1) Indicar cual es el resultado de aplicar la ley de Ampere al circuito

Sistemas Electrónicos
Septiembre 2005
1)
4º Curso ETSI Industrial
UNIVERSIDAD DE VIGO
Indicar cual es el resultado de aplicar la ley de Ampere al circuito de la figura.
I
2)
Un condensador de placas paralelas tiene una capacidad de 1[pF] en el vacío, Se pide:
• ¿Cuál será su capacidad en un medio con εr = 10?
• ¿Cómo afecta la distancia entre placas a la capacidad?.
3)
Indicar de forma razonada como influye la anchura de la curva de histéresis en las pérdidas de una bobina.
4)
Representar el circuito de un montaje Darlington realizado con dos transistores NPN. Indicar de forma razonada
cual es la principal ventaje de este montaje y que ocurre para montajes con más de dos transistores
5)
Dibujar el circuito para conectar la salida de una puerta lógica TTL (+5V) a un circuito driver de un IGBT. Las
características de entrada de dicho driver son:
Tensión de alimentación del driver = +15V
Resistencia de entrada = 10k
Tensión de entrada para IGBT ON >= 13V
Tensión de entrada para IGBT OFF<= 3V
No es necesario calcular los componentes, únicamente dibujar el circuito.
6)
Representar y explicar el funcionamiento del circuito que evita que el transistor bipolar trabaje en zona de
saturación profunda o sobresaturación.
7)
Ventajas e inconvenientes que tiene la conexión de una resistencia en serie con la puerta de un MOSFET cuando
éste trabaja en conmutación.
8)
Explicar brevemente el principio de funcionamiento de la técnica de cebado Bootstrap.
9)
Dibujar el esquema de una fuente de alimentación lineal conectada a la red alterna monofásica y basada en
reguladores integrados que suministran a la carga tensión continua bipolar de valor ( ± V)
10) En la siguiente figura se presenta el esquema eléctrico del circuito para la medida de la impedancia Z de un
condensador en función de la frecuencia. Razonar por qué se producen diferencias de medida de la impedancia
cuando a dicho circuito se le conectan un par de cables largos en su salida.
11) Responder a las preguntas relacionadas con el circuito de la siguiente figura.
a.
b.
¿Como afectaría al disparo del SCR si aumentásemos la resistencia R4 (de 470ohm) a un valor de 4,7K?
Si se introdujese un condensador electrolítico entre el terminal positivo del puente rectificador (pin 1) en el
terminal negativo (pin 4) ¿Afectaría esto al disparo del SCR? ¿Y al bloqueo? Explicar razonadamente.
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1
AC 24V J2
1
2
Fusible
F1
4-
2
J1
D1
BRIDGE
R1
+1
R2
1K2 1/2W
220R 1/2W
R CARGA
J3
1
470R 4W
3
1
R3
R4
470R 1/2W
3
1
Q2
SCR
J4
POT 1
1
Q1
2
2N2646
UJT N
BT106
C1
100 nF 100V
R5
33R 1/2W
1
+1
1 VIN
+
C3
C4
220 nF
GND
4-
U1
LM7812/TO
D2
BRIDGE
3
VOUT
C5
100 nF
2
1
AC 12V
J6
1
2
Fusible
F2
3
J5
2
12) Para la fuente de alimentación de la figura determinar:
a. En la fuente de alimentación de la figura se ha ajustado el potenciómetro POT1 para que la tensión de
salida sea de 13V. Si en estas condiciones sacamos (no cortocircuitamos) la resistencia R6, ¿cómo
afectará a la tensión de salida?
b. En la fuente de alimentación de la figura se ha montado un Zener en el lugar del potenciómetro POT1
para que la tensión de salida sea de 13V. Si en estas condiciones sacamos (no cortocircuitamos) la
resistencia R6, ¿cómo afectará a la tensión de salida?
100R
R7
J9
1
J10
1
J7
1
R6
POT
J8
1
POT 1
PROBLEMA
Se desea alimentar una carga resistiva de 3Ω a partir de una fuente primaria de CC de 1200V. Para ello se dispone de los
siguientes componentes:
- SCRs de características estáticas ideales y tiempo de apagado 21µs.
- Resistencias de 8’2 y 12 Ω.
- Condensadores de 10 y 15µF
La frecuencia de conmutación debe ser de 1kHz y el ciclo de trabajo del 75%. Se pide:
1) Indicar breve y razonadamente cómo debe producirse el bloqueo de los interruptores.
2) Deducir razonadamente el esquema eléctrico del circuito a utilizar, seleccionando los componentes adecuados de entre
los disponibles.
3) Obtener las formas de onda acotadas de las tensiones en todos los componentes del circuito, indicando el estado de
los interruptores en los distintos intervalos de tiempo en los que se divide un ciclo de conmutación.
4) Determinar las solicitaciones máximas a las que están sometidos los interruptores.
5) Determinar la frecuencia máxima de conmutación y el ciclo de trabajo correspondiente a la misma, así como la máxima
frecuencia de conmutación a la que se puede obtener un ciclo de trabajo del 10%.
NOTA: SE DEBEN ENTREGAR 3 BLOQUES DE HOJAS INDEPENDIENTES
BLOQUE 1: RESOLUCIÓN DEL PROBLEMA.
BLOQUE 2: RESOLUCIÓN DE LAS PREGUNTAS 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
BLOQUE 3: RESOLUCIÓN DE LAS PREGUNTAS 10, 11, 12.
CADA UNA DE LAS 12 CUESTIONES TIENE UN VALOR MÁXIMO DE 0,5 PUNTOS
EL PROBLEMA TIENE UN VALOR MÁXIMO DE 4 PUNTOS
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SOLUCIÓN DEL PROBLEMA
Al tratarse de un circuito de CC el bloqueo debe ser forzado, ya que una vez disparado un SCR la
corriente a su través se mantendría constante si no se actúa al respecto.
Dados los componentes disponibles, es necesario utilizar el circuito básico de bloqueo por fuente
inversa de tensión que se muestra en la figura inferior izquierda, a la cual corresponde el
comportamiento de la figura inferior derecha, cuyos parámetros se determinan a continuación. Puesto
que se dispone de dos valores distintos tanto de resistencia como de capacidad, es necesario en primer
lugar determinar cuál(es) son utilizables para Raux y C de acuerdo con las especificaciones. Por una
parte, los SCRs deben estar en bloqueo inverso durante al menos su tiempo de apagado.
vRL
Bloq. inverso (t1>tqp)
VCC
vC
Raux
VCC
t1
vT p
vTaux
> tqaux
vTaux


