Table Of ContentDpto. Infraestructuras, Sistemas Aeroespaciales y Aeropuertos
CONMUTACIÓN Y ELECTRÓNICA DIGITAL
RECORDATORIO
A. MARTÍN
RECORDATORIO
R
2
Entrada Salida
R
"e" 1 "s"
s R
1
=
e R + R
1 2
RECORDATORIO
R
2
Entrada Salida
RR= (cid:102)
"e" 1 1 "s"
s R
1
= = 1 al no haber intensidad
e R + R
1 2
RECORDATORIO
Entrada
"e"
R
1
Salida
"s " s R + R
1 1 2 3
=
e R + R + R
1 2 3
R
2
Salida
s R
"s " 2 3
2 =
e R + R + R
1 2 3
R
3
s – s R
1 2 2
=
e R + R + R
1 2 3
RECORDATORIO
En aplicaciones "pasa banda" se denomina filtro pasa bajos.
Si se aplica una señal continua a la entrada de forma instantánea, la respuesta
transitoria depende del estado del condensador
RECORDATORIO
R
Con el condensador descargado se
cierra el interruptor.
s
C
Aparece una intensidad que es decre-
I
ciente a medida que el condensador
E
se carga.
El análisis del transitorio se realiza
planteando las ecuaciones.
s = E ( 1 – e–t/RC)
E – s = I R
s/E
I = C ds/dt
s (0) = 0
t/RC
RECORDATORIO
1
s/E
.63
s = E ( 1 – e–t/RC)
RC constante de tiempo
1 t/RC
RC >> carga lenta
RC << carga rápida
RECORDATORIO
Carga pulsada en función de la constante de tiempo
1 s
Entrada
R
s
C
I
CR = 10 s
E
CR = 1 s
Nota: abierto no es lo mismo
que cero voltios en E
0
CR = 1 (cid:541)s
RECORDATORIO
R
R
C
s
C
Con el condensador cargado a una tensión E, se cierra el interruptor,
aparece una intensidad a través de R , que decrece con el tiempo al
C
ir disminuyendo la tensión entre las placas del condensador.
El proceso de descarga es similar al de carga y sigue la expresión:
s = E e–t/RcC
RECORDATORIO
1
s/E
s = E e–t/RcC
.37
R C constante de tiempo
C
t/R C
1 C
R C >> descarga lenta
C
R C << descarga rápida
C
RECORDATORIO
R
R
C
s
C
E
El transitorio dependerá de los intervalos de conmutación de los interruptores,
así como de la relación RC-R C.
C
Si R >> R y los dos interruptores están conmutados, el condensador se cargará
C
a un valor ~E al cabo de un tiempo.
Si R = R y los dos interruptores están conmutados, el condensador se cargará
C
al valor de E/2 al cabo de un tiempo, en el que la intensidad de carga se iguala
con la de descarga.
Si R << R y los dos interruptores están conmutados, el condensador no podrá
C
cargarse al valor de E y la carga R se alimentará a una tensión << E, ya que no
C
se puede entregar mas energía que la entrante.
RECORDATORIO
En aplicaciones "pasa banda" se denomina filtro pasa altos.
La ecuación del condensador I = C dV/dt indica que no puede soportar un salto
instantáneo de tensión entre sus placas. Inicialmente C está descargado.
E
C 0
La forma de onda de la señal de salida:
s E
I
Entrada
E 0
R
s
CR<<T
E
s
s
CR>>T
Final del Recordatorio
N
Ó
I
C
A
T
U)
M8
0
N0 n
O2 í
t
r
Co a
r M
Ae
Lbr A.
E e
DF
(
A
Í
R
O
E
T
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos-Universidad Politécnica de Madrid
DIODOS
Símbolo de representación
Sentido de conducción (sin efecto Zener)
Curva característica y su simplificación
http://electronred.iespana.es/diodo.htm
TRANSISTORES
Símbolo de representación
Conducción I /I
b C
Curva característica I -V
C BE
Zona de corte. Rectificación
Zona exponencial. Amplificación variable (control)
Zona lineal. Amplificación y distorsión (amplificador)
Zona de saturación. El transistor como conmutador.
