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Informe de la Práctica #11: CONVERTIDOR
DC/AC.
Jose Alberto Ruiz, Mauricio Escobar
Laboratorio Electrónica Análoga II, Escuela de Mecatrónica, Facultad de Minas
Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín
Resumen: En esta práctica se realizó el montaje de un conversor DC/AC, en
esencia son dispositivos que convierten voltajes de entrada de corriente
continua en un voltaje simétrico de corriente alterna, el montaje se basa en un
oscilador de onda cuadrada con transistores BJT.
Abstract: In this practice the assembly of a DC / AC converter, essentially they
are devices that convert input voltages into a symmetrical current-voltage
alternating current assembly was performed based on a square wave oscillator
with BJT transistors.
Palabras Clave: oscilador de onda cuadrada, convertidor DC/AC.
Keywords: square wave oscillator, DC/AC converter.
1. INTRODUCCIÓN
Como sea ha dicho anteriormente el
convertidor DC/AC permite convertir el voltaje
DC en un voltaje simétrico AC, con esta
aplicación se pueden controlar de distintos
aparatos o sistemas eléctricos tales como
motores o simplemente proveer energía
eléctrica en AC.
El esquema de control sugerido por el informe
de la práctica es el siguiente:
Figura 1. Estructura Básica de un Convertidor DC/AC.
En este esquema se identifican diferentes
etapas, la primera es la señal DC la cual variará
en intensidad dependiendo de la aplicación a la
cual se le dará uso el convertidor,
seguidamente se genera una onda oscilatoria,
la cual se obtienen mediante técnicas de
modulación de onda PWM, como se explicará
el documento no es muy inusual obtener ondas
tipo
sinusoidales
pues
éstas
exigen
amplificadores lineales con baja eficiencia.
La amplificación de potencia para el segundo
montaje es realizada por un transistor MOSFET
que actúa como sistema de transmutación
alterna, en la etapa de acondicionamiento
reducimos el voltaje por medio de un
transformador con tap central alimentado por
su secundario.
En inversores más complejos por medio de la
realimentación se verifica la calidad de la señal
de salida, en especial su amplitud y frecuencia,
y en algunos casos la cantidad de armónicos, en
caso de ser necesario por medio de actuadores
se ajustan dichas variables.
2. DISEÑO TEORICO
El montaje realizado en el laboratorio fue el
siguiente:
Los tiempos en alto y en bajo en los colectores
de los transistores están determinaos por la
relación
y
.
Gracias a esto y a la simetría del circuito,
hallamos el tiempo de carga para C1 y C2, a
partir de:
( )
Figura 2. Oscilador de Onda Cuadrada
De manera general el funcionamiento de este
circuito comienza con la carga los
condensadores cuando los transistores Q1 y Q2
entran en saturación, debido a las impurezas y
al propio proceso de fabricación estos
transistores no son idénticos y entran en
saturación en momentos diferentes, es
importante aclarar que si estos fueran
idénticos, los dos voltajes medidos serían
ondas superpuestas.
Estando el primero de ellos en conducción, una
vez que el condensador ubicado en la base del
otro transistor alcance el voltaje de
polarización
base-emisor
del
segundo
transistor, éste entra en saturación, bajando su
voltaje de colector a casi cero, haciendo que el
condensador ubicado en la base del primero se
descargue y éste entre en corte, por lo que
volverá a cargarse por medio de su
correspondiente RBX, y al alcanzar el voltaje de
polarización base-emisor de su transistor
volverá a estar en estado de saturación,
ocasionando la descarga del otro condensador
en la base del segundo y dejándolo en estado
de corte, repitiéndose así ciclos de carga y
descarga indefinidos, los cuales producen la
señal cuadrada.
Para este montaje se calcularon los valores de
las resistencias y de los condensadores,
basándonos en la guía del informe. Esto se
realizó en el preinforme, por tanto lo
explicaremos de manera general:
( )
En este circuito se pueden configurar varios
ciclos de dureza al no ser los tiempos
necesariamente iguales, al elegir los mismos
elementos se puede obtener un ciclo de dureza
del 50% y para este ciclo de dureza la
frecuencia de las señal de salida estará dada
por:
( )
( )
Con una frecuencia de 60Hz y tomando un
valor comercial para C entre 7nF y 22nF, para
nuestro circuito tomaremos un condensador de
22nF, calculamos RB1 y RB2 despejándola de (2),
con lo cual obtenemos:
( )
(
)(
) ( )
Ahora encontramos RC1 y RC2 de tal manera
que los transistores entren en saturación,
teniendo en cuenta que:
Para Q2
Para Q1
(
)
(
)
Para lograr el ciclo de dureza del 50% RB1 =RB2
y RC1=RC2, teniendo en cuenta esto, hallamos
la ecuación con la que calcularemos RCX a partir
de las ecuaciones en la anterior tabla,
obteniendo:
Con
(
(
(
)
(
)
)
1v
)
Figura 5. Respuesta en el laboratorio
5. COMPARACIÓN DE RESULTADOS Y ANÁLISIS
DE ERROR
3. SIMULACIONES
Los resultados obtenidos son como se
esperaban la gráfica de la simulación no nos da
centrada en 0 debido a que estamos midiendo
en DC. La irregularidad de las señales
cuadradas se da debido al tiempo de carga y
descarga de los capacitores. A continuación se
resuelven las preguntas requeridas:
12V
8V
4V
0V
0s
V(Q2:c)
5ms
V(Q1:c)
10ms
15ms
20ms
25ms
30ms
35ms
40ms
45ms
Time
Figura 3. Respuesta esperada.
4. DESARROLLO DEL EXPERIMENTO
Al implementar el circuito con los valores
calculados obtuvimos las siguientes salidas:
50ms
1. El voltaje en alto y el voltaje en bajo ¿El
voltaje en bajo es completamente 0? Si
no es así ¿Por qué cree que la salida en
bajo es un poco superior?
Los condensadores en este circuito no
se descargar completamente cuando ya
empieza su proceso de carga
nuevamente, lo que ocasiona un
remanente de carga, hay que tener en
cuenta que cuando los transistores se
saturan el voltaje colector – emisor es
casi cero, porque la corriente que pasa
por él es máxima, pero no llega a ser
cero por la composición del propio
transistor, por lo tanto es de esperar
que el voltaje en bajo nunca será
completamente cero.
2. El tiempo en alto y el tiempo en alto.
Figura 6. Respuesta en el laboratorio
Teóricamente el periodo en alto y el
periodo en bajo de la señal para este
circuito con ciclo de dureza al 50%
están dados por la expresión:

