ELECTRÓNICA DE POTENCIA APLICADA

UNIDAD I DIODO SEMICONDUCTOR

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PROBLEMA 1:

Determinar las características del diodo semiconductor del siguiente diagrama; definir los

siguientes parámetros:

Voltaje de diodo

Corriente de diodo ID

Potencia disipada en el diodo PD

Brindar una interpretación de cada uno de los resultados obtenidos

Para diodo de Si, Vd= 0.7 V

Vcc=I1R1+VD entonces I1=(Vcc- VD)/R1=(15-0.7)/560=25.5357 mA

PD= VD I1= (0.7)(0.02553)= 0.017871 W = 17.87 mW

Diodo polarizado en sentido directo

PROBLEMA 2:

Determinar las características del diodo semiconductor del siguiente diagrama; definir los

siguientes parámetros:

Voltaje inverso aplicado

Corriente de diodo IF

Brindar una interpretación de cada uno de los resultados obtenidos

El diodo está polarizado en sentido inverso, por lo que la corriente es prácticamente nula, solo circula la corriente de fuga del diodo, por lo tanto el Vd=Vcc

DATOS: Vcc= 15 V

RL = 560

DATOS: Vcc= 15 V

RL = 560

PROBLEMA 3:

Determinar las características del rectificador de media onda del siguiente diagrama; definir los

siguientes parámetros:

Voltaje de salida Vout

Corriente de carga IL

Potencia de la fuente

Especificación de la potencia de la resistencia

Potencia disipada PD en el diodo

Voltaje inverso VR en el diodo

Vsec=120/5=24 V

Vsecp=

-Vd=

Potencia de la resistencia RL PoutRL=Pout+20% Pout=182.22*1.2=218 mW

Potencia de la resistencia RL=1/4 W

Voltaje inverso de diodo VR=Vsecp+ 20%Vsecp=1.2*33.9411 40.72 V

DATOS:

Vlinea=120 Vca TR = 5:1

Diodo = 1N4003 RL = 560

PROBLEMA 4:

Determinar las características del rectificador de onda completa del siguiente diagrama; definir los

siguientes parámetros:

Voltaje de salida Vout

Corriente de carga IL

Potencia de la fuente

Voltaje de rizo

Especificación del voltaje del capacitor

Especificación de la potencia de la resistencia

Estrés en el diodo: Voltaje inverso máximo VR, potencia disipada máxima PD,

Voltaje de salida sin capacitor

Voltaje de salida n capacitor

Potencia de la fuente

Potencia comercial de la RL

Voltaje inverso de diodo

Corriente directa de diodo IF=1.2IL=1.2*29.05=34.86 mA

Voltaje de rizo

DATOS: Vlinea=120 Vca @60 Hz TR = 5:1 Diodo = 1N4003

RL = 560

C1 = 2200 F

Potencia comercial del diodo

Voltaje del capacitor

PROBLEMA 5:

Definir los valores comerciales para una fuente de alimentación de onda completa con 2 diodos para que cumpla las siguientes especificaciones: Voltaje de salida 15 V Corriente de carga ≥ 100 mA Voltaje de rizo <1 % de Vout Voltaje de línea 120 Vca @ 60 Hz Proponer el diagrama a armar.

Las especificaciones para los componentes deben ser como mínimo o RL: valor comercial y potencia o Capacitor: capacitancia y voltaje o Diodos: corriente directa máxima, voltaje inverso mínimo, nombre comercial o Transformador: relación de devanados o voltaje del secundario y corriente del secundario, con tap

central

RESOLUCIÓN: Calculo de la resistencia.

Calculo del capacitor.

Calculo de los diodos.

Vout=Vsp-Vd

Vs=2Vs1=2*11.10 V=22.20 V

Se requiere un transformador de 24 V con tap central

Escogemos el diodo 1N4001

Calculo del transformador

Se necesita un transformador de 24 V y 300 mA con tap central

PROBLEMA 6:

Determinar las características del rectificador de onda completa del siguiente diagrama; definir los siguientes parámetros:

Voltaje de salida Vout

Corriente de carga IL

Potencia de la fuente

Voltaje de rizo

Especificación del voltaje del capacitor

Especificación de la potencia de la resistencia

Estrés en el diodo: Voltaje inverso máximo VR, potencia disipada máxima PD,

Voltaje de salida sin capacitor:

Voltaje de salida con capacitor: Vsp-Vd=33.94-0.7=33.24V

Calculo de diodos.

