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Sistemas Electrónicos
Septiembre 2006
4º Curso ETSI Industrial
UNIVERSIDAD DE VIGO
1) Una resistencia tiene un valor de 100[Ω] a 0[ºC] y de 103[Ω] a 50[ºC]. Determinar el coeficiente de temperatura e indicar
si es una NTC o una PTC.
2) Indicar razonadamente si la afirmación “Todos lo aislantes son dieléctricos” es cierta.
3) Un determinado componente electrónico pasivo tiene a 1[KHz] una impedancia que se representa por la siguiente
expresión:
Z = 10 − 2 − j
10 6
[Ω]
2π
Se pide:
1)
2)
3)
4)
Componente de que se trata.
Modelo del componente con sus valores.
Factor de pérdidas a la frecuencia dada.
Constante de tiempo si se conecta dicho componente en serie con una resistencia de 1 [M Ω].
2
4) Calcular el coeficiente de autoinducción de una bobina de núcleo toroidal de longitud media 1[m], sección de 10[cm ], µr
3
-7
2
= 10 , µ0 = 4π·10 [Web/(A·m)] y con 10 espiras.
5) Definir zona de disparo garantizado de un SCR. Indicar las variables que la limitan.
6) En el circuito de la figura el transistor está conmutando con una frecuencia de 20kHz ¿Qué ocurriría si se desconecta el
diodo?
7) Indique cómo se puede evitar que un transistor bipolar trabaje en la zona de saturación profunda.
8) A un transistor MOSFET de potencia se le añade un disipador de aluminio anodizado con la finalidad de que maneje
mayor potencia. Justifique como debe ser la relación entre la resistencia térmica unión ambiente sin disipador y con
disipador.
9) Dibujar el diagrama de bloques de una fuente de alimentación conmutada. Enumerar las ventajas e inconvenientes de la
misma con respecto a la fuente de alimentación lineal.
10) En la práctica 1 se realiza la medida de la impedancia de un condensador en función de la frecuencia. Indicar qué
efecto resistivo, inductivo, o capacitivo es el predominante en la impedancia de un condensador en función de la frecuencia.
Razonar por qué se producen diferencias de medida de la impedancia cuando a dicho circuito se le conectan un par de
cables largos en su salida.
11) En la figura se muestra el esquema eléctrico del circuito de excitación de un transistor bipolar. Indicar la función del
diodo D4 si se conecta el jumper SW1.
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2
R1
4K7
1
Fusible
F1
R2
22/4W
Q1
BD138
D7
1N4148
D8
J1
1N4148
+15 1
J2
GND 1
R6
6K8
SW1
1
2
Jumper
R5
1K
1
J4
-15 1
Vg 10V
cuadrada
R3
CARGA
D4
BY299
Q2 BD137
R7
J5
J3
D1
BY299
R4
47/2W
Q3
Tp
BD243C
10R 4W
Q4
BD138
R8
22K
1
R9
47/2W
1
D2
BRIDGE
+1
U1
LM7812/TO
1 VIN
+
C3
C4
220 nF
GND
4-
3
VOUT
C5
100 nF
2
1
AC 12V
J6
1
2
Fusible
F2
3
J5
2
12) Identificar el circuito de la figura. Explicar razonadamente qué ventajas e inconvenientes presenta la sustitución del
potenciómetro POT1 por un zéner.
100R
R7
J9
1
J10
1
J7
1
R6
POT
J8
1
POT 1
PROBLEMA
Se desea variar la intensidad de la radiación luminosa emitida por un conjunto de focos alimentado a partir de un grupo
de baterías que proporcionan una tensión continua de 100V. El conjunto de focos se comporta en todos sus puntos de
trabajo como una resistencia constante de 10Ω. En condiciones de mínima iluminación su consumo de potencia es de
200W, y de 600W cuando proporcionan la iluminación máxima. Se dispone de SCRs, resistencias y condensadores. Se
pide:
1) Indicar breve y razonadamente cómo debe producirse el bloqueo de los interruptores.
2) Deducir el esquema eléctrico del circuito a utilizar.
3) Obtener razonadamente las formas de onda acotadas de las tensiones en todos los componentes del circuito,
indicando el estado de los interruptores en los distintos intervalos de tiempo en los que se divide un ciclo de conmutación.
4) Dimensionar los componentes pasivos del circuito de forma que se minimicen las solicitaciones máximas a las que
están sometidos los interruptores.
5) Determinar dichas solicitaciones máximas.
6) Deducir que ocurriría si el consumo mínimo de potencia del conjunto de focos fuese de 100W.
DATOS:
f = 1 kHz
SCRs ideales, con tq = 20 µs
NOTA: SE DEBEN ENTREGAR 3 BLOQUES DE HOJAS INDEPENDIENTES
BLOQUE 1: RESOLUCIÓN DEL PROBLEMA.
BLOQUE 2: RESOLUCIÓN DE LAS PREGUNTAS 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
BLOQUE 3: RESOLUCIÓN DE LAS PREGUNTAS 10, 11, 12.
CADA UNA DE LAS 12 CUESTIONES TIENE UN VALOR MÁXIMO DE 0,5 PUNTOS
EL PROBLEMA TIENE UN VALOR MÁXIMO DE 4 PUNTOS.
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SOLUCIÓN DEL PROBLEMA
Al tratarse de un circuito de CC el bloqueo debe ser forzado, ya que una vez disparado un SCR la
corriente a su través se mantendría constante si no se actúa al respecto.
Dados los componentes disponibles, es necesario utilizar el circuito básico de bloqueo por fuente
inversa de tensión que se muestra en la figura inferior izquierda (en el que VCC = 100V y RL = 10Ω), al
cual corresponde el comportamiento de la figura inferior derecha.
Bloq. inverso (t1>tqp)
VCC
vRL
vC
Raux
VCC
t1
vT p
TP ON, Taux OFF TP OFF, Taux ON TP ON, Taux OFF
-VCC
vTaux
> tqaux
vTaux
(1-*)·T
-VCC
VCC
t
T = 1 ms
VCC
vTp
t3
Bloq. directo t2
Raux·C
*·T
Raux·C
vC
RL·C
t
t
-VCC
2·VCC
VCC
vRL
t
Las condiciones que permiten acotar los valores de Raux y C son:
a) Los SCRs deben estar en bloqueo inverso durante al menos su tiempo de apagado:
t
− 1


