ESTOS CIRCUITOS DEMUESTRAN LA IMPORTANCIA DE LA ELECTRONICA EN EL DOMINIO DE LA POTENCIA ELECTRICA, CON EL FIN DE JERCER EL CONTROL SOBRE LA ILUMINACIÓN DE UNA LAMPARA, EL CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR Y MUCHAS CARGAS MÁS...DISFRUTALOS!!!!
C
lunes, 2 de julio de 2012
sábado, 30 de junio de 2012
SCR Y TRIAC
RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO (SCR)
Es un dispositivo semiconductor del tipo Tiristor, es decir, se constituye por tres terminales: ánodo (A), cátodo (K) y compuerta (G).
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| Símbolo del SCR y Aspecto Físico de Encapsulado |
El SCR es utilizado para el control de potencia eléctrica, de conducción unidireccional (en un solo sentido); que al igual que un diodo rectificador puede conducir una corriente de Ánodo a Cátodo (IAK) en polarización directa y se comporta virtualmente como un circuito abierto en polarización inversa (VKA) debido a la alta resistencia que presenta en inverso.
A diferencia del diodo rectificador, el SCR cuenta con una condición adicional para conducir. Esta es que en la tercera terminal, llamada compuerta (Gate) de control o de disparo, en la cual se necesita una señal capaz de producir la conducción del SCR. Esta compuerta permite controlar el instante, dentro del posible semiciclo de conducción, en que la conducción de corriente se inicia; lo cual significa que podrá circular corriente en una magnitud promedio o RMS que dependerá del instante en que el SCR sea disparado, pudiendose así controlar la potencia de la carga.
FUNCIONAMIENTO DEL SCR EN CORRIENTE CONTINUA
Si no existe corriente en la compuerta el tristor no conduce. Lo que sucede después de ser activado el SCR, es que se queda conduciendo (activado) y se mantiene así. Si se desea que el tristor deje de conducir (desactivado), el voltaje +V debe ser reducido a 0 Voltios.
Si se disminuye lentamente el voltaje (tensión), el tristor seguirá conduciendo hasta que por el pase una cantidad de corriente menor a la llamada "corriente de mantenimiento o de retención", lo que causará que el SCR deje de conducir aunque la tensión VG (voltaje de la compuerta con respecto a tierra no sea cero.
Como se puede ver el SCR , tiene dos estados:
1- Estado de conducción, en donde la resistencia entre ánodo y cátodo es muy baja
2- Estado de corte, donde la resistencia es muy elevada
1- Estado de conducción, en donde la resistencia entre ánodo y cátodo es muy baja
2- Estado de corte, donde la resistencia es muy elevada
FUNCIONAMIENTO DEL SCR EN CORRIENTE ALTERNA
Se usa principalmente para controlar la potencia que se entrega a una carga eléctrica. (Bombillo, Motor, etc.). La fuente de voltaje puede ser de 110V c.a., 120V c.a., 240V c.a. , etc.
El circuito RC produce un corrimiento de la fase entre la tensión de entrada y la tensión en el condensador que es la que suministra la corriente a la compuerta del SCR. Puede verse que el voltaje en el condensador (en azul) está atrasado con respecto al voltaje de alimentación (en rojo) causando que el tiristor conduzca un poco después de que el tiristor tenga la alimentación necesaria para conducir.
Durante el ciclo negativo el tiristor se abre dejando de conducir. Si se modifica el valor de la resistencia, por ejemplo si utilizamos un potenciómetro, se modifica el desfase que hay entre las dos tensiones antes mencionadas ocasionando que el SCR se active en diferentes momentos antes de que se desactive por le ciclo negativo de la señal. y deje de conducir.
Durante el ciclo negativo el tiristor se abre dejando de conducir. Si se modifica el valor de la resistencia, por ejemplo si utilizamos un potenciómetro, se modifica el desfase que hay entre las dos tensiones antes mencionadas ocasionando que el SCR se active en diferentes momentos antes de que se desactive por le ciclo negativo de la señal. y deje de conducir.
 Electrónica Unicrom.mht!http://www.unicrom.com/imagenes/circuito_tristor2.gif)
Análisis gráfico del Disparo y Voltaje de salida del SCR
TIRISTOR DE CORRIENTE ALTERNA (TRIAC)
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 inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El triac puede ser disparado independientemente de la polarización de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa (ángulo de disparo).
