INTRODUCCIONUn tiristor es un dispositivo semiconductor de
estado slido con cuatro capas de alternancia N y material tipo P.
Actan como interruptores biestables, con conduccin cuando su puerta
recibe un disparo de corriente y continan conduciendo mientras
reciben derivacin.Algunas fuentes definen rectificadores y
tiristores controlados de silicio como sinnimos. Otras fuentes
definen tiristores como un conjunto ms amplio de dispositivos con
al menos cuatro capas alternadas de material de N y de tipo P.Los
primeros dispositivos de tiristores fueron liberados comercialmente
en 1956 - Debido a tiristores pueden controlar una cantidad
relativamente grande de energa y el voltaje con un dispositivo
pequeo, encuentran amplia aplicacin en el control de la energa
elctrica, que van desde reguladores de luz y de control de
velocidad del motor elctrico a alta tensin transmisin de potencia
de corriente continua. Originalmente tiristores confiar slo en
inversin de la corriente de apagarlos, lo que dificulta la
aplicacin de corriente continua; tipos de dispositivos ms recientes
se pueden activar y desactivar a travs de la seal de la puerta de
control. Un tiristor no es un control proporcional como un
transistor, pero es solamente siempre totalmente en o totalmente
apagado, que los hace inadecuados para los amplificadores
analgicos.EL DIODOFuncin
Los diodos son dispositivos semiconductores que permiten hacer
fluir la electricidad solo en un sentido. La flecha del smbolo del
diodo muestra la direccin en la cual puede fluir la corriente. Los
diodos son la versin elctrica de la vlvula o tubo de vacio y al
principio los diodos fueron llamados realmente vlvulas.
Estructura interna del diodo
Cada de tensin en directa. Curva caracterstica
La electricidad utiliza una pequea energa para poder pasar a
travs del diodo, de forma similar a como una persona empuja una
puerta venciendo un muelle. Esto significa que hay un pequeo
voltaje a travs de un diodo conduciendo, este voltaje es llamado
cada de voltaje o tensin en directa y es de unos 0,7 V para todos
los diodos normales fabricados de silicio. La cada de voltaje en
directa de un diodo es casi constante cualquiera que sea la
corriente que pase a travs de el por lo que tiene una caracterstica
muy pronunciada (grafica corriente-voltaje).
Tensin inversa
Cuando una tensin o voltaje inverso es aplicado sobre un diodo
ideal, este no conduce corriente, pero todos los diodos reales
presentan una fuga de corriente muy pequea de unos pocos A (10-6 A)
o menos. Esto puede ignorarse o despreciarse en la mayora de los
circuitos porque ser mucho mas pequea que la corriente que fluye en
sentido directo. Sin embargo, todos los diodos tienen un mximo
voltaje o tensin inversa (usualmente 50 V o mas) y si esta se
excede el diodo fallara y dejara pasar una gran corriente en
direccin inversa, esto es llamado ruptura.Los diodos ordinarios
pueden clasificarse dentro de dos tipos:
diodos de seal los cuales dejan pasar pequeas corrientes de 100
mA o menos, y diodos rectificadores los cuales dejan pasar grandes
corrientesAdems hay diodos LED (light emitter diode: diodo emisor
de luz) y diodos zener, estos ltimos suelen funcionar con tensin
inversa y permiten regular y estabilizar el voltaje.
Diodos rectificadores (grandes corrientes)
Los diodos rectificadores son usados en fuentes de alimentacin
para convertir la corriente alterna (AC) a corriente continua (DC),
un proceso conocido como rectificacin. Tambin son usados en
circuitos en los cuales han de pasar grandes corrientes a travs del
diodo.Todos los diodos rectificadores estn hechos de silicio y por
lo tanto tienen una cada de tensin directa de 0,7 V. La tabla
muestra la mxima corriente y el mximo voltaje inverso para algunos
diodos rectificadores populares. El 1N4001 es adecuado para
circuitos con mas bajo voltaje y una corriente inferior a 1A.
Puentes rectificadores
Hay varias maneras de conectar los diodos para construir un
rectificador y convertir la AC en DC. El puente rectificador es una
de ellas y esta disponible en encapsulados especiales que contienen
los cuatro diodos requeridos. Los puentes rectificadores se
clasifican por su mxima corriente y mxima tensin inversa.
El transistor SCR
El rectificador controlado de silicio (en ingls SCR: Silicon
Controlled Rectifier) es un tipo de tiristor formado por cuatro
capas de material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP. El
nombre proviene de la unin de Tiratrn (tyratron) y Transistor.
