41
Tiristor, El UJT Instituto Tecnológico de San Luis Potosí Ingeniería en Mecatronica Realizadas por: López Ramírez Francisco Javier Silos Hernández Martin Eduardo Zamudio Arteaga Luis Angel Materia: electrónica II Profesor: José Cruz Jasso Aranda

Los Tiristores, El UJT

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Los Tiristores, El UJT

Tiristor, El UJT

Instituto Tecnológico de San Luis Potosí

Ingeniería en Mecatronica

Realizadas por: López Ramírez Francisco JavierSilos Hernández Martin Eduardo

Zamudio Arteaga Luis Angel

Materia: electrónica II

Profesor: José Cruz Jasso Aranda

Octubre 2011

Page 2: Los Tiristores, El UJT

Índice

I. Resumen______________________________________________________3

II. Introducción Problema a resolver___________________________________________4

Objetivo_____________________________________________________5

III. Marco teoorico_________________________________________________6

IV. Antecedentes__________________________________________________7

V. Método

Delimitación___________________________________________________22

Hipótesis______________________________________________________22

Medición______________________________________________________22

Procedimiento__________________________________________________23

VI. Desarrollo de las preaticas______________________________________24

VII. Conclusiones_________________________________________________29

VIII. Bibliografía___________________________________________________30

IX. Equipo de trabajo______________________________________________31

Page 3: Los Tiristores, El UJT

Resumen La electrónica analógica abarca una gran variedad de componentes que la describen, desde aquellos básicos como lo son la resistencia, el capacitor, diodo, etc. De aquí partimos de los integrados que mayor se han manipulado como es el amplificador operacional y el opto acoplador, todo esto es abarcado por la principal rama del estudio sometido a la electrónica analógica, pero aparte de todo el estudio visto hasta ahora, existe otra parte de la electrónica podría decirse que es una rama, esta llamada de potencia.

Se dice que es electrónica de potencia porque se conoce que los componentes vistos con anterioridad eran comportados dependientes de sus características especiales, tal es el caso del transistor y el diodo, estos manejan magnitudes muy limitadas, pero eso no impedían que podrían realizar su trabajo, ahora, estos serán remplazados con componentes llamados tiristores, contienen las mismas similitudes, pero estos son capaces de soportar voltajes elevados y por su por supuesto corrientes elevadas, estos son confiables al manejar el comportamiento de componentes principales, es decir, un motor o una resistencia de potencia.

Existen una gama de tiristores pero en esta ocasión se hablara del principal que es el UJT, como sus siglas lo indican es un transistor de unijuncion, parecido al transistor que se ha ido manejando pero propiedades muy diferentes. Se realizara una práctica de introducción de tiristores para que quede iniciada el curso de los nuevos componentes que se verán, pero esta vez como se dijo solo enfocados al UJT.

Configuración típica de un UJT

Símbolo UJT

Page 4: Los Tiristores, El UJT

Introducción Al hablar de que se tratara con un tema nuevo y sobre todo que es uno de los destacados del curo, se iniciara con la relación de los tiristores, empezando por el principal que es el transistor de unijuncion, este se analizara como ha venido siendo el caso de el estudio principal.

Con el UJT se realizaran las prácticas necesarias para que se empiece a comprender como es que funciona cada componente de nuestra lista, ya que de aquí parte gran información que se nos será útil para poder seguir trabajando con este tema de la electrónica de potencia.

Problema a resolver

Con el estudio ya visto del transistor y el diodo, se conoce como es que funciona un semiconductor pero hasta hace unas semanas, ahora con la llegada de un tema nueva que se relacionan conocimientos pasados, se deberá de comprender como es que funcionan esta gama de componentes nuevos, por lo tanto, se disminuirá la falta de comprensión y funcionamiento que tiene un tiristor, ya que a partir de aquí dependerá de que el estudio siga en su avance y se puedan conocer nuevas formas de manipulación en la electrónica.

Justificación

Se sabe que la electrónica se envuelve en la mayoría de la tecnología con la que hoy contamos, es por ello que esta se podría dividir es ramas, esto se menciona por lo que ya conocemos, que entre ellas está la digital y la analógica, eran las únicas dos que se podían decirse que se tenía un conocimiento necesario, pero no fue si el caso, de la analógica se destaca otra importante que es la de potencia, muy utilizada en dispositivos de control o de ahorro de energía, un ejemplo se podría decir es en el caso de control hacia un motor, hasta entonces se ha ido manejando con transistores de características que podrían majear corrientes de 3 a 6 amperes como es el caso de los TIP y los tipo corcho lata, por su puesto algo caros para empezar y no se podría manjar motores de corriente alterna es algunas ocasiones, el tiristor es una de las piezas fundamentales para el control de motores de gran magnitud, el caso del UJT que es el que se va a tratar para el entendimiento principal, no solo los tiristores como se mencionó funcionan como controladores también en algo que son muy ocupados es en el juego de la potencia y ahorro de energía, enfocados hacia una aplicación no tan lejos es en el uso de focos ahorradores de energía, ya que con configuraciones básicas de los tiristores se puede obtener esta función.

Otra parte importante en la ocupación de estos compontes de potencia es que trabajan a base de señales de corrientes directas y algunos enfocados a las

Page 5: Los Tiristores, El UJT

alterna, a partir de aquí sus señales son ocupadas ya que no se ha mencionado que sus señales de salida son mostradas con forma de señales de onda, esto ayuda a que el ahorro de energía se haga presente.

El tiristor como tan confiable que es, es capaz de tener en cuenta el trabajo que se le va a presentar eso depende de cada serie que se va a manejar desde el UJT al TRIAC que este ultimo muy ocupado también en la industria, es por eso que se empezara al estudio de la electrónica de potencia.

