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Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia – IFPB Curso: Engenharia Elétrica Disciplina: Eletrônica II Período: 2013-2 Período: 2013-2 Tiristores Prof. Haeckel Van der Linden Filho
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Cap 21 Tiristor.pdf

Dec 17, 2015

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  • Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia IFPB

    Curso: Engenharia Eltrica

    Disciplina: Eletrnica IIPerodo: 2013-2

    Disciplina: Eletrnica IIPerodo: 2013-2

    Tiristores

    Prof. Haeckel Van der Linden Filho

  • Tiristores

    Um tiristor um dispositivo semicondutor de quatro camadas que utiliza arealimentao interna para produzir o travamento.

    Os tiristores s funcionam como chaves. No servem como amplificadores.

    As maiores aplicaes so na rea de controle em geral. Controle Maquinas,Controle de Aquecedores e controle de todos os dispositivos quedemandem grandes correntes de carga.

  • Trava Ideal Na figura (a) temos uma realimentao positiva (regenerao).

    Uma variao positiva de corrente em qualquer ponto amplificada e retorna ao ponto de partida at os dois transistor entrarem em curto, conforme figura (b).

    Uma variao negativa de corrente em qualquer ponto amplificada e retorna ao ponto de partida at os dois transistor abrirem, conforme figura (c).

    Se nada for feito trava permanece aberta ou fechada indefinidamente. Se nada for feito trava permanece aberta ou fechada indefinidamente.

  • Disparando o Tiristor

    Uma forma de fechar o tiristor por disparo conforme figura (a). A corrente mnima para iniciar a ao chaveadora regenerativa chamada corrente de disparo.

    Se a trava estiver aberta antes do ponto A , a corrente inicial na base de Q1ser amplificada e a chave ser fechada.

    Outra forma de fechar a trava atravs de uma interrupo, ou seja atravs de uma tenso VCC muito alta.

  • Desligamento Para abrir o tiristor existe duas formas:

    a) Reduzir a corrente para zero

    b) Reduzir Vcc para zero.

    Outra forma de abrir o tiristor enviar um disparo com polarizao reversa, com isto a corrente na base de Q1 diminui , a regenerao leva Q1 e Q2 a entrarem em corte.

    Concluso:

    Podemos fechar a trava atravs de disparos de polarizao direta ou atravs de interrupo .

    Podemos abrir a chave atravs de disparos com polarizao reversa ou atravs de desligamento por baixa corrente.

  • Diodo de Quatro Camadas A figura (a) mostra um diodo de quatro camadas (diodo Shockley).

    A figura (b) mostra as camadas separadas em duas metades, a metade esquerda forma um transistor PNP a metade da direita forma um transistor NPN.

    A figura (c) mostra o circuito equivalente do diodo PNP

    A figura (d) mostra o smbolo esquemtico do diodo quatro camadas.

    A figura (e) mostra o grfico de corrente versus tenso para o 1N5158

    A chave fechada por interrupo e aberta atravs de corrente abaixo da corrente de manuteno ou fazendo V = 0corrente de manuteno ou fazendo VCC = 0

  • Exemplo pag. 783 O IN5158 da figura abaixo tem uma tenso de interrupo de 10V. Se o

    diodo no estiver conduzindo e a tenso aumentar at +5V, qual a corrente do diodo? Se a tenso de entrada aumentar para +15V, qual a corrente do diodo? ( utilize uma queda de aproximada do diodo de 1V).

    a) O diodo esta inicialmente desligado e +5V no excede a tenso de interrupo. Portanto o diodo continua sem conduzir.

    b) Quando a tenso de entrada aumenta para +15V o diodo fecha e a corrente do diodo dado por:corrente do diodo dado por:

    I (15V 1V)/100 = 140mA

  • Exemplo 2 pag. 783

    Na figura abaixo o diodo tem uma corrente de manuteno de 4mA. Se a queda de tenso for de 0,5V no ponto de desligamento, qual a tenso de entrada que produz o desligamento por baixa corrente?

