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Carrera: Ingeniería Mecatrónica Asignatura: Electrónica de potencia aplicada Clave de asignatura: MTJ-1012 Docente: Cepeda Atristan José Luis Alumno: Antonio Hernández Javier Frias Corona Luis Armando Silverio Laguna Octavio Grupo: K-61 Trabajo: Reporte practica 3, osciladores de relajación con UJT y PUT.

Introducción.

El objetivo de esta práctica es describir y analizar el funcionamiento de circuitos osciladores de relajación con el uso de transistores UJT y PUT. Dichos circuitos son de conmutación astables, por lo que nos entrega pulsos en tiempo en alto y en bajo con la característica que se pueden obtener diferentes ondas que pueden aplicarse para un generador de pulsos, diente de sierra, circuito sincronizador y de disparo. Para comprender el funcionamiento en primera estancia se mostrará la teoría de cómo estas compuestos, y su funcionamiento básico de los transistores UJT y PUT, para después corroborarlo realizando circuitos para obtener ondas que permitan el análisis de los circuitos osciladores de relajación.

Marco teórico. TRANSISTOR POTENCIA UJT

El transistor UJT (transistor de unijuntura - Unijunction transistor) es un dispositivo con un funcionamiento diferente al de otros transistores. Es un dispositivo de disparo. Es un dispositivo que consiste de una sola unión PN Físicamente el UJT consiste de una barra de material tipo N con conexiones eléctricas a sus dos extremos (B1 y B2) y de una conexión hecha con un conductor de aluminio (E) en alguna parte a lo largo de la barra de material N. En el lugar de unión el aluminio crea una región tipo P en la barra, formando así una unión PN. Como se dijo antes este es un dispositivo de disparo. El disparo ocurre entre el Emisor y la Base1 y el voltaje al que ocurre este disparo está dado por la fórmula: Voltaje de disparo = Vp = 0.7 + n x VB2B1 Donde: - n = intrinsic standoff radio (dato del fabricante) - VB2B1 = Voltaje entre las dos bases La fórmula es aproximada porque el valor establecido en 0.7 puede variar de 0.4 a 0.7 dependiendo del dispositivo y la temperatura. TRANSISTOR MONOUNION UJT

El transistor monounión (UJT) se utiliza generalmente para generar señales de disparo en los SCR. En la fig.5 se muestra un circuito básico de disparo UJT. Un UJT tiene tres terminales, conocidas como emisor E, base1 B1 y base2 B2. Entre B1 y B2 la monounión tiene las características de una resistencia ordinaria (la resistencia entre bases RBB teniendo valores en el rango de 4.7 y 9.1 K). Cuando se aplica el voltaje de alimentación Vs en cd, se carga el capacitor C a través de la resistencia R, dado que el circuito emisor del UJT está en estado abierto. La constante de tiempo del circuito de carga es T1=RC. Cuando el voltaje del emisor VE, el mismo que el voltaje del capacitor llega a un valor pico Vp, se activa el UJT y el capacitor se descarga a través de RB1 a una velocidad determinada por la constante de tiempo T2=RB1C. T2 es mucho menor que T1. Cuando el voltaje del emisor VE se reduce al punto del valle Vv, el emisor deja de conducir, se desactiva el UJT y se repite el ciclo de carga. El voltaje de disparo VB1 debe diseñarse lo suficientemente grande como para activar el SCR. El periodo de oscilación, T, es totalmente independiente del voltaje de alimentación Vs y está dado por: T = 1/f = RC ln 1/1-n

