GENERADOR DE BARRIDO

DE

MIORQONDAS

Oreéis previa a la obtención del titulo de

INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y

TELECOMUNICACIONES

de la Escuela Politécnica Nacional

CARLOS LOSADA NUftSZ

Quito, Marzo de 1.974

AGRADECIMIENTO

Al Dr. BHÜCE HOENEISEHAl Ing/HESBERT JACOBSOKpor su invalorable ayudaen la realización de es-te trabajo..

CEPTIFIGO QÜ'é. esta tesis ha sido'

elaborada en SIL totalidad por el

Sr.. Carlos Losada liúñes

^Dr.. BEITCE HOSNEISSHDirector de Tesis

.DEDICATORIA

A mi.: padre LUIS

-A. mi. madre EEHESOJINA

A mi esposa GLORIA

A mi. hijo-

1 ' CONTENIDO . ••-;: , - ; - • . •. - . ;'

.Capitulo . • .. ' . ' . . , _ -Página

X Introducción. . , . . - . . . , . . . . .«, . . 1

II ' Diseño. . . . . . . . . . » . " . . ¿f

-.2.1 Tipos de" Klystroit . . . . . . . . . . . 5

. 2...Z Especificaciones de la fuente .. . . ./ - 8

Z~3 Siecclóní de la fuente . . . .... ... .' - , 13.

2.,¿f Diseño' dé la fuente,.. „. ^ „ ,. ..... ' 30

III ' Diseño Mecánico . ... . ... . ... . ...';/.'. 5§

Hedidas • Experimentales^ *. ....... ., .j¿'*;¿ . 66

• • ¿f.l Medidas de aislación. .....,, .... */.. 67.

¿f.2 Prueba de los circuitos de control. .. 68

"-4-3 Prueoa; de cortocircuitos .. ., 69

/¿ ¿f; Pangos de tensión, y rizado. ...... 70

-- Jipendi.ee. ......... .. ....'... , . ./•,.'.-.-"• 77

Bibliografía. 78

Planos 79

Capítulo Primero

Introducción,

El. trabajo que a continuación presento se refiere

al diseño y construcción de ua generador de barrido en microon

das utilizando un klystron. de reflexión, como elemento genera-

dor-

El klystron de reflexión consta básicamente de

"tres elementos: el cáto'do, el resonador y el reflector. SI r e

sonador es una cavidad reentrante que está acoplada a la guía

de salida del klystron.. Esta calidad tiene rejillac jn su so_

na reentrante que permiten el paso del haz de electrones que

emite el cátodo.. Este has es reflejado por el reflector que es

tá. a un potencial negativo con respecto al cátodo» De esta ma-

nera el haz, de electrones es finalmente absorbido por el reseña

dors. que está a un potencial positivo con respecto al cátodo .-

La cavidad del resonador tiene en su interior un campo oscilan

te el cual provoca que los electrones que lo atraviesan sean m£

dulados en velocidad, Esto hace que los electrones que retor-

nan al resonador lo realicen formando grupos. Estos grupos de

electrones inducen cargas en la cavidad del resonador que man-

tienen la oscilación si tienen, la fase adecuada»

Al variar el potencial del reflector, se varia la

fase de llegada de los grupos de electrones al resonador, lo

que cambia la frecuencia de oscilación* El klystron oscila

mientras la ganancia de realimentación sea mayor que la unidad.

El rango de modulación electrónico por lo tanto depende de la

respuesta de frecuencia de la cavidad del resonador*

3

EJX la práctica el rango de modulación de frecuen-

cia depende de las características del klystron. Por ejemplo

para el klystron 22L?.5 de Philips una variación de l¿f V en re-

flector da "una modulación de 53 MKs..

Por lo tanto 5 el trabajo propuesto consiste en. el

diseño y construcción, de una fuente de poder para klystron de

reflexión con modulación: en la tensión, de reflector con obj.eto

de modular la frecuencia del klystron. El rango de barrido qu£

da determinado por las características de los klystron. y es del

orden de las decenas ¿e MHz,.. Este' barrido es suficiente para

observar la respuesta de frecuencia de cavidades de alto factor

•de mérito y de los filtros usado,s .en enlac.es de microondas<>

Además, la modulación, del voltaje de reflector per

mite observar los modos de oscilación del klystron, lo que es

útil desd.e el punto de vista didáctico. El equipo será utiliza

do en, el laboratorio de microondas por lo cual debe tener todos

los dispositivos áe protección tanxo del klystron como de la

fuente misma- Se rjrevee también el uso del equipo como una

fuente regulada de alta tensión^

Es de mi interés que este trabajo sea de utilidad

práctica en. el laboratorio.

-3Ére

2.1.- TIPOS DE KLY3TRON» .

CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN.

Con: el propósito de determinar las características que

debe satisfacer la fi-ente, he tomado del manual Philips, de

Febrero de l,-969> una lista de klystron de media y "baja poten-

cia que se detallan on la tabla NG 1»

TIPOS DE KLTSTRON PHILIPS DE MEDIA Y BAJA POTENCIA

TIPO

KS9-40.KS9-40D

YK-1070

.YK-1090

ÍK-1091

TK-1140

2K25

723 A/B

6975

FRECUENCIA

(GHzK

9. .3-9. 59*3-9,515-9-8.110.5-12-2 '

10.5-12.2

5.925-8.1

8.5-9.66

8.7-9.5.8.5-9.6-

CALEWTAMIENTO CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN

V .fil.

(V)

6.36.36.36.3

6.3

6.3

6-36.36,3

zfil.

(rnA)

700

700

800

1.200

1.200

800

450

600450

-L

(GHz, )

9-49.45710,511.512,2

10.511.512.2

10,511.512.2

7

9o79-378,5

vres

(V)

300

300

750400400

400

200

200

2CO

400

400400750300300300

I* res.

(mA)

333370

65

656523

23236565

6570

22

22

30

Vref.

(V)

-85

-88

-350

-190

-260

-315-60

-90-110

-190-260

-190

-350

-130-130-140

a -190

a -185a -150

TABLA

CARACTERÍSTICAS DE MODULACIÓN DE FRECUENCIA

Del mismo manual Philips que nos referimos en. el aparta-

do anterior, se obtienen las características de modulación de

frecuencia para los kíystron de la tabla Na 2»

TIPO SENSIBILIDAD DE MODULACIÓN RANGO DE SINTONÍA ELECTRÓNICA

EN REFLECTOR EN RESONADOR

(MHs./V) (MHz./V) (MHzv) (V)

KS9-¿fO 2.-5 0.5 k5 18

2K25 - 3 - 8 - 1 5 3 l¿f

6975 3.1 • - 58 18,7

TABLA ira z

CONCLUSIONES

De la tabla NQ 1 podemos deducir:

1..-'Máximo "roltaje d'e "operaei'ón de resonador: 750 V

2.- Máxima corriente de operación de resonador: 70 mA

3.- Mínimo voltaj'e de operación de resonador: 200 V

¿f,- Mínima corriente de operación de resonador: 22 mA

5-~ Máximo voltaje de operación de reflector: - 350 V

6.- Mínimo voltaje de operación de reflector: - 60 V

7-- Corriente de reflector: O mA

8.- Voltaje de filamento: 6*3 V

9~- Corriente máxima de filamento: 1,2 A

Debo anotar que los voltajes máximos de 750 V para

resonador y -350 V para reflector, son. debido a los kíystron

YK-1070 y YK-ll¿fO que tienen una potencia de salida de 1.2 Watt.

A excepción de estos kíystron, el voltaje máximo de polarización

•7

es de ¿fGO V para resonador y de -350 para reflector.. Es de se_

fíalar además que los dos tipos de klystron en mención son comer

cialrnente más caros que los otros de baja potencia de salida»

Como en el laboratorio no se requieren las potencias relativa-

mente altas de estos klystron, concluirnos que probablemente nun

ca se usarán en el laboratorio. A pesar de ello, el diseño de

la fuente se hará con los voltajes máximos de 800 V y ~¿fQO V

para resonador y reflector respectivamente.

