LABORATORIO DE ELECTRONICA III PROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICA UNIVERSIDAD DE LA COS COSTA, TA, C.U.C.
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DISPARO DE UN SCR POR OSCILADOR DE RELAJACION UJT Luis Escobar torres
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Adrián Escalona Araujo
[email protected]
Héctor Herazo Narváez
[email protected] José Luis Pertúz
[email protected]
RESUMEN: el pre presen sente te inform informe e se des desarr arroll olla a en base a la práctica de laboratorio del oscilador de relajación del UJT a Una aplicación muy común en el disparo de dispositivos como el SCR, Donde la co conf nfig igur urac ació ión n de dell UJ UJT T o ci circ rcui uito to de rela relaja jaci ción ón proporcionara un tren de pulso con variación en frecuencia que se aprovechara para lograr cambios en el Angu Angulo lo de disp dispar aro o del SCR dent dentro ro de un interv intervalo alo de 10° - 1 170 70 °, permi permitie tiendo ndo con est esto o
2.2 OBJETIVO ESPECÍFICOS
variar la potencia RL, en este caso la intensidad lumínicaen dela uncarga bombillo.
PALABRAS CLAVES: UJT, Relajación, SCR
Identificar los parámetros más importantes del SCR Conocer los parámetros más importantes del UJT. Calc Ca lcula ularr el valor valor de los los elem elemen ento toss que que integran el circuito de relajación a través de los parámetros del UJT. Identificar ventajas al disparar un SCR con pulso.
1 INTRODUCCIÓN 3 DISPARO DEL SCR POR OSCILADOR DE RELAJACION
La El Elec ectr trón ónic ica a de Po Pote tenc ncia ia refl refleja eja la gran gran ventaja de los circuitos de control para manipular ci cier erto toss pa parráme ámetr tros os que afec afectten de man aner era a prop propor orcio ciona nall a las las carg cargas as cone conect ctad adas as con con un una a mayor potencia. Para el caso de este informe, fue
El osci oscila lado dorr de rela relaja jaci ción ón ge gene nera ra impu impuls lsos os de
necesar nec esario io estudi est ar acerca acercao de los dis dispos positi itivos vos osciladores deudiar Relajación conocido como UJT,de y ad adem emás ás im impl plem emen enta tarr un circ circui uito to de cont contro roll de potencia con un SCR para comprobar el funcionamiento de éste.
dis dispar paro o cuya for ma de de volta je RB1 de es idéntica a la forma forma de onda onda del del voltaje la corriente desc descar arga ga del del ca capa paci cito torr C; este este vo voltltaj aje e debe debe diseñarse tan grande como para activar al SCR. El periodo de oscilación de la señal de salida debe controlarse a partir de la variación de la constante de tiempo formada por R y C. Estos circuitos se dise diseña ñan n para para un prop propós ósitito o espe especí cífi fico co,, y las las expr expres esio ione ness usad usadas as en el diseñ diseño o qu que e aq aquí uí se pres presen enta ta está están n ba basa sada dass en cons consid ider erac acio ione ness teórico – prácticas.
2 OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL
Im Impl plem eme entar ntar un cir ircu cuit ito o qu que e perm ermita ita disparar un SCR mediante un oscilador disparar oscilador por relajación con UJT para alcanzar ángulos desde 10° hasta 170°.
En términos sencillos, los UJT operan como sigue.
Farid Meléndez Ing. Electrónico Universidad de la Costa, CUC 1
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Cuando el voltaje entre el Emisor y la Base1, VEB1, es menor que cierto valor llamado el voltaje pico, Vp, el UJT está apagando y no puede haber flujo de corriente de E a B1 (IE =0).
V P=η V B 2 B 1+ V D Donde V D es la caída de voltaje del diodo, η se denomi den omina na relació relación n de separa separació ción n intrín intrínsec seca a del dispositivo
Cuando VEB1 excede a Vp por una cantidad
A partir de todos los datos anteriores, es posible calcular el rango de la resistencia de emisor válido para el circuito:
muy pequeña, el UJT elsecircuito dispara,deo Eenciende. Cuando esto ocurre, a B1 se vuel vuelve ve casi casi un cort cortoc ocir ircu cuitito, o, y la corr corrien iente te puede descargarse de una terminal a la otra. En la mayoría de los circuitos UJT, la descarga de corriente de E a B1es de corta duración, y el UJ UJT T pron pronto to se revi revier erte te a la co cond ndic ició ión n de apagado. La figura 1 muestra el circuito de disparo de un oscilador de relajación.
