DISPOSITIVOS ELECTRONICOS DE CONTROL

Existen numerosas operaciones industriales en las cuales se requiere el suministro de potencia eléctrica en una forma variable y controlable. Iluminación, control de velocidad de motores, soldadura eléctrica, control de temperatura, presión, etc, son alguna muestra de dichas operaciones. Los modernos sistemas industriales recurren a los circuitos de control, los cuales son simplemente componentes que permiten gobernar la potencia suministrada a una carga dada.

Básicamente, los circuitos de control pueden ser clasificados en las siguientes categorías:

- Switches manualmente operados- Switches mecánicamente operados- Solenoides- Switches electromagnéticos (relays)- Switches electrónicos (tiristores)

- Transistor Unijuntura (UJT)- Transistor Programable (PUT)- Diodo Shockley- Diodo AC (DIAC)- Interruptor controlado por compuerta (GTO)- Rectificador controlado de Silicio (SCR)- Tiristor AC (TRIAC)

Transistor Unijuntura UJTEl UJT es un dispositivo de una sola unión, con dos regiones contaminadas y tres terminales externos. Tiene un sólo emisor y dos bases. La representación física y circuital del UJT es mostrada en la figura 1.

El emisor está fuertemente dopado, mientras que la región de bases posee una ligera contaminación, lo cual hace que bajo determinadas condiciones, presente una región de resistencia negativa, ofreciendo dos estados de funcionamiento bien definidos, correspondientes a bloqueo y a conducción.

Transistor Programable PUTAunque tienen nombres similares, el UJT y el PUT son diferentes en construcción y en modo de operación. La designación se ha hecho en base a que presentan características tensión-corriente y aplicaciones similares .

Mientras que el UJT es un dispositivo de dos capas, el PUT lo es de cuatro capas. El término programable es usado porque los valores de Rbb, n y Vp pueden controlarse mediante una red externa. En la figura 7 puede observarse la conformación física y circuital del PUT.

Conformación física y circuital del PUT

Cuando no hay corriente de compuerta el voltaje desarrollado en dicho terminal es:

Vg = Vbb Rb1/(Rb1 + Rb2) = n Vbb

El circuito no se disparará hasta tanto el potencial en el terminal de ánodo no sea superior en el voltaje de polarización directa de la juntura pn entre ánodo y compuerta y el voltaje de compuerta. Por lo tanto:

Vak = Vp = Vd + Vg = .7 + n VbbAplicaciones

El PUT es utilizado también como oscilador de relajación. Si inicialmente el condensador está descargado la tensión Vak será igual a cero. A medida que transcurre el tiempo éste adquiere carga. Cuando se alcanza el nivel Vp de disparo, el PUT entra en conducción y se establece una corriente Ip.

Luego, Vak tiende a cero y la corriente aumenta. A partir de este instante el condensador empieza a descargarse y la tensión Vgk cae prácticamente a cero. Cuando la tensión en bornes del condensador sea prácticamentet cero, el dispositivo se abre y se regresa a las condiciones iniciales.

Diodo Shockley

Este dispositivo unidireccional posee cuatro capas y únicamente dos terminales externos. En la figura 10 puede observarse su conformación física, la representación del dispositivo y su característica tensión-corriente. Como lo indica la característica, el dispositivo está en su estado apagado hasta que se alcance el voltaje de ruptura V(br), momento en el cual se produce el efecto de avalancha y por lo tanto la conducción y encendido del mismo.

Aplicaciones El diodo Shockley puede ser también utilizado como oscilador de relajación

Oscilador de Relajación

Cuando la fuente de alimentación Vaa es conectada, el condensador C trata de cargarse exponencialmente hacia este valor a través de la resistencia R. Cuando el voltaje de ruptura V(br) es alcanzado, el diodo entra en conducción y el capacitor se descarga muy rápidamente a través del dispositivo.