Objetivo principal

Se tratara de estudiar los principales componentes que conforman la familia de los tiristores empezando por el principal que es el UJT, este se manipulara con la ayuda de configuraciones principales que a partir de estas se obtendrán resultados que nos ayudaran a la compresión del trabajo de dicho componente y así a partir de este se relacionaran datos que nos podría servir de el futuro con la familia de los tiristores.

Objetivo general El objetivo general es poder comprender lo principal de la electrónica de potencia como es el caso de los tiristores que son componentes muy utilizados para el manejo de la corriente alterna y directa a gran escala, empezando a desarrollar prácticas que nos ayudaran a dicho objetivo, desde la principal hasta la más ocupada, como es el caso de las diferentes combinación que se pueden tener desde un diodo, un UJT y la gama de la familia de los tiristores.

Propósito A partir de la principal manipulación del tiristor que es el UJT se tendrán datos y bases para que se pueda seguir manejando al familia de este, ya que este depende de mucho de seguir el estudio y comprensión de la potencia, se realizaran configuración que estas arrojaran datos y señales que nos servirán en el futuro, con la ayuda de componentes secundarios se hará esto posible, eso si sin perjudicar alguno que conforme este mencionado circuito

Page 6: Los Tiristores, El UJT

Marco teórico

Transistor uniunión (UJT)

Extraído de la pagina, es.wikipedia.com Es un tipo de tiristor que contiene dos zonas semiconductoras, tiene tres terminales denominados emisor (E), base uno (B1) y base dos (B2). Está formado por una barra semiconductora tipo N, entre los terminales B1-B2, en la que se difunde una región tipo P+, el emisor, en algún punto a lo largo de la barra, lo que determina el valor del parámetro η, standoff ratio, conocido como razón de resistencias o factor intrínseco.

El tiristor

Extraído de la página www.unicrom.com Es un componente electrónico constituido por elementos semiconductores que utiliza realimentación interna para producir una conmutación. Los materiales de los que se compone son de tipo semiconductor, es decir, dependiendo de la temperatura a la que se encuentren pueden funcionar como aislantes o como conductores. Son dispositivos unidireccionales porque solamente transmiten la corriente en un único sentido. Se emplea generalmente para el control de potencia eléctrica.

TRIAC

Estriado de la página www.electronicafacil.com Triodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la familia de los transistores. 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.

Page 7: Los Tiristores, El UJT

Antecedentes

El tiristor

El dispositivo consta de un ánodo y un cátodo, donde las uniones son de tipo PNPN entre los mismos. Por tanto se puede modelar como 2 transistores típicos PNP y NPN, por eso se dice también que el tiristor funciona con tensión realimentada. Se crean así 3 uniones (denominadas J1, J2, J3 respectivamente), el terminal de puerta está conectado a la unión J2 (unión NP).

Algunas fuentes definen como sinónimos al tiristor y al rectificador controlado de silicio (SCR);[1] otras definen al SCR como un tipo de tiristor, a la par que los dispositivos DIAC y TRIAC.

Este elemento fue desarrollado por ingenieros de General Electric en los años 1960. Aunque un origen más remoto de este dispositivo lo encontramos en el SCR creado por William Shockley (premio Nobel de física en 1956) en 1950, el cual fue defendido y desarrollado en los laboratorios Bell en 1956. Gordon Hall lideró el desarrollo en Morgan Stanley para su posterior comercialización por G.E.'s Frank W. "Bill" Gutzwiller.

Funcionamiento básico

El tiristor es un conmutador biestable, es decir, es el equivalente electrónico de los interruptores mecánicos; por tanto, es capaz de dejar pasar plenamente o bloquear por completo el paso de la corriente sin tener nivel intermedio alguno, aunque no son capaces de soportar grandes sobrecargas de corriente. Este principio básico puede observarse también en el diodo Shockley.

El diseño del tiristor permite que éste pase rápidamente a encendido al recibir un pulso momentáneo de corriente en su terminal de control, denominada puerta (o en inglés, gate) cuando hay una tensión positiva entre ánodo y cátodo, es decir la tensión en el ánodo es mayor que en el cátodo. Solo puede ser apagado con la interrupción de la fuente de voltaje, abriendo el circuito, o bien, haciendo pasar una corriente en sentido inverso por el dispositivo. Si se polariza inversamente en el tiristor existirá una débil corriente inversa de fugas hasta que se alcance el punto de tensión inversa máxima, provocándose la destrucción del elemento (por avalancha en la unión).

Para que el dispositivo pase del estado de bloqueo al estado activo, debe generarse una corriente de enganche positiva en el ánodo, y además debe haber una pequeña corriente en la compuerta capaz de provocar una ruptura por avalancha en la unión J2 para hacer que el dispositivo conduzca. Para que el dispositivo siga en el estado activo se debe inducir desde el ánodo una corriente de sostenimiento, mucho menor que la de enganche, sin la cual el dispositivo dejaría de conducir.

Page 8: Los Tiristores, El UJT

A medida que aumenta la corriente de puerta se desplaza el punto de disparo. Se puede controlar así la tensión necesaria entre ánodo y cátodo para la transición OFF -> ON, usando la corriente de puerta adecuada (la tensión entre ánodo y cátodo dependen directamente de la tensión de puerta pero solamente para OFF -> ON). Cuanto mayor sea la corriente suministrada al circuito de puerta IG (intensidad de puerta), tanto menor será la tensión ánodo-cátodo necesaria para que el tiristor conduzca.

También se puede hacer que el tiristor empiece a conducir si no existe intensidad de puerta y la tensión ánodo-cátodo es mayor que la tensión de bloqueo.

Formas de activar un tiristor

Luz: Si un haz de luz incide en las uniones de un tiristor, hasta llegar al mismo silicio, el número de pares electrón-hueco aumentará pudiéndose activar el tiristor.

