TRANSISTOR FETINTRODUCCIN Los transistores ms conocidos son los llamados bipolares (NPN y PNP), llamados as porque la conduccin tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en gran nmero de aplicaciones pero tienen ciertos inconvenientes, entre los que se encuentra su impedancia de entrada bastante baja. Existen unos dispositivos que eliminan este inconveniente en particular y que pertenece a la familia de dispositivos en los que existe un solo tipo de portador de cargas, y por tanto, son unipolares. Se llama transistor de efecto campo. Combinacin de portadores. Puesto que hay una tensin positiva entre el drenador y el surtidor, los electrones fluirn desde el surtidor al drenador (o viceversa segn la configuracin del mismo), aunque hay que notar que tambin fluye una corriente despreciable entre el surtidor (o drenador) y la puerta, ya que el diodo formado por la unin canal puerta, esta polarizado inversamente. En el caso de un diodo polarizado en sentido inverso, donde inicialmente los huecos fluyen hacia la terminal negativa de la batera y los electrones del material N, fluyen hacia el terminal positivo de la misma. Lo anteriormente dicho se puede aplicar al transistor FET, en donde, cuando se aumenta VDS aumenta una regin con empobrecimiento de cargas libres.

Cuando seleccionamos un transistor tendremos que conocer el tipo de encapsulado, as como el esquema de identificacin de los terminales. Tambin tendremos que conocer una serie de valores mximos de tensiones, corrientes y potencias que no debemos sobrepasar para no destruir el dispositivo. El parmetro de la potencia disipada por el transistor es especialmente crtico con la temperatura, de modo que esta potencia decrece a medida que aumenta el valor de la temperatura, siendo a veces necesaria la instalacin de un radiador o aleta refrigeradora. Elementos o terminales. Un transistor de efecto campo (FET) tpico est formado por una barrita de material p n, llamada canal, rodeada en parte de su longitud por un collar del otro tipo de material que forma con el canal una unin p-n. En los extremos del canal se hacen sendas conexiones hmicas llamadas respectivamente sumidero (d-drain) y fuente (s-source), ms una conexin llamada puerta (g-gate) en el collar.

La figura muestra el croquis de un FET con canal N

Smbolos grficos para un FET de canal N

Smbolos grficos para un FET de canal P

Fundamento de transistores de efecto de campo: Los transistores son tres zonas semiconductoras juntas dopadas alternativamente con purezas donadoras o aceptadoras de electrones. Su estructura y representacin se muestran en la tabla.

Modelo de transistorFET canal n

Modelo de transistorFET canal p

Las uniones Puerta-Drenador y la Surtidor-Puerta estn polarizadas en inversa de tal forma que no existe otra corriente que la inversa de saturacin de la unin PN. La zona n (en el FET canal n) es pequea y la amplitud de la zona de deplexin afecta a la longitud efectiva del canal. La longitud de la zona de deplexin y depende de la tensin inversa (tensin de puerta).

Zonas de funcionamiento del transistor de efecto de campo (FET): y ZONA HMICA o LINEAL: En esta zona el transistor se comporta como una resistencia variable dependiente del valor de VGS. Un parmetro que aporta el fabricante es la resistencia que presenta el dispositivo para VDS=0 (rds on), y distintos valores de VGS. y ZONA DE SATURACIN: En esta zona es donde el transistor amplifica y se comporta como una fuente de corriente gobernada por VGS ZONA DE CORTE: La intensidad de drenador es nula (ID=0).

A diferencia del transistor BJT, los terminales drenador y surtidor del FET pueden intercambiar sus papeles sin que se altere apreciablemente la caracterstica V-I (se trata de un dispositivo simtrico).

La operacin de un FET de CANAL P es complementaria a la de un FETde CANAL N, lo que sigmifica que todos los voltajes y corrientes son de sentido contrario.

APLICACIONESAPLICACINAislador o separador (buffer) Amplificador de RF Mezclador Amplificador con CAG Amplificador cascodo Troceador Resistor variable por voltaje Amplificador de baja frecuencia Oscilador Circuito MOS digital

PRINCIPAL VENTAJA

USOS

Impedancia de entrada alta y de Uso general, equipo de medida, receptores salida baja Bajo ruido Baja distorsin de intermodulacin Baja capacidad de entrada Ausencia de deriva Se controla por voltaje Capacidad pequea de acoplamiento Mnima variacin de frecuencia Pequeo tamao Sintonizadores de FM, equipo para comunicaciones Receptores de FM y TV, equipos para comunicaciones Instrumentos de medicin, equipos de prueba Amplificadores de cc, sistemas de control de direccin Amplificadores operacionales, rganos electrnicos, controlas de tono Audfonos para sordera, transductores inductivos Generadores de frecuencia patrn, receptores Integracin en gran escala, computadores, memorias

Facilidad para controlar ganancia Receptores, generadores de seales

Siempre nos va a interesar estar en la regin de saturacin, para que la nica variable que me controle la cantidad de corriente que pase por el drenador sea la tensin de puerta. Ecuacin de Shockley:

ID=IDSS(1VGS/Vp)2Donde:y y

Vp es la tensin de puerta que produce el corte en el transistor FET. IDSS es la corriente mxima de drenador que circula por el transistor, al aumentar VDS, cuando la polarizacin de la puerta es VSG= 0 vol