    V = 0,5V + (4mA)(100) = 0,9V

  • Exemplo pag. 784 Descreva o funcionamento na figura abaixo:

    O diodo tem um tenso de interrupo de 10V. Se alguma coisa acontecer e a fonte liberar tenso acima de 10V a lmpada acender. Mesmo que volte a tenso normal de 9V a lmpada continuar acesa. Para desligar ser preciso que a tenso caia para zero.

  • Exemplo 2 pag. 784

    A figura (a) mostra um gerador dente de serra feito por um oscilador de relaxao. Descreva o funcionamento.

    Se no tivesse o diodo de quatro camadas o capacitor se carregaria exponencialmente conforme tracejado na figura (b). Assim que a tenso atingir 10V o diodo interrompe e a trava fecha. Isto descarrega o capacitor em algum ponto acorrente fica abaixo da corrente de manuteno, a chave abre e o capacitor volta a carregar e o ciclo seguinte tem inicio.

  • Retificador Controlado a Silcio - SCR

    A figura (a) mostra a estrutura do SCR, a figura (b) mostra a estrutura equivalente, a figura (c) mostra os circuito equivalente e a figura (d) mostra o smbolo esquemtico do SCR.

    A porta do SCR equivalente a um diodo e precisa de pelo menos 0,7V de tenso para disparar o SCR. Alm disto a corrente de entrada precisa de um valor mnimo para ocorrer a regenerao.

    A maioria dos SCR so projetados para fechar com disparo e abrir com baixa corrente.corrente.

    Os SCR no so feitos para funcionamento em interrupo.

  • Retificador Controlado a Silcio - SCR

    A maioria dos SCRs so dispositivos industriais que podem trabalhar com grandes correntes. Existem dispositivos que trabalham com menos de 1A at mais de 2500A.

    O 2N4441 pode conduzir at 8A continuamente; sua corrente de disparo de 10mA, e est tambm a sua corrente de manuteno.

    O C701 conduz at 1250 A com corrente de disparo de 500mA e uma corrente de manuteno de 500mA.

  • Retificador Controlado a Silcio - SCR Em muitas aplicaes, usada uma tenso AC para alimentar o SCR.

    Podemos controlar grandes quantidades potncia em motores, aquecedores etc utilizando SCR alimentado em AC.

    Para evitar falsos disparos a variao de tenso AC no pode exceder a taxa critica de elevao de tenso. No 2N4441 a taxa critica de elevao de tenso de 50V/s.

    O chaveamento por transiente a principal causa de exceder a taxa critica de elevao de tenso. A figura (a) mostra um circuito com amortecedor RCde elevao de tenso. A figura (a) mostra um circuito com amortecedor RCque protege contra execesso na taxa critica.

    Os SCRs maiores tem tambm taxa crtica de elevao de corrente, se este valor for ultrapassado o SCR ser destrudo. A figura (b) mostra um circuito incluindo um indutor para evitar o excesso na taxa critica de corrente.

  • Crowbar P de Cabra - Alavanca

    Os circuitos Crowbar tem como funo proteger uma carga contra umasobretenso.

    As figuras (a) e (b) mostram dois circuitos Crowbar. O primeiro temrecuperao suave devido ao diodo zener , o segundo mostra um circuitopratico .

    Podemos utilizar estes circuitos para proteger CI digitais comomicroprocessadores, memrias etc , onde apenas os fusveis sodanificados.danificados.

  • Exemplo pag. 788

    A figura abaixo mostra outra alavanca SCR (Crowbar SCR). Como funcionaeste circuito?

    Enquanto a alimentao for menor que 20V a tenso do operacional sernegativa e o SCR no dispara.

    Quando a alimentao exceder 20V a tenso do operacional ser positiva eleva o SCR a conduo, paralisado a alimentao protegendo a carga equeimando fusveis da fonte.

  • Foto-SCR

    A figura (a) abaixo mostra um foto-SCR (LASCR).

    Depois que o disparo luminoso ter fechado o foto-SCR ele permanece fechado mesmo que a luz desaparea.

    A figura (b) mostra um circuito com ajuste de luz ajustado.

  • GCS A figura abaixo mostra uma chave controlada atravs da porta GCS

    Este componente abre com um disparo com polarizao reversa, e fecha com disparo de polarizao direta. O GCS utilizado em contadores, circuitos digitais e outras aplicaes que se dispes de um disparo negativo.