DESCRIPCION GENERAL
CONSTRUCCION BASICA, SIMBOLO, DIAGRAMA EQUIVALENTE
CARACTERISTICA TENSION – CORRIENTE
Análisis gráfico del funcionamiento del TRIAC
CONTROL DE ILUMINACIÓN PARA LÁMPARAS (DIMMER)
Cuando el triac conduce, hay una trayectoria de flujo de corriente de muy baja resistencia de una terminal a la otra, dependiendo la dirección 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 actúa como un interruptor abierto.
Debe tenerse en cuenta que si se aplica una variación de tensión importante al triac (dv/dt) aún sin conducción previa, el triac puede entrar en conducción directa.
La estructura contiene seis capas como se indica en la figura, aunque funciona siempre como un tiristor de cuatro capas. En sentido MT2-MT1 conduce a través de P1N1P2N2 y en sentido MT1-MT2 a través de P2N1P1N4. La capa N3 facilita el disparo con intensidad de puerta negativa. La complicación 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 desde 400 a 1000 V de tensión de pico repetitivo. Los triac son fabricados para funcionar a frecuencias bajas, los fabricados para trabajar a frecuencias medias son denominados alternistores En la figura siguiente se muestra el símbolo esquemático e identificación de las terminales de un triac, la nomenclatura Ánodo 2 (A2) y Ánodo 1 (A1) pueden ser reemplazados por Terminal Principal 2 (MT2) y Terminal Principal 1 (MT1) respectivamente.
El Triac actúa como dos rectificadores controlados de silicio (SCR) en paralelo Fig. 3 , este dispositivo es equivalente a dos latchs.
CARACTERISTICA TENSION – CORRIENTE
La gráfica describe la característica tensión – corriente del Triac. Muestra la corriente a través del Triac como una función de la tensión entre los ánodos MT2 y MT1.
El punto VBD ( tensión de ruptura) es el punto por el cual el dispositivo pasa de una resistencia alta a una resistencia baja y la corriente, a través del Triac, crece con un pequeño cambio en la tensión entre los ánodos.
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 disminución de la tensión de la fuente.
Una vez que el Triac entra en conducción, la compuerta no controla mas la conducción, por esta razón se acostumbra dar un pulso de corriente corto y de esta manera se impide la disipación de energía sobrante en la compuerta.
El mismo proceso ocurre con respecto al tercer cuadrante, cuando la tensión en el ánodo MT2 es negativa con respecto al ánodo MT1 y obtenemos la característica invertida. Por esto es un componente simétrico en cuanto a conducción y estado de bloqueo se refiere, pues la característica en el cuadrante I de la curva es igual a la del III cuadrante
Como hemos dicho, el Triac posee dos ánodos denominados ( MT1 y MT2) y una compuerta G. La polaridad de la compuerta G y la polaridad del ánodo 2, se miden con respecto al ánodo 1. El triac puede ser disparado en cualquiera de los dos cuadrantes I y III mediante la aplicación 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 cuáles son los fenómenos 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 tensión del ánodo MT2 y la tensión de la compuerta son positivas con respecto al ánodo MT1 y este es el modo mas común (Intensidad de compuerta entrante).
La corriente de compuerta circula internamente hasta MT1, en parte por la union P2N2 y en parte a través de la zona P2. Se produce la natural inyección de electrones de N2 a P2, que es favorecida en el área próxima a la compuerta por la caida de tensión que produce en P2 la circulación lateral de corriente de compuerta. Esta caída de tensión se simboliza en la figura por signos + y - .
Parte de los electrones inyectados alcanzan por difusión la unión P2N1 que bloquea el potencial exterior y son acelerados por ella iniciándose la conducción.
2 – El Segundo modo, del tercer cuadrante, y designado por III(-) es aquel en que la tensión del ánodo MT2 y la tensión de la compuerta son negativos con respecto al ánodo MT1 (Intensidad de compuerta saliente).
Se dispara por el procedimiento de puerta remota, conduciendo las capas P2N1P1N4.
