1 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD) ELECTRONICA ANALOGA
ELEMENTO DE CONTROL Y PROTECCION CONTRA CORTO CIRCUITO C IRCUITO
GILDARDO LEON PARRA FLOREZ CARLOS ANDRES HERRERA GONZALEZ EDUAR HERNAN AGUIRRE
TUTOR JESUS OMAR VARGAS
243006_10.
Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Tecnología en Automatización Electrónica MEDELLIN Mayo 2015
2 INTRODUCCION
El presente trabajo nos permitirá conocer y manipular los elementos de control como son los transistores y su aplicabilidad en el control de carga de corrientes altas, utilizados las fórmulas que permiten obtener los valores de los componentes electrónicos.
3 ELEMENTOS DE CONTROL
Para el diseño de la fuente de alimentación se solicita se emplee un transistor Darlington y en las librerías de componentes de PSpice se cuenta con el transistor Darlington cuyo número de referencia es 2N6059 es necesario comprobar si este transistor es adecuado usarlo en el diseño del regulador serie teniendo en cuenta los parámetros de la hoja de características dada por el fabricante frente a los requerimientos del diseño.
3.1 De la hoja característica del Transistor 2N6059 completar la siguiente tabla:
Ic 12A
hfe IC = 6 A VCE = 3 V IC = 12 A VCE = 3 V
750 100
vceo
ptot
IB
100V
150w
0.2A
4 3.2 Teniendo en cuenta que se requiere una corriente de carga I L= 900mA y se conoce también el voltaje de salida regulado calcular el valor de la resistencia de carga RL
La Fuente de Alimentación debe satisfacer las siguientes especificaciones: ♦ Corriente de carga regulada: 900mA ♦ Voltaje DC de salida regulado: 12V.
Tomando como voltaje de salida regulado=
12v
RL = V L / IL
RL= 12v/900 mA RL=12v/0.9 A RL= 13.33 Ω
RL 13.33 Ω
5 3.3 con el objetivo de conocer si el transistor 2N6059 soporta la potencia que se disipara para una corriente de carga de 900mA o calcular el valor de la potencia disipada en el transistor teniendo en cuenta las siguientes formulas: PD= VCE ∙IL R:/
PD=8v . 0.9A= 8.8
VCE = VS - Vsal
= 20-12
= 8V
PD 8.8
La potencia se disipa en las uniones. Veamos un ejemplo concreto:
Entonces el valor de la potencia total o potencia disipada lo calcularemos usando esta fórmula:
6 El transistor Darlington o AMP es un dispositivo semiconductor que combina
dos transistores bipolares en un tándem (a veces llamado par Darlington) en un único dispositivo. La configuración (originalmente realizada con dos transistores separados) fue inventada por el ingeniero de los Laboratorios Bell Sidney Darlington. La idea de poner dos o tres transistores sobre un chip fue patentada por él, pero no la idea de poner un número arbitrario de transistores que originaría la idea moderna de circuito integrado. Esta configuración sirve para que el dispositivo sea capaz de proporcionar una gran ganancia de corriente y, al poder estar todo integrado, requiere menos espacio que dos transistores normales en la misma configuración. La ganancia total del Darlington es el producto de la ganancia de los transistores individuales. Un dispositivo típico tiene una ganancia en corriente de 1000 o superior. También tiene un mayor desplazamiento de fase en altas frecuencias que un único transistor, de ahí que pueda convertirse fácilmente en inestable. La tensión base-emisor también es mayor, siendo la suma de ambas tensiones base-emisor, y para transistores de silicio es superior a 1.2V. La beta de un transistor o par darlington se halla multiplicando las de los transistores individuales. la intensidad del colector se halla multiplicando la intensidad de la base por la beta total.
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Si β1 y β2 son suficientemente grandes, se da que:
Un inconveniente es la duplicación aproximada de la base-emisor de tensión. Ya que hay dos uniones entre la base y emisor de los transistores Darlington, el voltaje baseemisor equivalente es la suma de ambas tensiones base-emisor:
Para la tecnología basada en silicio, en la que cada V BEi es de aproximadamente 0,65 V cuando el dispositivo está funcionando en la región activa o saturada, la tensión base-emisor necesaria de la pareja es de 1,4 V. Otro inconveniente del par Darlington es el aumento de su tensión de saturación. El transistor de salida no puede saturarse (es decir, su unión base-colector debe permanecer polarizada en inversa), ya que su tensión colector-emisor es ahora igual a la suma de su propia tensión base-emisor y la tensión colector-emisor del primer transistor, ambas positivas en condiciones de funcionamiento normal.
