UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE MÉXICO ELECTRÓNICA DE POTENCIA PRÁCTICA 1. MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO.

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1 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE MÉXICO ELECTRÓNICA DE POTENCIA PRÁCTICA 1. MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO. Objetivo: el alumno construirá con un amplificador operacional un sistema que varía el ancho de pulso de una señal periódica cuadrada para controlar la velocidad de un motor. Materiales: Protoboard. Pinzas de corte. Pinzas de punta. Alambre calibre diodos 1N led de 5mm, cualquier color. 1 diodo serie 1N4000 (1N4001, 1N4002, 1N4003, 1N4004, 1N4005, 1N4006, 1N4007). 1 capacitor de 0.01 F 4 resistencias de 1K 3 resistencias de 100K 1 potenciómetro de 100 K 1 circuito integrado LM358. Fuente de voltaje (solicitar cable de alimentación y 2 cables banana-caimán). Osciloscopio (solicitar cable de alimentación y dos cables coaxiales). Multímetro. Introducción. Un oscilador es un dispositivo capaz de generar un evento alterno. Un péndulo es un ejemplo de un oscilador mecánico. Existen diferentes tipos de osciladores. Pueden ser mecánicos, hidráulicos, eléctricos, electrónicos, neumáticos, etc. En electrónica son muy utilizados para generar señales de frecuencias establecidas. Así se puede encontrar en sistemas de baja frecuencia como en los inversores de energía (dispositivo que convierte voltaje de DC en voltaje de AC), o de alta frecuencia como los emisores de radio. Pueden construirse a partir de distintos elementos, cada uno con características que se pueden aprovechar mejor dependiendo de la aplicación. Una forma barata y eficiente de construir un oscilador es con un amplificador operacional. La facilidad radica en los pocos componentes que se deben utilizar y la estabilidad del circuito. La modulación por ancho de pulsos (PWM, siglas del inglés Pulse-Width Modulation) de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (una cuadrada, por ejemplo), para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga. El ciclo de trabajo es el tiempo que permanece en alto la señal durante un ciclo o período completo. 1

2 En los motores la modulación por ancho de pulsos es una técnica utilizada para regular la velocidad de giro. Potenciómetro. El potenciómetro es una resistencia variable que pude regular el paso de corriente o modificar un valor de referencia de voltaje. Las referencias de voltaje son útiles para calibrar instrumentos. El símbolo del potenciómetro es el siguiente: Físicamente un potenciómetro pude tener el aspecto de la siguiente figura y se identifican sus terminales relacionando los números con los de la figura anterior. 2

3 El amplificador operacional. En la figura anterior se muestra una imagen del mapa de pines de un LM358. Los circuitos integrados son muy pequeños, de tal manera que su manipulación sólo es posible a través de una capa externa llamada encapsulado. En este caso el encapsulado es DIP (dual in line packet)-8, lo que indica que tiene dos líneas de pines, cuatro a un lado y cuatro al otro. La manera de numerar los pines es: a partir de la muesca en forma de medio círculo en la parte superior, el primer pin al lado izquierdo será el número 1. Así comienza la cuenta de pines y continúa en forma antihoraria. El amplificador operacional debe conectarse a voltaje y a tierra para que pueda funcionar. Por eso el pin 8 está marcado como V+ y el pin 4 como GND. Además algunos circuitos cuentan con un amplificador en su interior, otros con dos, algunos más con cuatro, etc. El LM358 tiene dos de los cuales en ésta práctica sólo se utilizará el que está conectado a los pines 1, 2 y 3. Cada amplificador operacional cuenta con 2 entradas, una llamada inversora y que se identifica con el signo (-) y otra no inversora identificada por el signo (+). Es incorrecto y debe evitarse llamarle a estas entradas POSITIVA y NEGATIVA. Además cuenta con una salida que indica el resultado de una operación, gracias a lo cual le llamamos operacional. La operación que se realizará en esta práctica es la de comparación, que tiene la finalidad de indicar cuando un valor variable está por debajo o sobre un valor de referencia. El led. El led se utiliza como elemento testigo o para iluminación. Es un diodo construido de material semiconductor que emite luz aprovechando que utiliza muy poca energía en su funcionamiento. 3

4 Para identificar fabricante. sus terminales se recurre a una imagen de las especificaciones del 4

5 PROCEDIMIENTO 1. Armar en protoboard el siguiente circuito. 2. El pin 4 del integrado deberá conectarse al termina negativo de la fuente y el pin 8 al terminal positivo. 3. El valor de las resistencias R2, R3 y R4 es de 100K. 4. El valor del capacitor CX1 es de 0.01 F 5. El valor del potenciómetro R1 es de 100K 6. Colocar el potenciómetro a la mitad del recorrido. 7. Conectar el osciloscopio en los puntos marcados. 8. Medir la frecuencia de la señal observada y anotarla:. 9. Desplazar el potenciómetro hacia un lado y hacia el otro. a. Cuál es la frecuencia máxima de la señal antes de que desaparezca?. b. Cuál es la frecuencia mínima de la señal?. 5

6 PROCEDIMIENTO 1. Armar en protoboard el siguiente circuito. 2. El pin 4 del integrado deberá conectarse al terminal negativo de la fuente y el pin 8 al terminal positivo. 3. El transistor Q1 puede ser un BC548 o un TIP120 en caso de que se necesite trabajar más potencia. 4. El valor de las resistencias R1, R2 y R3 es de 100K. 5. El valor de las resistencias R4, R5 y R6 es de 1K 6. El valor del capacitor CX1 es de 0.01 F 7. El valor del potenciómetro POT1 es de 100K 8. Colocar el potenciómetro a la mitad del recorrido. 9. Conectar el osciloscopio en los puntos marcados. 10. Medir la frecuencia de la señal observada y anotarla:. 11. Desplazar el potenciómetro hacia un lado y hacia el otro. c. Cuando la señal tiene un tiempo alto mínimo: i. Cuánto tiempo mide?. ii. Qué pasa con el motor?. d. Cuando la señal tiene un tiempo alto máximo: i. Cuánto tiempo mide?. ii. Qué pasa con el motor?. 6