PRÁCTICA # 10

TIRISTORES

OBJETIVOS

Familiarizarse con los circuitos de disparo de tiristores los que pueden incluir UJT o DIAC.

Conocer las características de los tiristores: SCR y TRIAC y conocer sus aplicaciones en circuitos de control.

TEORÍA

Tiristores.El Tiristor es un diodo controlado de silicio, formado por cuatro capas de material semiconductor que alternativamente son de tipo P y N. El circuito ánodo-cátodo no es, normalmente, conductor en las dos direcciones hasta que el circuito de control gate-cátodo reciba un pequeño voltaje en sentido directo VGate-Cátodo haciendo que circule una corriente, lo que hace que disminuya la resistencia directa del rectificador principal, y por consiguiente, el diodo principal pasa a ser conductor.

Algunos dispositivos conducen en un solo sentido, mientras que otros conducen en ambos sentidos. El tiristor que cumple con la condición de conducir en un solo sentido se denomina SCR. Hay tiristores en los que el rectificador principal, una vez disparado por el circuito de control, conduce en ambos sentidos (de ánodo a cátodo y viceversa) este tiristor es el TRIAC. Ahora podemos decir que se utilizan los SCR cuando trabajamos con voltajes DC y que para la parte AC utilizamos los llamados TRIAC. Con esto último, no nos estamos refiriendo al circuito de control sino a la sección del rectificador principal que es en realidad lo importante de estos elementos.

En el SCR tenemos una corriente de disparo o enganche IGT, que es el mínimo valor de corriente necesario a través del gate para se dispare el SCR. Además de la corriente de disparo se necesita de un voltaje mínimo de disparo entre el gate-cátodo por lo general de 0.6V a 1.0V.

También hay otra corriente de sostenimiento IH, el cual es el mínimo valor de corriente de ánodo-cátodo necesario para que el SCR se mantenga encendido.

El voltaje necesario para que las uniones de este elemento empiecen a conducir se llama voltaje de ruptura. En la gráfica de a continuación ilustramos lo que hemos estado diciendo.

TRIAC.El TRIAC puede

considerarse como dos SCR conectados uno al lado del otro pero invertidos y con un electrodo de

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compuerta común. Puede dispararse por pulsos de compuerta positivos o negativos y se usa para controlar el flujo de corriente en cualquier sentido.

Ahora tratemos de ver en qué consisten los circuitos de control de disparo necesarios para que los elementos tiristores puedan trabajar.

El bajo costo por unidad, combinado con las excelentes características del dispositivo, han justificado su empleo en una amplia variedad de aplicaciones. Unas cuantas incluyen osciladores, circuitos de disparo, generadores diente de sierra, control de fase, circuitos temporizadores, redes biestables y fuentes reguladas de voltajes o corriente. El hecho de que este dispositivo sea en general de bajo consumo de potencia en condiciones de operación normal, es una enorme ayuda en los continuos esfuerzos para diseñar sistemas relativamente eficientes. Este es el caso del UJT.

Transistor de Unijuntura UJT.El UJT es un dispositivo de tres terminales pero con solo una unión p-n que es la que la da terminología de transistor monounión, como también se lo conoce.

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En el símbolo, la punta de la flecha apunta en la dirección del flujo de corriente convencional cuando el dispositivo está polarizado directamente, activo o en el estado de conducción.

En el circuito equivalente, se tiene dos resistencias (una fija y una variable) y un solo diodo. La resistencia R B1 se presenta como una variable, ya que su magnitud variará con la corriente IE. Al dispositivo se le puede medir la resistencia entre las dos bases RBB y su valor puede estar entre 4 y 11K. Para que el UJT se dispare, el voltaje aplicado al emisor debe ser mayor que la suma del voltaje del diodo con la caída en la resistencia RB1.

Para que el UJT trabaje como oscilador este debe trabajar en la región de resistencia negativa es decir entre el punto pico y el punto valle tal como se muestra en la grafica.

En el circuito de abajo se muestra una aplicación del UJT como oscilador de relajación:

Ahora nosotros podemos usar bien sea la resistencia R1 o la resistencia R2, sea que necesitemos pulsos positivos o negativos como señal de disparo. La frecuencia de oscilación de este circuito viene dada por RT y CT. Si RT es variable la señal de disparo tendrá una frecuencia variable. Esta frecuencia viene dada por el tiempo de carga y de descarga del capacitor.

El CT se carga a través de la resistencia RT hasta el voltaje de alimentación. Mientras el voltaje de capacitor VE esté por abajo del voltaje de disparo VP fijado por medio del voltaje entre B1 - B2 y la razón de apagado del transistor (valor que está entre 0,4 y 0,6) el transistor aparece como circuito abierto.

