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PRACTICA # 9:TRANSISTOR BJT EN CONMUTACIÓN Julio Siguencia
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Abstract—In practice this will develop the switching transistor in applying concepts learned in class and create applications such as the ignition of a dc motor turning inversion and ignition time.
—Polarización,bipolar,emisor ,emisor,base,colector ,base,colector.. Index Terms—Polarización,bipolar
1) a. b. c.
I. OBJETIVOS Diseña Diseñarr, calcul calcular ar y compro comprobar bar el funcio funcionam namien iento to de los siguientes circuitos utilizando el transistor BJT en conmutación: Real Realiz izar ar un un circ circui uito to ddee ence encend ndid idoo y apa apaga gado do ddee un motor de CC utilizando LDR. Real Realiz izar ar una una inve invers rsió iónn de giro giro aut autom omát átic icaa de un motor de CC con un pulsante para marcha y otro para paro implementado un puente H Realiz Realizar ar un circui circuito to que accion accionee el el moto motorr del del punto punto 1 durante 3 segundos luego de que exista una interrupción de luz sobre la LDR. II. M ARCO T EÓRICO
A. Transistor Transistor
El transist transistor or es un disposit dispositiv ivoo electróni electrónico co semicondu semiconductor ctor que cumple cumple funciones funciones de amplifica amplificador dor,, oscilador oscilador,, conmutaconmutador o rectifi rectificad cador or.. El térmi término no transi transisto storr es la contra contracci cción ón en inglés de transfer resistor (resistencia de transferencia). Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, etc.
La conmutación se puede describir de una forma sencilla como la posibilidad de un dispositivo de saltar o cambiar entre dos posiciones o dos estados distintos (que podemos llamar Alto/Bajo, On/Off, Marcha/Paro, 1/0, etc.) de una forma más o menos rápida. En el caso de los transistores, ambos estados se identifican con las situaciones de Saturación y Corte. Para un transistor bipolar, la operación de conmutación es la siguiente: cuando la base está a unos 0,7 voltios por encima del emisor (y se suministra corriente suficiente a la base) el transistor conduce y entra en saturación. En esta situación, el transistor se comporta idealmente como un interruptor cerrado entre el colector y el emisor, como ilustra la figura 1.a. Cuando la base está a menos de 0,7 V por encima del emisor, el transistor no conduce y se comporta como un interruptor abierto entre el colector y el emisor. Muchas veces se presenta la difícil situación de manejar corrientes o tensiones más grandes que las que entrega un circuito digital, y entonces nos disponemos al uso de transistores, el tema es hacer que estos trabajen en modo corte y saturación sin estados intermedios, es decir que cambien su estado de plena conducción a un profundo corte, y eso es lo que veremos en este pequeño tutorial.
B. Transistor Transistores es en circuitos circuitos de conmutación
Muchas veces se presenta la difícil situación de manejar corrientes o tensiones más grandes que las que entrega un circuito digital, y entonces nos disponemos al uso de transistores, el tema es hacer que estos trabajen en modo corte y saturación sin estados intermedios, es decir que cambien su estado de plena conducción a un profundo corte, y eso es lo que veremos en este pequeño tutorial. Los transistores a utilizar en estos casos deben tener la suficiente ganancia para que la onda cuadrada, aplicada en su entrada (Base), no sufra ninguna deformación en la salida (Colector o Emisor), o sea que conserve perfecta simetría y sus flancos ascendente y descendente se mantengan bien verticales. La corriente máxima que puede circular de colector a emisor está limitada por la tensión de polarización de Base y el Resistor o la carga del colector.
Figure Figure 1. Transist Transistor or en saturaci saturación. ón.
Los transistores a utilizar en estos casos deben tener la suficiente ganancia para que la onda cuadrada, aplicada en su entrada (Base), no sufra ninguna deformación en la salida (Colector o Emisor), o sea que conserve perfecta simetría y sus flancos ascendente y descendente se mantengan bien verticales. La corriente máxima que puede circular de colector a emisor está está li limit mitada ada por la tensió tensiónn de pol polari arizac zación ión de Base Base y el
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Resistor o la carga del colector.
Figure 4. Circuito para inversion de giro.
Figure 2. Transistor en corte.
C. Polarizacion por divisor de tension en la base
La base se polariza por medio de un divisor de tensión.Experimentalmente se recomienda que la corriente que circula por Rb1 sea 10 veces la intensidad de base, de manera que por Rb2 circula 9 veces la Ib. Así, la determinación de Rb2 es inmediata, y por sustitución, también el valor de Rb1.
