modulación de ancho de pulso versus amplificación

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Si quiero hacer un inversor de onda sinusoidal en el que el voltaje de CA de salida sea más bajo que el voltaje de entrada de CC de entrada, ¿cómo puedo ver que el uso de modulación de ancho de pulso será más eficiente que usar un transistor como amplificador si? Tengo una señal de activación de puerta sinusoidal a la frecuencia deseada?

He oído que los transistores generalmente funcionan de manera eficiente cuando están "encendidos" o "apagados", pero no en un régimen intermedio. Mi impresión es que esto es cierto tanto para los BJT como para los FET, pero no estoy seguro. Esta regla empírica es consistente con otras cosas que he aprendido, como el hecho de que los circuitos integrados CMOS solían ser de menor potencia que los chips TTL equivalentes, y también el hecho de que las fuentes de alimentación de modo conmutado son eficientes y populares. Nunca antes había desafiado realmente esta idea (que cambiar un MOSFET con un ciclo de trabajo dado es más eficiente que usarlo como un amplificador). Pasé aproximadamente una hora intentando comprobarlo antes y no pude hacerlo.

Lo que he hecho hasta ahora: en primer lugar, decidí centrarme en los MOSFET. En segundo lugar, como ejemplo, decidí mirar un MOSFET de canal n específico, un Toshiba K3767 , porque tengo una fuente de alimentación de modo conmutado basada en LD7550

¿Estoy en el camino correcto aquí? ¿Hay alguna respuesta realmente obvia, como las pérdidas de I 2 R serán enormes si utilizo el MOSFET como un amplificador con una onda sinusoidal en la puerta?

¿Cómo puedo mostrar que el cambio rápido de un transistor entre encendido y apagado en un ciclo de trabajo dado es más eficiente que hacerlo funcionar como un amplificador para lograr la misma salida promedio?

    

2 respuestas

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La potencia disipada en el transistor es P = IV, donde I es la corriente a través del transistor y V es la tensión a través del transistor.

Cuando el transistor está completamente en V, es pequeño y, por lo tanto, P es pequeño.

Cuando el transistor está completamente apagado, I es muy pequeño y, por lo tanto, P es muy pequeño

Cuando el transistor está parcialmente en tanto V como I son significativos y, por lo tanto, P es mucho más grande.

Sin embargo, tenga en cuenta que para que un sistema basado en PWM sea eficiente, necesita el tipo correcto de filtro, no quiere que haya resistencias en su filtro porque desperdician energía, por lo que normalmente usaría un filtro LC. También debe asegurarse de que cuando el transistor está apagado, el inductor tenga un camino para descargar, ya sea por un diodo o un segundo transistor.

    
respondido por el Peter Green
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Un transistor es solo una resistencia variable. (De hecho, es de donde proviene su nombre). Lo que hace cuando lo cambia, lo tiene completamente encendido o completamente apagado, por lo tanto, una resistencia muy baja o muy alta.

Si carga su transistor con una resistencia de carga, digamos que R1 = 1k Ohm, esencialmente formará dos resistencias en serie (una de ellas es el transistor, que puede verse como una resistencia variable). Puede intentar calcular la potencia en ambos casos (resistencia muy baja y resistencia muy alta) y luego se dará cuenta de que en ambos casos, la potencia será muy baja.

Algunos ejemplos: (Rtrans = la resistencia del transistor, Vin = 5 V = voltaje de entrada)

  1. Rtrans = 1 Ohm

    La misma corriente irá a través de ambas resistencias y, por lo tanto, aproximadamente 1000 veces más potencia se disipará en R1 en comparación con en Rtrans.

  2. Rtrans = 1 MOhm

    Debido a la alta resistencia total en ambas resistencias, casi ninguna corriente pasará por ninguna de ellas y, por lo tanto, no disiparán mucha potencia.

Sin embargo, si la resistencia es algo intermedia, como en un amplificador, digamos Rtrans = 1 kOhm. Entonces, tanto R1 como Rtrans serán de igual magnitud y, por lo tanto, disiparán cantidades iguales de poder. Solo se verán 2 kOhm desde la fuente de voltaje, por lo que se disiparán 6.25 mW en el transistor en comparación con casi nada en los otros dos casos.

    
respondido por el nijoakim