Corriente de Compuerta: Para un tiristor polarizado en directa, la inyección de una corriente de compuerta al aplicar un voltaje positivo entre compuerta y cátodo lo activará. Si aumenta esta corriente de compuerta, disminuirá el voltaje de bloqueo directo, revirtiendo en la activación del dispositivo.

Térmica: Una temperatura muy alta en el tiristor produce el aumento del número de pares electrón-hueco, por lo que aumentarán las corrientes de fuga, con lo cual al aumentar la diferencia entre ánodo y cátodo, y gracias a la acción regenerativa, esta corriente puede llegar a ser 1, y el tiristor puede activarse. Este tipo de activación podría comprender una fuga térmica, normalmente cuando en un diseño se establece este método como método de activación, esta fuga tiende a evitarse.

Alto Voltaje: Si el voltaje directo desde el ánodo hacia el cátodo es mayor que el voltaje de ruptura directo, se creará una corriente de fuga lo suficientemente grande para que se inicie la activación con retroalimentación. Normalmente este tipo de activación puede dañar el dispositivo, hasta el punto de la destrucción del mismo.

dv/dt: Si la velocidad en la elevación del voltaje ánodo-cátodo es lo suficientemente alta, entonces la corriente de las uniones puede ser suficiente para activar el tiristor. Este método también puede dañar el dispositivo.

Aplicaciones

Normalmente son usados en diseños donde hay corrientes o voltajes muy grandes, también son comúnmente usados para controlar corriente alterna donde el cambio de polaridad de la corriente revierte en la conexión o desconexión del dispositivo. Se puede decir que el dispositivo opera de forma síncrona cuando,

Page 9: Los Tiristores, El UJT

una vez que el dispositivo está abierto, comienza a conducir corriente en fase con el voltaje aplicado sobre la unión cátodo-ánodo sin la necesidad de replicación de la modulación de la puerta. En este momento el dispositivo tiende de forma completa al estado de encendido. No se debe confundir con la operación simétrica, ya que la salida es unidireccional y va solamente del cátodo al ánodo, por tanto en sí misma es asimétrica.

Los tiristores pueden ser usados también como elementos de control en controladores accionados por ángulos de fase, esto es una modulación por ancho de pulsos para limitar el voltaje en corriente alterna.

En circuitos digitales también se pueden encontrar tiristores como fuente de energía o potencial, de forma que pueden ser usados como interruptores automáticos magneto-térmicos, es decir, pueden interrumpir un circuito eléctrico, abriéndolo, cuando la intensidad que circula por él se excede de un determinado valor. De esta forma se interrumpe la corriente de entrada para evitar que los componentes en la dirección del flujo de corriente queden dañados. El tiristor también se puede usar en conjunto con un diodo Zener enganchado a su puerta, de forma que cuando el voltaje de energía de la fuente supera el voltaje zener, el tiristor conduce, acortando el voltaje de entrada proveniente de la fuente a tierra, fundiendo un fusible.

La primera aplicación a gran escala de los tiristores fue para controlar la tensión de entrada proveniente de una fuente de tensión, como un enchufe, por ejemplo. A comienzo de los ’70 se usaron los tiristores para estabilizar el flujo de tensión de entrada de los receptores de televisión en color.

Se suelen usar para controlar la rectificación en corriente alterna, es decir, para transformar esta corriente alterna en corriente continua (siendo en este punto los tiristores onduladores o inversores), para la realización de conmutaciones de baja potencia en circuitos electrónicos.

Otras aplicaciones comerciales son en electrodomésticos (iluminación, calentadores, control de temperatura, activación de alarmas, velocidad de ventiladores), herramientas eléctricas (para acciones controladas tales como velocidad de motores, cargadores de baterías), equipos para exteriores (aspersores de agua, encendido de motores de gas, pantallas electrónicas...)

CARACTERISTICAS DE LOS TIRISTORES:

Un Tiristor es dispositivo semiconductor de cuatro capas de estructura pnpn con tres uniones pn tiene tres terminales: ánodo cátodo y compuerta. La fig. 1 muestra el símbolo del tiristor y una sección recta de tres uniones pn. Los tiristores se fabrican por difusión. Cuando el voltaje del ánodo se hace positivo con respecto al cátodo, las uniones J1 y J3 tienen polarización directa o positiva. La unión J2 tiene polarización inversa, y solo fluirá una pequeña corriente de fuga del ánodo al cátodo. Se dice

Page 10: Los Tiristores, El UJT

entonces que el tiristor está en condición de bloqueo directo o en estado desactivado llamándose a la corriente fuga corriente de estado inactivo ID. Si el voltaje ánodo a cátodo VAK se incrementa a un valor lo suficientemente grande la unión J2 polarizada inversamente entrará en ruptura. Esto se conoce como ruptura por avalancha y el voltaje correspondiente se llama voltaje de ruptura directa VBO. Dado que las uniones J1 y J3 ya tienen polarización directa, habrá un movimiento libre de portadores a través de las tres uniones que provocará una gran corriente directa del ánodo. Se dice entonces que el dispositivo está en estado de conducción o activado.

Fig. 1 Símbolo del tiristor y tres uniones pn

La caída de voltaje se deberá a la caída ohmica de las cuatro capas y será pequeña, por lo común 1V. En el estado activo, la corriente del ánodo está limitada por una impedancia o una resistencia externa, RL, tal y como se muestra en la fig. 2. La corriente del ánodo debe ser mayor que un valor conocido como corriente de enganche IL, a fin de mantener la cantidad requerida de flujo de portadores a través de la unión; de lo contrario, al reducirse el voltaje del ánodo al cátodo, el dispositivo regresará a la condición de bloqueo. La corriente de enganche, IL, es la corriente del ánodo mínima requerida para mantener el tiristor en estado de conducción inmediatamente después de que ha sido activado y se ha retirado la señal de la compuerta. En la fig. 2b aparece una gráfica característica v-i común de un tiristor.

