Practica switcheo de un Mosfet por medio de un driver con BJT

John Serna

Julián Andrés Victoria Flores

Universidad Autónoma de OccidenteFacultad de Ingeniería

Cali, Colombia

En el presente informe se presentan los resultados de la práctica de switcheo de un mosfet por medio de un driver con un BJT 2N3904, el cual consiste en el estudio de los drivers y frecuencias de switcheo a las cuales soporta un dispositivo mosfet, IRFP428 teniendo en cuenta sus corrientes de drain y las respuestas en el tiempo de conmutación de este dispositivo, después se hayo la corriente de drain con el fin de saber la potencia disipada por esta resistencia para evitar que se caliente el dispositivo, a continuación se debe hallar la resistencia de base con el fin de encontrar un valor que garantice la corriente de colector y permita que este trabaje en corte y saturación. Se monta el circuito en un software de simulación para modelar el comportamiento del circuito y mostrar comparativamente las formas de onda de tensión y sus valores en los nodos del circuito. Se implemento prácticamente el circuito diseñado para observar y medir las formas de onda de tensión en los nodos del circuito.

5 Análisis y Resultados.

El transistor 2N3904 tiene una (β = 209) cuando su punto de operación es (ICQ = 1 mA.) y (VCEQ = 6 V.) Se pretende polarizar este transistor mediante la técnica de división de tensión.

Se calcula el valor adecuado de los resistores (R1, R2, RC y RE) para cumplir con esa condición de polarización y bajo los siguientes datos adicionales: (VCC = 12 V.) (VE = 1,2 V.) y (RB = 0,1βRE).

V E=I E∗RE

RE=V E

I E

=1,2 V1mA

RE=1,2 K Ω

V CE=V C−V E

V C=V CE+V E

V C=6V +1,2V

V C=7,2 V

I C≈ I E

V C=V CE−V RC

V C=V CE−¿ (I C∗RC ¿

RC=V CE−V C

I C

=12V −7,2V1 mA

RC=4,8 K Ω

RB=0.1 β∗RE

RB=0.1∗209∗1 K Ω

RB=25,08 K Ω

V E=V BB−V BE

V BB=V E+V BE

V BB=1,2V +0,7 V

V BB=1,9 V

R1=V CC

V BB

∗RBB=12 V1,9 V

∗25,08 K Ω

R1=158,4 K Ω

R2=R1∗V BB

V CC−V BB

=158,4 K Ω∗1,9 V12 V−1,9 V

R2=30 K Ω

Una vez polarizado el transistor, el circuito se utilizara como un amplificador en configuración de

Emisor común. La señal a amplificar proviene de una fuente de tensión con resistencia interna de (Rs = 50Ω ¿. La señal amplificada será suministrada a una resistencia de carga (Rl = 1,2KΩ ¿.

Ilustración 6

a) Amplificador PDT b) circuito equivalente para la señal

Cálculos para la impedancia de entrada del amplificador

r 'e=

25 mVI E

=25 mV1 mV

=25 Ω

Z¿(BASE)=β r 'e=209 (25 Ω )=5,255 KΩ

Z¿( ETAPA)=R1∥R2 ∥ β r 'e=158,4 K Ω ∥30 Ω ∥5,255 KΩ=24,97 Ω

Otros cálculos importantes

V ¿=ie∗r 'e

ie<o , 1∗ie

ie<o , 1∗(1 mA)

ie<o , 1mA

V ¿=ie∗r 'e=0,1 mA∗25 Ω=2,5 mV

V out=V ¿∗Av=2,5 mA∗38,4=96 mV

Calcular la impedancia de salida del amplificador.