TRANSISTOR MONOUNION PROGRAMABLE El transistor monounión programable (PUT) es un pequeño tiristor que aparece en la fig.7a. Un PUT se puede utilizar como un oscilador de relajación, tal y como se muestra en la fig.7b. El voltaje de compuerta VG se mantiene desde la alimentación mediante el divisor resistivo del voltaje R1 y R2, y determina el voltaje de punto de pico Vp. En el caso del UJT, Vp está fijo para un dispositivo por el voltaje de alimentación de cd, pero en un PUT puede variar al modificar al modificar el valor del divisor resistivo R1 y R2. Si el voltaje del ánodo VA es menor que el voltaje de compuerta VG, le dispositivo se conservará en su estado inactivo, pero si el voltaje de ánodo excede al de compuerta en una caída de voltaje de diodo VD, se alcanzará el punto de pico y el dispositivo se activará. La corriente de pico Ip y la corriente del punto de valle Iv dependen de la impedancia equivalente en la compuerta RG = R1R2/(R1+R2) y del voltaje de alimentación en cd Vs. N general Rk está limitado a un valor por debajo de 100 Ohms. R y C controlan la frecuencia junto con R1 y R2.

El periodo de oscilación T está dado en forma aproximada por: T = 1/f = RC lnVs/Vs-Vp = RC ln (1+R2/R1)

Funcionamiento del oscilador de relajación con UJT El condensador se carga hasta llegar al voltaje de disparo del transistor UJT. Ver voltaje máximo alcanzado en el siguiente diagrama (línea verde). Cuando ésto sucede, éste se descarga a través de la unión E-B1. (ver el gráfico del transistor UJT). y la salida se toma en el terminal superior de la resistencia R3.

El capacitor se descarga hasta que llega a un voltaje que se llama de voltaje de valle (Vv), que es de aproximadamente 2.5 voltios. Con este voltaje el transistor UJT se apaga (deja de conducir entre E y B1) y el capacitor inicia su carga otra vez. (Ver la línea verde en el gráfico). La línea negra en el la parte inferior del gráfico representa el voltaje que aparece en la resistencia R3 (conectado entre B1 y tierra) cuando el condensador se descarga. Si se desea variar la frecuencia de oscilación se puede modificar tanto el valor del condensador C como el valor de la resistencia R1. R2 y R3 también son importantes para encontrar la frecuencia de oscilación.

Transistor UJT 2N2646 distribución de pines La frecuencia de oscilación está aproximadamente dada por: F = 1/R1C. Es muy importante saber que R1 debe tener valores que deben estar entre límites aceptables para que el circuito pueda oscilar. Estos valores se obtienen con las siguientes fórmulas: R1 máximo = (Vs-Vp)/Ip, R1 mínimo = (Vs-Vv)/Iv . donde:     

Vs = es el valor del voltaje de alimentación (en nuestro circuito es de 20 voltios) Vp = valor que depende de los parámetros del UJT Ip = dato del fabricante Vv = dato del fabricante Iv = dato del fabricante

El voltaje pico de un UJT se determina por: Vp=nVB2B1 +0.6V

(1)

Donde n se denomina por relación intrínseca entre contactos y los 0.6V corresponden a la caída de voltaje en sentido directo de la unión pn de silicio que existe entre emisor y base1. El pulso de corriente de E a B1 representa la salida del circuito. Este pulso de corriente puede ser utilizado para disparar un tiristor, o para poner en conducción un transistor, o simplemente para producir un voltaje entre base1 y tierra. El voltaje total aplicado VB2B1, está dividido entre las dos resistencias internas RB2 y RB1. La porción de voltaje que aparece a través de RB1 es: VRb1=(RB1/RB1+RB2)*Vb2b1

(2)

Esta fórmula corresponde a un divisor de voltaje en serie.