Page 11: Los Tiristores, El UJT

Fig.2 Circuito Tiristor y característica v-i

Una vez que el tiristor es activado , se comporta como un diodo en conducción y ya no hay control sobre el dispositivo. El tiristor seguirá conduciendo, porque en la unión J2 no existe una capa de agotamiento de vida a movimientos libres de portadores. Sin embargo si se reduce la corriente directa del ánodo por debajo de un nivel conocido como corriente de mantenimiento IH , se genera una región de agotamiento alrededor de la unión J2 debida al número reducido de portadores; el tiristor estará entonces en estado de bloqueo. La corriente de mantenimiento es del orden de los miliamperios y es menor que la corriente de enganche, IL. Esto significa que IL>IH . La corriente de mantenimiento IH es la corriente del ánodo mínima para mantener el tiristor en estado de régimen permanente. La corriente de mantenimiento es menor que la corriente de enganche. Cuando el voltaje del cátodo es positivo con respecto al del ánodo, la unión J2 tiene polarización directa, pero las uniones J1 y J3 tienen polarización inversa. Esto es similar a dos diodos conectados en serie con un voltaje inverso a través de ellos. El tiristor estará en estado de bloqueo inverso y una corriente de fuga inversa, conocida como corriente de fuga inversa IR, fluirá a través del dispositivo.

MODELO DE TIRISTOR DE DOS TRANSITORES.

La acción regenerativa o de enganche de vida a la retroalimentación directa se puede demostrar mediante un modelo de tiristor de dos transistores. Un tiristor se puede considerar como dos transistores complementarios, un transistor PNP, Q1, y un transistor NPN, Q2, tal y como se demuestra en la figura 3.

La corriente del colector IC de un tiristor se relaciona, en general, con la corriente del emisor IE y la corriente de fuga de la unión colector-base ICBO, como

Ic = IE + ICBO……………………..(1)

Page 12: Los Tiristores, El UJT

La ganancia de corriente de base común se define como =IC/IE. Para el transistor Q1 la corriente del emisor es la corriente del ánodo IA, y la corriente del colector IC1 se puede determinar a partir de la ecuación (1):

IC1 = 1 IA + ICBO1………………………(2)

a) Estructura básica b) Circuito equivalenteFig. 3 Modelo de tiristor de dos terminales.

Donde alfa1 es la ganancia de corriente y ICBO1 es la corriente de fuga para Q1. En forma similar para el transistor Q2, la corriente del colector IC2 es:

IC2 = 2IK + ICBO2…………………………(3)

Donde 2 es la ganancia de corriente y ICBO2 es la corriente de fuga correspondiente a Q2. Al combinar IC1 e IC2, obtenemos:

IA = IC1 + IC2 = 1IA + ICBO1 + 2IK + ICBO2……………………….(4)

Pero para una corriente d compuerta igual AIG, IK=IA+IG resolviendo la ecuación anterior en función de IA obtenemos:

IA = 2 IG + ICBO1 + ICBO2………………………….(5) 1 - ( 1 + 2)

ACTIVACION DEL TIRISTOR

Page 13: Los Tiristores, El UJT

Un tiristor se activa incrementándola corriente del ánodo. Esto se puede llevar a cabo mediante una de las siguientes formas.

TERMICA. Si la temperatura de un tiristor es alta habrá un aumento en el número de pares electrón-hueco, lo que aumentará las corrientes de fuga. Este aumento en las corrientes hará que 1 y 2 aumenten. Debido a la acción regenerativa ( 1+ 2) puede tender a la unidad y el tiristor pudiera activarse. Este tipo de activación puede causar una fuga térmica que por lo general se evita.

LUZ. Si se permite que la luz llegue a las uniones de un tiristor, aumentaran los pares electrón-hueco pudiéndose activar el tiristor. La activación de tiristores por luz se logra permitiendo que esta llegue a los discos de silicio.

ALTO VOLTAJE. Si el voltaje directo ánodo a cátodo es mayor que el voltaje de ruptura directo VBO, fluirá una corriente de fuga suficiente para iniciar una activación regenerativa. Este tipo de activación puede resultar destructiva por lo que se debe evitar.

dv/dt. Si la velocidad de elevación del voltaje ánodo-cátodo es alta, la corriente de carga de las uniones capacitivas puede ser suficiente para activar el tiristor. Un valor alto de corriente de carga puede dañar el tiristor por lo que el dispositivo debe protegerse contra dv/dt alto. Los fabricantes especifican el dv/dt máximo permisible de los tiristores.

CORRIENTE DE COMPUERTA. Si un tiristor está polarizado en directa, la inyección de una corriente de compuerta al aplicar un voltaje positivo de compuerta entre la compuerta y las terminales del cátodo activará al tiristor. Conforme aumenta la corriente de compuerta, se reduce el voltaje de bloqueo directo, tal y como aparece en la fig.4

Fig.4 Efectos de la corriente de compuerta sobre el voltaje de bloqueo directo.

Page 14: Los Tiristores, El UJT

TIPOS DE TIRISTORES.

Los tiristores se fabrican casi exclusivamente por difusión. La corriente del ánodo requiere de un tiempo finito para propagarse por toda el área de la unión, desde el punto cercano a la compuerta cuando inicia la señal de la compuerta para activar el tiristor. Para controlar el di/dt, el tiempo de activación y el tiempo de desactivación, los fabricantes utilizan varias estructuras de compuerta.