8 (En ecuaciones,
, así
siempre.) Por lo tanto, la
tensión de saturación de un transistor Darlington es un V BE (alrededor de 0,65 V en silicio) más alto que la tensión de saturación de un solo transistor, que es normalmente 0,1 - 0,2 V en el silicio. Para corrientes de colector iguales, este inconveniente se traduce en un aumento de la potencia disipada por el transistor Darlington comparado con un único transistor. Otro problema es la reducción de la velocidad de conmutación, ya que el primer transistor no puede inhibir activamente la corriente de base de la segunda, haciendo al dispositivo lento para apagarse. Para paliar esto, el segundo transistor suele tener una resistencia de cientos de ohmios conectada entre su base y emisor. Esta resistencia permite una vía de descarga de baja impedancia para la carga acumulada en la unión base-emisor, permitiendo un rápido apagado. Códigos en los transistores Hay tres series principales de códigos de transistores: * Códigos que comienzan con B (o A), por ejemplo BC108, BC478 La primera letra B es para silicio, A es para germanio (raramente usado). La segunda letra indica el tipo o uso habitual; por ejemplo C significa baja potencia audio frecuencia; D significa alta potencia audio frecuencia; F significa baja potencia alta frecuencia. El resto de los códigos identifican los transistores particulares.
9 No hay ninguna lógica obvia para el sistema de numeración. Algunas veces se agrega una letra al final (ej: BC108C) para identificar una versión especial del tipo principal, por ejemplo una ganancia de corriente más alta o un tipo de encapsulado distinto. Si un proyecto especifica una ganancia de corriente más alta la versión (BC108C) debe ser usada, pero si se da el código más general (BC108) cualquier transistor con este código es adecuado. * Códigos que comienzan con TIP, por ejemplo TIP31A TIP se refiere al fabricante: transistor de potencia Texas Instruments. La letra al final identifica las versiones con diferentes rangos de voltaje. * Códigos que comienzan con 2N, por ejemplo 2N3053 El código inicial '2N' identifica el componente como un transistor y el resto del código el transistor en particular. No hay ninguna lógica obvia para el sistema de numeración 3.4 Luego ya se puede afirmar si el transistor 2N6059 es apto para usarse en la práctica o no “justifique su respuesta”: R:/ SI
NO
X
Los transistores Darlington se emplean en circuitos donde se necesitan controlar grandes cargas con corrientes muy pequeñas.
10 LA PROTECCION CONTRA CORTO CIRCUITO
Los reguladores están equipados con un circuito de protección cuyo propósito es limitar la corriente del elemento en serie (o incluso anularla). Los circuitos de protección se diseñan para estar inactivos bajo condiciones de operación normal y activarse tan pronto como se intente exceder el correspondiente límite de seguridad. El propósito del circuito de protección contra sobrecarga es evitar que la corriente que circule por el transistor en serie exceda un nivel de seguridad predeterminado, como sucedería en caso de cortocircuitar la salida.
11 Finalmente con el objetivo de proteger los dispositivos que conforman la fuente de alimentación es necesaria la implementación de alguna técnica de protección contra corto circuito, es por ello que se usara el arreglo de limitación constante de corriente el cual para este diseño limitara 1.2A la máxima corriente a circular en la carga I 3.5 Calcule el valor de Rlim:
Rlim 6.66
Ω
Rlim=(20v-12v)/ 1.2A Rlim=8/1.2 Rlim=6.66 Ω
La fórmula para el cálculo de una resistencia limitadora es en general. R =(vcc-vL)/IL
Donde: R es la el valor de la resistencia buscada en ohm. Vcc es el voltaje con que se alimenta el circuito, es decir el de la fuente. VL es el voltaje del dispositivo que queremos poner a funcional. IL es la corriente de consumo del dispositivo que pondremos a funcional.
SL
12 3.6. Explique cómo funciona esta técnica de protección y cuál es su principal desventaja R:/
La desventaja es acerca de su dificultad para distinguir entre la corriente de falla en uno u otro punto cuando la impedancia entre esos puntos es pequeña en comparación hacia el lado de la fuente, conduciendo hacia la posibilidad de que se presente pobre discriminación.
13 CONCLUSIONES
Es importante tener en cuenta los valores mínimos y máximos de un transistor consultando la hoja de características dada por el fabricante.
Conseguimos la limitación de la constante de corriente que circula, implementando alguna técnica de protección contra cortocircuito.
14 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
http://electronicabasica00.blogspot.com/2013/06/calculo-de-resistenciaslimitadoras-y.html
http://ricuti.com.ar/No_me_salen/ELECTRICIDAD/AT_potencia.html
https://www.youtube.com/watch?v=m4eqor4_GFk
https://www.youtube.com/watch?v=9M4_fgOLkSs