DATOS: Vlinea=120 Vca

TR = 5:1 T/C Diodo = 1N4003

RL = 560

C1 = 2200 F

PROBLEMA 7:

Definir los valores comerciales para una fuente de alimentación de onda completa tipo puente para que cumpla las siguientes especificaciones: Voltaje de salida 21 V Corriente de carga ≥ 200 mA Voltaje de rizo <5 % de Vout Voltaje de línea 120 Vca @ 60 Hz Proponer el diagrama a armar.

Las especificaciones para los componentes deben ser como mínimo o RL: valor comercial y potencia o Capacitor: capacitancia y voltaje o Diodos: corriente directa máxima, voltaje inverso mínimo, nombre comercial o Transformador: relación de devanados o voltaje del secundario y corriente del secundario, con tap central o sin tap

central

Solución

Cálculo del capacitor

Cálculos de los diodos.

Vsp=Vout+Vd= valor comercial próximo 120 a 15V

Calculo de transformador

Necesitamos un transformador de 120 a 15 V y 300 mA sin tap central en el secundario

PROBLEMA 8:

Determinar las características del rectificador de onda completa del siguiente

diagrama; definir los siguientes parámetros: Voltaje de salida Vout

Corriente de carga IL Potencia de la fuente

Voltaje de rizo de salida Especificación del voltaje del capacitor

Especificación de la potencia de las resistencias Calcular VZ

Potencia del Diodo Zener.

Voltaje de salida Vout=Vz=9.10 V

Corriente de carga

Potencia entregada de la fuente

Voltaje de Vc

Vc=Vsp-Vd=25.45-0.7=24.75 V

Calculo de Is

Si consideramos que la Iz=20mA, observamos que la Is>20mA,

Por lo que Is=Iz+IL por lo tanto Iz debe ser Iz=Is-IL=40.14-13.38= 26.76 mA

Para estas condiciones Rs proporciona la corriente adecuada para Is

DATOS: Vlinea=120 Vca TR = 36 V T/C Diodo = 1N4003

RS = 390

RL=680

C1 = 2,200 F DZ 1N5239B,

VZ=9.1V, ZZ=10

Potencia de Rs PRS=Vs*Is=(

Potencia comercial de Rs=PRS*1.2= *1.2=0.7541 W por lo que la

Rs=390 @ 1W

Calculo del voltaje de Rizo de entrada

Calculo del voltaje de Rizo de salida

Calculo del voltaje del capacitor

Calculo de incremento de voltaje del diodo Zener Vz

Corriente Zener Iz=Is-IL=40.14-13.38= 26.76 mA

Vout=Vz+ vz=9.1+0. =9.376 V

Potencia del diodo Zener

Potencia comercial del diodo Zener

Por lo que el diodo Zener es de ½ W

PROBLEMA 9:

Definir los valores comerciales para una fuente de alimentación de onda

completa tipo puente regulada con diodo Zener para que cumpla las siguientes especificaciones:

Voltaje de salida de 10 V Corriente de carga varia de 30 mA a 100 mA

Voltaje de rizo de salida <1 % de Vout

Voltaje de línea 120 Vca @ 60 Hz ± 20%

Proponer el diagrama a armar.

Las especificaciones para los componentes deben ser como mínimo o Transformador: relación de devanados o voltaje del secundario y

corriente del secundario, con tap central o sin tap central o Voltaje máximo y voltaje mínimo de Vc

o Capacitor: capacitancia y voltaje o Diodos: corriente directa máxima, voltaje inverso mínimo, nombre

comercial o RS: valor comercial y potencia

o Diodo Zener: Numero Comercial, Voltaje Salida, Potencia, Impedancia Interna, Corriente Zener

Se propone una fuente de voltaje de onda completa tipo puente y regulación con diodo Zener, debido a que el voltaje de Vc será alto, aproximadamente 20V y según diagrama siguiente:

Voltaje de salida de 10 V; Vout=Vz=10 V; diodo Zener 1N5240B, Zz=17 W Para un Vout de 10V, se propone que Vc varíe entre los 14 y 20 V, para poder tener un colchón razonable para absorber variaciones de voltaje de la entrada y variaciones en la carga. Cálculo de Rs: La máxima corriente esperada es Is=Iz+IL, para la Iz=20mA, por lo que la Is=20+100=120 mA