    O GCS no serve para controle de maquinas pois sua capacidade de corrente baixa.

  • SCS As figuras abaixo mostra uma chave controlada a silcio SCS.

    Este componente uma trava com acesso s duas bases.

    Um disparo polarizado diretamente em cada base fechar o SCS

    Um disparo polarizado reversamente em cada base fechar o SCS.

    O SCS um componente de baixa potencia e trabalha com correntes de miliampres por isto pouco utilizado.

  • Tiristores Bidirecionais DIAC

    As figuras abaixo mostram o DIAC.

    O DIAC equivalente a dois diodos de quatro camadas em paralelo.

    O DIAC s conduz depois que a tenso exceda a tenso de interrupo e s vai abrir atravs de uma corrente abaixo da corrente de manuteno.

  • Tiristores Bidirecionais TRIAC

    As figuras abaixo mostram o TRIAC

    O TRIAC equivalente a dois SCRs em paralelo

    A nica forma de ligar o TRIAC por disparo com polarizao direta.

    Quando a tenso for positiva aplicamos um disparo positivo e a trava esquerda conduz, quando a tenso for negativa aplicamos um disparo negativo e a trava da direita conduz.

  • Tiristores Bidirecionais TRIAC

    Chave de baixa potencia controla o TRIAC que se comporta com uma chave de alta potncia.

    O Resistor R1 e o capacitor C se comportam como amortecedor RC para impedir que os transientes de chaveamento danifiquem o TRIAC

  • IGBT IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor So cada vez mais utilizados em

    controle de cargas de alta corrente e alta velocidade.

    A figura (a) mostra o modelo simplificado do IGBT, a figura (b) mostra omodelo incluindo o transistor que modela o efeito tiristor parasita, a figura(c) mostra o smbolo esquemtico do IGBT

    Atualmente o IGBT muito utilizado em equipamentos modernoscomo carros eltricos ou hbridos, trens, aparelhos de arcondicionados e fontes chaveadas de alta potncia, inversores etc.

    Quando aplicamos uma tenso positiva na porta (G) a trava fecha. Quando Quando aplicamos uma tenso positiva na porta (G) a trava fecha. Quandoa tenso na porta G for zero a trava abre.

  • Transistor Unijuno - UJT As figuras abaixo mostram o UJT. A regio n levemente dopada, enquanto

    a regio p fortemente dopada. Por isto a resistncia entre as bases alta , entre 5 a 10k quando o emissor esta aberto.

    A resistncia entre bases chamada de resistncia interbases RBB Quando existe uma tenso entre as duas bases temos:

    V1 = R1V/(R1+R2) = R1V/RBB = V = tenso intrnseca de afastamento.

    = R1/RBB = razo intrnseca de afastamento.

    Sempre que V < V o diodo emissor fica reversamente polarizado. Sempre que VE < V o diodo emissor fica reversamente polarizado.

  • Transistor Unijuno - UJT

    As figuras abaixo mostram como funciona o UJT

    Se VE >V1 o UJT se torna ligado, R1 se torna muito pequeno, o diodo emissor passa a conduzir.

    formado um caminho condutor entre o emissor e a base inferior.

    VE cai para um valor muito baixo e a corrente do emissor aumenta.

  • Circuito Equivalente de Travamento As figuras abaixo mostram o modelo de travamento do UJT.

    Com uma tenso positiva de B2 para B1 uma tenso de afastamento V1aparece em R1. Se VE > V1 ento Q2 ligar e a regenerao ocorrer. Os dois transistor entraro em saturao pondo em curto o emissor e a base inferior.

    A trava permanece fechada enquanto a corrente de travamento for maior que a corrente de manuteno. As folhas de dados chamam a corrente de manuteno de corrente de vale.manuteno de corrente de vale.

  • Exemplo pag. 796 O 2N4871 da figura abaixo tem = 0,85. Qual a corrente ideal do emissor?

    A tenso de afastamento :

    V1 = 0,85(10V) = 8,5V

    Idealmente VE tem que ser ligeiramente maior que 8,5V para ligar o diodo e fechar a porta.

