Problemas Tema 4 (2013)

Ejercicio Español
Universidad Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)
Grado Ingeniería de Sistemas de Telecomunicación - 2º curso
Asignatura Funciones y Sistemas Electronicos
Año del apunte 2013
Páginas 8
Fecha de subida 12/11/2014
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Problemas Tema 4.
Sistemas de Alimentación Problema 1 El circuito de la figura corresponde a un regulador de tensión.
Datos: Vi nominal= 9 V R1= 10 k VBE(Q1)= 0.8 V RL nominal= 10  R2= 10 k VBE(Q2)= 1 V Vref = 2.5 V -10 mA< IO(Amp Op.)<10 mA R3= 33 k BF(Q1)= 75 R4= 0.51 k BF(Q2)= 15 R5= 3.3 k a) Calcular la tensión nominal de salida, Vo b) Hallar la potencia disipada en la carga en condiciones normales (RL= 10 ) c) Calcular la resistencia mínima de carga para la cual la tensión de salida mantiene su valor nominal.
Solución Problema 1: a) Vo= 5 V.
b) PL= 2.5 W c) RLmin= 0.44  2 Problema 2 Para diseñar la fuente de corriente ajustable de la figura, se utiliza un regulador de tensión, también ajustable, de tres terminales (LM317).
a) Calcular la corriente IL en función de la posición x del potenciómetro P.
b) Obtener el rendimiento (%) del regulador para la posición x=0.5 del potenciómetro.
c) Calcular la potencia disipada en el regulador para el caso del apartado anterior: (IADJ << Ii) Solución Problema 2: a) IL= x Amp b) = 70.8 % c) PD=2.18 W.
Problema 3 Analizar el circuito de la figura. Se trata de un regulador de tensión con un transistor (BJT) con una = 60 y con VBE= 0,7 V. El diodo zener es de 2,5 V.
El transistor puede dar un valor máximo de corriente de 10 A y la corriente máxima de salida del amplificador operacional es de 100 mA.
La tensión mínima entre colector i emisor para que el BJT esté en zona activa ha de ser de 3 V. La tensión máxima de salida del amplificador operacional es 1,7 V inferior a la de alimentación.
a) Calcular R1 y R2 para una tensión de salida de 10 V. Considerar R1+R2 = 31 kΩ.
b) Calcular la mínima resistencia (RL) que podemos tener para garantizar el correcto funcionamiento del regulador manteniendo 10 V a la salida.
c) Calcular la tensión mínima de entrada para garantizar el correcto funcionamiento del regulador manteniendo 10 V a la salida.
d) Calcular Rp si queremos que la corriente en el zener sea inferior a 10 mA para una tensión de entrada de 15 V.
3 e) Calcular el rendimiento del regulador si Vi=15 V, Vo=10, RL = 20 Ω, Rp tiene el valor calculado en el apartado anterior y se puede considerar despreciable la corriente que consume el A.O.
Solución Problema 3: a) R1= 7750 Ω; R2 =23250 Ω b) RL = 1 Ω c) Vi > 12,4 V d) Rp > 1250 Ω e)  = 66,6 % Problema 4 Se dispone de un circuito integrado regulador de tensión LM317 como en la figura 1.
IN OUT LM317 Figura 1 ADJ Las características de este integrado son: La tensión entre OUT y ADJ es constante y es igual a Vout-Vadj = 1.25V La corriente del terminal ADJ es saliente del integrado y vale Iadj = 0.1mA a) Calcular la tensión de salida cuando se pone el LM317 en el circuito de la figura 2, sabiendo que R1 = 300 R2= 2.1 k y Vin =15V.
4 IN Vo LM317 R1 Iadj ADJ R2 Figura 2 b) Averiguar los valores de R1 y R2 que hacen que la salida esté a su valor máximo, sabiendo que la entrada es de 15V y que el valor mínimo de la caída de tensión entre los terminales IN y OUT es de 3V. La suma de los valores de las dos resistencias debe ser de 10k.
c) Calcular los valores de R1 y R2 que hacen que la tensión de salida esté a su valor mínimo. Suponga también que la suma de los valores de las dos resistencias debe ser de 10k.
d) Calcular el rendimiento de este circuito en las condiciones del apartado (a) y con una resistencia de carga igual a RL= 20 .
e) Para hacer que el valor de la tensión de salida se pueda ajustar con un potenciómetro se usa el circuito de la Figura 3. Con Vref = 27V, R1 = 5 k, R4 = 10 k y Ro = 1.5 k, calcular los valores máximo y mínimo de la tensión de salida para las dos posiciones extremas del potenciómetro.