De la tabla IÍa 2 podemos concluir:

1..- Amplitud de barrido de reflector necesario: 18.7 V"

2.- Máximo rizado admisible de reflector: 0,_3 V

que equivale a una variación de frecuencia de

aproximadamente 1 MHz..

3.- Máximo rizado admisible de resonador: ' 1 V (a 22 mA.)

que equivale a una variación de frecuencia

de aproximadamente 1 MHs.

2..2. ESPECIFICACIONES DE LA FUENTE.

En "base a las conclusiones anterioras, hemos elegido las

siguientes especificaciones para la fuente:

Fuente de resonador.

- Rangos de voltaje . I,-800 -a ¿fOO V

2,-500 a 250 V

3.-300 a 150 V

- Corriente máxima 100 mA

- Rizado máximo 0.3 V

- Limitación de corriente ~ ~--—- l¿fO mA

- Protección: contra cortocircuito: la tensión ;/• corriente debe:

rán reducirse -a -c-ero si -la corrient-3 -err.ees de 100 mA, duran

te un tiempo superior a 0*3 segundos.

- Protección contra transientes de línea*

- Trabajo normal dentro del. rango de temperatura ambiental de

0-50°C.

- Trabajo normal con tensión de linea de 117 " £ 10$

Fuente de reflector,

- Rangos de voltaje l,~¿fOO a 133 V

2.-160 a 53 V

- Corriente máxima 60 mA

- Rizado máximo 0.3 V

- Limitación de corriente 90 ffiA

- Protección contra cortocircuitos: la tensión se corta si la

corriente excede de 60 mA.» durante máj de 0(>3 segundos.

- Protección contra transientes de linea.,

- Trabajo normal dentro del rango de temperatura ambiental de

O a 50°C^

- Trabajo normal con tensión de linea de 117 V * 10/o.

Además se deberá proteger el klystron. de modo que

en ningún momento el voltaje de reflector sea mayor que el vol

taje del cátodo,. Para esto se pondrá na diodo de protección

entre las salidas de reflector y cátodo.

Se debe anotar que los voltajes máximos correspori.

den a la tensión nominal de línea_• En ~,aso de disminuir la

tensión de linea, los voltajes máximos de los distintos rangos

tanto de resonador como de reflector, tendrán u:na disminución

proporcional*.

Puente de filamento.

Para el filamento deberán corresponder las siguien

tes especificaciones:

- Voltaje -6»3 V

- Corriente 1,2 A

Fuente de barrido.

En la figuia N^ 1 observamos esquemáticamente la

disposición del circuito para generar y observar el. barrido.

10LIITEA SEJUd

OSCILOSCOPIO

a- * v ATE- FRE FIL ATJ^ DETE£*J ÍÍUA- CT3S2T TRO NUA TOR,

SOR GIMETRO,

DOR

. -FIGURA ffa 1

SI devanado de 32 V varia el .potencial de refle£

tor en. forma sin.usoida!3 con, el fin de modular la frecuencia

de oscilación: del klystron- La amplitud de la tensión, sinu-

soidal de modulación es ajustable entre O y 32 V" ,

El valor de 32 V se obtuvo en forma aproximadair

ya que según, la tabla N"a 2S el mayor rango c'e sintonía electr£

nica se obtiene con. 18.7 V ¿e variación en reflector (para el

klystron tipo 6975 de la marca Philips}.. En. consecuencia, se

11

estiman suficientes los 32 V para obtener un ran¿o de sintoníaP

electrónica adecuada.,

Al modular la tensión áe reflector con la frecuen

cia de 60 Hz,. que tiene el devanado de 32V, la frecuencia de

oscilación del resonador del klystron es modulada en forma si-

nusoidal con una frecuencia de 60 Hz, Esto hace que en la guia

se tenga la misma variación, Esta señal llevada a la entrada

vertical del osciloscopio , permite obtener mediante un barrido

en. horizontal de una señal sinusoidal, las formas de onda co-

rrespondientes, a los modos de oscilación del klystron»

La aplicación práctica del generador de barrido s_e

ría el estudio de respuesta de frecuencia de los filtros utili-

zados en comunicación a base de microondas, En estos casos la

disposición del circuito sería similar a la de la figura Nc 1»

Si localizamos un filtro, como en la figura N& 1, se tiene a la

salida del filtro una onda modulada en frecuencia cuya amplitud

es proporcional a la respuesta de frecuencia del mismo (modifi-

cada por la respuesta de frecuencia del klystron)-. La señal

que pasa a través del filtro puede por tanto ser llevada a un.

detector que se conecta a la entrada vertical de un oscilosco-

En la entrada horizontal del osciloscopio se lleva

la salida del devanado de 26 V con el fin de barrer la señalP

de la entrada vertical. De esta manera se observa en el osci-

loscopio la respuesta de frecuencia del filtro (modificada por la

12

respuesta de frecuencia del klystron) en. el eje vertical se

observa la amplitud y en el eje horizontal se observa la fre_

cuencia*

Los atenuadores tienen por objeto adaptar la sa-

lida del resonador y el filtro para obtener una respuesta ad_ej

cuada^ El frecuencímetro es necesario para calibrar el eje

horizontal del osclloscopio en. frecuencia- El ajuste de fase

tiene por objeto compensar el corrimiento de fase entre las

entradas vertical y horizontal del osciloscopio. Los 26 V

para la entrada horizontal del osciloscopio se escogió por

creerse un valor aceptable ya que la sensibilidad horizontal

de osciloscopios típicos varia aproximadamente entre 0.7/Vcm..

y 10 V/cm., Además, este mismo devanado se usa para la polari-

zación de los transistores del circuito de control de resona-

dor.

En consecuencia, las especificaciones relaciona-

das con. el barrido serán las siguientes:

- BABRIDO PASA EL KYLSTRON

On-da sinusoidal 60 Hz., ajustable de O V a 32 V

- SALIDA PARA EL BARRIDO HORIZONTAL DEL OSCILOSCOPIO

Onda sinusoidal 60 Hz..- 26 V . Con ajuste de fase.

13

2^3- ELECCIÓN DE LA FUENTE.

Para poder elegir la fuente más apropiada consideramos

los distintos tipos de reguladores en esta sección.

FORMAS DE REGULACIÓN.

De las distintas formas de regulación que se conocen;'

se pueden hacer dos grupos:

- Reguladores de lazo abierto

- Reguladores de lazo cerrado

Reguladores de laao abierto

Son reguladores que utilizan -elementos sensitivos a co-

rriente o a voltaje,. La resistencia interna de estos elemen

tos varía, manteniendo siempre en los extremos una calda de

tensión aproximadamente constante- Esta característica hace

que se los utilice como elementos reguladores de corriente o

de voltaje- Algunos de los elementos que tienen esta carac-

terística son::

- Los diodos de gas VR (Voltage regulator)

Tubos corona

- Los diodos de unión de voltaje inverso: Diodos zener.

- Los diodos de polarización directa: Sta.blstores

Varistores

- Los diodos al vacío.

Además existen elementos coa características nega

tivas de resistencia con respecto a la corrienbe o al voltaje

y son: termistores y lámparas de filamento..

u

En la figura K"a 2 se puede' observar la disposición

del corcuito utilizando uno de los elementos antes enumerados

como elemento de regulación.

En el circuito de la figura este elemento se repr_e

senta por la resistencia variable K_

ELEMENTO FIJO.DE CQÜTRQL

VOLTAJEREGULADO

FIGTJKA N

Reguladores de lazo cerrado,

La figura N& 3 representa en diagrama de bloques, la

disposición de un circuito con regulación de lazo cerrado.

En- este sistema se tiene un potencial de referencia cons-

taízte. Se tiene además una muestra de la tensión que habrá

,de .regAxlar.s.e,. . JSst.a muestra ,d,e tensión se compara al poten-

cial de referencia.. Cualquier error entre la muestra y el

potencial de referencia, llega al detector de error. Esta

tensión de error se amplifica y se lleva al elemento de con-

trol que cambia la tensión, regulada en el sentido que deba

reducir la señal de error..

A.G.

RECTI

PICADOS.