Para invertir el sentido de giro de un motor de C. C., basta con invertir la polaridad de la tensión aplicada en sus bornas VB (con lo cual varía el sentido de la corriente que circula por su bobinado), y hacer así que el par de fuerzas que originan el giro del motor sea de sentido contrario. Otro método de invertir el sentido de giro, es el de invertir la polaridad del campo magnético producido por las bobinas excitadoras, esto sólo puede hacerse en máquinas que las tengan accesibles desde el exterior. Como normalmente los motores de c.c. no tienen accesibles las bobinas de excitación, en este estudio nos centraremos en controlar el sentido del giro de los motores invirtiendo la polaridad de la tensión VB aplicada en bornas del mismo.
Figure 5. Inversion de giro con puente H. Figure 3. Transistor polarizado por divisor de tensión.
Se observa con el equivalente Thevenin, que en la malla de colector la Ic depende del valor de Ib y de β .Se mantiene constante la potencia, al reducirse V ce. D. Inversión del Sentido de Giro en Motores de C.C.
Para invertir el sentido de giro de un motor de corriente continua, se debe invertir la polaridad de la tensión aplicada a sus bornes. Esto se consigue utilizando una fuente de alimentación simétrica y el circuito de la figura 1. Puede utilizar también el llamado “Montaje en medio puente”, con una sola fuente de alimentación, como vemos en el circuito de la figura 2.
E. Circuito integrado 555
Introducido por primera vez en 1972, el circuito integrado temporizador 555 tiene una vigencia analógica inusual en un mundo en el que los componentes se han vuelto mayoritariamente digitales y sigue siendo uno de los circuitos integrados de mayor venta. La clave de su permanencia y su popularidad radica en la flexibilidad de su diseño: los diseñadores electrónicos pueden configurar este "equipo de construcción" temporizador de muchas maneras diferentes. El 555 también es barato y tiene una gran cantidad de aplicaciones de las cuales elegir. El dispositivo 555 es un circuito integrado muy estable cuya función primordial es la de producir pulsos de temporización con una gran precisión y que, además, puede funcionar como oscilador.
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B. Calculos para la inversión de giro de un motor de CC en Sus características más destacables son: puente H con un pulsante para el giro hacia la derecha y el Temporización desde microsegundos hasta horas. otro hacia la izquierda. Modos de funcionamiento: Monoestable y Aestable. 1) Descripción: El 555 viene en paquete de ocho pines de doble línea. En el interior del chip hay un conjunto de circuitos que sirven como bloques de construcción para un interruptor electrónico de alta velocidad. En total, el CI tiene 28 transistores. No funciona como un temporizador por sí mismo, sino que depende de un puñado de condensadores y resistencias externas para ello; la forma en la que estén conectados estos componentes externos determinará lo que el 555 hará. El 555 tiene un componente hermano, el 556, que combina dos temporizadores independientes de 555 en un paquete de 14 pines. • •
III. M ATERIALES E I NSTRUMENTOS • • • • • • • • • •
1 Fuente de tension directa. 5 resistencias de 1K Ω. Multimetro. 5 transistores npn. 3 transistores pnp. project board. cables bananas. motor dc. LDR. IC 555
Figure 7. Circuito del esquema.
V cc = 12V Motor = 12V − 100mA HF E = 220 (100)(5) IBsatmotor = BIC G = /220 = 2.27mA V BE (delosdostransistores) = 0.7 ∗ 2 = 1.4V (12 1.4) R = 2.27mA = 4669Ω ≈ 4.7k Ω Ib = 2.27mA 220 5 = 0 .051mA (12V 1.4) Ra = 0.051mA = 330Ω ∗
−
∗
IV. D ESARROLLO A. Calculos para el encendido y apagado de un motor de CC utilizando LDR.
Figure 6. Esquema del circuito.
V cc = 12 V Motor = 12V HF E = 220 V LDR1 = 750Ω V LDR2 = 73K Ω (0.12)(2) I Bsat = 220 = 1.09mA V BE = 0.7v
−
C. Calculos para un circuito que accione el motor por un determinado instante.
Figure 8. Esquema del circuito.
V cc = 12V Motor = 12V − 100mA HF E = 141 LDRconluz = 310Ω LDRsinluz = 3 .31kΩ (0.10)(3) IBsat = BIC G = 141 = 2.12mA V LDRsinluz= 0 .7v ∗
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I 1 = ILDR + IBsatI 1 = 0.21mA + 2.12mA = 2 .33mA R1 = 4 .7k Ω (LDRluz) V eqq = (V LDRluz+R1) V CC
C. Grafico del circuitopara un circuito que accione el motor del punto 1 durante 3 segundos luego de que exista una interrupción de luz sobre la LDR.
