Electronica de Potencia Rashid Solucionario Teorico Cap 4 y 10

PREGUNTAS DE REPASO 4.2 ¿Cuáles son los tipos de BJT? Transistor NPN y Transistor PNP

4.4 ¿Cuáles son ls !"!te"#sti!s de ent"d de los t"nsisto"es NPN? Aunque hay tres configuraciones posibles: colector común, base común y emisor común, la configuración emisor común, que se ve en la figura 4.4a para un transistor NPN, es la que generalmente se utilia en aplicaciones !e conmutación. "n la figura 4.4b se muestran las caracter#sticas t#picas !e entra!a !e corriente !e base le en función !el volta$e base%emisor & '".

4.$ ¿Cuáles son ls t"es "e%iones de ope"!i&n de los BJT? (ay tres regiones !e operación !e un transistor: !e corte, activa y !e saturación. "n la región !e corte, el transistor est) abierto o apaga!o, la corriente !e base no es suficiente para saturarlo, y las !os uniones est)n polaria!as inversamente. "n la región activa, el transistor actúa como un amplifica!or, en el que la corriente !e base se amplifica una ganancia !etermina!a, y el volta$e colector%emisor !isminuye !isminuye al aumentar la corriente !e base. *a unión colector%base +'- est)  polaria!a inversamente, inversamente, y la unión colector%emisor colector%emisor +'"- tiene polariación polariación !irecta. "n la región región !e saturación, la corriente !e base es suficientemente alta como para que el volta$e colector%emisor sea ba$o, y el transistor actúa como un interruptor. *as !os uniones +'- y '"- tienen polariación !irecta. *a caracter#stica !e transferencia, que es una gr)fica !e &" en función !e l', se muestra en la figura 4./.

4.' ¿Cuál es l di(e"en!i ent"e )et *+,-  )et (o"/d *+ 0, de los BJT? 01 2 35 3' "n el caso normal, el circuito se !ise6a para que 3 ' sea mayor que 3 '. *a relación !e 3  a 3' se llama 0 fora!a: 0fora!a 2 35 3' Por lo tanto: 0 1 7 0fora!a

4.1 ¿3u es el (!to" de so)"ee5!it!i&n de los BJT? "n el caso normal, la corriente !e base es mayor que la necesaria para saturar al transistor. "l resulta!o es que el e8ceso !e carga !ebi!o a los porta!ores minoritarios se almacena en la región !e la base. 9ientras mayor sea el factor !e sobresaturación +;1, m)s alta ser) la canti!a! !e carga a!icional almacena!a en la base. "sa carga a!icional, llama!a carga !e saturación, es proporcional al e8ceso !e e8citación !e la corriente !e base y la corriente 3e correspon!iente es 3e 2 3e  y la corriente !e base aumenta a 3 '>, la corriente !e colector no respon!e !e inme!iato. (ay un retar!o, llama!o tiempo !e retar!o t !, para que haya un flu$o !e corriente por el colector. "ste retar!o se requiere para cargar la capacitancia !e la unión '"- hasta el volta$e !e polariación !irecta &'" +unos @. &.

4.14 ¿Cuál es l !us del tie6po de su)id en los BJT? ;espuBs !e ese retar!o, la corriente !e colector sube hasta el valor les !e esta!o permanente. "l tiempo !e subi!a t, !epen!e !e la constante !e tiempo !etermina!a por la capacitancia !e la unión '"-.

4.1$ ¿Cuál es el 6odo de stu"!i&n de los BJT? "n la región !e saturación, la corriente !e base es suficientemente alta como para que el volta$e colector%emisor sea ba$o, y el transistor actúa como un interruptor. *a saturación !e un transistor se  pue!e !efinir como el punto arriba !el cual to!o aumento en la corriente !e base no aumenta en forma apreciable la corriente !e colector.

4.1' ¿3u es el tie6po de p%do de los BJT? "l tiempo !e apaga!o o tiempo !e !esactivación, t off , es la suma !el tiempo !e almacenamiento ts y el tiempo !e ca#!a t r 

tapag 2 ts C tr 

4-2 ¿3u es un RBSOA de los BJT? 7"e de ope"!i&n se%u" en pol"i/!i&n in8e"s  +D'A, !e reverse%biase! safe operating area. ;urante el tiempo !e apaga!o, el transistor !ebe sostener una gran corriente y un alto volta$e, en la mayor parte !e los casos con polariación inversa !e base a emisor. "l volta$e !e colector a emisor !ebe mantenerse en un nivel seguro, a un valor especifica!o !e corriente !e colector, o menos. *os fabricantes proporcionan, como D'A, los l#mites !e le% & " !urante el apaga!o con polariación inversa.