Ai2IJLrFI

CADOR.L

D2?i-;cTO?. B3SRHCH

,

TIÍJÍT

16

Los elementos comunmente usados corao unidades de

control son los transistores y las válvulas de vacío. Estos

elementos pueden disponerse de dos maneras, en serie y en pa

ralelo. En las figuras ¿t-a y ¿f-t> se puede observar la disp£

sición en serie y en paralelo respectivamente.

En la figura Na.ij.-a, si el voltaje de salida ti en

de a subir, la juntura base-emisor se polariza de tal manera

VOLTAJE

ÍTO

REGULADO

VOLTAJE

NO

REGULADO

VOLTAJE

REGULADO

(a)

VOLTAJE (b)

REGULADO

FIGURA

que disminuye la corriente de colector haciendo que el volta-

je de salida retorne a su valor inicial* Lo contrario sucede

si la tensión tiende a bajar..

En la figura 4-b, cualquier subida de voltaje de

salida aumenta la polarización de la juntura-base-eraisor au-

mentando la conducción entre colector y emisor. Esto obliga

al voltaje de salida a mantener su valor inicial. El proce-

dimiento inverso será cuando el voltaje de salida tienda a

bajar..

H. y una diferencia importante entre la disposi-

ción en. serie y en paralelo del elemento de control^ Esta

deferencia consiste en- la eficiencia que estos circuitos pr£

sentan tanto en trabajos a plena carga como en vacio»

En: la disposición en paralelo, el elemento de

control asume las Teces de carga en. ausencia de carga exter-

na.. Por consiguiente, la eficiencia de este tipo de regula-

dor es bastante baja cuando la demanda de corriente por la

carga externa no es una apreciable fracción, de la corriente

a plena carga». Entre media y plena carga, la eficiencia es

comparable con la que se obtendría con la disposición de re-

gulador en. serie, en condiciones similares..

La regulación en paralelo tiene la ventaja de dess

conectar los voltajes de operación en caso de cortocircuito

en. los terminales de salida- En cambio un cortocircuito si-

milar en la configuración en serie, lleva al elemento de con-

18 ' .

trol a. condiciones que lo destruirían, si el diseño no se hace

adecuadamente*

A continuación describiremos con algún detalle

una fuente de válvulai una de tiristores y una de transisto-

res con el fin de determinar la fuente más conveniente para

nuestra aplicación. -

FUENTE CON VÁLVULAS DE VACIO.

V ' y >_j£_J V2

1

R84- R

JR,

13

FIGTOA ÍTQ 5

19 .

En_ la figura Na 5 se puede observar un ejemplo de

fuente regalada utilizando válvulas de vacio,.' El doble trio-

do V utilizado como detector de error está dispuesto como am_

plificador en. cascada, y no como amplificador diferencial.. La

amplificación que se consigue con. esta disposición,; da una ba

Ja impedancia de salida, lo cual es muy importante cuando se

requiere un voltaje de salida bien, regulado. El voltaje de

referencia está dado por el .diodo gaseoso V, - El capacitor

C filtra el rizado de la fuente de polarización del cátodo

izquierdo de V „ El capacitor C modifica la característica

de fase del amplificador evitando de esta manera la oscila-

ción.. El doble triodo V se ha dispuesto como elemento de con,

trol,,. La señal proveniente de V., llega repartida por las re-

sistencias R y B^ a las rejillas de V~ el mismo que está dis¿ 3 ¿ —

puesto como seguidor de cátodo„

En esta fuente de poder, la grilla del amplifica-

dor de entrada está a un voltaje positivo fijo con respecto a

la linea negativa- En consecuencia3 si la linea de corriente

alterna o las condiciones de carga tienden a hacer subir el

voltaje de salida, el cátodo del amplificador de entrada se ha

ce más positivo con respecto al potencial fijo de la grilla.

Por tanto este cambio hace que la corriente de placa disminuya

em el triodo de entrada de V . Lo anterior hace que la corrien.

te de placa de la parte izquierda de V_ aumente debido a que

L

T-VM

20

se hace más positiva la grilla de éste.. Esta" corriente hace

que las gril3.es de V se polaricen de tal manera que la corrien

te por la placa de éste disminuya, retornando asi el voltaje de

salida a su Talor normal- Lo contrario sucede si la tensión

de salida tiende a baj r.

De esta manera se mantiene el voltaje de salida

aproximadamente constante..

FUENTE CON FIR1STOARES.

Se diseñó una fuente con tiristores cuyo circuito

se indica en la figura N"2 6. El circuito consta de un puente

de rectificación formado por diodos y tiristores. Los tirist£

•res controlan la amplitud de la tensión de .salida, la cual po-

drá ser mayor o menor dependiendo esto del tiempo en el cual

son disparados los tiristores en correspondencia con la ampli

tud de la tensión de 860 V .

Los transistores T-, } T y T^ proporcionan la se-

ñal para que Vx en la toma central del devanado de ¿f V. se desP "

place de cero a 8.6 V..

Los transistores T, y Ü? se saturan cuando su ten

sión. de base baja de los 4-3 V.. Al saturarse estos transisto-

res disparan los tiristores.

El instante de disparo depende de la tensión de

colector de T7 que llega al centro del devanado de 4 V como3 P

se indica en la figura NQ 6 al final de la tesis. Cuando Vx

(voltaje en el cc-nfcro del devanado de ¿j. V ) es igual a cero,

los transistores T, y 3V están siempre saturados y el puente dei

tiristores actúa como un. puente de diodos, la tensión de salida

es entonces máxima» Cuando Vx es mayor que 8-6 V, los transis-

tores T. y Tp. están sie.mpre cortados de manera que los tiristo-

res nunca se disparan y la tensión de salida será cero. Para

valores intermedios de Vx, se podrán obtener voltajes interme-

dios de salida*

En la figura IC¿ 7 se pueden observar las formas

de onda correspondientes a los puntos -A, B, C y D, tensión en

el devanado de 830 V , corrientes -en lor tiristores y tensión

de carga para salidas máxima y media, referidos al circuito de

.la figura Na 6. Los distintos rangos de voltaje de salida se

pueden escoger al disponer el potenciómetro Ií.- en paraleloo

con las resistencias R,-.., R.,?, E.,, y E-, .

Si la tensión en la salida tiende a subir, la

tensión en la base del transistor 3L disminuye haciendo aue laJL x

corriente en el emisor de este transistor también disminuya.

Esto hace que la calda en Re sea menor aumentando la tensión

base-emisor de T_3 debido a que la base de éste se halla a un

potencáal fijo dado por el diodo D,» En consecuencia3 la co-

rriente de colector de T? aumenta haciendo mayor la calda en

J?7* Por lo tanto, la tensión de base de T-, baja, aumentando

la tensión base-emisor de éste.

En consecuencia, la corriente de colector de T-

aumenta haciendo que la Cctida en B. sea mayor.. Esto hace que

::::::-:--;•:;:.::• FOBriAS D3 QUDA "PARA KL CI^GITCTO -.'OSTIA" ;?IG

-- T3SSION ~--=^~'

V sea mayor le cual, según: se puede observar en las curvas de

la figura Na. 7» atrasa el disparo en los tiristores disminuyen

do el valor de la tensión, de salida.. Lo contrario sucede cuan

do el voltaje de sali'da tiende a bajar* En consecuencia, a la

salida se tiene un valor de tensión constante..

"Las1 resistencias JR-.,-R-p y R <_ limitan la co-

rriente por los diodos respectivos cuando C6, C, y C respec-

tivamente se hallan descargados.

£31 capacitor C filtra la señal de T, que va a

la toma central del devanado de l±V. .