Cuando el voltaje en CT excede al valor de VP el UJT se dispara, descargando el capacitor, después de lo cual se inicia un nuevo ciclo de carga.

Cuando se dispara el UJT, se genera un aumento de voltaje en R1. La señal en el emisor es una forma de onda de voltaje de diente de sierra, en la base 1 es un pulso en sentido positivo. Podemos decir también que si utilizamos la resistencia R2 y si

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la salida es en la base 2, el pulso será de sentido negativo. El UJT por lo general se lo utiliza para disparar los SCR. Las formulas del tiempo de carga y descarga del capacitor CT son las siguientes:

Tiempo de Carga:

T C=R TC T ln [V CC−V V

V CC−V P ]

Tiempo de Descarga:T D=(R B1´+R 1)C T ln [ V P

V V ]Donde VV es el voltaje valle y VP el voltaje pico al cual llega el capacitor en la carga y descarga, VCC la fuente de alimentación y RB1 es aproximadamente 110Ω.

DIAC.Existe otro elemento disparador que es el DIAC. Es básicamente una combinación inversa en paralelo de dos terminales de capas semiconductores que permite disparar en cualquier dirección o sea que hay un voltaje de ruptura en cualquier dirección. Esto permite que sea aplicable en corrientes alternas. El símbolo del diac se muestra en la figura.

Procedimiento.-Para esta práctica los circuitos que se van a utilizar son los siguientes:

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Fig. 10.1

Fig. 10.2

1M

C1100nF

50%

RV11M

R1

10k

D1

DIAC

U1TRIAC

L1

110V

VAC110V

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Fig. 10.3

Nota: Para la simulación utilizar el circuito de la Fig.10.3. El triac deberá simularse

con el código T2802D, no con el código BT136.

PRACTICA # 10

TIRISTORES

DATOS TEÓRICOS

NOMBRE..............................................................

PARALELO.................

A.- Investigue algunas características importantes del SCR (Data sheet).

B.- Investigue algunas características importantes del TRIAC (Data sheet).

C.- Investigue algunas características importantes del UJT (Data sheet).

D.- Investigue algunas características importantes del GTO (Adjuntar lo más importante del Data sheet).

E.- Investigue algunas características importantes del IGBT (Adjuntar lo más importante del Data sheet).

F.- Investigue algunas características importantes del PUT (Adjuntar lo más importante del Data sheet).

G.- Investigue las corrientes de disparo y de sostenimiento del SCR 2N5060, el TRIAC BTA136, y el UJT 2N2646.

IGT (2N5060) = IH (2N5060) =

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IGT (BTA136) = IH (BTA136) =

IGT (2N2646) = IH (2N2646) =

H.- Investigue la RBB y la constante del UJT 2N2646

RBB = =

I.- Analice el circuito de la Fig. 10.2 y explique su funcionamiento.

PRACTICA # 10

TIRISTORES

DATOS EXPERIMENTALES

NOMBRE.............................................................. PARALELO.................

A.- Arme el circuito de la Fig. 10.1 mida los valores de VG y la Corriente IG para los 2 valores extremos del LDR (Con luz y sin luz). Mida también el voltaje y corriente que circula a través del SCR.

Nota: Utilice el interruptor para abrir el SCR cuando sea necesario.

VG (Con Luz) = 0.1mV VG (Sin Luz) = 0.72V

IG (Con Luz) = 0.1m/0.984k IG (Sin Luz) = 0.72/0.984k

VSCR (Con Luz) = 13.78V VSCR (Sin Luz) = 0.764V

ISCR (Con Luz) = 0.2mV/ 2.204K ISCR (Sin Luz) = 12.44V/2.204k

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B.- Usando el circuito de la figura 10.2 realice una gráfica de α vs R. Observe al menos 10 intensidades diferentes en el foco y en cada una desconecte y mida la resistencia total que carga el capacitor.

C.- Utilizando un osciloscopio determine la frecuencia de oscilación máxima y minima del circuito de la Fig. 10.3 y determine los voltajes de umbral Vp y VV.

fUJT =

Vp = VV =

D.- Grafique el voltaje del capacitor VE el voltaje en la base B1 del circuito de la Fig. 10.3.

α

R [Ω]

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E.- Arme el circuito de la Fig. 10.3. Asegúrese de que el UJT este oscilando para ello varié el POT1 hasta obtener pulsos al doble de la frecuencia de la señal VSIN y grafique el voltaje a través de la carga RL V(RL:1,RL:2) con ayuda del osciloscopio.La señal sinusoidal en el circuito de carga es de 15VP-P y f = 60Hz

Conclusiones.

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