Dependiendo de la construcción física y del comportamiento de activación y desactivación, en general los tiristores pueden clasificarse en nueve categorías:

1. Tiristores de control de fase (SCR). 2. Tiristores de conmutación rápida (SCR). 3. Tiristores de desactivación por compuerta (GTO). 4. Tiristores de triodo bidireccional (TRIAC). 5. Tiristores de conducción inversa (RTC). 6. Tiristores de inducción estática (SITH). 7. Rectificadores controlados por silicio activados por luz (LASCR) 8. Tiristores controlados por FET (FET-CTH) 9. Tiristores controlados por MOS (MCT)

En esta practica fue necesario además de utilizar tiristores, la utilización de un tipo especial de estos como lo es un UJT además de un PUT por lo que se definen ambos a continuación:

TRANSISTOR MONOUNION (UJT).

El transistor monounión (UJT) se utiliza generalmente para generar señales de disparo en los SCR. En la fig.5 se muestra un circuito básico de disparo UJT. Un UJT tiene tres terminales, conocidas como emisor E, base1 B1 y base2 B2. Entre B1 y B2 la monounión tiene las características de una resistencia ordinaria (la resistencia entre bases RBB teniendo valores en el rango de 4.7 y 9.1 K). Cuando se aplica el voltaje de alimentación Vs en cd, se carga el capacitor C a través de la resistencia R, dado que el circuito emisor del UJT está en estado abierto. La constante de tiempo del circuito de carga es T1=RC. Cuando el voltaje del emisor VE, el mismo que el voltaje del capacitor llega a un valor pico Vp, se activa el UJT y el capacitor se descarga a través de RB1 a una velocidad determinada por la constante de tiempo T2=RB1C. T2 es mucho menor que T1. Cuando el voltaje del emisor VE se reduce al punto del valle Vv, el emisor deja de conducir, se desactiva el UJT y se repite el ciclo de carga. El voltaje de disparo VB1 debe diseñarse lo suficientemente grande como para activar el SCR. El periodo de oscilación, T, es totalmente independiente del voltaje de alimentación Vs y está dado por:

T = 1/f = RC ln 1/1-n

Page 15: Los Tiristores, El UJT

Fig.5 Circuito básico de disparo de un UJT

TRANSISTOR MONOUNION PROGRAMABLE.

El transistor monounión programable (PUT) es un pequeño tiristor que aparece en la fig.7. Un PUT se puede utilizar como un oscilador de relajación, tal y como se muestra en la fig.7b. El voltaje de compuerta VG se mantiene desde la alimentación mediante el divisor resistivo del voltaje R1 y R2, y determina el voltaje de punto de pico Vp. En el caso del UJT, Vp está fijo para un dispositivo por el voltaje de alimentación de cd, pero en un PUT puede variar al modificar al modificar el valor del divisor resistivo R! y R2. Si el voltaje del ánodo VA es menor que el voltaje de compuerta VG, le dispositivo se conservará en su estado inactivo, pero si el voltaje de ánodo excede al de compuerta en una caída de voltaje de diodo VD, se alcanzará el punto de pico y el dispositivo se activará. La corriente de pico Ip y la corriente del punto de valle Iv dependen de la impedancia equivalente en la compuerta RG = R1R2/(R1+R2) y del voltaje de alimentación en cd Vs. N general Rk está limitado a un valor por debajo de 100 Ohms. R y C controlan la frecuencia junto con R1 y R2. El periodo de oscilación T está dado en forma aproximada por:

T = 1/f = RC lnVs/Vs-Vp = RC ln (1+R2/R1)

Page 16: Los Tiristores, El UJT

Fig.7 Circuito de disparo para un PUT.

TRIAC:

El TRIAC (triode AC conductor) es un semiconductor capaz de bloquear tensión y conducir corriente en ambos sentidos entre los terminales principales T1 y T2. Su estructura básica y símbolo aparecen en la fig.8. Es un componente simétrico en cuanto a conducción y estado de bloqueo se refiere, pues la característica en el cuadrante I de la curva UT2-T1 --- iT2 es igual a la del cuadrante III. Tiene unas fugas en bloqueo y una caída de tensión en conducción prácticamente iguales a las de un tiristor y el hecho de que entre en conducción, si se supera la tensión de ruptura en cualquier sentido, lo hace inmune a destrucción por sobretensión.

Fig.8 TRIAC: Estructura y símbolo.

Page 17: Los Tiristores, El UJT

CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN TRIAC:

Se puede considerar a un TRIAC como si fueran dos SCR conectados en antiparalelo, con una conexión de compuerta común, como se muestra en la fig.9 Dado que el TRIAC es un dispositivo bidireccional, no es posible identificar sus terminales como ánodo y cátodo. Si la terminal MT2 es positiva con respecto a la terminal MT1, se activará al aplicar una señal negativa a la compuerta, entre la compuerta y la terminal MT1. No es necesario que esten presentes ambas polaridades en las señales de la compuerta y un TRIAC puede ser activado con una sola señal positiva o negativa de compuerta. En la práctica, la sensibilidad varía de un cuadrante a otro, el TRIAC normalmente se opera en el cuadrante I (voltaje y corriente de compuerta positivos) o en el cuadrante III (voltaje y corriente de compuerta negativos).

Fig.9 Circuito equivalente de un TRIAC

MODOS DE FUNCIONAMIENTO DE UN TRIAC:

El TRIAC puede ser disparado en cualquiera de los dos cuadrantes I y III mediante la aplicación entre los terminales puerta y T1 de un impulso positivo o negativo. Esto le da una facilidad de empleo grande y simplifica mucho el circuito de disparo. A continuación se verán los fenómenos internos que tienen lugar en los cuatro modos de disparo posibles.

Modo I + : Terminal T2 positiva con respecto a T1. Intensidad de puerta entrante.