En el diseño de fuentes con sistema de regula-

ción- abase áe tiristores, es usual la utilización de filtros

con entrada inductiva. De esta manera los tiristores conducen

durante el medio ;;:Lclo completo. La corriente a través de los

tiristores es entonces igual a la corriente de carga. Pero en

ésta disposición el voltaje continuo en la carga es igual, apr£

rimadamente, al voltaje Vrras» en los terminales del transforma-

dor menos la caída de tensión en el puente de rectificación y

el filtro*. Lo cual supone que para nuestro caso que deseamos

obtener en la carga 800 V, sean necesarios aproximadamente 830

Vrm.-s en los terminales del transformador (supuesta una caída

de 30 V en rectificador y filtro).. Esto supondría un V de:

V =. \£Tvrms.. = V57830 = 1,180 VP P

Por lo tanto, se necesitarían tiristores de aproxi

madamente l..¿fOO V para el puente de rectificación del circuí,

to de la figura ífa 6. Tiristores para tensiones superiores

a los 1..000 V son difíciles de adquirir,, o se los consigue a

precios relativamente alt-os^

Por estas razones se escogió el filtro con entra

da capacitiva en el cu'al el voltaje pico del secundario del

transformador es aproximadamente igual al vo.lta.je de carga

más la caída en el secundario del transformador} rectificad£

res y filtro*

Para los rangos de voltajes requeridos en el pr_e

senrte trabajo, la fuente de tiristores tueno ciertos inconve_

nientes entre los ous se pueden, anotar:

- Para tensiones altas, un capacitor que dé un factor de ri-

sado "bajo tiene dimensiones muy grandes,. Esto origina un

gran peligro por la energía acumulada. Esta energía al de

cargarse en un cortocircuito,, sería similar a una máquina

de soldar.

- Refiriéndonos al circuito de la figura I?*1 6, éste no tiene

protecciones en caso de cortocircuito o sobrecargas*

Se podrá diseñar una excelente fuente de tensión

de alta potencia poniendo a la salida un transistor en serie

cuya función sea reducir el rizado y proteger a la carga du-

rante un cortocircuito.

FUENTE CON TRANSISTORES.

El circuito de la figura $& 8 al final de la te-

sis, muestra la fuente transistorizada que se diseñó. Las

fuentes de resonador y reflector son parecidas, de manera que

analizaremos solamente el funcionamiento de la parte correspon

diente a la fuente de resonador,.

Una muestra de tensión de .salida es llevada a la

base del transistor T,_. Este transistor'junto con el trarLsis_

tor T., forman un amplificador diferencial que compara el error

de voltaje entre la señal que llega a la base del transistor T,-

^y un, voltaje fijo dado por el diodo zener B^

El error determina una variación de corriente de

colector en T. ., Ssto hace que la base del transistor T^ baje4 3

o suba su valor de tensión debido a la mayor o menor calda en

la resistencia jRin», De esta manera el error llega a la base

del transistor T_, en el cual es amplificado. El ejrror ampli-

ficado en T3j pasa al transistor T2 en el cual es también am-

plificado llegando finalmente a la base del transistor de con

trol *£-, + Este transistor es el que finalmente determina la c£

rriente de colector que permita retornar al valor inicial de

voltaje de salida-

Si la tensión- de carga tiende a subir, la tensión

en la base de T^ disminuye haciendo que su corriente de colec_

tor disminuya- Esto determina que la caída en í?1-, sea menor,

aumentando la tensión base-emisor de T. el mismo, que tiene- unq. ,-' ^~//' •••%

potencial fijo en la base dado por el diodo D¿. \5 /

26

En consecuencia,, la corriente de colector de es-

te transistor aumenta haciendo que la calda por fi, ~ sea mayor.

Por tanto,, la tensión en la base de T^ baja, lo cual aumenta^

su corriente de cole'ctor haciendo más positiva la base de Tp.

Esto hace que la corriente por E, aumente bajando el potencial

base-emisor de T-, .. Consecuentemente la corriente de colector

de T-. disminuye bajando la tensión de carga aproximadamente a

su valor inicial,. Lo contrario sucede cuando la t elisión ti en

de a bajar..

La resistencia K^ sirve de elemento señalizador

para el circuito de protección. En caso de aumento de corríen

te, la calda en la resistencia será mayor* Si la caída en Rj-

aumenta a un valor aproximado de 1,.5 V, el transistor T sale

de su estado de corte y empieza a conducir. Esto hace que el

potencial en la base de I' baje a un valor de tensión que limi5>

te la corriente de colector en 2L y, en consecuencia, la co-

rriente de carga*

En el caso de que el tiempo de sobrecorríente por

R_ sea mayor de aproximadamente O.-3 segundos, la corriente por

el capacitor C, hará que éste se descargue, (La tensión de C.

en condiciones que no hay sobrecorriente será de 12 V. ya que

con T en. corte C se cargará a la tensión de la fuente de 12 V).

En el tiempo referido anteriormente de sobrecorriente, C. se des

carga a un valor en que Tn conduce y por tanto dispara el SCR-\o hace que la base de T., baje a un valor que hace que T- se

27

corte- Para volver el circuito a su estado original en. que el

SOR , está apagado, se deberá cerrar S, con. el fin de que la

corriente por el tiristor llegue a cero.* En esas condiciones

el circuito retornará a su estado normal el momento de abrir S_.

El diodo de germanio Ge protege al transistor TI

de posibles cortocircuitos en el momento de encendido y apaga.

do de la fuente. En circunstancias de encendido de la fuente,

hasta que el capacitor C^ de la fuente de polarización se car-

gue,- el circuito de protección, no actúa» Por lo tanto, un cor

tocircuito en esas circunstancias podría destruir el transis-

tor T-, „ El diodo de germanio mantiene a la base de T., a un

potencial menor que el de juntura base-emisor (por ser un tran

• sistor de silicio y además porque el momento de encendido y apa

Los diodos que forman el puente de rectificación

tienen, una tensión nominal de 1*200 T» Para proteger la fuen-

te de transientes de lineas se ha diseñado los rectificadores

coa el doble de la tensión nominal. Por este motivo el puente

de rectificación de resonador se ha dispuesto coa dos diodos

en serie en cada brazo»

El error en el circuito de control es detectado por

el amplificador diferencial formado por los transistores T, y

TJ-. Esta disposición permite detectar únicamente errores que

lleguen a la base de T^» La variación del punto de operación

de cada transistor por la temperatura, se compensa entre los

28

dos transistores que forman el amplificador diferencial» De

esta manera IP.S únicas variaciones por temperatura estarán

dadas por la ariación característica del zener que se uti-o

lizó siendo esta de 0,01% C.,

Se na dispuesto de salidas para medidores exte-

riores cuando se requiera mayor precisión que la proporcio-

nada por los medidores que. se incluyen en la fuente.

En la figura Ka 8 se incluye además el circuito

de "barrido el mismo que es una tensión sinusoidal que se to-

ma del devanado de J>2. V . Este devanado tiene aislamiento elecP ~"

trostático con loa otros devanados. Esta señal se suma a la

del reflec.tor al cerrar S La amplitud de la señal de barrí-? _

do se puede variar entre cero y 32 V mediairte el potenciómep —

tro R,--,.,5

El capacitor C-, p j_ el potenciómetro R^-o sirven pa

ra compensar el desfasaje entre las seríales que llegan, a ver-

tical y horizontal del osciloscopio.

ELECCIÓN' DEL TIPO DE FUENTE.

Hemos considerado tres alternativas para diseñar

una fuente regulada. Analicemos las ventajas y desventajas

de cada alternativa^ para nuestro propósito»

REGULACIÓN VENTAJAS DESVENTAJAS

- Válvulas de a) poco rizado a) mal rendimiento por

vacio.. b) Menos delicados disipación de calor,

a sobretensiones.

30

2.¿f* DISSÑO DE LA FUENTE.

- TRANSFÓRMAME.

La potencia total requerida es:

- Fuente d'e resonador 800 V- 100 mA^ 80 vatios

- Fuente de reflector ¿j.00 V- 60 nüU. 2¿f vatios

- Fuente de filamento 6,3 V-1,,2 A 7-5 vatios

ü?otal' de potencia requeridajll.5 vatios

lío se ha considerado la potencia requerida por las

fuentes de polarización y la de barrido por ser pequeña con: re_

lación a las que se han anotado*

La sección del núcleo viene dada por la fórmula:

S = 1.5 V Pa~ = cm2 (1)

Fórmula para transformadores muy pequeños inferio-

res a 1 KVA.1

Pa» se toma como la potencia requerida más un 15$

de perdidas en el transformador.. Este porcentaje se asume co-

munmente para transformadores pequeños y es un valor determina

do experitnentalmente.

