Opamp y tiristores

Amplificadores Operacionales y Tiristores

Laboratorio de Electrónica Industrial UNAPEC

Amplificadores Operacionales

Amplificador Operacional● El término se refiere a un amplificador de corriente directa de alta

ganancia con una entrada diferencial. Estos dispositivos poseen una elevadísima resistencia de entrada, por lo que pueden detectar señales muy pequeñas (de orden de microvoltios) y amplificarlas miles de veces.

Origen• El Amplificador Operacional fue desarrollado en los inicios de los años

1940 para ser utilizado en computadoras analógicas. Más adelante, en 1967, la empresa "Fairchild semiconductor" introdujo al mercado el primer amplificador operacional en la forma de un circuito integrado, logrando disminuir su tamaño, consumo de energía y precio.

Símbolos de op amp• Los Terminales son:

-Input: Entrada Inversora

+ Input: Entrada no inversora.

-Vss: Alimentación negativa.

+Vss: Alimentación positiva

Output: Salida

Características del Op Amp• Son dispositivos que amplifican la

diferencia del voltaje de sus dos entradas.

• Posee alta ganancia.

• Impedancia de entrada muy alta, (mayor a 1 Megaohm)

• Baja impedancia de salida (de 8 a 20 ohmios).

• Son muy versátiles

• Las propiedades de los Op Amp dependen del tipo de configuración que posean.

Propiedades del Amplificador Operacional Ideal y RealAO Ideal • Impedancia de entrada infinita (Ri= ∞ )

• Impedancia de salida nula (Ro = 0).

• Ganancia diferencial de tensión es infinita (Av= ∞ ).

• Las resistencias de entrada son infinitas.

• Es capaz de amplificar la señal de entrada independientemente de su frecuencia.

Propiedades del Amplificador Operacional Ideal y RealAO Real

●La impedancia de entrada, no es infinita.

●La impedancia de salida del amplificador operacional no es cero.

●La ganancia de un operacional no es infinita.

●Las resistencias de entrada no son infinitas.

●No puede soportar cualquier frecuencias.

Configuraciones del Op AmpLazo Abierto

• Un Op Amp de lazo abierto es cuando este no posee resistores externos que cierran un lazo de retroalimentación.

Configuraciones del Op Amp• Lazo Cerrado: Cuando posee resistores externos que cierran un lazo

de retroalimentación.

• Retroalimentación Negativa: Es cuando parte del voltaje de salida se retroalimenta a la entrada inversora de tal forma que tiende a disminuir la magnitud del voltaje de entrada.

• Retroalimentación Positiva: Es cuando parte del voltaje de salida se retroalimenta a la entrada no inversora.

Tipos de Amplificadores OperacionalesInversor:

• Un amplificador operacional inversor es un amplificador en el cual la polaridad de salida o fase es opuesta a la polaridad de entrada.

Tipos de Amplificadores OperacionalesNo Inversor:

• El voltaje de salida de un amplificador operacional no inversor tiene la misma polaridad del voltaje de entrada. Trabaja como multiplicador de ganancia constante.

Tipos de Amplificadores OperacionalesSumador

• Es probable que el más útil de los amplificadores operacionales utilizados en computadoras analógicas sea esta configuración la cual se muestra en la figura.

Tipos de Amplificadores OperacionalesSeguidor de Tensión:

• Es aquel circuito que proporciona a la salida la misma tensión que a la entrada, independientemente de la carga que se le acopla, que es tanto como decir, independientemente de la intensidad que se demande.

Vi = Vo

Tipos de Amplificadores OperacionalesIntegrador:• Una configuración de un amplificador operacional que se le denomina

integrador, es un circuito cuya salida es proporcional al tiempo que ha estado presente la entrada.

Aplicaciones de los Op AmpAplicaciones de los Op Amp

Computadores AnalógicosComputadores Analógicos ConvertidorConvertidor

Filtros Filtros

Tiristores SCRTiristores SCR

Tiristores• El tiristor es un componente electrónico

constituido por semiconductores que utiliza realimentación interna para producir una conmutación.

• Su nombre proviene de la unión de Tiratrón (thyratron) y Transistor.

• Este elemento fue desarrollado por ingenieros de General Electric en los años 1960.

• Los dos tipos más importantes de tiristores son el SCR y el TRIAC.

El SCR• El rectificador controlado de silicio (en inglés SCR: Silicon Controlled

Rectifier) es un tipo de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP.

El SCR• Funciona básicamente como un diodo rectificador controlado,

permitiendo circular la corriente en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se inicia la conducción.

• El SCR se puede modelar como 2 transistores típicos PNP y NPN, por eso se dice también que el tiristor funciona con tensión realimentada.

Curva característica del SCR

Parámetros del SCRVRDM: Máximo voltaje inverso de activación.

VFOM: Máximo voltaje directo sin activación.

IF: Máxima corriente directa permitida.

PG: Máxima disipación de potencia entre compuerta y cátodo.

VGT-IGT: Voltaje o corriente requerida en la compuerta (G) para la activación.

IH: Mínima corriente de ánodo requerida para mantener activado el SCR.

dv/dt: Máxima variación de voltaje sin producir activación.

di/dt: Máxima variación de corriente aceptada antes de destruir el SCR.

Aplicaciones del SCR• Controles del elevador.• Circuitos de retardo de tiempo.• Fuentes de alimentación regulada.• Interruptores estáticos.• Controles de motores.• Recortadores.• Inversores.• Cargadores de baterías.• Circuitos de protección.• Controles de calefacción.• Controles de fase.

Ejemplos de aplicaciones del SCR• Una protección crowbar o circuito crowbar es un circuito eléctrico usado para

prevenir una condición de sobrevoltaje de una fuente de alimentación que podría dañar el circuito conectado a ésta.