Funcionan las capas P1N1P2N2 como tiristor con emisor en corto circuito, ya que la metalización del terminal del cátodo cortocircuita parcialmente la capa emisora N2 con la P2. La corriente de puerta circula internamente hasta T1 , en parte por la unión P2N2 y en parte a través de la zona P2. Se produce la natural inyección de electrones de

Page 18: Los Tiristores, El UJT

N2 a P2 que es favorecida en el área próxima a la puerta por la caída de tensión que produce en P2 la circulación lateral de corriente de puerta. Parte de los electrones inyectados alcanzan por difusión la unión P2N1, que bloquea el potencial exterior, y son acelerados por ella iniciándose la conducción.

Modo I - : Terminal T2 positivo respecto a T1. Intensidad de puerta 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 un tiristor normal actuado 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.

Modo III + : Terminal T2 negativo respecto a T1. Intensidad de puerta entrante.

El disparo tiene lugar por el procedimiento llamado de puerta remota. Entra en conducción la estructura P2N1P1N4. La inyección de electrones de N2 a P2 es igual a la descrita en el modo I +. Los que alcanzan por difusión la unión P2N1 son absorbidos por su potencial de unión, haciéndose más conductora. El potencial positivo de puerta polariza más positivamente el área de la 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.

Modo III - : Terminal T2 negativo respecto a T1. Intensidad de puerta saliente.

También se dispara por el procedimiento e 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.

Los cuatro modos de disparo descritos tienen diferente sensibilidad. Siendo los modos I + y III - los más sensibles, seguidos de cerca por el I -. El modo III + es el disparo más difícil y debe evitarse su empleo en lo posible. El fabricante facilita datos de características eléctricas el bloqueo, conducción y de dispar por puerta de forma similar a lo explicado para el tiristor.

Page 19: Los Tiristores, El UJT

Fig.10 Características V-I de un TRIACEl Transistor UJT.

El transistor de uní-unión (uní junction transistor) o UJT está constituido por dos regiones contaminadas con tres terminales externos: dos bases y un emisor. (En la figura 12.21.a) Aparece la estructura física de este dispositivo. El emisor está fuertemente dopado con impurezas p y la región n débilmente dopado con n. Por ello, la resistencia entre las dos bases, RBB o resistencia interbase, es elevada (de 5 a 10KΩ estando el emisor abierto).

El modelo (equivalente representado en la figura 12.21.b) está constituido por un diodo que excita la unión de dos resistencias internas, R1 y R2, que verifican RBB=R1+R2. Cuando el diodo no conduce, la caída de tensión en R1 (V1) se puede expresar como

(12.10)

En donde VB2B1 es la diferencia de tensión entre las bases del UJT y es el factor de división de tensión conocido como relación intrínseca. El modelo de este dispositivo utilizando transistores (se muestra en la figura 12.21.c), cuya estructura es muy similar a un diodo de cuatro capas. Cuando entra en conducción los transistores la caída de tensión en R1 es muy baja. El símbolo del UJT se muestra en la figura 12.21.d.

Page 20: Los Tiristores, El UJT

Figura 12.21. Transistor UJT. a) Estructura física, b) modelo equivalente,

c) circuito equivalente y d) símbolo.

Funcionamiento de un UJT

El funcionamiento de un UJT es muy similar al de un SCR. (En la gráfica de la figura 12.22) Se describe las características eléctricas de este dispositivo a través de la relación de la tensión de emisor (VE) con la corriente de emisor (IE). Se definen dos puntos críticos: punto de pico o peak-point (VP, IP) y punto de valle o valley-point (VV, IV), ambos verifican la condición de dVE/dIE=0. Estos puntos a su vez definen tres regiones de operación: región de corte, región de resistencia negativa y región de saturación, que se detallan a continuación:

Figura 12.22. Características eléctricas de un UJT.

Page 21: Los Tiristores, El UJT

Región de corte. En esta región, la tensión de emisor es baja de forma que la tensión intrínseca mantiene polarizado inversamente el diodo emisor. La corriente de emisor es muy baja y se verifica que VE<VP e IE < IP. Esta tensión de pico en el UJT viene definida por la siguiente ecuación

(12.11)

Donde la VF varía entre 0.35 V a 0.7 V con un valor típico de 0.5 V. Por ejemplo, para el 2N2646 es de 0.49V a 25ºC. El UJT en esta región se comporta como un elemento resistivo lineal entre las dos bases de valor RBB.

Región de resistencia negativa. Si la tensión de emisor es suficiente para polarizar el diodo de emisor, es decir, VE=VP entonces el diodo entra en conducción e inyecta huecos a B1 disminuyendo bruscamente la resistencia R1 debido a procesos de recombinación. Desde el emisor, se observa como el UJT disminuye su resistencia interna con un comportamiento similar a la de una resistencia negativa (dVE/dIE < 0). En esta región, la corriente de emisor esta comprendida entre la corriente de pico y de valle (IP< IE< IV).

Región de saturación. Esta zona es similar a la zona activa de un tiristor con unas corrientes y tensiones de mantenimiento (punto de valle) y una relación lineal de muy baja resistencia entre la tensión y la corriente de emisor. En esta región, la corriente de emisor es mayor que la corriente de valle (IE > IV). Si no se verifica las condiciones del punto de valle, el UJT entrara de forma natural a la región de corte.

(En la figura 12.22) También se observa una curva de tipo exponencial que relaciona la VE y la IE cuando la base B2 se encuentra al aire (IB2=0). Esta curva tiene una forma similar a la característica eléctrica de un diodo y representa el comportamiento del diodo de emisor.

Page 22: Los Tiristores, El UJT

Método

DelimitaciónLas prácticas de los Tiristores fueron realizadas en el instituto tecnológico de san luís potosí en los laboratorios de electrónica, con la respectiva supervisión del profesor de la asignatura.