4.22 ¿3u es l se%und 8ln!9 de los BJT? Se%und 8ln!9 +', !e secon! breaE!oFn. *a segun!a avalancha o avalancha secun!aria, que es un fenómeno !estructivo, se !ebe al flu$o !e corriente por una peque6a porción !e la base, que pro!uce puntos calientes localia!os. i la energ#a !e esos puntos calientes es suficiente, el calentamiento localia!o e8cesivo pue!e !a6ar al transistor. As#, la avalancha secun!aria se !ebe a una avalancha tBrmica localia!a !ebi!o a altas concentraciones !e corriente. *a concentración !e corriente se pue!e !eber a !efectos en la estructura !el transistor. *a ' se presenta con ciertas combinaciones !e volta$e, corriente y tiempo. ;ebi!o a que interviene el tiempo, la avalancha secun!aria es b)sicamente un fenómeno !epen!iente !e la energ#a.

4.24 ¿3u es un :OS0ET? Gn 91"T !e potencia es un !ispositivo controla!o por volta$e, y sólo requiere una peque6a corriente !e entra!a. *a veloci!a! !e conmutación es muy alta, y los tiempos !e conmutación son !el or!en !e nanosegun!os. *os 91"T !e potencia est)n encontran!o aplicaciones ca!a ve m)s numerosas en converti!ores !e ba$a potencia y alta frecuencia.

4.2$ ¿Cuáles son ls di(e"en!is ent"e los :OS0ET tipo de in!"e6entl  los de tipo de!"e6entl? Ha que un 91"T !e !ecremental permanece activo con cero volta$e !e compuerta, mientras que un 91"T !e tipo incremental permanece apaga!o con cero volta$e !e compuerta, en general los 91"T !e tipo incremental se usan como !ispositivos !e conmutación en la electrónica !e  potencia.

4.2' ¿3u es el 8olt;e u6)"l de los :OS0ET?

"s el valor m#nimo que !ebe tener & I para activar el 91"T. i &I es mayor o igual a un valor llama!o volta$e umbral o volta$e !e entra!a, & T, se acumula una canti!a! suficiente !e electrones  para formar un canal n virtual, y la corriente circula !el !rena$e a la fuente.

4.GBT?

4.44 ¿Cuáles son ls 8ent;s  ls des8ent;s de los >GBT? • •

'a$o volta$e en esta!o encen!i!o Poca potencia en la compuerta

4.4$ ¿3u p"o)le6s de ope"!i&n en p"lelo tienen los BJT? *os transistores se conectan en paralelo si un !ispositivo no pue!e mane$ar la !eman!a !e corriente !e la carga. Para compartir corrientes iguales, los transistores !eben estar parea!os en ganancia, transcon!uctancia, volta$e !e saturación, tiempo !e encen!i!o y tiempo !e apaga!o. "n la pr)ctica no siempre es posible cumplir con estos requisitos. e pue!e obtener una partición raonable !e corriente +4/ a //J con !os transistores conectan!o resistores en serie con las terminales !e emisor +o !e fuente, como se ve en la figura 4.KL.

4.4' ¿3u p"o)le6s de ope"!i&n en p"lelo tienen los >GBT? *os 3I'T requieren cui!a!os especiales para parear sus caracter#sticas, !ebi!o a las variaciones !e los coeficientes !e temperatura con la corriente !e colector.

4. ¿3u p"o)le6s de ope"!i&n en se"ie tienen los :OS0ET? *os transistores pue!en funcionar en serie, para aumentar su capaci!a! !e mane$o !e volta$e. "s muy importante que los transistores conecta!os en serie se encien!an y apaguen en forma simult)nea. ;e no ser as#, el !ispositivo m)s lento en el encen!i!o, y el m)s r)pi!o en el apaga!o,  pue!en que!ar su$etos al volta$e total !el circuito !e colector a emisor +o !e !rena$e a fuente, y ese !ispositivo en particular se pue!e !estruir por el alto volta$e.

4.2 ¿3u o);eto tiene el 6o"ti%udo" en p"lelo !on los t"nsisto"es? "n el caso normal se requieren circuitos !e protección para mantener a las tasas !v5!t !e operación !entro !e los l#mites a!misibles !el transistor. *a re! D a travBs !el transistor se llama circuito amortigua!or, o amortigua!or en paralelo.

PREGUNTAS DE REPASO 1.2 ¿3u es un "e!ti(i!do" !ont"oldo? "s un circuito rectifica!or que var#a el volta$e !e sali!a. *os !io!os rectifica!ores proporcionan sólo un volta$e !e sali!a fi$o. Para obtener volta$es !e sali!a controla!os, se usan tiristores con control por fase en lugar !e !io!os.

1.4 ¿3u es un !ont"ol de !on8e"tido"es po" án%ulo de "et"do?

Al variar el )ngulo M !e retar!o !e @ a , se pue!e variar el volta$e prome!io !e sali!a !es!e &m5 hasta @.

1.$ ¿3u es un !on8e"tido" !o6pleto? T"!e dos !i"!uitos de !on8e"tido" !o6pleto. Gn converti!or completo es uno !e !os cua!rantes, y la polari!a! !e su volta$e !e sali!a pue!e ser  positiva o negativa. in embargo, la corriente !e sali!a !el converti!or completo sólo tiene una  polari!a!.

1.' ¿Cuál es el p"in!ipio de !ont"ol po" (se? Gn tiristor controla!o por fase se activa aplican!o un pulso corto a su compuerta, y se !esactiva por conmutación natural o !e l#neaO en caso !e que la carga sea muy in!uctiva, se !esactiva !isparan!o otro tiristor !el rectifica!or !urante el me!io ciclo negativo !el volta$e !e entra!a.