En consecuencia;

Pa, == 130 vatios-

P.eemplaaando en (1) se tiene:

s = 1.5 V 130 = 16 cm. = 2.5 pulgadas cuadradas.

F.. L* Singer^ Transformadores^ Mar combo, S»A.Barcelona, 19553 P-

En un. transformador se tiene que

=dt dt

Sn unidades MKS.. .

En donde:

V = voltaje inducido

K. = número de espiras del devanado

& = fluj'o magnético en las 'espiras

B = inducción magnética

S = superficie de las espiras

De la ecuación. (2) se deduce la ecuación del

transformador :

N v 108 ,--,>V ¿f.¿f¿f f B max.. S

En la q_ue:

rr = número de vueltas por loltio,, (rms).

f =• frecuencia en ciclos por segundo..

Bmax- = flujo pico en el núcleo del transforma-

dor en Gauss/cm. .

2S .= superficie de las espiras en cm .,

Aplicando la fórmula (3) se tiene:

wr -27 c ^7 c^ = — = 24^~ = 2.35 vueltas/voltioV o J-D

Las láminas para el transformador se obtuvieron

de un transformador que se hallaba con daños en devanado. La

32

2sección-del hierro asi obtenido es de ¿f7 cm , el mismo que se

utilizó en su totalidad.. Esto es debido a que necesitamos al

gunos devanados en secundario lo cual no va a caber en. la ven

tana del transformador. Al utilizar todo el hierro, va a dis_

minuir el número de vueltas por voltio haciendo menor el esp_e

sor del enrollado*

Por lo tanto :

0<8 Celtas/Voltio

- Diámetro del alambre,- Según las especificaciones de la fuen

te detalladas en la sección II. 2. de esta tesis y la tabla Fa 3j

se puede determinar el número de alambre a utilizarse en. el de_

vanado del transformador.. Pero debido a que en el laboratorio

se disponía de alambre no precisamente el dado por las tablas

pero aproximado, se lo decidió utilizar. Los datos del alam-

bre utilizado se detallan, en la tabla N . ¿f-

- Cálculo del voltaje pico en los terminales del transforma-

dor,

Se utilizó el gráfico de la figura N& 9 el mismo que se to-

mó de la seccióu: 15 del libro ELECÍfíONIC DESIGNERS'HAtfDBOOK,

de Robert W. Lardee, Donovan C. Davis y Albert P.. Albrecht.

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Fio. 15.9. R.elatíon of appltcd alternatíng pcak voltage to dircct output voltane in i'icapaciíor-ínput círcuits. (From O. //. Schade, Proc. IRÉ, July, 1943, p, S44-)

15-10

FIGURA N

En; el gráfico anterior Edc/Eacp, viene dado en

función de Hs/R-, y de v/GÍ? .

En donde:

Edc = voltaje a la salida del filtro.

Eacp = voltaje pico en el secundario del trans-

formador.

35

Rs = resistencia del secundario del transforma-

dor y diodos de rectificación en ohms..

Rr = resistencia de carga en. ohms,.•-i

C z= capacitor del filtro en Farad,

w - frecuencia.

En nuestro caso Edc será la tensión requerida a

la salida ínás la caída en el transistor de control T-. o Tq

mas la caída en la resistencia R3 o K Q según el caso. Para

el rango de 800 V de resonador se tiene:

Voltaje de' salida ' 800 V

Voltaje colector-emisor en T-. . 20 V

Caída era .R_a .100 mA. (corriente

nominal) 10 V

Kdc a la salida del filtro ' 830 V (5)

RT puede hallarse con Edc y la corriente nominal»J_j_ Edc 830 V n ^ T,,,. 'EL = TT = looil = 8o Konm'

Es puede hallarse en forma aproximada mediante

el siguiente procedimiento:

Asumimos Eacp = 900 V

Luego Eac (rms) = " j " = 6¿fO Vrms.

Lo cual daría un número de vueltas de 6¿f0.058 = 520

vueltas.

El núcleo tiene un perímetro de: 11 7/8 pulgadas ,

aproximadamente un pie» Luego las 520 vueltas sumarían apro-

36 ' .

rimadamente, 520 pies de alambre necesario para, este secunda-

rio.

Siendo el número 28 el alambre utilizado, podemos

hallar la. resistencia del secundario*

En la tabla 1Ñ[Q 5 hallamos para este diámetro el

valor de 15.'-fl pies/ohin- Con lo cual la resistencia corres-

pondiente a los 520 pies seria de;

-o 520 pies ( ,R =r -, c , .,—f-—7— = 3.2» 5 ohmv (?)15* 1- pxes/ohm -

/Considerando despreciables las resistencias en

los diodos del puente de rectificación se tiene:

Rs = 33*5 ohm (8)

'•"•En -consecuencia1:

Rs _ 33*5873 Kohm

wCRL =. 263 (10)

Para: w = 377 rad/seg.

C = 87 uF (valor obtenido al disponer en serie

dos capacitores de 175 u.F-500 V por no

disponerse de capacitores de más de

500 v.)

RL = 8.3 Kohnu

Con los valores de (9) y (10), en la figura Na 9>

hallamos el valor de: • . .

Edc = 0.97

37

De donde:

Edcp = Edc . _ 8 30 V _ o,0 „0.97 " 0.97 ~ p (11)

Los 8.60 V corresponden a un valor en Vrms der

860 V2 p = 610

De la misma manera se ha procedido para los otros

rangos con lo que se ha formado la tabla Nft 4- Sn esta tabla

además se ha puesto el número de vueltas hallado mediante la

relación (4). Además se adjunta el número de alambre que se

utilizó en los distintos devanados»

FÜEN.TE

Resonador-

Reflector

VOLTAJES(Vrms)

610.380228

305191

NO- DE VUELTAS i

49030-5184

244153

ía DE A

282828

2828

Polarizaciónde circuidos decontrol 18 .-4

Barrido para elklystron 18-5Filamento 6-3

PRIMARIO 117

14-6

155

93

20

2020

18

TABLA L

38

TABWEJ 14.3. SOLTD-COPPEK AVi'G OH BitS GA.GB

GacgDO.

0000000000

123

45

5• 7

89

10

1112131415

1617181920

2122232425

26-. 27

232930

3132332435

36373S3940

•U424344

Diamctcr, mus

Bare

460.0409.6384. S324 °

2S9.3257.6229.4204.3131.9

16° n144.3123.5114.4101.9

90.74SO. 3171.9064.0357.07

M.S2

-45.2640.3035,8931.96

23.4625.3522.5720.1017.90

15.9414.2012.6411.2610.03

3.9287.9507. OSO6.3055.615

5.0004.4533.9653.5313.145

2. £002.4912.2211.973

Singleeaame

I

130.6116.5103.9

92.732.773. S55.953. S

52.4-4C.941.S37.433.4

29.926.623. S21.319.0

16.915.213.512.210.S

9.73.S7.86.96.1

5.54.94.43.33.4

3.12.32.452.15

Doubleaame

132.4113.2105.6

94.3S4.275.367.360.2

53.943.343.23S.734. C

31.027.724.922.420.1

13.016.014.412.911.6

10,39.4S.37.46.7

6.05.44.34.23.S

3.4..........

Cross acctíon

Circularmi5*

311,600.0167,300.0133,100.0105,500.0

83,690.065, 370.052,640.041,740.033,100.0

20,250.0,20,320.0'l8, 510.013,090.010,350.0

' S. 234.03,530.05,173.04,107.03,257.0

2,533.02i045.01,624.01,283.01,022.0

S10.1642.4509.5404.0320.4

254.1201.5159.3125.7

. 100.5

79.7063.2150.1339.7531.52

25.00•19.33

15.7212.479.SS3

7.S426.2194.9323.911

Squararoches

0.16620.13IS0.10450.032S9

0.065730.052130.04134.0.032730.02600

0.020620, 016350.012970.0102S0.003155

0.0054670.005129O.OO-EUo?0,0032250.002553

0.00202S0.0016090.0312750.0010120.0003023

0.00063530.000504oO.C-004002O.C0031730.0002517

0.00019960.00015S30.00012550.00009953O.OOOG7S94

0. 00004260O.CüCQttóJ0.0X1039370.000031220.00002476

0.00031954O.OC001557O.C00012350.000009793O.OOOC07760

0.000003150O.OOOOQ4SS40.000003S730.0000-03072

Ohina/ 1,000ft at 20'0

(6SaF) .