Zout=Rc ∥RL=4,8 K Ω ∥1,2 K Ω=960 Ω

Se calcula la ganancia de tensión del amplificador

Av=Rc∥RL

r 'e

= 96025 Ω

=38,4

También se calcula la ganancia de corriente del amplificador

Ai=I 0

I i

I 0=V 0

Zout

=96 mV960

=100 μA

I i=V ¿

Z¿=2,5 mV

5226=0,47 μA

Ai=100 μA0,47 μA

=213

Se calculo el valor mínimo de capacitancia de cada uno de los capacitores de tal manera que en el amplificador se tenga un acoplamiento y desacoplamiento ideal para fines prácticos. La frecuencia de la señal estará comprendida entre 100 Hz y 20KHz.

f=100Hz

X c=1

2 πfC

0,1 R= 12 πfC

C= 12 πf 0,1 R

Para hallar el condensador 1

R1=Z¿ ( base)+Rs

R1=24,97+50 Ω=74,97 Ω

C1=1

2 πf 0,1 R2=

12π (100 Hz ) 0,1(74,97Ω)

C1=212,26 μF

Para hallar el condensador 2

R2=(R s ∥R1∥R2

β+r '

e)∥RE

R2=( 50 Ω∥158,4 K Ω∥30 Ω209

+25)∥1,2 K Ω=24,718 Ω

2

C2=1

2 πf 0,1 R1=

12 π (100 Hz ) 0,1(24,718 Ω)

C2=643,88 μF

Para hallar el condensador 3

R3=RC+RL

R3=4,8 K Ω+1,2 K Ω=6 KΩ

C3=1

2 πf 0,1 R3=

12 π (100 Hz ) 0,1(6 K Ω)

C2=2,65 μF

6 Diagrama electrónicoDespués de encontrar todo los valores se puede armar el circuito de la ilustración7

Ilustración 7

7 Graficas obtenidas de la simulación

8 Análisis de la simulación y de los datos obtenidos

9 Conclusiones

se debe hallar la resistencia de base, teniendo en cuenta que se usa el beta mínimo que proporciona el fabricante del transistor, para que llegado el caso de dañarse y reemplazarse por otro, no presente problemas a la hora de ponerlo en conmutación

se debe tener en cuenta el voltaje de polarización del BJT en su base y del mosfet en su compuerta Gate, evitando daños en los dispositivos

se debe calcular la potencia disipada en la resistencia de Drain con el fin de proteger el dispositivo de sobrecalentamiento

calcular la resistencia de drain con el fin de no sobrepasar la corriente que soporta el dispositivo

Referencias[1] MALVINO, Albert Paul βDC, Sexta Edición;

Esmeralda mora; p. 208-209.

[2] MALVINO, Albert Paul βAC, Sexta Edición; Esmeralda mora; p. 315-316.

[3] Colaboradores de tutoriales. Punto estático de operación. [En línea]. [fecha de consulta: abril del 2012]. Disponible en <http://www.profesormolina.com.ar/tutoriales/trans_bipolar.htm>

[4] MALVINO, Albert Paul Punto estático de operación, Sexta Edición; Esmeralda mora; p. 312.

[5] Colaboradores de ocw. Recta de Carga. [En línea]. [fecha de consulta: abril del 2012]. Disponible en <http://ocw.um.es/ingenierias/tecnologia-y-sistemas-electronicos/material-de-clase-1/tema-3.-transistores-de-union-bipolar-bjt.pdf>

[6] MALVINO, Albert Paul polariza un transistor, Sexta Edición; Esmeralda mora; p. 231 y 205.

[7] MALVINO, Albert Paul transistor como amplificador, Sexta Edición; Esmeralda mora; p.303.

[8] MALVINO, Albert Paul, sin distorsión; Sexta Edición; Esmeralda mora; p. 313.

[9] Colaboradores de ocw. Independizacion. [En línea]. [fecha de consulta: abril del 2012]. Disponible en <http://ocw.um.es/ingenierias/tecnologia-y-sistemas-electronicos/material-de-clase-1/tema-3.-transistores-de-union-bipolar-bjt.pdf.>

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