0 = VCC − 2 ⋅VCC 1 − e RL ⋅C 


t1 = ln 2 ⋅ RL ⋅ C ≥ 21µs ⇒
7
⇒C≥
µF , C = 15µF
0'69
tqTaux = ln 2 ⋅ Raux ⋅ C ≥ 21µs ⇒
21
= 2'03Ω
Raux ≥
15 ⋅ 0'69
-VCC
VCC
t
T = 1 ms
VCC
(1-*)·T
− t1
t3
t2
T P ON, Taux OFF TP OFF, Taux ON TP ON, Taux OFF
-VCC
vTp
Bloq. directo
Raux·C
*·T
Raux·C
vC
RL·C
t
t
-VCC
2·VCC
VCC
vRL
t
Sin embargo, esta última inecuación no es suficiente para acotar Raux, Para ello es necesario determinar
los tiempos de conducción y bloqueo de los interruptores. TP conduce durante δ·T=750µs y Taux
durante los 250µs restantes del ciclo. En esos tiempos, C debe haberse cargado o descargado,
respectivamente:
(1 − δ ) ⋅ T = 250µs ≥ 5 ⋅ τ D = 5 ⋅ RL ⋅ C = 225µs ⇒ OK
750µs
= 10Ω, Raux = 8'2Ω
δ ⋅ T ≥ 5 ⋅ τ C = 5 ⋅ Raux ⋅ C ⇒ Raux ≤
5⋅ C
Las tensiones máximas están acotadas en la figura anterior. Las corrientes máximas se producen en las
conmutaciones y sus valores son:
 1
2 
imaxT p = VCC ⋅  +

 RL Raux 
 2
1 
imaxT aux = VCC ⋅  +

 RL Raux 
La frecuencia máxima de conmutación viene dada por:
f max =
1
1
1
=
=
= 1190 Hz
Tmin 5 ⋅ (τ C + τ D ) 5 ⋅ C ⋅ ( Raux + RL )
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En esas condiciones, el ciclo de trabajo resulta:
δ=
Raux
tON
5⋅τ C
=
=
= 73%
Tmin 5 ⋅ (τ C + τ D ) Raux + RL
Para obtener un ciclo de trabajo del 10%, debe cumplirse que 0’1·T ≥ 5·τC → T ≥ 50·Raux·C = 6’15ms
→ f ≤ 162’6Hz