0.049010.061300.07793O.Ü9S2"

0.12390.15630.19700.24S50.3133

0.39510.4932O.G2S20.79210.99S9

1.2601.5SB2.0032.5253.134

4.016••-5.0546.3S53.051

10.15

12.SO18.1420.3025.6732.37

40.S151.4764.90S1.S3

103.2

130.1164.1206.9260.9329.0

414. S523.1659.6S31.S

1049.0

1323.01C6S.O2103.02052.0

Pon 2s'1,000 ft

640.5507.9402.3 • -319.5

253. J

Feet/po^jd

1.5611.9632.4523.130

¡ ' £ <U7

200.9 4.977159.3126.4100 '.2

79.4663.0249. =S39.6331.43

24.9219.77¡5.C312.439.S53

7.S1S.5.2004.9173.3993.092

2.4521.9451.5421.223G.969C

0.76920.61000.4S370.3S350.3042

0.24U0.19130.15170.12030.09542

0.0755SO.OÓCOi

O.OJ7390.037740.02993

0.023740.01S52

6.2767.9149.9SO

12.5315.S7.20.0125. US31. £2

40. 1»50. J 5963.30S0.44

101 4

12/.9161. S-Qo,4255.5323.4

407,8514.264S.4S17.7

1,031.0

l.JOO.O'1,638.02,OS".D2.607.03,237.0

4.14.S.O5.22V.O6,591.03,310.0

10,420.0

13,210.016,650.02 1,0 10. C25,500.033.410.0

•12,130.053,1'Ju.O

0.01*93 66, 930. C0.01134 ' ai, 470. Gi

leet/ohaat 20'CC6S'F)

20,4CO.O16. ISO. 012,530.010,1£0.0

3,070.06,400.65,075.04,025.03,192.0

2.531.02,007,01.592.01.252.01,031.0

7IH.O.699.6199.3396.0314.0

249.0197.5155.6124.293.¿0

73.1161.9549.13

• 33.9530.90

24.5019.4315.4!12.229.591

7.6356.0954.SM3.S333.010

2.4111.9Wl.Slí1.20-0.95"!

0.75M

0.5'/-'5Q.\l&0.3Í71

•

TABLA

39 '

- FILTROS Y RECTIFICACIÓN.

Resonador,

Para el capacitor se conoce que:

I dt.- r~ T _jA. t

~~ dv A v

Para lo que se tienen los siguientes datos:

Corriente media 100 mÁ_

QÜenrpo de descarga -A t =.-—•—= —T TTT?— = 10 seg..¿X J.UU ri3 ,

para onda,completa,

Rizado deseado A v = 20 T.

Reemplazando valores en (12) se tlenü:

C = 50 ui\

Como se explicó . _en. ,Za .sacci.ótL ,an,teri.or Ael .trans-

formador , los valores disponibles fueron para voltajes máximos

de 500 V. Por lo cual se utilizaron dos capacitores de 500 V

en serie5 los mismos que tenían un v?.lcr de 375 uF.

La disposición, anterior da un equivalente de:

C = 87 uF - 1.000 V,

La resistencia en. derivación para una constante de

tiempo de descarga de 10 segundos, serla de:

•f- — "Í3P • "D _ —,t _ *ü . R _ c

Reemplazando valores se tiene que:

R = 118 Kohm,

La potencia que deberá disipar será:

P _ Yf _ (860 V)2 _ , c

R " 118 Kohm " bt'^

Los valores disponibles más aproximados fueron re

sisterrcias de 150 Kohm de 5 vatios, los mismos que se utiliza

ron. en serie con cada capacitor de 175 uIV

Los diodo.s para el puente de rectificación se es-

cogen en base a las características de corriente pico eme de-

ben soportar.. JPara -alio -e.e -utilizó "el -gráfico de la figura

M* 10, Este gráfico está hecho para válvulas de vacío, pero

se utilizó como referencia para hallar los valores de corríen

te de pico en diodos de juntura..

IKX3

!/2 rCR VGLTAGZ-DOUSUttG ClKCUtTS

FIG. 15.11. Tíclaííon of pcak, average, nnd root-mean-square diode current ín capacitor-ínput circuiís. (From O. tt. Scftnde, Proc. IRÉ, Jvly, 1343, -p. 846.}

10

41

Para la utilización, del gráfico son necesarios

los valores de Rs y nwCBL. Haciendo n = 2 r>or tratarse dea£Lj_i - • -

rectificación de onda completa, y con los valores de (9) y

(10), se llega a:

£s_ = 0.00195

zwBCT =j-j

Con los valores se halla en el gráfico;

' (13)I IP P

donde:

T 100 ffiA rv rtr- A / " T • j • J J. J • 1j _.. —_ ._. o,0 A (.valar medio ae corrien't'e por diodo por

ser rectificación con puente).

Entonces:

I = O..Q5.-.16 = 0,8 A. Corriente de pico por diodo. (14)

En base al valor de (14) se utilizó los diodos

MR510 cuyas características son;

Voltaje pico repetitivo = 1000 V

Corriente pico repet. = 3 -A-,

Con el fin de prevenir transientes de linea que pu

dieran afectar el puente, especialmente producidos por descar-

gas atmosféricas, se dispusieron dos diodos en serie por cada

brazo del puente, para que se soporten tensiones mayores que

el doble de voltaje nominal..

Reflector*- Se procedió de igual manera que para

el resonador.. Por ser la tensión, máxima inferior a 500 V. se

utilizó un sólo capacitor para el filtro al igual que un solo

diodo en cada brazo del puente de rectificación..

Fuentes de "polarización para los circuitos de con-

'tro'l-- La rectificación y el filtro para estas fuentes se cal-

cularon de la misma manera que para las fuentes de resonador y

reflector_

La regulación de estas fuentes se obtuvo utilizan-

do el sener IN j-7 2 cuyas características son:

Voltaje = 12 V

Corriente = 21 mA.

fíe eligió una corriente de trabajo para el diodo

zener, de 5 raA. Para tensión de linea de 117 Vrms, se tiene

en Cq 18 V, En consecuencia el valor de R,_n será:

^ 18 V- 12 V , - ., , /1C,E5o = —r I— " 1"e Koto (15)

El transistor T-.Q se utiliza con el fin de que las

•variaciones de corriente en el zener sean menores que las de

carga por estar en la base del transistor. De esta manera se

obtiene una mejor regulación*

El capacitor C^ sirve para filtrar el ruido., co-

munmente producido por los diodos zener* Para ello se ha de-

terminado experimentalmente el valor de 100 uF^

CIRCUITO DE CONTEOL.

12 Y

AL ?

eme HIT oDEPROTECCIÓN

S 3JR7'-i^

R8 -=>•

-1.

*" R ^

K m m

^ * , :

ALRESONAD.

ÍTGTOA Na 11

La figura íía 11 indica la parte correspondiente

al circuito de control. El diodo D,- se ha elegido de 6-¿f V

el mismo que es un diodo zener de "bajo coeficiente de tempe-

ratura. En, consecuencia, la base de t, deberá estar aproxi-

madamente a 5»6 V»

La corriente de colector de T, y T se ha escogí,

do en un valor de 2 mAfc En consecuencia, por R.,-. se tendrá

una corriente aproximada de l\. mA. Puesto que la base de T,

está a 5^6 7. en vista de que este transistor es un 3STPN", el

emisor de T. deberá estar aproximadamente a ¿f 9 V si éste es

de silicio..

Por tanto, el valor de la resistencia H^-, será

der

El colector de T. se ha dispuesto a un potencial

de 8-8 V por el cual la resistencia R-,.n deberá .tener un. valor

de::

-r, (12 ~ 8 - - , r v . u

Eio = — T A - r1^6 KohmLa base de T deberá tener el mismo potencial de

-colector de T. . Luego el emisor de 2 deberá tener un poten4 J> "~

cial de aproximadamente 0,7 V mayor que la base, esto es 9*5 V.