Hipótesis se espera que con los fundamentos de los tiristores se puedan aclarar las

dudas de su funcionamiento con la práctica del UJT se espera poder partir a más prácticas gracias a las

nociones arrojadas. se considera que con los fundamentos del UJT se podrán utilizar en alguna

aplicación futura ya que la electrónica de potencia es muy ocupada, se podría decir que el

UJT podrá conformar otra serie de circuitos con la ayuda de otros tiristores.

Medición

Empezando a analizar el tipo de mediciones que se iban a utilizar, se necesitaría saber cuál era el componente necesario para el estudio, después de que el profesor nos dio el adecuado, este sería de la familia de los tiristores seleccionado como UJT 2646, sus propiedades como siempre, para saber si son las correctas se busco en una fuente fiable como es la del manual ECG, las propiedades del UJT se obtendrían de aquí.

Después de seleccionar el componente adecuado, se optaría por utilizar un multímetro para sus respectivas mediciones, ya que por supuesto se utilizaría el método teórico, era necesario rectificar los datos plateados.

De esto, la fuente asignada de VCC fue de 12 volts, era lo necesario para que UJT nos arrojara datos ya que estos empezarían a reflejar lo planteado desde un principio.

Page 23: Los Tiristores, El UJT

ProcedimientoPara empezar con la práctica es necesario escoger el componente adecuado, como ya se mencionó, el que se ocuparía por sus características especiales seria el UJT 2646, este se analizaría para por seguridad de forma teórica.

Ya después que se contaría con el componente principal se pasaría al análisis aritmético, se empezó a analizar con lo que se contaba, es decir, para poder obtener datos reales se tendría que buscar componentes secundarios para el circuito del UJT correspondiente, antes de empezar con el análisis, lo primero que se notaria es que la resistencia de RB1 seria de nivel algo considerado ya que esta dependería de N y de la ecuación principal, la RB2 se opto por lo que fuera de valor mínimo esta serie la causante del disminuyo de la ganancia o N ubicada en el denominador, también se utilizaría un capacitor, se decidió que fuere se electrolítico por sus propiedades y además por sus confiabilidad por ser también la primera práctica se quería tener confianza a la colocación de cada componente, ahora si ya que se tenía lo necesario para el método teórico se procedería a este.

Se obtuvieron los datos que supuestamente se notaria en la práctica, por lo tanto se procedería al análisis del respectivo circuito, se notaria los compontes que fueron seleccionados y los que eran los principales para que esto trabajara de manera correcta, después de su análisis de este, se opto por el desarrollo del circuito.

Los compontes fueron colocados de manera correcta, al estar manipulado el transistor se sabía lo fundamental en cómo se podría notar la respuesta final y en su caso como fuera se conectado para esto se menciono con anterioridad que se ocupó el ECG, en esto para que se pudiera saber cuál era el patillaje correcto. De esto se analizo por última vez para que no hubiera fallas y que se tuviera el resultado a la primera.

Se procedió al conectado del circuito, éxito… había respuesta, por lo tanto se analizó de manera práctica con el multímetro, los datos que nos arrojaría variarían pero de manera muy incondicional, por lo tanto el resultado sería el más adecuado al respecto de lo esperado.

Page 24: Los Tiristores, El UJT

Desarrollo de las Prácticas

Practica #13: El UJT (Transistor de Unión Única).

Equipo y Material:

1 Transistor UJT

1 Resistencia de 100KΩ

2 Resistencia de 1KΩ

1 Capacitor de 1µF

1 Protoboard

Fuente de Voltaje de 10V

Caimanes

Cables Generales

Multímetro

El objetivo de esta práctica es el conocimiento, el comprendimiento del transistor UJT (transistor de unión única) el cual es un dispositivo semiconductor de potencia capaz de manipular voltajes altos al igual que con las corrientes.

El propósito de armar este circuito que se mostrara a continuación es el poder observar cómo es que función, cuando es que esta en saturación, en corte o en la región de resistencia negativa la cual es cuando el UJT está entre la corriente de pico y corriente de valle los cuales son los que determinar cuándo está en corte o saturación.

Uno de los principales usos del UJT es el de oscilar, el de un circuito de disparo, el de alimentaciones reguladas de voltaje o corriente.

La realización de esta práctica fue únicamente para probar al UJT, el cual era el voltaje en cada una de sus terminales y el desarrollo de cada una de sus fórmulas de las cuales nos determinan cada uo de los valores del UJT.

A continuación se mostrara el diagrama propuesto por el profesor y realizado por nosotros en el laboratorio de electrónica con la finalidad de poder observar y comprender al UJT y el comprender como es que cada una de sus terminales funciona, y el concepto de sus fórmulas.

Hay algunas consideraciones en las cuales nos indica que UJT se encuentra en corte y en saturación que son las siguientes:

Page 25: Los Tiristores, El UJT

Si:

V E>0⇒ peromenroque 0.7⇒esta enCorte

V E>0 y mayor que 0.7⇒esta en Saturacion

V E<0⇒esta enCorte .

Vcc

Q1UJT

R1100K

R21K

RE10k

CE1uF

VB1

Diagrama 1

Este es el circuito que el profesor propuso para la realización de este en el laboratorio de electrónica.

A continuación se mostraran las fórmulas que nos determinaran cada una de las variables de este circuito.