IN(30V ) Vref Vo LM317 R3 R1 Iadj ADJ R2 R4 R4 + Ro Figura 3 Solución Problema 4 a) Vo= 10.21 V b) R1=1.12 k y R2=8.88 k c) R1=10 k y R2=0 d) =68 % e) Vomáx= 18.8 V; Vomín= 2.45 V 5 Problema 5 Se quiere instalar un repetidor de VHF en un pueblo de la provincia de Alicante, España, alimentado mediante un sistema fotovoltaico autónomo. La tabla I muestra los valores mensuales de irradiación en el plano del generador fotovoltaico para esa localización. La irradiación anual resultante es de 1.877 kWh/m². Los datos de consumo del enlace son los siguientes : Tensión de alimentación : 24 V, Consumo de corriente : 10 A en emisión; 2 A en recepción; 0.5 A en stand-by. El enlace está en funcionamiento las 24 h del día, 5 horas al día en emisión, 10 horas al día en recepción y el resto en stand-by.
Los módulos fotovoltaicos elegidos tienen las siguientes características en condiciones estándar STC: Eficiencia: 15 %, Ppico : 90 W, Punto de máxima potencia : Vmpp = 18 V, Impp = 5 A, Area del módulo : 0,64 m2.
Mes Días Irradiación mensual (kWh/m2) Enero 31 100 Febrero 28 127 Marzo 31 171 Abril 30 179 Mayo 31 191 Junio 30 188 Julio 31 195 Agosto 31 194 Septiembre 30 168 Octubre 31 154 Noviembre 30 118 Diciembre 31 92 Tabla I. Irradiación mensual en el plano del generador 6 Se desea dimensionar las baterías del sistema para que el sistema tenga una autonomía de 4 días, teniendo en cuenta una profundidad de descarga máxima del 70 %.
El sistema incorpora un regulador de carga con seguimiento del punto de máxima potencia del generador fotovoltaico.
Calcular : (a) El tamaño del generador fotovoltaico, Ns y Np.
(b) Dar el área total del generador.
(c) La capacidad de la batería.
(d) El Factor de Seguridad del sistema.
Solución Problema 5 (a) (b) (c) (d) Ns =2, Np =3 Ag = 3,84 m2 Cn = 425,71 Ah FS = 1,55 Problema 6 Queremos dimensionar un sistema fotovoltaico autónomo para un pequeño centro de asistencia médica situado en una isal que recibe una irradiación anual de 1.659 (kWh/m²) en el plano del generador fotovoltaico.
Se instalarán módulos fotovoltaicos: BP Solar BP580, que presentan las características siguientes en condiciones estándar STC: Potencia pico: 87.5 W, Impp =5 A, Vmpp =17.5 V Eficiencia: 14 %, área módulo: 0,6 m2.
La tensión de alimentación de las cargas del sistema es de 24 V.
La tabla I muestra la distribución mensual del consumo previsto y los datos de irradiación mensual en la localización.
Se desea dimensionar las baterías del sistema para que permitan cubrir el consumo del sistema durante 5 días. La profundidad de descarga máxima considerada es del 80 % . El sistema incorpora regulador de carga con seguimiento del punto de máxima potencia.
Calcular: (a) Indicar el valor medio anual de HPS.
7 (b) El tamaño del generador fotovoltaico, Ns y Np. Dar el área total del generador.
(c) La capacidad de la baterí y el factor de seguridad del sistema.
Mes Días Irradiación mensual Consumo mensual (kWh/m2) (kWh) Enero 31 92 171 Febrero 28 89 160 Marzo 31 119 170 Abril 30 152 150 Mayo 31 176 150 Junio 30 183 180 Julio 31 194 190 Agosto 31 196 190 Septiembre 30 172 170 Octubre 31 129 170 Noviembre 30 87 160 Diciembre 31 70 170 Tabla XVII. Irradiación mensual en el plano del generador Solución Problema 6 (a) (b) (e) (f) HPS = 4,538 h Ns =2, Np = 11 ,Ag = 13,2 m2 Cn = 1450 Ah FS = 1,57 8 ...