Determinar cuál es la potencia disipada por el transistor, y su temperatura de juntura.

Transcripción

1 Circuitos Electrónicos II (66.10) Guía de Problemas Nº 3: Amplificadores de potencia de audio 1.- Grafique un circuito eléctrico que realice la analogía del fenómeno que involucra la potencia disipada por un transistor, su disipador y las temperaturas en cada punto de interés. Defina cada uno de los componentes indicando en que unidades se miden. 2.- Para el transistor de potencia de silicio BD139, montado en el centro de una chapa de cobre cuadrada, de 10 cm de lado y 4 mm de espesor, de color negro, dispuesta horizontalmente mediante un separador de 50 µm aislante de mica seco, calcular: 2.1) La potencia máxima que puede disipar para una temperatura ambiente igual a 40 ºC. 2.2) Si el transistor tiene aplicada una tensión colector-emisor (V CE ) de 50 V, la máxima corriente que puede circular. 2.3) Repetir 2.1 y 2.2 para el caso en que se lo utilice sin disipador. 2.4) Repetir 2.1 y 2.2 para el caso en que esté montado sobre un disipador cuya resistencia térmica sea 1 ºC/W y el aislante de mica se encuentre con grasa siliconada. 2.5) En todos los casos anteriores, determinar el valor de temperatura de la carcaza del transistor. 3.-Un transistor cuya resistencia térmica juntura-carcaza (θjc) es de 1,52 ºC/W, se encuentra ubicado sobre un disipador cuya resistencia térmica (θda) es de 4 ºC/W. La temperatura del disipador, bajo ciertas condiciones de funcionamiento, es de 75 ºC y la temperatura ambiente de 25ºC. Determinar cuál es la potencia disipada por el transistor, y su temperatura de juntura. 4.- Idem problema 3, pero con la diferencia que no se da el dato de θjc pero sí los siguientes: Potencia disipada máxima a 25 ºC de carcaza: 115 W Temperatura de juntura máxima: 200 ºC 5.- Las posibles especificaciones térmicas de un transistor son las siguientes: Resistencia térmica juntura-carcaza Resistencia térmica juntura-ambiente Máxima temperatura de juntura Curva de degradación de potencia en función de la temperatura de carcaza Curva de degradación de potencia en función de la temperatura ambiente Potencia de disipación máxima a 25 ºC de temperatura ambiente Potencia de disipación máxima a 25 ºC de temperatura de carcaza. Para el transistor TIP3055 (de las hojas de datos de Texas Instruments) ubique cuál de las especificaciones están dadas y deduzca las demás. Guía de Problemas Nº 3 1/5

2 6.- Se pretende entregar una potencia de 2 W sobre la carga RL, mediante el amplificador de potencia del siguiente circuito con el mayor rendimiento posible. Determine: 6.1) El valor de RL 6.2) El valor mínimo de tensión que deben suministrar las fuentes de alimentación Vcc y -Vcc para la condición pedida. 6.3) El valor de la tensión pico de salida (Vo máx) para el cual la potencia medida disipada por el transistor resulta máxima, calculando además el valor de dicha potencia. Nota: Considere señales sinusoidales y que V BE(ON) = V CE(SAT) = 0 V y que la tensión de salida es cero volts para señal de entrada nula. 7.- Para el siguiente amplificador, suponiendo Vcc = 15 V; R L = 1 kω; V CE(SAT) = 0,2 V, V BE(ON) =0 y que existe suficiente tensión de entrada sinusoidal para obtener tensión a la salida hasta la situación de recorte, determine: 7.1) La máxima potencia media que puede desarrollarse sobre R L sin recorte. 7.2) Para la condición anterior, determine la eficiencia y la máxima potencia instantánea disipada por cada dispositivo. Guía de Problemas Nº 3 2/5

3 8.- Para el siguiente circuito estimar: 8.1) Máxima potencia de salida senoidal sin recorte sobre RL. 8.2) Valor eficaz de Vg para obtener máxima potencia de salida senoidal sin recorte sobre RL. 8.3) Valor efiaz de Vg para obtener máxima potencia disipada en los transistores de salida. Datos: Todos los dispositivos son de silicio, por lo tanto V BE(ON) = 0,7 V y V CE(SAT) = 0,2 V. T1, T3 con β = 50 T2, T4 con β = 20 Para T5 β = 80 El amplificador operacional es ideal salvo que su ganancia a lazo abierto (Avol) es de 10 5 y su corriente de salida máxima es I o Máx = +/-10 ma. D1 = D2 = D3 R1= R2 = 50 kω; R3 = 68 kω; R4 = 1 kω; R5 = 100 Ω; R6 = R7 = 0,1 Ω; RL = 8 Ω; R8 = 2K7 C1 = C3 = 100 µf; C2 = 10 µf; Vcc = 35 V Guía de Problemas Nº 3 3/5

4 9.- Determine: 9.1) La máxima potencia de salida para excitación senoidal. 9.2) La máxima potencia disipada por cada transistor de salida. 9.3) La máxima resistencia térmica carcaza-ambiente de los transistores T4 y T2 sabiendo que la temperatura ambiente máxima es de 40 ºC, la temperatura de juntura máxima es de 180 ºC y la resistencia térmica juntura-carcaza es de 0,9 ºC/W. 9.4) Determinte la señal pico de vg necesaria para lograr máxima potencia de salida. Datos: Transistores Si; β1 = 140; β2 = β4 = 50; β3 = 140; R1 = R2 = 47 kω; R3 = 2K2; R4 = 1 kω; R5 = 100 kω; R6 = 340 Ω; R7 = 1 kω; R8 = 82 Ω; R9 = 180 Ω; R10 = R11 = 470 mω; RL = 16 Ω; Vz = 5,6 V; C1 = C2 =10 µf; C3 = 100 µf; Vcc = 15 V; Op: Avol = 100 db; Ro = 0; Ri = 10.- Calcular el valor de R para obtener la máxima potencia de salida senoidal sobre la carga. Determinar la máxima portencia de salida Po. Considere como condiciones límites para los transistores V CB = 0 en satuarción e I C = 0 en corte. Datos:Tr de Si con β 9,10,13 = 50; β 11,12 = 20; β resto = 200 Guía de Problemas Nº 3 4/5

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