La capa N3 inyecta electrones en P2 que hacen más conductora la unión P2N1. La tensión positiva de T1 polariza el área próxima de la unión P2N1 más positivamente que la próxima a la puerta. Esta polarización inyecta huecos de P2 a N1 que alcanzan en parte la unión N1P1 y la hacen pasar a conducción.
3 – El tercer modo del cuarto cuadrante, y designado por I(-) es aquel en que la tensión del ánodo MT2 es positiva con respecto al ánodo MT1 y la tensión de disparo de la compuerta es negativa con respecto al ánodo MT1( Intensidad de compuerta saliente).
El disparo es similar al de los tiristores de puerta de unión. Inicialmente conduce la estructura auxiliar P1N1P2N3 y luego la principal P1N1P2N2.
El disparo de la primera se produce como en un tiristor normal actuando T1 de puerta y P de cátodo. Toda la estructura auxiliar se pone a la tensión positiva de T2 y polariza fuertemente la unión P2N2 que inyecta electrones hacia el área de potencial positivo. La unión P2N1 de la estructura principal, que soporta la tensión exterior, es invadida por electrones en la vecindad de la estructura auxiliar, entrando en conducción.
4 – El cuarto modo del Segundo cuadrante y designado por III(+) es aquel en que la tensión del ánodo T2 es negativa con respecto al ánodo MT1, y la tensión de disparo de la compuerta es positiva con respecto al ánodo MT1(Intensidad de compuerta entrante).
El disparo tiene lugar por el procedimiento llamado de puerta remota. Entra en conducción la estructura P2N1P1N4.
La inyección de N2 a P2 es igual a la descrita en el modo I(+). Los que alcanzan por difusión la unión P2N1 son absorbido por su potencial de unión, haciéndose más conductora. El potencial positivo de puerta polariza más positivamente el área de unión P2N1 próxima a ella que la próxima a T1, provocándose una inyección de huecos desde P2 a N1 que alcanza en parte la unión N1P1 encargada de bloquear la tensión exterior y se produce la entrada en conducción.
El estado I(+), seguido de III(-) es aquel en que la corriente de compuerta necesaria para el disparo es mínima. En el resto de los estados es necesaria una corriente de disparo mayor. El modo III(+) es el de disparo más difícil y debe evitarse su empleo en lo posible.
En general, la corriente de encendido de la compuerta, dada por el fabricante, asegura el disparo en todos los estados.
Circuito de Disparo para TRIAC
Análisis gráfico del funcionamiento del TRIAC
EJEMPLOS PRACTICOS DE APLICACION CON TRIAC.
CONTROL DE MOTOR
En la siguiente figura puede verse una aplicación práctica para el control de un motor de c.a. mediante un triac. La señal de control (pulso positivo) llega desde un circuito de mando exterior a la puerta inversora, que a su salida proporciona un 0 lógico por lo que circulará corriente a través del diodo emisor perteneciente al MOC3041 (opto acoplador). Dicho diodo emite un haz luminoso que hace conducir al fototriac a través de R2 tomando la tensión del ánodo del triac de potencia.
Este proceso produce una tensión de puerta suficiente para excitar al triac principal que pasa al estado de conducción provocando el arranque del motor.
Debemos recordar que el triac se desactiva automáticamente cada vez que la corriente pasa por cero, es decir, en cada semiciclo, por lo que es necesario redisparar el triac en cada semionda o bien mantenerlo con la señal de control activada durante el tiempo que consideremos oportuno.
Como podemos apreciar, entre los terminales de salida del triac se sitúa una red RC cuya misión es proteger al semiconductor de potencia, de las posibles sobrecargas que se puedan producir por las corrientes inductivas de la carga, evitando además cebados no deseados.
Es importante tener en cuenta que el triac debe ir montado sobre un disipador de calor, de forma que el semiconductor se refrigere adecuadamente.
CONTROL DE ILUMINACIÓN PARA LÁMPARAS (DIMMER)
EL TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
El Transistor de Unión Bipolar (Bipolar Junction Transistor-BJT)
El término bipolar hace referencia al hecho de que en la conducción de la corriente intervienen los dos tipos de portadores (electrones y huecos). El término junction (unión) hace referencia a la estructura del dispositivo, ya que como veremos a continuación tenemos dos uniones "p-n" en el transistor, y mediante la polarización de estas uniones conseguiremos controlar el funcionamiento del dispositivo.