1. RBB=RB1+RB2

2. ɳ=RB1

RB1+RB2

1 en 2

3. ɳ=RB1RBB

4. V P=ɳ V CC+V D ⇒ V P=V E=ɳV CC+0.7V (9)

5. V E=V D+V RB1

6. IB2=I E+ IB1

7. V A=V CC RB1RB1+RB 2

Page 26: Los Tiristores, El UJT

8. V A=V CCɳ

9. V E=V CC ɳ+V D

Entonces de ahí se tienen algunos valores de los que calculamos que fueron los siguientes:

V E=V P=10.62V

V A=V B1=0.1V

V B1→B2=0.5V

V B2→E=0.1V

V B1→E=0.6V

Estos fueron los valores medidos con el multímetro y a continuación se darán los valores que se obtuvieron con las fórmulas adecuadas y estas fueron las siguientes:

RBB=RB1+RB2⇒ RBB=100K+1K=111KΩ

ɳ=RB1

RB1+RB2=100K111K

=0.9

V P=ɳ V CC+V D ⇒ V P=V E=ɳV CC+0.7V=0.9 (10 )+0.7=9.7V

V A=V CC RB1RB1+RB 2

=(10 ) (1K )111K

=0.1V

Estos fueron los valores que se determinaron con las formulas propuestas por el profesor y que nosotros con los valores que le dimos a cada uno de los elementos que se necesitaban para poder realizar este circuito, pudimos obtener. Y así de esta manera fue como realizamos esta práctica.

A continuación se mostraran algunas imágenes en las cuales se podrá observar cómo es que se fue realizando este circuito que el profesor nos propuso para realizarlo en el laboratorio de electrónica con la finalidad de poder comprender su finalidad.

Las imágenes que se mostraran a continuación mostraron el armado, el voltaje que nos brindó cada una de las terminales del UJT y el poder ver a cada una de las imágenes en diferentes ángulos.

Page 27: Los Tiristores, El UJT

Imagen 1

En esta imagen se puede ver que apenas se estaba midiendo el votaje en cada una de las terminales del UJT.

Imagen 2

En esta imagen se puede ver cómo es que se fue colocando las puntas del multímetro en cada una de las terminales del UJT

Nota: el dip switch es únicamente para poder brindarle al UJT disparos con la finalidad de observar que es lo que sucede con el UJT.

Imagen 3

En esta imagen se puede observar el voltaje que resulto en la parte del UJT en donde indica que esta RB1, entonces VRB1=0.1V.

Imagen 4.

Page 28: Los Tiristores, El UJT

En esta imagen, el multímetro nos brindó el voltaje entre RB1 y RB2 los cuales nos brindó el voltaje mostrado en la imagen que fue 0.5V.

Imagen 5.

En esta imagen se puede observar el voltaje que el UJT nos brindó entre las terminales VB1 y la entrada del UJT que es E en donde nos brindó que era de 0.6V aproximadamente.

Y con esta última imagen fue como realizamos este circuito con la finalidad de poder comprenderlo más a fondo.

Conclusión El tiristor es un componente muy ocupado en la electrónica de potencia, es un dispositivo muy confiable al estar tratando con características de entrega, es decir,

Page 29: Los Tiristores, El UJT

la conducción de este es más fácil que un transistor, y por sus propiedades puede soportar voltajes y corrientes más altas, comparado el UJT con un FET ya que su símbolo es algo parecido, pero no interiormente, es más drástico en su trabajo y en su respuesta.

La práctica del transistor uniunion fue necesaria para comprender como es que funciona el primero de la lista que tan grande que es como son los tiristores, se pudo extraer datos necesario para comprender como es que funciona un componente de esa gran magnitud. Ahora se puede decir que se puede seguir trabajando con mas familiares del los tiristores. No se tenía en cuenta algunas cosas de los UJT, como es que trabajan o como podemos lograr que estén en saturación, pero después de relacionar lo teórico con lo práctico se puede decir que el transistor uniunion quedo comprendido como fundamento, no se puede decir que en su totalidad por que falta mucho que aprender de este, pero cómo se ha ido diciendo desde la primera práctica que se hizo, los fundamentos son muy necesarios para poder seguir tratando con temas y prácticas. Desde hace tiempo se han ido haciendo prácticas aplicadas con la ayuda de cada dispositivo visto, en este caso no será la excepción, todavía falta mucho que ver relacionado con los tiristores, es necesario conocerlos a todos para poder decir que se hará algo muy aplicado, pero algo hay que resaltar, no se está mencionado que no se realizara algo, solo falta algo de práctica y se podrá realizar algo muy aplicado. Pero, eso sí, el UJT se seguirá ocupando para prácticas futuras, ya que no ha quedado del todo entendido, falta mucho que aprender como se ha ido diciendo, esto no esto, se sabe que este será ocupado con otros tiristores para que entreguen señales únicas que no se tendrían en cuenta, al parecer son las siguientes que se seguirían refiriendo al tema de los tiristores.

Al mencionar que será ocupado con otros tiristores, se refiere a que se seguirá tomando en cuenta el tema de potencia y por lo tanto se conocerán nuevos componentes, tal sería el caso del SCR y el TRIAC, pero todo a su tiempo, falta conocer del UJT, y eso todavía seguirá siendo estudiado pero con ayuda de estos otros.

Falta mucho de la electrónica de potencia, pero eso no nos indica que hasta aquí, se tiene las ganas de seguir aprendiendo de estos temas ya que son muy ocupados haya afuera y sobre todo es lo que se utiliza mas por ser confiable en La entrega de resultados. A seguir estudiando de los tiristores, ya se cuenta con fundamentos de uno, solo falta la familia restante del tiristor que a su tiempo seguir siendo analizada.

Bibliografía

Tiristor, El; es.wikipedia.com

Page 30: Los Tiristores, El UJT

TRIAC, El; www.unicrom.com

Características del tiristor, www.temas/circuito.html

UJT, El; es.wikipedia.com

Propiedades del UJT, www.unicrom.com

ECG semiconductor, edición 12, NTE

Los tiristores, www.electronicafacil.net

Page 31: Los Tiristores, El UJT

Equipo

López Ramírez Francisco Javier

Zamudio Arteaga Luis Angel

Silos Hernández Martin Eduardo