PARAMETROS DEL FET La corriente de sumidero Id es funcin tanto de la tensin de sumidero Vds como de la puerta Vgs. Como la unin est polarizada inversamente, suponemos que la corriente de puerta es nula, con lo que podemos escribir: Ig = 0 e Id = (Vds, Vgs) En la zona de estriccin (saturacin) en que las caractersticas son casi rectas (en el grfico, son horizontales, pero en realidad tienen una pendiente positiva) podemos escribir la respuesta del transistor para pequeos incrementos de Vds y Vgs en esta forma

El parmetro rd se llama resistencia diferencial del sumidero del FET, y es la inversa de la pendiente de la curva. Que como en el grfico, dicha pendiente es cero (en la realidad, como he dicho antes existe algo de pendiente), entonces la rd es infinita (muy grande). El parmetro gm se le denomina conductancia mutua o transconductancia, y es igual a la separacin vertical entre las caractersticas que corresponden a diferencias de valor de Vgs de 1 voltio. 4) TCNICAS DE MANUFACTURA. Es un dispositivo de tres terminales y dos junturas, creado en un material semiconductor slido cristalino (generalmente germanio, silicio, arseniuro de galio) con diferentes contaminaciones, que permite regular la circulacin de una corriente elctrica mediante una corriente de control, mucho menor. El primer transistor se cre en los laboratorios Bell (Estados Unidos de N.A.) en 1947, partiendo de una oblea de germanio, gracias a los trabajos de William Shockley, John Bardeen, y Walter Brattain, por lo cual recibieron el premio Nobel. En el ao 1954, la firma Texas Instruments de Estados Unidos, fabric el primer transistor de silicio, lo cual baj los costos y permiti, gracias a nuevas tcnicas de fabricacin, su comercializacin a gran escala. Han reemplazado en la mayora de las aplicaciones a los tubos vlvulas electrnicas, en los circuitos de radio, audio, etc. permitiendo la fabricacin de equipos porttiles e inmunes a vibraciones y de bajo consumo de energa (en los primeros tiempos se llamaba a los equipos transistorizados de "estado slido" o "frios"). Como se indic con anterioridad, el JFET es un dispositivo de tres terminales, siendo una de ellas capaz de controlar el flujo de corriente entre las otras dos. En nuestra explicacin sobre el transistor BJT se utiliz el transistor npn a lo largo de la mayor parte de las secciones de anlisis y diseo, con una seccin dedicada a los efectos resultantes de emplear un transistor pnp.

Para el transistor JFET el dispositivo de canal-n aparecer como el dispositivo predominante, con prrafos y secciones dedicadas a los efectos resultantes del uso de un JFET de canal-p. La construccin bsica del JFET de canal-n se muestra en la figura siguiente Observe que la mayor parte de la estructura es el material tipo n que forma el canal entre las capas difundidas en material tipo p. El extremo superior del canal tipo n se conecta mediante contacto hmico a la terminal denominada como drenaje (drain) (D), mientras que el extremo inferior del mismo material se conecta por medio de contacto hmico a la terminal llamada la fuente (source) (S). Los dos materiales tipo p se encuentran conectados juntos y al mismo tiempo hacia la terminal de compuerta (gate) (Q). Por tanto, esencialmente el drenaje y la fuente se conectan en esencia a los extremos del canal tipo n y la compuerta, a las dos capas del material tipo p. En ausencia de cualquiera de los potenciales aplicados, el JFET tiene dos uniones p-n bajo condiciones sin polarizacin. El resultado es una regin de agotamiento en cada unin, como se ilustra en la figura siguiente, que se parece a la misma regin de un diodo bajo condiciones sin polarizacin. Recurdese tambin que una regin de agotamiento es aquella regin carente de portadores libres y por lo tanto incapaz de permitir la conduccin a travs de la regin.

Transistor de unin de efecto de campo (JFET). Muy pocas veces las analogas son perfectas y en ocasiones pueden ser engaosas, pero la analoga hidrulica de la figura siguiente proporciona un sentido al control del JFET en la terminal de compuerta y a la conveniencia de la terminologa aplicada a las terminales del dispositivo. La fuente de la presin del agua puede semejarse al voltaje aplicado del drenaje a la fuente, el cual establecer un flujo de agua (electrones) desde el grifo o llave (fuente). La "compuerta", por medio de una seal aplicada (potencial), controla el flujo del agua (carga) hacia el "drenaje". Las terminales del drenaje y la fuente estn en los extremos opuestos del canal-n, como se ilustra en la figura anterior, debido a que la terminologa se define para el flujo de electrones.

Analoga hidrulica para el mecanismo de control del JFET. VGS = 0 V, Vds cualquier valor positivo En la figura siguiente se ha aplicado un voltaje positivo VDS y a travs del canal y la compuerta se ha conectado en forma directa a la fuente para establecer la condicin VGS = 0 V. El resultado es que las terminales de compuerta y fuente se hallan al mismo potencial y hay una regin de agotamiento en el extremo inferior de cada material p, semejante a la distribucin de las condiciones sin polarizacin de la figura del transistor FET.

En el instante que el voltaje vDD ( = VDS) se aplica, los electrones sern atrados hacia la terminal de drenaje, estableciendo la corriente convencional ID con la direccin definida de la figura siguiente la trayectoria del flujo de carga revela con claridad que las comentes de fuente y drenaje son equivalentes (ID = Is). Bajo las condiciones que aparecen en la figura siguiente, el flujo de carga es relativamente permitido y limitado nicamente por la resistencia del canal-n entre el drenaje y la fuente.