TEORÍA DE LA CONMUTACIÓN
Leer el Capítulo 11 de Ingeniería Electrónica de Julio González Bernaldo de
Quirós, Biblioteca Técnica Universitaria.
El transistor se comporta como un interruptor, tanto en la zona de corte como
en la de saturación.
En la zona de corte, la intensidad I es cero, por lo que el transistor no consu-
C
me potencia.
En la zona de saturación, la caída de tensión entre el colector y el emisor es
prácticamente despreciable. La potencia que debe de disipar es el producto de
la intensidad colector-emisor por la caída de tensión colector-emisor. En éstas
circunstancias es prácticamente cero.
El consumo inapreciable de potencia en las técnicas de conmutación a dado lu-
gar al desarrollo a gran escala de circuitos integrados, que permiten la utiliza-
ción de miles de transistores en un reducido espacio (técnicas LSI, VLSI, etc.)
donde en un cm2 se combinan aproximadamente 5000 componentes (transisto-
res, diodos, resistencias y condensadores).
Para mayor información "Analysis and Design of Digital Integrated Cir-
cuits";David A. Hoges and Horace G. Jackson; 2ª Edición; MacGraw-Hill;1988.
http://perso.wanadoo.es/chyryes/glosario/vlsi.htm
Teoría de la Conmutación V.08 11 A. Martín
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos-Universidad Politécnica de Madrid
Las pérdidas por conmutación
aumentan a medida que lo hace
la frecuencia de conmutación. La
velocidad está limitada por el
estado actual del arte (SOTA
State Of The Art). A veces es
necesario recurrir a la ventilación
forzada.
La ecuación general que gobier-
na la condición de conmutación
viene dada por:
siendo β la amplificación de corriente.
Las características mas importantes a tener en cuenta en el momento de
seleccionar un transistor para electrónica de conmutación son:
• La tensión colector emisor en abierto V
CEO
• La intensidad I
C
• La tensión emisor base en abierto V (relativo al efecto Zener)
EBO
• La amplificación de corriente β
• Tiempos turn-on/turn-off
“Características del Transistor 2N2219” puede ser descargado en:
http://www.digchip.com/members/parts/2n/parts_2n.php?s_id_member=101906
987104000228609
Teoría de la Conmutación V.08 12 A. Martín
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos-Universidad Politécnica de Madrid
Ejemplo de aplicación de la ecuación general de conmutación utilizando un
transistor de valor β=10. Normalmente, son datos de partida la “carga” y el va-
lor de la tensión suministrada por la fuente de alimentación, es decir E . La
b
incógnita suele ser la resistencia de base R .
B
Es bastante normal que la tensión V de conmutación sea igual a E .
0 b
El emisor está a referencia cero, por lo que V es V y V es V , cuyos
B BE C CE
órdenes de magnitud son similares y normalmente despreciables frente a E .
b
En estas condiciones, la ecuación se simplifica notablemente, hasta el
punto que para el cálculo de la resistencia de base se utiliza la expresión:
R ≤ βR
B C
B
Supongamos que en el ejemplo planteado, R vale 1 KΩ. Si se cumplen las
C
condiciones anteriores, el valor de la resistencia de base para que conmute el
transistor deberá de ser menor de 10 KΩ.
Si con ésta configuración se cambia a 330 Ω la resistencia de colector, el tran-
sistor deja de estar conmutado (pasa a la zona lineal utilizada en amplificación).
Para conmutar esta carga es necesario sustituir la resistencia de base por el
valor de 3,3 KΩ (ó menor).
Los valores de los componentes utilizados están comercializados, utilizándose
normalmente la serie de valores de tolerancia 20%.
Teoría de la Conmutación V.08 13 A. Martín