Estructura del Transistor
El transistor es un dispositivo de tres zonas o capas. Podemos tener una zona de material tipo n en medio de dos zonas de material tipo p, en este caso se denomina transistor pnp, o bien tener una zona tipo p con dos zonas tipo n a cada lado, en cuyo caso estaríamos hablando de un transistor npn.
La zona central se denomina base, y las laterales emisor y colector. Cada una de las zonas consta de un terminal por donde extraer las corrientes. Estos terminales se representan por la inicial del nombre de la zona respectiva: E (emisor), B (base) y C (colector).
La zona de emisor es la más fuertemente dopada de las 3, es la zona encargada de “emitir” o inyectar portadores mayoritarios hacia la base. Huecos en el caso de un transistor pnp o electrones en el caso del transistor pnp. La base tiene un nivel de dopado netamente inferior al de la zona de emisor. Se trata de una zona con un espesor muy inferior al de las capas exteriores. Su misión es la de dejar pasar la mayor parte posible de portadores inyectados por el emisor hacia el colector.
Parámetros importantes en el funcionamiento del Transistor BJT.
La zona de colector, como su propio nombre indica es la encargada de recoger o “colectar” los portadores que inyectados por el emisor han sido capaces de atravesar la base. Es la zona con un nivel de dopado inferior de las tres.
Estamos ante un dispositivo que tiene dos uniones, una unión entre las zonas de emisor y base (que denominaremos a partir de ahora unión de emisor) y otra unión entre las zonas de base y colector (de que denominaremos unión de colector), cada una de las cuales puede ser polarizada de dos maneras: polarización en directa y polarización en inversa. Así, desde el punto de vista global del dispositivo tenemos cuatro zonas de funcionamiento posibles en función del estado de polarización de las dos uniones.
Si polarizamos las dos uniones en directa, diremos que el transistor está trabajando en la zona de saturación.
En el caso de que la unión de emisor la polaricemos en directa y la unión de colector en inversa, estaremos en la zona activa.
Cuando las dos uniones se polarizan en inversa, se dice que el transistor está en la zona.
de corte
Por último, si la unión de emisor se polariza en inversa y la unión de colector
en directa, el transistor se encuentra en activa inversa.
De las cuatro zonas, las 3 mencionadas en primer lugar son las más interesantes desde el punto de vista del funcionamiento del transistor, siendo la zona activa inversa una zona puramente teórica y sin interés práctico.
Análisis de Corrientes en la Zona Activa:
Un transistor está trabajando en la zona activa cuando la unión de emisor se polariza en directa y la unión de colector en inversa.
En el caso de un transistor pnp, para polarizar la unión de emisor en directa habrá que aplicar una tensión positiva del lado del emisor, negativa del lado de la base, o lo que es lo mismo una tensión VBE positiva. De igual manera, para polarizar la unión de colector en inversa hay que aplicar una tensión VCB negativa. (Ver figura)
En el caso de un transistor npn, para polarizar la unión de emisor en directa habrá que aplicar una tensión negativa del lado del emisor, positiva del lado de la base, o lo que es lo mismo una tensión VBE negativa. De igual manera, para polarizar la unión de colector en inversa hay que aplicar una tensión VCB positiva.
De manera que el transistor bipolar funciona como un interruptor o switch, permitiendo activar o desactivar una carga conectada en el Colector (NPN) y en el Emisor (PNP), siempre y cuando se configure con la polarización específica para cada uno de ellos.
Tanto el transistor NPN, como el PNP, poseen una característica común, denominada Ganancia del Transistor, expresada por hfe (Beta) y depende del fabricante del mismo (con un valor comprendido entre 80 y 300). La ganancia del transistor depende de la relación entre la Corriente del Colector (Ic) y la Corriente de la Base (Ib) y se expresa así: hfe = Ic / Ib. Está expresión permite determinar el nivel de amplificación de corriente del transistor.
EL TRANSISTOR BIPOLAR COMO AMPLIFICADOR DE SEÑALES:
ZONA DE FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR BJT
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