JFET en la regin VGS = 0 V y VDS > 0 V. Es importante observar que la regin de agotamiento es ms ancha cerca del extremo superior de ambos materiales tipo p. La razn para el cambio en la anchura de la regin se puede describir mejor con la ayuda de la figura siguiente. Suponiendo una resistencia uniforme en el canal-n, la resistencia del canal puede dividirse en las partes que aparecen en la figura siguiente. La corriente ID establecer los niveles de voltaje a travs del canal, como se indica en la misma figura. El resultado es que la regin superior del material tipo p estar inversamente polarizada alrededor de los 1.5 V, con la regin inferior inversamente polarizada slo en los 0.5 V. Recurdese, la explicacin de la operacin del diodo, que cuanto mayor sea la polarizacin inversa aplicada, mayor ser la anchura de la regin de agotamiento, de aqu la distribucin de la regin de agotamiento que se muestra en la figura siguiente. El hecho de que la unin p-n est inversamente polarizada en la longitud del canal da por resultado una corriente de compuerta de cero amperes, como se ilustra en la misma figura. El hecho que iG = O A es una importante caracterstica del JFET.

Variacin de los potenciales de polarizacin inversa a travs de la unin p-n de un JFET de canal n. Encapsulado e identificacin de sus terminales. La fabricacin de varios de estos dispositivos conectados en diversas configuraciones en una misma oblea de silicio, permiti crear los circuitos integrados o chips, base de todos los aparatos electrnicos modernos. Conectados de manera apropiada, permite amplificar seales muy dbiles, convertir energa, encender o apagar sistemas de elevada potencia, crear osciladores desde frecuencias bajas hasta frecuencias de radio, etc.

Segn sea el orden de los materiales que forman las junturas, existen los transistores tipo NPN PNP, los cuales, en disposiciones circuitales apropiadas permiten crear una enorme cantidad de circuitos para diversos fines, ya que se complementan pues funcionan con sentidos opuestos de circulacin de corriente. En la actualidad, existen una gran variedad de transistores, de efecto de campo o FET (el electrodo de control acta por medio de campo elctrico), los tipo unijuntura, los MOS o de xido metlico (variante de los FET), y otras variaciones como los VMOS (usados para controlar grandes potencias y tensiones), etc. Existe una innumerable cantidad de diseos, especializados para alta potencia, bajo ruido elctrico, alta frecuencia, alta ganancia de corriente, alta tensin, aplicaciones de conmutacin, etc.

AMPLIFICADOR MOSFET

INTRODUCCIONHay dos familias de transistores de efecto de campo: los JFET y los MOSFET. Pese a que el concepto bsico de los FET se conoca ya en 1930, estos dispositivos slo empezaron a fabricarse comercialmente a partir de la dcada de los 60. Y a partir de los 80 los transistores de tipo MOSFET han alcanzado una enorme popularidad. Comparados con los BJT, los transistores MOS ocupan menos espacio, es decir, dentro de un circuito integrado puede incorporase un numero mayor. Adems su proceso de fabricacin es tambin ms simple. Adems, existe un gran nmero de funciones lgicas que pueden ser implementadas nicamente con transistores MOS (sin resistencias ni diodos). Esto ha hecho del transistor MOS el componente estrella de la electrnica digital.

CARACTERSTICASMOSFET significa "FET de Metal Oxido Semiconductor" o FET de compuerta aislada, es un arreglo de cientos de transistores integrados en un sustrato de silicio. Cada uno entrega una parte a la corriente total. Uno de los motivos que impuls su desarrollo es que los transistores bipolares presentan limitaciones. Es un dispositivo controlado por tensin, Es un dispositivo extremadamente veloz en virtud a la pequea corriente necesaria para estrangular o liberar el canal. Por esta facultad se los usa ampliamente en conmutacin. Su velocidad permite disear etapas con grandes anchos de banda minimizando, as, lo que se denomina distorsin por fase. La caracterstica constructiva comn a todos los tipos de transistor MOS es que el terminal de puerta (G) est formado por una estructura de tipo Metal/xido/Semiconductor. El xido es aislante, con lo que la corriente de puerta es prcticamente nula, mucho menor que en los JFET. Por ello, los MOS se emplean para tratar seales de muy baja potencia. Tiene una versin NPN y otra PNP. El NPN es llamado MOSFET de canal N y el PNP es llamado MOSFET de canal P, En el MOSFET de canal N la parte "N" est conectado a la fuente (source) y al drenaje (drain) En el MOSFET de canal P la parte "P" est conectado a la fuente (source) y al drenaje (drain):

PRINCIPIO DE OPERACIONTanto en el MOSFET de canal N o el de canal P, cuando no se aplica tensin en la compuerta no hay flujo de corriente entre en drenaje (Drain) y la fuente (Source)

Para que circule corriente en un MOSFET de canal N una tensin positiva se debe aplicar en la compuerta. As los electrones del canal N de la fuente (source) y el drenaje (Drain) son atrados a la compuerta (Gate) y pasan por el canal P entre ellos.

El movimiento de estos electrones, crea las condiciones para que aparezca un puente para los electrones entre el drenaje y la fuente. La amplitud o anchura de este puente (y la cantidad de corriente) depende o es controlada por la tensin aplicada a la compuerta. En el caso del MOSFET de canal P, se da una situacin similar. Cuando se aplica una tensin negativa en la compuerta, los huecos (ausencia de electrones) del canal P del drenaje y de la fuente son atrados hacia la compuerta y pasan a travs del canal N que hay entre ellos, creando un puente entre drenaje y fuente. La amplitud o anchura del puente (y la cantidad de corriente) depende de la tensin aplicada a la compuerta. Debido a la delgada capa de xido que hay entre la compuerta y el semiconductor, no hay corriente por la compuerta. La corriente que circula entre drenaje y fuente es controlada por la tensin aplicada a la compuerta.

