una va-
riación en la tensión de reflector_
Con lo cual la señal del
klystron: estará modulada en 1 KKs.
La amplitud de los mil fíz.
puede regularse mediante el ajuste del potenciómetro Kn .
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ALLEY Y Al'WOOD, .ingeniería Electi'ónica.
CÜJRTIS L. HEMEN\VAY,. "Physical Electronics,
F* L.. SINGSÍ?, Transformadores.
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HXLLMAN-TAUBj Circuitos de pulsos digitales y de conmutación.
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