Si la corriente de colector de este transistor se elige en 2 Ma,

La resistencia !V tendrá un valor dero

Kohm'

La base de I1- se ha puesto a un. valor de voltaje

de 0..8 V con el fin. de que una pequeña señal pueda llevarle a

corte o a saturación según el caso. En consecuencia, la re-

sistencia R tendrá un valor de:

. En. virtud de que la ganancia de los transistores

de potencia en general es muy baja, se aumentó la corriente

de colector de T por estar este punto conectado a la "base de

T_ que es un transistor de potencia- Por esta razón esta co-

rriente se asuuiS de 7 ^A- El voltaje de colector de Tp se

asumió en un¡. valor aproximado de 1.7 V. Por consiguiente R,

tendrá un valor de:

r, (12 - I..?) V i c tr u s™\- := ¿ v = 1,5 Kohm. (20)¿f / SLA..

Ganancia y estabilidad.- La ganancia de realimen

tación depende de la corriente de carga» Sin carga se puede

hallar la ganancia en orden de magnitud suponiendo una varia-

ción en la tensión de salida.

Para el efecto de hacer el cálculo se supondrá ni

potéticamente que la salida varia en 1 V y se calculará la G£

rrección.

De las características para los transistores uti-

lizados se tienen; los siguientes datos:

p''= 100 para los transistores de control

í>2= 20 para el transistor de potencia.

Además, se asume que:

Tensión de salida = 300 V.

En la figura ÍTQ 12 A V^ corresponde a la varia-

ción; proporcional en la base de IV cuando la tensión de sa-

lida varia en IV. el mismo que será aproximadamente de 0.03 V»

"A* OTa I V =

93 ei cK c^Toxrsno9S-uoo ug;

^AY7-

iíi

A 21

91?

v

12 Y

01

•ÍTGUJRA ffa 13 .

S'egúrt la figura H2 13 se tendrá:

.. , -r Á V2 225 mVKohm = 190 uA.

A

Ig = (31 A Ic = 190 uA.. 100 =: 29 mA,

I? = p3 A Ig = 20.19 mA = 380 mA.

Ea consecuencia, una variación en. el voltaje de

salida de 1 voltio ha provocado una variación de corriente de

colector de 380 mA» En. el caso del resonador para el rango

de 300 voltios esto supondría una variación de voltaje de:

A v¿ = A i? EI?

' = 380 mA, 68 Kohm. = 26.000 V,

_^ _Vf _ 26.000 V -~¿- nnn ,-, xGanan en vacio = —— :r — = — - — rr - = 26.000 (21.)A V0 1 V

Para la ganancia en vacio se ha considerado des-

preciables las caídas en las resistencias R-i , j S-, ,- y H-i¿-«

Con 100 mA^ de carga la variación, del T ltaje se-

rá de:

A vf = i AI7 = ira •' 38° mA- = ° v-La ganancia con 100 mA de carga será de:

Cálculo de la frecuencia de corte.- A "bajas fre-

cuencias la realimentación es negativa.- A frecuencias del or

den: de las frecuencias de corte de los transistores 3 la reali

mentación puede hacerse positiva en cuyo caso el circuito os-

cilarla.

La frecuencia de corte del circuito de control es_

tara dada básicamente por el capacitor C-, y la corriente en la

resistencia £ -

'3 T

(a)

JTGURA í 14

En la figura l¿f-b observamos el circuito equiva-

lente de la parte l/f~"b.. El voltaje en la resistencia R-,« esj-(j —

taria dada por:

fi. 1Jv/C

JwC

La ganancia del circuito en función de la frecuen

50 '

cia estará determinada por el módulo del denominador de la

ecuación: anterior*.

En consecuencia, tomando la ganancia en vacio ha-

llada en (20) se tendría:

v m n n 26.000Para tf = O G =

' V i*-w S C

2 2 2Para G — 1 se tendrá que w R C

-, 4- 4. -, 2 .000Por lo tanto: 1 =

Com los valores de:

B = E = 1,5 Kohm.

C =. C_ =

,

Por lo tanto, el circuito no oscilaría si las

frecuencias de corte de los transistores es considerableiaen

te mayor que ¿f>3

.CIRCUITO DE PROTECCIÓN.

AL COLECTOR BE T. A LA1B*SE

R_ AL RESONADOR9

A ÍL

R,H

12 Y

24

AL RESONADOR

.FIGURA ira 15

La figura N£ 15 muestra la disposición del circuito

de protección. El transistor T¿- tiene su base aproximadamen

te a unos 155 V. con respecto a tierra, debido a los diodos

D^ y Dn y la Juntura "base-emisor de este transistor (se ha to-D /

mado en forma experimental el valor de 0,5 V".. por diodo). Por tanto

este transistor empezará a conducir cuanáo la corriente por

R- dé una caída en esta resistencia de 1,.5 V» Si nosotros

deseamos limitar esa corriente a 1/fO mA^? la resistencia R^

deberá tener un valor de:

-n V 1,$ V _ - , "Rc = =• = T-f T- = 10 onm.5 I 140 fflA.-

La base de T estará a un potencial aproximado

de 1 V.. por el diodo D^ y la juntura base-emisor de este

transistor» Escojemos como suficiente la corriente de 7 uA»

cuando la sobrecorriente de 1/fO mA.. se mantiene en R-» Para

esas condiciones el valor de R _ 'será de:

,, (1,3-D V.B21 I= - 7 UA.

-El transistor 5n .xa ...a ,con.ducó,r, cuando la tensión

en su base sea menor que la caída en R , más los 0_,f> V» de la

juntura base-emisor de este transistor. La tensión de caída

en E „ se puede hacer aproximadamente de 3 V. escogiendo el.

valor de esta resistencia como la cuarta parte de la suma en

tre R. y R-, .. - Sa realidad se obtiene:¿-j ¿H-

T V 12 V. « ,« ." W 2Í = 37 ohm = °'32 mA*

La. calda en la resistencia Rp-~ será:

V = IR + 0,-32 mA» 10 ohm = 3.2 V.

Pin. consecuencia, en la base de TQ deberá haber un

potencial de 332W más 0,5 V inferior a la V,., esto es a 833V,

para que este transistor conduzca y dispare el SCR,,

Cuando el circuito de protección se halla en es-

tado normal, el capacitor C va a estar a 12 W Esto es de-

"bido a que T9 está en corte y por tanto únicamente habrá cir

culación de corriente por £ppS c¿^ y £„ 3 hasta que C¿ se car_

gue al potencial de 12 V,. En. consecuencia, la "base de TQ se

hallará también a 12 V. Para que este punto baj'e a 8S1 VV y

se dispare el tiristor, será necesario que la corriente de

0,7 uA» que circulará casi en su totalidad por C , lo haga

durante un. tiempo determinado para que el terminal que está a

12 V. descienda a 833^~« Si este .tiempo se escoge como 0,3

el valor de C, estará dado por:

Para I = ?uA.

At = 0,3 seg.

A v = (12 - 8,3) ^ = 3,7 V,

C^ r, 0,57 UF.

Se ha elegido un valor de 0,¿j-7 puF. por no encon-

trarse el valor calculado anteriormente.

Con los valores hallados para el circuito de pro-

tección el transistor T_ del circuito de la figura N£ 8 llega

a corte cuando la corriente de carga se mantenga en l¿fO mA, por

un tiempo superior a los 0,3 segundos» La curva teórica de so-

brecorriente será como se dibuja en la figura N& 16 *

I(mA)

140 -

0.2

2 16

Puede calcularse en forma aproximada el tiempo de

subida de la corriente para alcanzar los 140 mA. En. efecto,

si consideramos la corriente de trabajo a la cual se aplica

un cortocircuito, de ZfO mA,. con valores de p de 20 para T-, y

de 100 para T y TT, se tendría:.