APLICACIONEl MOSFET es frecuentemente usado como amplificador de potencia ya que ofrecen dos ventajas sobre los MESFETs y los JFETs y ellas son: En la regin activa de un MOSFET en modo de enriquecimiento, la capacitancia de entrada y la trasconductancia es casi independiente del voltaje de la compuerta y la capacitancia de salida es independiente del voltaje del drenador. Este puede proveer una potencia de amplificacin muy lineal. El rango de voltaje activo de la compuerta puede ser mayor porque los MOSFETs de canal n en modo de vaciamiento pueden operar desde la regin de modo de vaciamiento (-Vg) a la regin de modo de enriquecimiento (+Vg). Capacitancia en el MOSFET Dos capacitancias son importantes en un conmutador de encendido-apagado con MOSFET. stas son Cgs entre Gate y la fuente y Cgd entre Gate y drenaje. Cada valor de capacitancia es una funcin no lineal del voltaje. El valor para Cgs tiene solamente una variacin pequea, pero en Cgd, cuando uDG haya pasado a travs de cero, es muy significativa. Cualquier desprecio de estas variaciones crea un error substancial en la carga que es requerida en Gate que es necesaria para estabilizar una condicin dada de operacin. Encendido En la mayora de los circuitos con MOSFET, el objetivo es encenderlo tan rpido como sea posible para minimizar las prdidas por conmutacin. Para lograrlo, el circuito manejador del gatillo debe ser capaz de alimentar la suficiente corriente para incrementar rpidamente el voltaje de gatillo al valor requerido.

Apagado Para apagar el MOSFET, el voltaje gate-fuente debe reducirse en accin inversa como fue hecho para encenderlo. La secuencia particular de la corriente y el voltaje depende de los arreglos del circuito externo. rea segura de operacin El rea segura de operacin del MOSFET est limitada por tres variables que forman los lmites de una operacin aceptable. Estos lmites son: 1. Corriente mxima pulsante de drenaje 2. Voltaje mximo drenaje-fuente 3. Temperatura mxima de unin. Prdidas del MOSFET Las prdidas de potencia del MOSFET son un factor tomado en cuenta para la seleccin de un dispositivo de conmutacin. La eleccin no es sencilla, pues no puede decirse que el MOSFET tenga menores o mayores prdidas que un BJT en un valor especfico de corriente. Las prdidas por conmutacin en el encendido y apagado juegan un papel ms importante en la seleccin. La frecuencia de conmutacin es tambin muy importante.

1. El mosfet gracias a su gran velocidad de conmutacin presenta una gran versatilidad de trabajo;este puede reemplazar dispostivos como el jfet. 2. Los MOS se emplean para tratar seales de muy baja potencia esto es una gran ventaja ya que pueden ser utilizados en una gran gama de aplicaciones 3. Para que circule corriente en un MOSFET de canal N una tensin positiva se debe aplicar en la compuerta. As los electrones del canal N de la fuente (source) y el drenaje (Drain) son atrados a la compuerta (Gate) y pasan por el canal P entre ellos. 4. Gracias a la delgada capa de xido que hay entre la compuerta y el semiconductor, no hay corriente por la compuerta. La corriente que circula entre drenaje y fuente es controlada por la tensin aplicada a la compuerta.

SCRINTRODUCCION El SCR (Silicon Controlled Rectifier o Rectificador Controlado de Silicio, Figura 1), es un dispositivo semiconductor biestable formado por tres uniones pn con la disposicin pnpn (Figura 2). Est formado por tres terminales, llamados nodo, Ctodo y Puerta. La conduccin entre nodo y ctodo es controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional (sentido de la corriente es nico), conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez.

Figura 1: Smbolo del SCR.

Figura 2 : Estructura bsica del SCR.

CARACTERISTICAS DEL SCR Interruptor casi ideal. Soporta tensiones altas. Amplificador eficaz. Es capaz de controlar grandes potencias. Fcil controlabilidad. Relativa rapidez. Caractersticas en funcin de situaciones pasadas (memoria).

Las caractersticas estticas corresponden a la regin nodo - ctodo y son los valores mximos que colocan al elemento en lmite de sus posibilidades: - Tensin inversa de pico de trabajo .............................................: VRWM - Tensin directa de pico repetitiva ...............................................: VDRM - Tensin directa ...........................................................................: VT - Corriente directa media ...............................................................: ITAV - Corriente directa eficaz ................................................................: ITRMS - Corriente directa de fugas ............................................................: IDRM - Corriente inversa de fugas ............................................................: IRRM - Corriente de mantenimiento ..........................................................: IH

Las caractersticas trmicas a tener en cuenta al trabajar con tiristores son: - Temperatura de la unin ................................................................: Tj - Temperatura de almacenamiento ...................................................: Tstg - Resistencia trmica contenedor-disipador ......................................: Rc-d - Resistencia trmica unin-contenedor ............................................: Rj-c - Resistencia trmica unin-ambiente.................................................: Rj-a - Impedancia trmica unin-contenedor.............................................: Zj-c CARACTERSTICAS DE CONTROL.