En este instante, el voltaje cae prácticamente a cero, con lo cual también la corriente en el diodo cae por debajo del nivel de sustentación, bloqueando nuevamente el dispositivo y comenzando nuevamente el ciclo.

El período de oscilación es calculado mediante la siguiente ecuación:

T = RC ln (1/(1-(V(br)/Vaa)))

Diodo AC DIAC

El DIAC es básicamente una combinación paralelo inversa de dos diodos de cuatro capas, lo cual permite el disparo en ambas direcciones.

La característica tensión-corriente muestra claramente un voltaje de ruptura tanto para valores positivos como para negativos, es decir que el único camino de disparo del dispositivo es exceder los niveles de ruptura ± V(br).

Los voltajes de ruptura pueden variar entre 25 y 42 voltios.

Los niveles de corriente son de aproximadamente .2 mA

Interruptor controlado por compuerta GTO

El GTO es también un dispositivo de cuatro capas pnpn y tres terminales externos. La figura 13 muestra su conformación, su representación circuital y la característica tensión-corriente.

Aplicaciones

El GTO puede ser utilizado como generador de barrido, proporcionando una señal diente de sierra.

Rectificador controlado de Silicio SCR

El SCR es el tiristor mas ampliamente conocido debido a las numerosas aplicaciones en las cuales juega un importante papel.

Este dispositivo unidireccional puede soportar altos niveles de voltaje y corriente como ningún otro tipo de tiristor puede hacerlo. Actualmente, pueden conseguirse SCR para controlar corrientes del orden de mil quinientos amperios y voltajes de hasta dos mil voltios.

El símbolo esquemático del SCR es mostrado en la figura 18, en donde se observa que está constituido por tres terminales externos denominados ánodo, cátodo y compuerta.

Triodo AC TRIAC

Como el SCR, otro tiristor de amplia utilización es el TRIAC. Este actúa también como un switch, con una compuerta que controla los estados de conducción o bloqueo a los que se puede llevar. A diferencia del SCR, el TRIAC es un dispositivo bidireccional, pudiendo ser activado con niveles de polaridad positiva o negativa en compuerta. La gran ventaja que presenta el TRIAC es que puede ser utilizado en aplicaciones en las cuales se requiere ejercer control sobre cargas ac, tales como control de motores y sistemas de calentamiento.

El símbolo esquemático del dispositivo es mostrado en la figura 22, así como su curva característica.

Empaquetamientos de optoacopladores

El empaquetamiento consiste de un diodo emisor infrarojo de GaAs ópticamente acoplado con un fotodetector. Las características del acoplador, presentadas en las hojas de especificaciones de los fabricantes, se presentan en la siguiente secuencia:

- Características del LED- Características del fotodetector- Características del acoplador- Características de switcheo

La tabla mostrada a continuación, tomada de una hoja de especificaciones de fabricantes, resume algunas características de un dispositivo optoaislador con salida en TRIAC.

LED de entrada TA = 25 OCCaracterística Símbolo Valor UnidadesCorriente directa IF 50 mACorriente directa pico IF(pk) 0.05 AVoltaje Inverso VR 6 Volts

TRIAC de salida TA = 25 OC Característica Símbolo Valor UnidadesVoltaje transiente máximo VDRM 600 V(pk)Rango de operación voltaje VT 20 a 280 VacRango de corriente on IT 0.03-2 ARango de temperatura juntura TJ -40 a125 Volts

Acoplador TA = 25 OCCaracterística Símbolo Valor UnidadesVoltaje aislamiento VISO 3750 VacMáximo dv/dt dv/dt 400 Volts/µsResistencia térmica RJC 8 0C/WTemperatura de trabajo TOPER -40 a100 0CTemperatura de almacenam. TJ -40 a150 0C

SwitcheoCaracterística Símbolo Min Típico Max UnidadesTiempo de retardo td - 0.07 - µSTiempo de elevación tr - 0.8 - µSTiempo de almacenamiento

ts - 4.0 - µS

Tiempo de caída tf - 7.0 µS