    IE 20V/400 = 50mA

  • Exemplo 2 pag. 796

    A corrente de vale de um 2N4871 7mA, e a tenso do emissor 1V neste ponto. Para que valor da tenso de alimentao do emissor o UJT da figura abaixo se abre?

    Quando V for menor que :

    V < 1V + (7mA)(400) = 3,8V

    O UJT vai abrir quando V for menor que 3,8V

  • Osciladores de Relaxao UJT A figura (a) mostra um oscilador de relaxao. O capacitor carrega at exceder a

    tenso de afastamento, neste ponto o UJT fecha. Com o fechamento do UJT capacitor descarrega ate que ocorra o desligamento por baixa corrente.

    Na figura (b) foi acrescentado um pequeno resistor em cada circuito da base para obtermos trs sadas.

    A frequncia pode ser ajustada para valores entre 50Hz e 1kHz , a frequncia calculada usando a formula F = 1/(R.C.ln(1/(1-)) a formula menos precisa F = 1/(0,82.R.C)

  • Ignio de Automvel

    Os pulsos estreitos de disparos do oscilador de relaxao podem ser utilizados para disparar um SCR.

    A figura abaixo mostra um sistema de ignio de um automvel.

    Com os pontos do distribuidor aberto o capacitor carrega at 12V. Quando a tenso no capacitor ultrapassar a tenso de afastamento intrnseca, o UJT conduz fortemente atravs do enrolamento primrio. A tenso do secundrio dispara o SCR . Quando as travas se fecham o terminal positivo do capacitor de sada descarrega atravs da bobina de ignio. Quando os do capacitor de sada descarrega atravs da bobina de ignio. Quando os pontos se fecham, o circuito se auto-reativa preparando-se para o ciclo seguinte.

  • ngulo de Conduo Meia Onda

    Podemos controlar o ngulo de conduo do SCR em circuito retificador de em meia onda CC.

    Com isto podemos controlar a potencia fornecida para a carga.

    Se utilizarmos dois SCRs e dois Diodos formando uma ponte podemos controlar a potncia em onda completa retificada CC.

    O controle do ngulo de conduo muito importante na rea de controle industrial e de automao.

  • Controle do Optoacoplador A figura abaixo mostra um circuito controle do optoacoplador. Quando um

    pulso liga o LED (D4), a luz ativa o foto - SCR(D3). Isto produz um disparo de tenso para o SCR principal (D2), com isto obtemos o controle isolado dos semiciclos positivos da linha de tenso. D1 protege o SCR de ricochetes indutivos e de transientes.

  • SCR Disparado Por DIAC

    A figura abaixo mostra um retificador em ponte alimentando um SCR.

    O DIAC controla o disparo do SCR.

    Ajustando RC podemos controlar o ponto que o DIAC dispara.

    Este circuito pode controlar luminosidade, aquecimento, motores etc.

  • SCR Disparado por UJT

    A figura abaixo mostra um oscilador de relaxao controlando um SCR.

    Variando R1 podemos alterar o ponto no qual o UJT dispara. Isto permite controlar o ngulo de conduo do SCR.

  • ngulo de Conduo Onda Completa

    Podemos controlar o ngulo de conduo do TRIAC em circuito no retificado de onda completa.

    Com isto podemos controlar a potencia fornecida para a carga AC.

    O controle do ngulo de conduo muito importante na rea de controle industrial e de automao.

  • Controle de Onda Completa

    O DIAC da figura abaixo pode disparar o TRIAC em cada semiciclo da linha de tenso.

    A resistncia varivel R1 controla a constante de tempo RC e com isto podemos variar a potncia fornecida AC para a carga.

  • SCR Controlado a Micropocessador

    Em sistemas de automao e robtica o microprocessador controla motores e outras cargas.

    A figura abaixo mostra um exemplo de como o microprocessador controla o disparo de um SCR.

    Enquanto o pulso for alto o SCR conduzira nos semiciclos positivos durante os quais a carga recebe alimentao.

  • Estudar para a prova os exerccios :

    De 21.1 at 21.17

    Obs em algumas edies os exerccios 21.14 a 21.16 aparecem

    como 21.24 a 21.26