Corresponden a la regin puerta-ctodo y determinan las propiedades del circuito de mando que responde mejor a las condiciones de disparo. Los fabricantes definen las siguientes caractersticas: -Tensin directa mx. ....................................................................: VGFM - Tensin inversa mx. ...................................................................: VGRM - Corriente mxima..........................................................................: IGM - Potencia mxima ..........................................................................: PGM - Potencia media .............................................................................: PGAV - Tensin puerta-ctodo para el encendido......................................: VGT - Tensin residual mxima que no enciende ningn elemento.............: VGNT - Corriente de puerta para el encendido ...........................................: IGT - Corriente residual mxima que no enciende ningn elemento............: IGNT Entre los anteriores destacan: - VGT e IGT , que determinan las condiciones de encendido del dispositivo semiconductor.

- VGNT e IGNT, que dan los valores mximos de corriente y de tensin, para los cuales en condiciones normales de temperatura, los tiristores no corren el riesgo de dispararse de modo indeseado. rea de disparo seguro. En esta rea (Figura 3) se obtienen las condiciones de disparo del SCR. Las tensiones y corrientes admisibles para el disparo se encuentran en el interior de la zona formada por las curvas: Curva A y B: lmite superior e inferior de la tensin puerta-ctodo en funcin de la corriente positiva de puerta, para una corriente nula de nodo. Curva C: tensin directa de pico admisible VGF. Curva D: hiprbola de la potencia media mxima PGAV que no debemos sobrepasar.

Figura 3. Curva caractersticas de puerta del tiristor. El diodo puerta (G) - ctodo (K) difiere de un diodo de rectificacin en los siguientes puntos: y Una cada de tensin en sentido directo ms elevada. y Mayor dispersin para un mismo tipo de tiristor. Tensiones transitorias: - Valores de la tensin superpuestos a la seal de la fuente de alimentacin. - Son breves y de gran amplitud. - La tensin inversa de pico no repetitiva (VRSM) debe estar dentro de esos valores. Impulsos de corriente: - Para cada tiristor se publican curvas que dan la cantidad de ciclos durante los cuales puede tolerarse una corriente de pico dada (Figura 4). - A mayor valor del impuso de corriente, menor es la cantidad de ciclos. - El tiempo mximo de cada impulso est limitado por la temperatura media de la unin. ngulos de conduccin: - La corriente y tensin media de un SCR dependen del ngulo de conduccin. - A mayor ngulo de conduccin, se obtiene a la salida mayor potencia. - Un mayor ngulo de bloqueo o disparo se corresponde con un menor ngulo de conduccin (Figura 5): ngulo de conduccin = 180 - ngulo de disparo

- Conociendo la variacin de la potencia disipada en funcin de los diferentes ngulos de conduccin podremos calcular las protecciones necesarias.

Figura 5. ngulo de bloqueo y conduccin de un tiristor. Caractersticas de conmutacin. Los tiristores no son interruptores perfectos, necesitan un tiempo para pasar de corte a conduccin y viceversa. Vamos a analizar este hecho. 4.3.2.1 Tiempo de encendido (Ton): Es el tiempo que tarda el tiristor en pasar de corte a conduccin. Se divide en dos partes (Figura 6): Tiempo de retardo (td): tiempo que transcurre desde que la corriente de puerta alcanza el 50 % de su valor final hasta que la corriente de nodo alcanza el 10 % de su valor mximo. Depende de la corriente de mando, de la tensin nodo - ctodo y de la temperatura (td disminuye si estas magnitudes aumentan). Tiempo de subida (tr): tiempo necesario para que la corriente de nodo pase del 10 % al 90 % de su valor mximo, o, el paso de la cada de tensin en el tiristor del 90 % al 10 % de su valor inicial. Ton = td + tr

Figura 6. Tiempo de encendido.

Tiempo de apagado (Toff ):

Es el tiempo que tarda el tiristor en pasar de conduccin a corte. Se divide en dos partes (Figura 7): Tiempo de recuperacin inversa (trr): tiempo en el que las cargas acumuladas en la conduccin del SCR, por polarizacin inversa de este, se eliminan parcialmente. Tiempo de recuperacin de puerta (tgr): tiempo en el que, en un nmero suficiente bajo, las restantes cargas acumuladas se recombinan por difusin, permitiendo que la puerta recupere su capacidad de gobierno. Toff = trr + tgr

Figura 7. Tiempo de apagado. La extincin del tiristor se producir por dos motivos: reduccin de la corriente de nodo por debajo de la corriente de mantenimiento y por anulacin de la corriente de nodo. CARACTERSTICAS TRMICAS. Dependiendo de las condiciones de trabajo de un tiristor, ste disipa una cantidad de energa que produce un aumento de la temperatura en las uniones del semiconductor. Este aumento de la temperatura provoca un aumento de la corriente de fugas, que a su vez provoca un aumento de la temperatura, creando un fenmeno de acumulacin de calor que debe ser evitado. Para ello se colocan disipadores de calor.

MTODOS DE DISPARO. Para que se produzca el cebado de un tiristor, la unin nodo - ctodo debe estar polarizada en directo y la seal de mando debe permanecer un tiempo suficientemente larga como para permitir que el tiristor alcance un valor de corriente de nodo mayor que IL, corriente necesaria para permitir que el SCR comience a conducir. Para que, una vez disparado, se mantenga en la zona de conduccin deber circular una corriente mnima de valor IH, marcando el paso del estado de conduccin al estado de bloqueo directo. Los distintos mtodos de disparo de los tiristores son: - Por puerta. - Por mdulo de tensin. - Por gradiente de tensin (dV/dt) - Disparo por radiacin.