( )
Por este ciclo de dureza diseñado al
50% los tiempos en alto y en bajo son
los mismos.
Al medir estos valores desde de los
oscilogramas, son aproximadamente
7.8ms, lo cual da un error de
aproximadamente el 6%
3. El periodo y la frecuencia de la señal.
La frecuencia medida fue de
(
)
4. Capture las gráficas de salida en ambos
¿Qué relación existe entre estas dos
señales?
Las señales a la salida se encuentran
desfasadas una de otra en 90°, aunque
teóricamente éstas deberían estar una
superpuesta la otra debido a que los
componentes son iguales, por procesos
de fabricación e impurezas en los
materiales de fabricación no presentan
esta característica, el Valor máximo de
la onda es casi cinco voltios, también se
puede observar que la onda no es
totalmente cuadrada en el ascenso de
la carga del condensador se nota una
pequeña curvatura, pero por el
contrario en la escala del condensador
se observa una escalera rápido que se
asemeja al final de una onda cuadrada.

6. CONCLUSIONES
El tiempo de carga no necesariamente
es igual al tiempo de descarga en los
condensadores.
En algunos casos el comportamiento
no ideal de los componentes de un
circuito son los que nos dan los
resultados que buscados, como en este
caso.
BIBLIOGRAFÍA
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



Rashid M. “Circuitos Microelectronicos
Análisis y Diseño” International
Thomson. 1999
Boylestad R. “Electrónica, teoría de
circuitos”
Prentice
Hall
Hispanoaméricana. 1982
Datasheet IRF830
Datasheet LM 339
Datasheet 1n4007