● La ventaja del circuito crowbar es que al mantener el voltaje bajo le permite manejar corrientes de falla más altas sin disipar demasiada potencia, que de otra forma causaría sobrecalentamientos.

Ejemplos de aplicaciones del SCR●Otra aplicación práctica es el circuito de teléfono "en espera" (Hold). La activación de la SCR hace que el circuito continúe conduciendo corriente a través de los cables de teléfono, haciendo así que la estación de conmutación asuma que el teléfono todavía está en uso.

Ejemplos de aplicaciones del SCRControl de potencia● En esta aplicación se coloca una resistencia variable (potenciómetro) en serie

con el diodo y la puerta. Girando el mando del potenciómetro, como si fuera un control de volumen, podemos modificar el punto de disparo del SCR en cada ciclo.

Otros tipos de tiristoresFototiristores• Son tiristores en los cuales el gatillado se efectúa cada vez que recibe un

haz de luz en un área fotosensible de la juntura de control.

• Su nombre técnico LASCR, lo que significa "SCR Activado por Luz".

Otros tipos de tiristoresTiristor GTO• Un Tiristor GTO o simplemente GTO (del inglés Gate Turn-Off Thyristor) es

un dispositivo de electrónica de potencia que puede ser encendido por un solo pulso de corriente positiva en la terminal puerta o gate (G), al igual que el tiristor normal; pero en cambio puede ser apagado al aplicar un pulso de corriente negativa en el mismo terminal.

Tiristores TRIAC

TRIAC• Un TRIAC o Triodo para Corriente Alterna (Triode for Alternating

Current) es un dispositivo semiconductor, de la familia de los tiristores.

TRIAC• La diferencia con un tiristor convencional es que éste es

unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna.

• La corriente promedio entregada a la carga puede variarse alterando la cantidad de tiempo por ciclo que el triac permanece en el estado encendido.

Relación de circuito entre voltaje de alimentación, el TRIAC y la carga

Forma de las ondas del TRIAC

Características de tensión-corriente del TRIAC

Métodos de disparos para TRIAC

●Intensidad de compuerta entrante:

✔Primer cuadrante I (+)

✔Segundo cuadrante III(+)

●Intensidad de compuerta saliente:

✔Tercer cuadrante III(-)

✔Cuarto cuadrante I(-)

1. El primer cuadrante designado por I (+), es aquel en que la tensión del ánodo MT2 y la tensión de la compuerta son positivas con respecto al ánodo MT1 y este es el modo más común (Intensidad de compuerta entrante).La corriente de compuerta circula internamente hasta MT1, en parte por la unión P2N2 y en parte a través de la zona P2. Se produce la natural inyección de electrones de N2 a P2, que es favorecida en el área próxima a la compuerta por la caída de tensión que produce en P2 la circulación lateral de corriente de compuerta. Esta caída de tensión se simboliza en la figura por signos + y -. Parte de los electrones inyectados alcanzan por difusión la unión P2N1 que bloquea el potencial exterior y son acelerados por ella iniciándose la conducción.

Métodos de disparos para TRIAC

Métodos de disparos para TRIAC

2. El Segundo modo, del tercer cuadrante, y designado por III(-) es aquel en que la tensión del ánodo MT2 y la tensión de la compuerta son negativos con respecto al ánodo MT1 (Intensidad de compuerta saliente).

Se dispara por el procedimiento de puerta remota, conduciendo las capas P2N1P1N4. La capa N3 inyecta electrones en P2 que hacen más conductora la unión P2N1. La tensión positiva de T1 polariza el área próxima de la unión P2N1 más positivamente que la próxima a la puerta. Esta polarización inyecta huecos de P2 a N1 que alcanzan en parte la unión N1P1 y la hacen pasar a conducción.

Métodos de disparos para TRIAC

Métodos de disparos para TRIAC

3. El tercer modo del cuarto cuadrante, y designado por I(-) es aquel en que la tensión del ánodo MT2 es positiva con respecto al ánodo MT1 y la tensión de disparo de la compuerta es negativa con respecto al ánodo MT1( Intensidad de compuerta saliente).

El disparo es similar al de los tiristores de puerta de unión. Inicialmente conduce la estructura auxiliar P1N1P2N3 y luego la principal P1N1P2N2. El disparo de la primera se produce como en un tiristor normal actuando T1 de puerta y P de cátodo. Toda la estructura auxiliar se pone a la tensión positiva de T2 y polariza fuertemente la unión P2N2 que inyecta electrones hacia el área de potencial positivo. La unión P2N1 de la estructura principal, que soporta la tensión exterior, es invadida por electrones en la vecindad de la estructura auxiliar, entrando en conducción.

Métodos de disparos para TRIAC

Métodos de disparos para TRIAC

4. El cuarto modo del Segundo cuadrante y designado por III(+) es aquel en que la tensión del ánodo T2 es negativa con respecto al ánodo MT1, y la tensión de disparo de la compuerta es positiva con respecto al ánodo MT1(Intensidad de compuerta entrante).

El disparo tiene lugar por el procedimiento llamado de puerta remota. Entra en conducción la estructura P2N1P1N4.La inyección de N2 a P2 es igual a la descrita en el modo I(+). Los que alcanzan por difusión la unión P2N1 son absorbido por su potencial de unión, haciéndose más conductora. El potencial positivo de puerta polariza más positivamente el área de unión P2N1 próxima a ella que la próxima a T1, provocándose una inyección de huecos desde P2 a N1 que alcanza en parte la unión N1P1 encargada de bloquear la tensión exterior y se produce la entrada en conducción.

Métodos de disparos para TRIAC

Métodos de disparos para TRIAC

GRACIASpor su atención