- Disparo por temperatura. El modo usado normalmente es el disparo por puerta. Los disparos por mdulo y gradiente de tensin son modos no deseados.

APLICACIONES DEL SCR. Las aplicaciones de los tiristores se extiende desde la rectificacin de corrientes alternas, en lugar de los diodos convencionales hasta la realizacin de determinadas conmutaciones de baja potencia en circuitos electrnicos, pasando por los onduladores o inversores que transforman la corriente continua en alterna. La principal ventaja que presentan frente a los diodos cuando se les utiliza como rectificadores es que su entrada en conduccin estar controlada por la seal de puerta. De esta forma se podr variar la tensin continua de salida si se hace variar el momento del disparo ya que se obtendrn diferentes ngulos de conduccin del ciclo de la tensin o corriente alterna de entrada. Adems el tiristor se bloquear automticamente al cambiar la alternancia de positiva a negativa ya que en este momento empezar a recibir tensin inversa. Por lo anteriormente sealado el SCR tiene una gran variedad de aplicaciones, entre ellas estn las siguientes: Controles de relevador. Circuitos de retardo de tiempo. Fuentes de alimentacin reguladas. Interruptores estticos. Controles de motores. Recortadores. Inversores. Ciclo conversores. Cargadores de bateras. Circuitos de proteccin. Controles de calefaccin. Controles de fase.

DIACINTRODUCCIN El DIAC (Diode Alternative Current, Figura 1) es un dispositivo bidireccional simtrico (sin polaridad) con dos electrodos principales: MT1 y MT2, y ninguno de control. Es un componente electrnico que est preparado para conducir en los dos sentidos de sus terminales, por ello se le denomina bidireccional, siempre que se llegue a su tensin de cebado o de disparo.

Figura 1: Smbolo del DIAC.

2. ESTRUCTURA.

Figura 2 : Estructura bsica del DIAC.

En la curva caracterstica tensin-corriente se observa que: - V(+ -) < Vb0 , el elemento se comporta como un circuito abierto. - V(+ -) > Vb0 , el elemento se comporta como un cortocircuito. Hasta que la tensin aplicada entre sus extremos supera la tensin de disparo Vb0; la intensidad que circula por el componente es muy pequea. Al superar dicha tensin la corriente aumenta bruscamente, disminuyendo como consecuencia la tensin.

CARACTERSTICAS GENERALES Y APLICACIONES. Se emplea normalmente en circuitos que realizan un control de fase de la corriente del triac, de forma que solo se aplica tensin a la carga durante una fraccin de ciclo de la alterna. Estos sistemas se utilizan para el control de iluminacin con intensidad variable, calefaccin elctrica con regulacin de temperatura y algunos controles de velocidad de motores. La forma ms simple de utilizar estos controles es empleando el circuito representado en la Figura 3, en que la resistencia variable R carga el condensador C hasta que se alcanza la tensin de disparo del DIAC, producindose a travs de l la descarga de C, cuya corriente alcanza la puerta del TRIAC y le pone en conduccin. Este mecanismo se produce una vez en el semiciclo positivo y otra en el negativo. El momento del disparo podr ser ajustado con el valor de R variando como consecuencia el tiempo de conduccin del TRIAC y, por tanto, el valor de la tensin media aplicada a la carga, obtenindose un simple pero eficaz control de potencia.

Figura 3: Disparo de TRIAC mediante un DIAC.

TRIACINTRODUCCION. El triac es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversin de la tensin o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El triac puede ser disparado independientemente de la polarizacin de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa. Cuando el triac conduce, hay una trayectoria de flujo de corriente de muy baja resistencia de una terminal a la otra, dependiendo la direccin de flujo de la polaridad del voltaje externo aplicado. Cuando el voltaje es mas positivo en MT2, la corriente fluye de MT2 a MT1 en caso contrario fluye de MT1 a MT2. En ambos casos el triac se comporta como un interruptor cerrado. Cuando el triac deja de conducir no puede fluir corriente entre las terminales principales sin importar la polaridad del voltaje externo aplicado por tanto acta como un interruptor abierto. Debe tenerse en cuenta que si se aplica una variacin de tensin importante al triac(dv/dt) an sin conduccin previa, el triac puede entrar en conduccin directa.

CARACTERSTICAS

La estructura contiene seis capas como se indica en la Fig. 1, aunque funciona siempre como un tiristor de cuatro capas. En sentido MT2-MT1 conduce a travs de P1N1P2N2y en sentido MT1-MT2 a travs de P2N1P1N4. La capa N3 facilita el disparo con intensidad de puerta negativa. La complicacin de su estructura lo hace mas delicado que un tiristor en cuanto a di/dt y dv/dt y capacidad para soportar sobre intensidades. Se fabrican para intensidades de algunos amperios hasta unos 200 A eficaces y desde400 a 1000 V de tensin de pico repetitivo. Los triac son fabricados para funcionar a frecuencias bajas, los fabricados para trabajar a frecuencias medias son denominados alternistores. En la Fig. 2 se muestra el smbolo esquemtico e identificacin de las terminales de un triac, la nomenclatura nodo 2 (A2) y nodo 1 (A1) pueden ser reemplazados por Terminal Principal 2 (MT2) y Terminal Principal 1 (MT1) respectivamente.