Por lo que la resistencia comercial inmediata inferior es de 33

Corriente en Rs

Potencia de Rs PRs=Is*Vs=0.3030*(20-10)=3.030W

Potencia comercial de Rs=3.030*1.20=3.63W, por lo que

Rs=33 @ 4W

El voltaje de rizo de salida Vr<1%Vout<(1%)*10=100mV

Voltaje de rizo de Vc Vrc=Vr(Zz+Rs)/Zz=0.100(17+33)/17=294.1 mV

Valor de capacitor

Valor comercial de capacitor C=10,000 F

Voltaje comercial del capacitor Vcmax=20*1.2=24V por lo que el valor comercial del

capacitor es C=10,000 F @ 25V

Vc se promedia entre Vcmax y Vcmin

Vc=( Vcmax+Vcmin)/2=(20+14)/2=17V

Calculo del transformador

Para convertirlo a valor RMS

El transformador comercial más próximo es 120:18 Vca sin tap central

Para la corriente del transformador:

Pin=Isec*Vsec=Pout=3.030W

Isec=Pin/Vsec=3.030/18=0.169A=168.35mA

Por lo que el transformador será T1 120:18 Vca@300mA

Los diodos a utilizar serán para las especificaciones siguientes:

Corriente máxima en sentido directo If=303mA*1.2=363.6mA

Voltaje inverso máximo VRMAX=Vsp*1.2=28.90*1.2=34.68V

Para estas especificaciones el diodo 1N4001, cubre las especificaciones:

IFmax=1000mA y VR=50V

PROBLEMA 10

Diseñar una fuente de voltaje regulada con diodo Zener para un voltaje de salida de 8.2 V y con un rizo de salida menor a 100 mV y que pueda soportar variaciones de corriente de carga entre los 10 a los 50 mA, considerar que el voltaje de la fuente sin regular (Vc) puede variar entre 12 y 20 V. 1.- se define el tipo de circuito a utilizar, que en este caso consideramos un regulador de voltaje con 2 diodos porque el voltaje es máximo 20 V.

Para una salida de Vout= 8.5 V, definimos el diodo Zener 2N5237B, que tiene las siguientes características: Vz= 8.2V, Zz=8.0 W @ Iz=20 mA Para calcular la regulación de Zener a 20m A

Se calcula Rs máxima

Como Rs es máximo el valor inferior es Rs=68

Para calcular la potencia de Rs,

PRs=Is*Vs=(55.88m)(3.8)= 0.2123 W Para calcular la potencia comercial de Rs, Agregando el factor de tolerancia del 20% PRs=0.2123*1.2= 0.2548 W, se define una resistencia de ½ W, por lo que el valor de Rs =

68 @ ½ W. Por medio del voltaje de rizo de salida, se puede saber el voltaje de rizo de Vc para valor de la corriente máxima de Is, que es la máxima que hay en el circuito de carga.

Por lo que el rizo de salida es

para calcular el voltaje del capacitor, por medio del voltaje de rizo en Vc

despejando =0.05588/(120*0.95)=490µF

Por lo que el valor de C es 680µF, que es muy próximo a un valor comercial Para calcular el voltaje del capacitor, se considera el valor máximo de Vc y se agrega el factor de seguridad del 20%, por lo que el voltaje de C es Vcap=Vcmax*1.2=20*1.2=24V, el valor próximo superior comercial es de 25V, por lo que el capacitor es C=680µF @25V.

Para el cálculo del transformador se toma el promedio del voltaje en Vc, 16V, para poder absorber variaciones del voltaje de entrada, por lo que el voltaje del secundario se calcula partiendo del voltaje Vc

Despejando

Se requiere valor RMS por lo que Vsec1=Vsec1p/1.4142=16.70/1.4142=11.81 V,

Por ser con tap central, el secundario debe ser el doble, 23.62 V, comercial próximo es de 24 V con tap central

Debido que para este tipo de reguladores el transformador es con tap central se requiere un transformador de 120 a 24V con tap central, para calcular la corriente del transformador nos basamos en que la potencia de entrada es igual a la potencia de salida

Por lo que

por lo que es valor comercial inmediato superior es 300mA, lo que nos da un transformador de

120 a 24 V con tap central @ 300mA Para definir el tipo de diodo a utilizar La ID es la máxima del circuito mas el margen de seguridad del 20%, esto es Ismax

El voltaje inverso VR es Por lo que el diodo 1N4001 cumple especificaciones, Id≤ 1A, VR≤ 50V