Figura 3.1. Esquema eléctrico equivalente

Para disparar el UJT, el voltaje de E a B1 debe ser lo suficiente para polarizar el diodo de la figura 3.1 y entregar una pequeña corriente al terminal de emisor. El voltaje Veb1 necesario para realizar esto, es: Veb1= Vd + (Rb1/Rb1+Rb2)Vb2b1

(3)

Comparando esta ecuación con (1) obtenemos: n= (RB1/RB1+RB2) = RB1/RBB

(4)

La ecuación que da el máximo valor permitido de Re se obtiene aplicando la ley de Ohm al circuito emisor. Remáx=(Vs-Vp)/Ip

(5)

Vs=Voltaje de la fuente dc. Vs-Vp=Voltaje disponible a través de Re en el instante del disparo. En un oscilador de relajación Re no debe ser muy grande, de lo contrario el UJT estará inhabilitado para el disparo igualmente hay un límite que indica que tan pequeña puede ser Re para garantizar que el UJT regrese a su estado de corte, después de dispararse. La ecuación es: Remin= (Vs-Vv)/Iv

(6)

Vs-Vv=Es el voltaje aproximado a través de Re después del disparo.

Figura 3.4.a Diagrama de un oscilador de relajación. La frecuencia de oscilación de un oscilador de relajación del tipo mostrado en la figura 3.4(a) viene dado por: F=1/T=1/ReCe

(7)

Esta ecuación es muy aproximada siempre y cuando el UJT tenga una n del orden de 0.63.

Si n=0.63, Ce debe cargarse casi a un 63% de Vs para poder disparar el UJT. Para esto se requiere un tiempo de carga igual a una constante de tiempo, o sea: Tcarga=ReCe

(8)

La relación entre contactos de un UJT es bastante estable a cambios de temperatura, varia menos de un 10% en un rango de temperatura de operación de -50ºC a +125ºC en un UJT de buena calidad. Funcionamiento

del

oscilador

de

relajación

con

PUT

El funcionamiento es el siguiente: El condensador C se carga a través de la resistencia R hasta que el voltaje en A alcanza el voltaje Vp. En este momento el transistor se dispara y entra en conducción. El voltaje en VG cae casi hasta 0 (cero) voltios y el transistor se apaga, repitiéndose otra vez el proceso (oscilador).

Ver a continuación las formas de onda de las tensiones en C, K y G.

La frecuencia de oscilación es: f = 1 / 1.2 x RC.

Desarrollo de la práctica. Materiales utilizados. -

1 transistor UJT 2N2646. 1 transistor PUT 2N6027. 1 transistor PNP BC328. 1 Capacitor de 0.1 µFd. 1 Potenciómetro de 500 kΩ. 1 Potenciómetro de 100kΩ. 1 Potenciómetro de 5 kΩ. 1 Resistores de 470Ω. 1 Resistores de 100Ω. 2 Resistores de 2.2 kΩ. 1 Resistores de 10 kΩ. 1 Resistores de 1.5 kΩ. 1 Resistores de 12 kΩ. 1 Diodo 1N4007. 1 Fuente de poder. 1 Osciloscopio. 1 Multímetro.

Para comenzar esta práctica, se armó el circuito de la figura 3.1, calibrando la fuente de energía de C.D. a 12 volts y el osciloscopio en un canal en el alternador vertical a 2v/div y en la base de tiempo a 2ms.

Figura 3.1. Circuito oscilador de relajación con UJT 2N2646. Una vez teniendo el circuito anterior en la tablilla de conexiones se conectó el osciloscopio a VE, y cambiando de B1 a B2, variando la resistencia del potenciómetro de 500KΩ para que en la pantalla del osciloscopio aparezcan 2,4 y 6 ciclos.

Seguidamente se realizó el circuito de la figura 3.8 en la tablilla de conexiones que se muestra a continuación.

Regulando la fuente de energía a 12v, y midiendo con el osciloscopio las señales de salida a VE, VB1 y VB2. Y variando el valor del potenciómetro para obtener en la pantalla del osciloscopio 2 ciclos, 4 ciclo y 6 ciclos de dichas señales de salidas. Después se realizó el circuito de la figura 3.10, un generador de ondas cuadradas, con el cual los anchos de cada semiciclo se controlan variando los potenciómetros de 100k y 500k para tener en la pantalla del osciloscopio diferentes frecuencias de 2 ciclos, 4 ciclos y 6 ciclos en las salidas VE, VB1 y VB2.