Se puede considerar a un TRIAC como si fueran dos SCR conectados en anti paralelo, con una conexin de compuerta comn, como se muestra en la Fig.3. Dado que el TRIAC es un dispositivo bidireccional, no es posible identificar sus terminales como nodo y ctodo. Si la terminal MT2 es positiva con respecto a la terminal MT1, se activar al aplicar una seal negativa a la compuerta, entre la compuerta y la terminal MT1.No es necesario que estn presentes ambas polaridades en las seales de la compuerta ya que un TRIAC puede ser activado con una sola seal positiva o negativa de compuerta. En la prctica, la sensibilidad vara 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).La diferencia ms importante que se encuentra entre el funcionamiento de un triac y el de dos tiristores es que en este ltimo caso cada uno de los dispositivos conducir durante medio ciclo si se le dispara adecuadamente, bloquendose cuando la corriente cambia de polaridad, dando como resultado una conduccin completa de la corriente alterna. El TRIAC, sin embargo, se bloquea durante el breve instante en que la corriente de carga pasa por el valor cero, hasta que se alcanza el valor mnimo de tensin entre T2 y T1, para volver de nuevo a conducir, suponiendo que la excitacin de la puerta sea la adecuada. Mtodos de disparo Como hemos dicho, el TRIAC posee dos nodos denominados (MT1 y MT2) y una compuerta G. La polaridad de la compuerta G y la polaridad del nodo 2, se miden con respecto al nodo 1.El triac puede ser disparado en cualquiera de los dos cuadrantes I y III mediante la aplicacin entre los terminales de compuerta G y MT1 de un impulso positivo o negativo. Esto le da una facilidad de empleo grande y simplifica mucho el circuito de disparo. Veamos cules son los fenmenos internos que tienen lugar en los cuatro modos posibles de disparo. 1. El primer modo del primer cuadrante designado por I (+), es aquel en que la tensin del nodo MT2 y la tensin de la compuerta son positivas con respecto al nodo MT1 y este es el modo ms comn (Intensidad de compuerta entrante). La corriente de compuerta circula internamente hasta MT1, en parte por la uninP2N2 y en parte a travs de la zona P2. Se produce la natural inyeccin de electrones de N2 a P2, que es favorecida en el rea prxima a la compuerta por la cada de tensin que produce en P2 la circulacin lateral de corriente de compuerta. Esta cada de tensin se simboliza en la figura por signos + y -. Parte de los electrones inyectados alcanzan por difusin la unin P2N1 que bloquea el potencial exterior y son acelerados por ella inicindose la conduccin.

2. El segundo modo del cuarto cuadrante, y designado por I(-) es aquel en que la tensin del nodo MT2 es positiva con respecto al nodo MT1 y la tensin de disparo de la compuerta es negativa con respecto al nodo MT1( Intensidad de compuerta saliente).El disparo es similar al de los tiristores de puerta de unin. Inicialmente conduce la estructura auxiliar P1N1P2N3 y luego la principal P1N1P2N2. El disparo dela primera se produce como en un tiristor normal actuando T1 de puerta y P de ctodo. Toda la estructura auxiliar se pone a la tensin positiva de T2 y polariza fuertemente la unin P2N2 que inyecta electrones hacia el rea de potencial positivo. La unin P2N1de la estructura principal, que soporta la tensin exterior, es invadida por electrones en la vecindad de la estructura auxiliar, entrando en conduccin.

3. El tercer modo del Segundo cuadrante y designado por III(+) es aquel en que la tensin del nodo T2 es negativa con respecto al nodo MT1, y la tensin de disparo de la compuerta es positiva con respecto al nodo MT1(Intensidad de compuerta entrante).El disparo tiene lugar por el procedimiento llamado de puerta remota. Entra en conduccin la estructura P2N1P1N4. La inyeccin de N2 a P2 es igual a la descrita en el modo I(+). Los que alcanzan por difusin la unin P2N1 son absorbidos por su potencial de unin, hacindose ms conductora. El potencial positivo de puerta polariza ms positivamente el rea de unin P2N1 prxima a ella que la prxima aT1, provocndose una inyeccin de huecos desde P2 a N1 que alcanza en parte la unin N1P1 encargada de bloquear la tensin exterior y se produce la entrada en conduccin.

4. El cuarto modo, del tercer cuadrante, y designado por III (-) es aquel en que la tensin del nodo MT2 y la tensin de la compuerta son negativos con respecto l nodo MT1 (Intensidad de compuerta saliente).Se dispara por el procedimiento de puerta remota, conduciendo las capasP2N1P1N4. La capa N3 inyecta electrones en P2 que hacen ms conductora la unin P2N1. La tensin positiva de T1 polariza el rea prxima de la unin P2N1ms positivamente que la prxima a la puerta. Esta polarizacin inyecta huecos deP2 a N1 que alcanzan en parte la unin N1P1 y la hacen pasar a conduccin.

Disparo por corriente continua En este caso la tensin de disparo proviene de una fuente de tensin continua aplicada al TRIAC a travs de una resistencia limitadora de la corriente de puerta. Es necesario disponer de un elemento interruptor en serie con la corriente de disparo encargado dela funcin de control, que puede ser un simple interruptor mecnico o un transistor trabajando en conmutacin. Este sistema de disparo es el normalmente empleado en los circuitos electrnicos alimentados por tensiones continuas cuya funcin sea la de control de una corriente a partir de una determinada seal de excitacin, que generalmente se origina en un transductor de cualquier tipo

Disparo por corriente alterna alterna. El disparo por corriente alterna se puede realizar mediante el empleo de un transformador que suministre la tensin de disparo, o bien directamente a partir de la propia tensin de la red con una resistencia limitadora de la corriente de puerta adecuada y algn elemento interruptor que entregue la excitacin a la puerta en el momento preciso.