R Emin=
Vcc −Vv Iv
R Emax=
Vcc −Vp Ip
R Eoptima=10 R Emin
Se sugi sugier ere e la esco escoge genc ncia ia de un capac capacititor or de 0.01µF para CE, a partir de la siguiente fórmula se puede despejar el valor de la RE óptima
1
C E = Vcc− Vv R Eoptima F max ln Vcc −Vp
(
)
Con este valor de CE se calculan los valores de RE que permitirán permitirán la oscilación oscilación en las frecuencias frecuencias requeridas. Figura 1. Circuito de disparo UJT
R Emax=
1
C E F min ln Para el diseño de la red del oscilador de relajación se tuvi tuvier eron on pres presen ente ci cier erta tas s ecua ecuaci cion ones es que que permiten determinar elteancho, frecuencia y amplitud de pulso de la señal generada por el oscilador.
f 0=
αT
)
Dado que Vcc ≫ Vv en muchos casos:
Así que para determinar las frecuencias máximas y mínimas mínim as del circuito circuito se tiene en cuenta la siguiente siguiente ecuación: 360 °
(
Vcc −Vv Vcc −Vp
R Emax=
1
C E F min ln
(
)
Vcc Vcc −Vp
Vp ignorando los V efectos de VD (voltaje del diodo) obteniendo como resultado la siguiente ecuación: Se factoriza conociendo que η =
Donde α es el ángulo de disparo y T es el periodo de la señal alterna. Para obtener el voltaje pico del UJT se debe tener en cuenta que Farid Meléndez Ing. Electrónico Universidad de la Costa, CUC 2
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. R Emax=
1
C E F min ln
R Emin=
(−) 1
1
η
1
C E F max ln
1 1
η
−
( )
Los valores de RB1 y RB2 se obtienen mediante las expresiones empíricas, y están dados por: RB 1 =
RB 2=
0.3 R BB
Vcc
Figura 2. (Circuito de disparo con UJT)
Ya desarrollado los cálculos necesarios para el circuito de la figura 1 procedimos a la prueba final, que fue variar variar el potencióme potenciómetro tro R E 2 y obtener una variación de frecuencia del pulso en la compuerta del SCR y por lo tanto una variación de luminosidad del bombillo tal como se muestra en la figura 3, 4,5.
10000 Vcc
η
4 PROCEDIMIENTO Para el desarrollo desarrollo de esta esta práctica práctica se tomaron tomaron en cuenta diferentes procedimientos, primeramente fue necesario neces ario conocer los diferentes diferentes materiales materiales que se usarían en la práctica. Se utililiizaron los siguie ien ntes materiales e instrumentos para desarrollar las implementaciones:
UJT 2N2646 SCR C106 Protoboard Resistencias Multímetro Fuente AC 120v Puente rectificador Diodo Zenner Caimanes Osciloscopio Bombillo Potenciómetros Capacitor 0.01uF
Fig. 3. Montaje de Prueba del Circuito Oscilador con el UJT
Utilizando para esto un UJT del tipo 2n2646, C=0.01 μF .
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. Fig. 4. Señal que representa los pulsos generados por el circuito de oscilaciones (baja frecuencia)
Fig. 7. Bombillo a bajos pulsos de Frecuencia.