Los resultados se describen en apartado de resultados.

Resultados. circuito 3.6. Los resultados obtenidos fueron graficados como se muestra a continuación.

En esta parte se establecido una resistencia R= 220KΩ para obtener solo dos ciclos en nuestro osciloscopio, midiendo desde nuestro voltaje emisor VE que tiene un valor de 5v, primeramente, a un voltaje de base uno VB1 con un valor de 4v y después cambiando a un voltaje de base dos VB2 con un valor de 2.8v para observar el cambio de pulso que generaba cada voltaje de base.

Seguidamente se calibro el potenciómetro a 335KΩ para obtener 4 ciclos en el osciloscopio y se realizó el procedimiento anterior para obtener un VE= 4.8v, un VB1=3.5v y un VB2= 2v.

Para finalizar la parte del análisis mediante el osciloscopio se calibro el potenciómetro a 462KΩ para obtener seis ciclos y con ello se obtuvo un VE= 4.5v, un VB1=4v y un VB2= 2v. Circuito 3.8 Se obtuvieron los siguientes resultados. La señal obtenida es de tipo diente de sierra. Para una señal de 2 ciclos y un valor del potenciómetro de 2.5 ohm con un voltaje Ve de 5v y un disparo en Vb1 de 4v y un voltaje de base 2 Vb2= 2.4v.

Para una señal de 4 cuclos en el osciloscopio con un valor del potenciómetro de 327 ohms se obtuvo un Ve de 5v, un valor de voltaje de base 1 Vb1=4 v y un voltaje de base 2 Vb2 = 2.6v.

Para un aseñal de 6 ciclos en el osciloscopio con un valor del potenciómetro de 958 ohms se obtuvo un Ve de 5v, un voltaje de base 1 de Vb1= 4v y un vaoltaje de base 2 Vb2= 2.4v.

Circuito 3.10. En este circuito se nota que se recorta la señal y nos muestra una onda cuadrada con un valor del potenciómetro de 43.5 Kohm, un voltaje de base VB1= 0.9v y un voltaje de VB2=1.6v.

Para una señal de 4 ciclos mostrado en la pantalla del osciloscopio se obtiene un voltaje VE= 3.6v, un voltaje de base 1 VB1= 0.9 y un voltaje de base 2 VB2= 1.6v cuando el valor del potenciómetro es de 146 Kohms.

Al querer mostrar una señal de 6 ciclos en el osciloscopio era muy difícil obtener los valores por lo que se regulo a una señal que fuera fácil obtener los datos que se muestran a continuación y se obtiene un voltaje VE= 6.4v, un voltaje de base 1 VB1= 0.9 y un voltaje de base 2 VB2= 1.6v cuando el valor del potenciómetro es de 391 Kohms.

Conclusiones: Una vez concluido el análisis por medio del osciloscopio se pudo analizar por qué se obtienen señales diferentes en cada caso y esto es por que en nuestro voltaje de emisor se grafica mediante el tiempo que este dura activado y en qué momento se desactiva y en nuestro voltaje de base uno se muestra el pulso positivo que hace que se active y el voltaje de base dos nos manda un voltaje negativo que hace que se desactive. Con esta práctica se llegó al objetivo de comprender el funcionamiento de los circuitos osciladores de relajación, puesto que nos pueden servir para obtener un disparo en un voltaje pico que active un circuito externo de control, como los SCR que en futuras prácticas se estará hablando.

Anexos. Circuito 3.6 para señales de 2 ciclos, 4 ciclos y 6 ciclos.

Circuito 3.8 señales de 2 ciclos, 4 ciclos y 6 ciclos.

Circuito 3.10 señales de 2 ciclos, 4 ciclos y 6 ciclos....