0 = −VCC + 2 ⋅VCC 1 − e RL ⋅C  ⇒ t1 = ln 2 ⋅ RL ⋅ C ≥ 20µ s ⇒ C ≥ 2'88µF


tq Taux
−

Raux ⋅C 
0 = VCC − 2 ⋅VCC  1 − e
 ⇒ tqTaux = ln 2 ⋅ Raux ⋅ C ≥ 20µ s ⇒ Raux ⋅ C ≥ 28'8µs


b) El condensador debe cargarse (descargarse) completamente en un tiempo menor o igual al tiempo
mínimo de conducción del SCR principal (auxiliar):
2
VCC
⋅ δ = 1000 ⋅ δ ⇒ 0'2 ≤ δ ≤ 0'6
P=
RL
tON (Taux ) mín
δ mín
= 200 µs ≥ 5 ⋅ Raux ⋅ C ⇒ Raux ⋅ C ≤ 40 µs
f
1 − δ máx
=
= 400 µs ≥ 5 ⋅ RL ⋅ C ⇒ C ≤ 8µF
f
tON (T p ) mín =
Para un consumo mínimo de 100W, en b) se obtendría la condición Raux·C ≤ 20µs, incompatible con la
a) Raux·C ≥ 28’8µs, por lo que habría que recurrir a otro tipo de circuito.
Las tensiones máximas están acotadas en la figura anterior. Las corrientes máximas se producen en las
conmutaciones y sus valores son:
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 1
2 
imaxT p = VCC ⋅  +

 RL Raux 
 2
1 
imaxT aux = VCC ⋅  +

 RL Raux 
Para minimizar estos valores interesa tomar el mínimo valor posible de C, para poder maximizar Raux:
C = 3µF, Raux = 10 Ω. De este modo, ambas corrientes máximas son iguales y de valor 30A.