Caracterstica tensin corriente.

La Fig. 4 describe la caracterstica tensin corriente del Triac. Muestra la corriente a travs del Triac como una funcin de la tensin entre los nodos MT2 y MT1. El punto VBD (tensin de ruptura) es el punto por el cual el dispositivo pasa de una resistencia alta a una resistencia baja y la corriente, a travs del Triac, crece con un pequeo cambio en la tensin entre los nodos. El Triac permanece en estado ON hasta que la corriente disminuye por debajo de la corriente de mantenimiento IH. Esto se realiza por medio de la disminucin de la tensin de la fuente. Una vez que el Triac entra en conduccin, la compuerta no controla mas la conduccin, por esta razn se acostumbra dar un pulso de corriente corto y de esta manera se impide la disipacin de energa sobrante en la compuerta. El mismo proceso ocurre con respecto al tercer cuadrante, cuando la tensin en el nodo MT2 es negativa con respecto al nodo MT1 y obtenemos la caracterstica invertida. Por esto es un componente simtrico en cuanto a conduccin y estado de bloqueo se refiere, pues la caracterstica en el cuadrante I de la curva es iguala la del III

Formas de onda de los triacs. Un triac no esta limitado a 180 de conduccin por ciclo. Con un arreglo adecuado del disparador, puede conducir durante el total de los 360 del ciclo. Por tanto proporciona control de corriente de onda completa, en lugar del control de media onda que se logra con un SCR. Las formas de onda de los triacs son muy parecidas a las formas de onda de los SCR, a excepcin de que pueden dispararse durante el semiciclo negativo. En la Fig. 5 se muestran las formas de onda tanto para el voltaje de carga como para el voltaje del triac (a travs de los terminales principales) para dos condiciones diferentes. En la Fig. 5 (a), las formas de onda muestran apagado el triac durante los primeros 30de cada semiciclo, durante estos 30 el triac se comporta como un interruptor abierto, durante este tiempo el voltaje completo de lnea se cae a travs de las terminales principales del triac, sin aplicar ningn voltaje a la carga. Por tanto no hay flujo de corriente a travs del triac y la carga. La parte del semiciclo durante la cual existe seta situacin se llama ngulo de retardo de disparo. Despus de transcurrido los 30 s, el triac dispara y se vuelve como un interruptor cerrado y comienza a conducir corriente a la carga, esto lo realiza durante el resto del semiciclo. La parte del semiciclo durante la cual el triac esta encendido se llama ngulo de conduccin. La Fig. 5 (b) muestran las mismas formas de ondas pero con ngulo de retardo de disparo mayor.

Circuito prctico para disparo.

En la Fig. 6 se muestra un circuito prctico de disparo de un triac utilizando un UJT. El resistor RF es un resistor variable que se modifica a medida que las condiciones de carga cambian. El transformador T1 es un transformador de aislamiento, y su propsito es aislar elctricamente el circuito secundario y el primario, para este caso asla el circuito de potencia CA del circuito de disparo. La onda senoidal de ca del secundario de T1 es aplicada a un rectificador en puente y la salida de este a una combinacin de resistor y diodo zener que suministran una forma de onda de 24 v sincronizada con la lnea de ca. Esta forma de onda es mostrada en la Fig. 7 (a). Cuando la alimentacin de 24 v se establece, C1 comienza a cargarse hasta la Vp del UJT, el cual se dispara y crea un pulso de corriente en el devanado primario del transformador T2. Este se acopla al devanado secundario, y el pulso del secundario es entregado a la compuerta del triac, encendindolo durante el resto del semiciclo. Las formas de onda del capacitor (Vc1), corriente del secundario de T2 (Isec) y voltaje de carga (VLD), se muestran en la Fig. 7 (b), (c), (d). La razn de carga de C1 es determinada por la razn de RF a R1, que forman un divisor de voltaje, entre ellos se dividen la fuente de CD de 24 v que alimenta al circuito de disparo. Si RF es pequeo en relacin a R1, entonces R1 recibir una gran parte de la fuente de 24 v, esto origina que el transistor PNP Q1 conduzca, con una circulacin grande de corriente por el colector pues el voltaje de R1 es aplicado al circuito de base, por lo tanto C1 se carga con rapidez. Bajo estas condiciones el UJT se dispara pronto y la corriente de carga promedio es alta. Por otra parte se RF es grande en relacin a R1, entonces el voltaje a travs de R1 ser menor que en el caso anterior, esto provoca la aparicin de un voltaje menor a travs del circuito base-emisor de Q1 con la cual disminuye su corriente de colector y por consiguiente la razn de carga de C1 se reduce, por lo que le lleva mayor tiempo acumular el Vp del UJT. Por lo tanto el UJT y el triac se disparan despus en el semiciclo y la corriente de carga promedio es menor que antes.

APLICACIONES La versatibilidad del TRIAC y la simplicidad de su uso le hacen ideal para una amplia variedad de aplicaciones relacionadas con el control de corrientes alternas. Una de ellas es su utilizacin como interruptor esttico ofreciendo muchas ventajas sobre los interruptores mecnicos convencionales, que requieren siempre el movimiento de un contacto, siendo la principal la que se obtiene como consecuencia de que el TRIAC siempre se dispara cada medio ciclo cuando la corriente pasa por cero, con lo que se evitan los arcos y sobre tensiones derivadas de la conmutacin de cargas inductivas que almacenan una determinada energa durante su funcionamiento.