Variación.'de corriente de colector en T.. = 100 mA,

Variación de corriente en la base de T-, = 3 niA-

55

Esto corresponde a una variación, en la "base de Tp,

5 —2.de nñ m- ~ 5-10 mA» Lo cual representa una variación igual en

la corrierte de emisor de T7. Luego en E,- existirá un v = •••-. nn*

,1.2 Kohm = 6-.10~2V, . (23)

La variación de corriente en la base de T-, será

, 5.10"2mA.cl,e — •rcPara C, conocemos la relación:

4 v

En la cual reemplazando los valores de (23) y

y para el valor de C = C = ¿fuF,

So tiener At = 0 48 mseg» que corresponde al tiem-

po que el circuito tarda en alcanzar el valor de corriente li-

mite de l¿fO raA*

PROTECCIÓN" ADICIONAL,

A más del circuito de protección, se impone la nec_e

sidad de circuitos adicionales de protección los cuales son:

- Diodos de Germán! o..- Cuya importancia se destacó en la des-

cripción del circuito de transistores en la sección 11,3 (le es_

ta tesis-

- Las resistencias Ez y Eon,- Estas resistencias tienen mucha

importancia para el propósito de utilización de la fuente pa-

ra la polarización de los tipos de klystron de media potencia

como el tipo Philips YK-1070 cuyas características se hallan

en. la tabla IÍQ 1. Para estos casos la fuente deberá trabajar

56

en. los rangos más altos y para el anillo correspondiente a

fuentes y transistores de control tendremos el circuito de

la figura N& 17 -

'5-

T cátodo/

Er

•• V resonador,

1.300 y

~T*V reflector

& 17

Un cortocircuito a la salida pasaría a través de

C5 y en T9 un voltaje de 1.200 V de colector a emisor origi-

naria la avalancha en la peor de las condiciones en que T es

57

tuviera .saturado .- Los 100 voltios restantes caerían en la

resistencia RpQ limitando la corriente de avalancha en TQ.

Esta corriente seria limitada por . T-, a l¿fO mA durante 0.3 se-

gundos después de lo cual se corta T-, y la corriente se redu-

ce a cero-

Capitulo Tercero

Diseño Mecánico

59

Vista Frontal

60

Vista Inferior

61

Vista Superior

62

Vista Posterior

63

Vista lateral izquierda

Vista lateral derecha

12V

TARJETA DE CONTROL .DEL RESONADOR

-f !2V

TARJETA DE -CONTROL DEL REFLECTOR

Distribución de elementos en el circuito de control

Capitulo Cuarto

Hedidas Experimentales

67

4.1* MEDIDAS PE AISLACIONV . '

•Debido a que el equipo tiene que trabajar a ^

jes relativamente altos,. fue necesario probar el aislamiento

de los distintos elementos utilizados en la fuente.. El pro-

cedimiento seguido fue el siguiente:

Se utilizó una fuente de alta tensión y con un ter

rainal. de ésta al chasis del equipo, se conectaron los distin-

tos puntos que llevarán alta tensión en el equipo a través de

una resistencia de 100 Kohra como se indica en la figura ÍTa 18

2.000

100 Kohm,

ELEMENTO DE

PRUEBA

FIGURA 18

68

Er> esta forma se probaron los distintos controles

y elementos con una tensión de 2.000 V.. Las partes del circui

to del reflector que soportarán el mayor voltaje se probaron

con 3.500 V..

¿f..2-.. PRUEBA DE LOS CIRCUITOS PE CONTROL»

' En la figura >ÍQ 19 se hallan los voltajes medidos

en el circuito de control.

12 Y

Q.%

FIGURA lia 19

69

4.3- PRUEBA DE CORTOCIRCUITOS.

Las pruebas de cortocircuitos se realizaron en

las dos fuentes * Se comprobó que el momento de aplicar el

cortocircuito, la tensión, de salida bajaba a. cero y la co-

rriente aumentaba hasta un. valor de l/tO" mA en; la fuente de

resonador y a 90 mA en la fuente de reflector.

Si la duración del cortocircuito es inferior a

aproximadamente 0*3 seg. la fuente retorna a su estado nor-

mal en cuanto termina la condición de cortocircuito. Esto

se comprobó tocando con un conductor los dos terminales de

la fuente, en forma rápida. En esta forma se comprueba el

funcionamiento de los transistores 3V y T./( para las fuentes

de resonador y reflector, respectivamente„

Si el cortocircuito se mantiene por un tiempo ma-

yor que 0<,3 seg. (tiempo estimado) la fuente no retorna a su

estado normal. De esta manera se prueba que se ha disparado

el tiristor SCH en la fuente de resonador y el SCRp en la

fuente de reflector.-

70

¿f,¿f, BANGOS DE TENSIÓN Y RIZADO.

RESONADOR

POSICIONES DE RANGOS DE VOLTAJELA REGLETA . MÁXIMO MÍNIMO

(V). (V)

Rojo:2¿f y 1

23 y 2

22 y 3

REFLECTOR

RANGO DE RIZADO DE PUNTAAJUSTE PINO A PUNTA

(V) CON CARGA SIN CARO,NOMINAL

(mV) (mV)

270

500

760

125

235

380

12

¿fO

60

20

20

20

20

20

20

Azul:

26 y k

25 y 5 345

52

135

10

25

20

20

20

20

TABLA NO 6

En la tabla Nü 6 se hallan las mediciones de los

rangos de tensión, y rizado^

Las posiciones de la regleta corresponden a la figu-

ra N£ 20 al final de la tesis.

En la figura N° 21 se pueden observar las caracteris

ticas de regulación medidas en las fuentes de resonador y reflec

tor»

¿f.5- PRUEBAS DE BARRIDO.

Las pruebas de barrido se realizaron en el Labórate)

rio de Microondas utilizando el klystron tipo 2K25 Philips, cu-

yas características se hallan en la tabla Na l.

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72

La disposición del circuito para esta prueba se

.halla eii forma esquemática en la figura tt& 22.

OSCILOSCOPIO

FIGURA W* 22

73

En las páginas siguientes se hallan la fotogra-

fías correspondientes a la realización de estas pruebas.

En la lámina Kfl 1 se puede observar la disposi-

ción: del equipo para la realización, de estas pruebas.

En la lámina Na 2. se observa en el oscilos.copio

la parte correspondiente a un modo de oscilación del klystron.

Este modo se obtuvo con una polarización de reflector de 140-V.

Se observa además en la .parte central la curva de resonancia

de la cavidad del frecuencímetro. De esta manera se calibra

en frecuencia el eje horizontal de la curva en el oscilosco-

pio.. El frecuencímetro está ajustado a una frecuencia de

9.608 -MHz.

En la lámina HQ 5 se puede observar únicamente la

parte central de la curva que corresponde a la respuesta de

frecuencia de la cavidad del frecuencímetro. Esto se consi-

gue ampliando la parte que se halla en el recuadro de la lá-

mina Na 2^

Lámina iTa 1,- Disposición del equipo para las pruebas delbarrido

Lámina N£ 2..- Modo de oscilación, del klystron Philips HK-25fíe observa en la parte inferior lo correspon-diente a la potencia absorbida por la cavidaddel frecuencímetro -Voltaje medio de reflector l¿fO V»Voltaje de resonador 300 V.Amplitud de barrido del voltaje de reflector 32VFrecuencia 9-608 MHz.

76

Lámina NS 3-- Ampliación de la parte correspondiente a la absorción de la cavidad del frecuencímetro referído a la lámina NQ 2.

77

APÉNDICE

Para la utilización de equipos de medición sinto-

nizados a 1 KHZj sería suficiente la inclusión del circuito

de la figura NQ 23 en la base del transistor £-,_, como se in

dica en la misma figura.. De esta manera se obtiene una va-

riación en la tensión de reflector_ Con lo cual la señal del

klystron: estará modulada en 1 KKs. La amplitud de los mil fíz.

puede regularse mediante el ajuste del potenciómetro Kn .

12 T

78 °12

1

"21

D18D19

FIGURA Ifa 23

78

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ALLEY Y Al'WOOD, .ingeniería Electi'ónica.

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LANDEE DA VIS AL3HECH01, Electronic Designers1 Haadbook.

HXLLMAN-TAUBj Circuitos de pulsos digitales y de conmutación.