∗
310 (310+4700)∗12
V eqq = ParaelLM 555 t = 4s C = 330uF t = R ∗ C ∗ 1.1 R = (3304 1.1) R = 10k Ω
= 0.72v
∗
V. GRÁFICAS A. Grafico del circuito para el encendido y apagado de un motor de CC utilizando LDR.
Figure 11. Encendido del motor por tiempo.
VI. SIMULACIONES .
Figure 9. Apagado y encendido del motor usando una LDR.
A. Simulación del circuito para el encendido y apagado de un motor de CC utilizando una LDR.
B. Grafico del circuitopara la inversión de giro de un motor de CC en puente H con un pulsante para el giro hacia la derecha y el otro hacia la izquierda.
Figure 10. Inversion de giro del motor dc.
Figure 12. Circuito simulado del accionamiento del motor dc por una LDR.
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B. Simulación del circuito para la inversión de giro de un motor de CC en puente H con un pulsante para el giro hacia la derecha y el otro hacia la izquierda.
Table I DATOS MEDIDOS SIMULADOS Y CALCULADOS DEL CIRCUITO .
VII. A NÁLISIS DE R ESULTADOS.
Figure 13. Circuito de inversion de giro simulado. A. Tabla de resultados obtenidos del circuito para el encendido y apagado de un motor de CC utilizando una LDR.
C. Simulación del circuitopara un circuito que accione el motor del punto 1 durante 3 segundos luego de que exista una interrupción de luz sobre la LDR.
B. Tabla de resultados del circuito para la inversión de giro de un motor de CC en puente H con un pulsante para el giro hacia la derecha y el otro hacia la izquierda.
Table II DATOS ME DIDOS , SIMULADOS Y CALCULADOS DEL CIRCUITO INVERSION DE GIRO DEL MOTOR DC .
Figure 14. Circuito simulado del funcionamiento del motor por tiempo, utilizando el ic555.
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C. Tabla de resultados del circuitopara un circuito que accione el motor del punto 1 durante 3 segundos luego de que exista una interrupción de luz sobre la LDR.
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Table III
DATOS SIM ULADOS , CALCULADOS Y MEDIDOS DEL CIRCUITO .
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VIII. C ONCLUSIONES . A. Español •
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Finalizada la pratica podemos definir al transistor como un interruptor de c.c cuando trabaja exclusivamente en corte y saturación. Un circuito trabajando en conmutación se puede emplear para conectar y desconectar la tensión a una carga o para dar salida que sirva como entrada a otro circuito. Para asegurar que el transistor permanezca en saturación, I es necesario que I B > HF( E ) . En frecuencias elevadas hay que tener en cuenta los tiempos de conexion y desconexion, que son los que invierte el transistor que pasa de corte a saturacion y viceversa, respectivamente. Estos tiempos se puedes mejorar aumentando los valores de base y reduciendolos cuando se haya consumado la conmutación. C sat
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B. Ingles •
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After the practice we can define the transistor as a switch works exclusively in cc when cut and saturation. A working circuit switching can be used to switch the voltage to a load or to output that serves as input to another circuit. At high frequencies must take into account the time of connection and disconnection, which are invested by the transistor goes to saturation cutoff and vice versa, respectively. These times can be improved by increasing the base values and reducing them when switching is consummated. IX. R ECOMENDACIONES. For a bipolar transistor to work properly, it must polarize correctly.
It is advisable to check that tools and materials are in good condition for the practice and there is no disadvantages with data measurements. Perform voltage and current measurements correctly to avoid problems when plotting the diode characteristic curve. X. BIBLIOGRAFIA. [1] TRANSISTORES EN CIRCUITOS DE CONMUTACIÓN; Disponible en: http://perso.wanadoo.es/luis_ju/edigital/qnpn_pnp.html [2] Dispositivos en Corte y Saturación..; Disponible en:http:http://www.uned.es/caguadalajara/tutores/ElectronDigit/ElecDig/T02Truco.html [11/16/2013] [3] El transistor en conmutación Disponible en:http://www.sc.ehu.es/electronica/elec_basica/tema7/Paginas/Pagina [4] Transistor en conmutacion. Disponible en: http://apuntesdeelectronica.files.wordpress.com/2011/10/18el-transistor-en-conmutacion.pdf