1.1 ¿Po" =u el (!to" de poten!i de los se6i!on8e"tido"es es 6e;o" =ue el de los !on8e"tido"es !o6pletos? "n forma pareci!a al semiconverti!or monof)sico, el trif)sico opera en el primer cua!rante, y tiene un 1P !e entra!a me$or que el !el converti!or completo.

"l !io!o !e corri!a libre proporciona una trayectoria para la continui!a! !e la corriente en la carga, y tiene me$or 1P que el !el converti!or completo.

1.12 ¿Po" =u se "e=uie"e un indu!to" de !o""iente !i"!ulnte en los !on8e"tido"es dules? omo los volta$es instant)neos !e sali!a !e los !os converti!ores est)n fuera !e fase, pue!e haber una !iferencia instant)nea !e volta$es, que pue!e pro!ucir una corriente circulante entre los !os converti!ores. "sta corriente circulante no pue!e pasar por la carga, y en el caso normal se limita con un reactor !e corriente circulante *r, como se ve en la figura siguiente

1.14 ¿C&6o se "el!ion el án%ulo de "et"do de un !on8e"tido" !on el del ot"o !on8e"tido" en un siste6 de !on8e"tido" dul? *os converti!ores !uales se usan, en el caso normal, en propulsores !e veloci!a! variable !e alta  potencia. i Ml y ML son los )ngulos !e retar!o !e los converti!ores > y L, respectivamente, los volta$es prome!io correspon!ientes !e sali!a son &c!> y &c!L. *os )ngulos !e retar!o se controlan !e mo!o que un converti!or funcione como rectifica!or y el otro como inversorO pero ambos converti!ores pro!ucen el mismo volta$e !e sali!a. *a figura >@.Kb muestra las formas !e on!a !e sali!a para !os converti!ores, cuan!o los !os volta$es prome!io !e sali!a son iguales. *a figura >@.Kc muestra las curvas caracter#sticas v%i !e un converti!or !ual.

1.1$ ¿3u es el 6odo de "e!ti(i!!i&n de los !on8e"tido"es? e !ice que el converti!or se opera en mo!o !e rectificación. ;urante el perio!o !e  a  C M, el volta$e !e entra!a &s es negativo y la corriente !e alimentación is es positiva, y pasa potencia inversa !e la carga a la fuente.

1.1' ¿Cuál es l ("e!uen!i de l "6&ni! de o"den 6eno" en los !on8e"tido"es t"i(ási!os !o6pletos? *a armónica !e or!en menor es la tercera. "s !if#cil filtrar y separar una corriente armónica !e or!en ba$o.

1.2 ¿C&6o se !ti8n  des!ti8n los ti"isto"es p%dos po" !o6pue"t? Gn tiristor controla!o por fase se activa aplican!o un pulso corto a su compuerta, y se !esactiva por conmutación natural o !e l#neaO en caso !e que la carga sea muy in!uctiva, se !esactiva !isparan!o otro tiristor !el rectifica!or !urante el me!io ciclo negativo !el volta$e !e entra!a.

 1.22 ¿3u es un !on6ut!i&n (o"/d? ¿Cuáles son ls 8ent;s de l !on6ut!i&n (o"/d p" los !on8e"tido"es de !  !d? *a conmutación fora!a es una tBcnica con el cual se pue!e me$orar el 1P !e entra!a y re!ucir los niveles !e armónicas. "ntre las venta$as principales est)n:    

e pue!en mo!ular la corriente o el volta$e, generan!o menor contaminación por armónicas. e pue!e controlar el 1P, y hasta se pue!e hacer que estB en a!elanto. "l circuito se pue!e construir como rectifica!or !e fuente !e volta$e o !e fuente !e corriente. "l 1P se pue!e invertir invirtien!o la corriente en el enlace !e c!.

1.24 ¿3u es !ont"ol de !on8e"tido"es po" án%ulo si6t"i!o? "l control por )ngulo simBtrico permite el funcionamiento !e un cua!rante, y la figura >@.a muestra un semiconverti!or monof)sico con interruptores 3 y L a conmutación fora!a.

1.2$ ¿3u es !ont"ol de un !on8e"tido" po" 6odul!i&n de n!9o de pulso sinusoidl? "n el control por 9o!ulación por ancho !e pulso +PQ9, los interruptores !el converti!or se abren y cierran varias veces !urante un me!io ciclo, y el volta$e !e sali!a se controla hacien!o variar el ancho !e los pulsos.

1.2' ¿C&6o se 8"# el 8olt;e de slid de un !on8e"tido" !on !ont"ol de (se? "l volta$e .!e sali!a !e los rectifica!ores !e tiristor se var#a controlan!o el )ngulo !e retar!o o !e !isparo !e los tiristores.

1. ba$o operación norma* in embargo, el )ngulo !e conmutación +o !e traslape R s# var#a con el )ngulo !e retar!o. Al aumentar el )ngulo !e retar!o, el )ngulo !e traslape !isminuye.

1.