5 CÁLCULO Y ANALISIS DE LOS RESULTADOS Calculo de RB1 y RB2
R= = 7kΩ η 0. 0.6 6 5 BB
R B 1=
R B 2= Fig. 5. Señal que representa los pulsos generados por el circuito de oscilaciones (Alta frecuencia)
0.3 R BB
V CC
10
=
4
V CC η
=
( 0.3 ) (7 K Ω) 20 V
=105 Ω
4
10
( 20 V ) ( 0.65)
=769.23 Ω
Voltaje Pico
V P=η V B 2 B 1+ V D
V P=( 0.65 ) ( 20 V ) + 0.5= 13.5 V R Emax y R Emin f max = f min =
Fig. 6. Bombillo a altos pulsos de frecuencia
360 °
( 10 ° )( 16.6 ms )
=2160 Hz
360 °
(170 °)( 16.6 ms )
R Emin=
=127 Hz
1
( 2160 Hz ) ( 0.01 μF ) ln
R Emax=
R E 1= 47 K Ω 750
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K Ω−
1
47
K Ω Ω
( − ) 1
1
=44.1 K Ω
0.65
1
(127 Hz ) ( 0.01 μF ) ln
R E 2=
(− ) 1
0.65
=750 K Ω
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. R s=
R E 2=703 K Ω
100 V 50 mA
Voltaje de Valle
R Emax=
= 2 K Ω
Potencia PRS
1
2
V
2
(100 V )
= P R = R S 2 K Ω
V −V
S
CC V in C ln ( F mmin V −V )
=5 W
P
CC
2
ln (
ln (
e
V CC −V V V CC −V P V CC −V V V CC − V P
)
)=
1
F min C R Emax
( =e
(
1
F minC R Emax
V CC −V V F =e V CC −V P
min
S
)
1
C R Emax
6 CONCLUSIONES
)
( −V ) e
1
F min C R Emax
V CC −V V =(V CC
)
P
−V V =( V CC −V P )
( e
)
(
2 V (100 V ) P R = = = 4.54 W ≈ 5 W W R S 2.2 K Ω
)−Vcc
1
F minC R Emax
(
V V =− V CC −V P e
1
F min C R Emax
(( V =−( 20 v −13.5 ) e
)
+ Vcc
1
127 Hz ) ( 0.01 μF )( 750 K
Ω)
V
)+20 v
V V =1.42 V
V P I ¿
=
13.5 V 51.5 μA
Se logró calcular todos los componentes externos al UJT y así obtener el rango de frecuencias esperado, dichas frecuencias se encuentran encuentran comprendida comprendida en 2160Hz – 127Hz que corresponden al intervalo de 10°-170° respectivamente, variando dentro del rango rango de frecue frecuenci ncias as establ estableci ecido do el án ángu gulo lo de disp dispar aro o de dell SCR. SCR. A raíz raíz de dell dise diseño ño del del osci oscila lado dorr de rela relaja jaci ción ón se consideraro consid eraron n muchos muchos de los parámetros parámetros de dell SCR y UJT UJT para para logr lograr ar un exit exitos osa a experiencia, tomando para ello el voltaje pico, relación intrínseca, ancho de pulso de la señal generado por el oscilador y tenerlos en cuenta para los parámetros de TON e IGT del SCR, ya que son fundamentales para un disparo seguro en el SCR.
RG RG =
En esta experiencia se logró apreciar que el circ circui uitto de con ontr trol ol (os osci cila lado dorr de relajación) esta alimentado con una fuente de CC conectada a la red misma de AC del SCR, por lo que las señales de disparo estarán sincronizadas con la señal de AC y no es necesario la implementación de un circuito de cruce por cero para la correcta activación del SCR.
=262.135 K Ω
Rs para corriente del Zenner
P z 1 W I z = = = 50 mA V z 20 V V Linea−V Z =120 V −20 V =100 V
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Durante Durant e el desarr desarrollo ollo del labora laborator torio io se logr logró ó diseñ diseñar ar el circ circui uito to oscila oscilador dor po por r relajación para el disparo de un SCR en AC, variando así la potencia de la carga RL. Lo cual conlleva a la variación de la intensidad lumínica del bombillo utilizado en la práctica.
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7 BIBLIOGRAFIA
Esta forma de disparar un tiristor en nuestro caso un SCR trae consigo muc uch hos be bene nefi fici cios os,, do dond nde e un uno o de el ello loss es la cantidad de potencia consumida por RG del SCR ya que como se trata de pulsos, RG solo consumirá en instantes de tiempo muy cort cortos os,, esto esto si se titien ene e muy muy pres present ente e el parámetro Ton del SCR, algo diferente en el
ELEC ECTR TRÓN ÓNIC ICA: A: Teor Teoría ía de circ circui uito toss y (1) EL dispositivos electrónicos; editorial Pretince Hallll;; auto Ha autor: r: Boyl Boyles esta tad, d, Nash Nashel elsk sky; y; 8 edición; Capitulo 20 pág. – 923 - 927 RASHID ID,, M. H. H.:: “P “Pow ower er Elec Electr tron onic ics. s. (2) RASH Circui Cir cuits, ts, Device Devicess and Applic Applicati ations ons”. ”. Ed. Prentice Hall International Editions. 1993.
disparo resistivo y RC potencia co cons nsum umid ida a por por RG esdonde mayo mayorrla debi de bido do a voltajes que están presente en RG durante un lapso de tiempo mayor al del oscilador por relajación.
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