Un SCR posee tres conexiones: nodo, ctodo y gate (puerta). La
puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el
nodo y el ctodo. Funciona bsicamente como un diodo rectificador
controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido.
Mientras no se aplique ninguna tensin en la puerta del SCR no se
inicia la conduccin y en el instante en que se aplique dicha
tensin, el tiristor comienza a conducir. Trabajando en corriente
alterna el SCR se desexcita en cada alternancia o semiciclo.
Trabajando en corriente continua, se necesita un circuito de
bloqueo forzado, o bien interrumpir el circuito.El pulso de
conmutacin ha de ser de una duracin considerable, o bien,
repetitivo si se est trabajando en corriente alterna. En este ltimo
caso, segn se atrase o adelante el pulso de disparo, se controla el
punto (o la fase) en el que la corriente pasa a la carga. Una vez
arrancado, podemos anular la tensin de puerta y el tiristor
continuar conduciendo hasta que la corriente de carga disminuya por
debajo de la corriente de mantenimiento (en la prctica, cuando la
ondaParmetros del SCR - VRDM: Mximo voltaje inverso de cebado (VG =
0) - VFOM: Mximo voltaje directo sin cebado (VG = 0) - IF: Mxima
corriente directa permitida. - PG: Mxima disipacin de potencia
entre compuerta y ctodo. - VGT-IGT: Mximo voltaje o corriente
requerida en la compuerta (G) para el cebado - IH: Mnima corriente
de nodo requerida para mantener cebado el SCR - dv/dt: Mxima
variacin de voltaje sin producir cebado. - di/dt: Mxima variacin de
corriente aceptada antes de destruir el SCREL TRIACEl 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.DESCRIPCION
GENERALCuando 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.CONSTRUCCION BASICA, SIMBOLO, DIAGRAMA
EQUIVALENTE
CARACTERISTICA TENSION CORRIENTE 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.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 igual a la del
III
PARAMETROS DEL TRIACVALORES MAXIMOS (2N6071A,B MOTOROLA)
DEFINICIN DE LOS PARMETROS DEL TRIAC VDRM (Tensin de pico
repetitivo en estado de bloqueo) = es el mximo valor de tensin
admitido de tensin inversa, sin que el triac se dae. IT(RMS) (
Corriente en estado de conduccin) = en general en el grafico se da
la temperatura en funcin de la corriente. ITSM (Corriente pico de
alterna en estado de conduccin(ON)) = es la corriente pico mxima
que puede pasar a travs del triac, en estado de conduccin. En
general seta dada a 50 o 60 Hz. I2t ( Corriente de fusin) = este
parmetro da el valor relativo de la energa necesaria para la
destruccin del componente. PGM ( Potencia pico de disipacin de
compuerta) = la disipacin instantnea mxima permitida en la
compuerta. IH ( Corriente de mantenimiento) = la corriente directa
por debajo de la cual el triac volver del estado de conduccin al
estado de bloqueo. dV/dt ( velocidad critica de crecimiento de
tensin en el estado de bloqueo) = designa el ritmo de crecimiento
mximo permitido de la tensin en el nodo antes de que el triac pase
al estado de conduccin. Se da a una temperatura de 100C y se mide
en V/m s. tON ( tiempo de encendido) = es el tiempo que comprende
la permanencia y aumento de la corriente inicial de compuerta hasta
que circule la corriente andica nominal.
EL DIACEl 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. Smbolo
del DIACESTRUCTURA DEL DIAC
CURVA CARACTERSTICA Y FUNCIONAMIENTO.
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.
TIRISTOR GTO
es un dispositivo de electrnica de potencia que puede ser
encendido por un solo pulso de corriente positiva en la terminal
puerta o gate (G), al igual que el tiristor normal; pero en cambio
puede ser apagado al aplicar un pulso de corriente negativa en el
mismo terminal. Ambos estados, tanto el estado de encendido como el
estado de apagado, son controlados por la corriente en la puerta
(G).
CARACTERISTICAS:
El disparo se realiza mediante una VGK >0
El bloqueo se realiza con una VGK < 0.
La ventaja del bloqueo por puerta es que no se precisan de los
circuitos de bloqueo forzado que requieren los SCR.
La desventaja es que la corriente de puerta tiene que ser mucho
mayor por lo que el generador debe estar mas dimensionado.
El GTO con respecto al SCR disipa menos potencia.
FUNCIONAMIENTO
Un tiristor GTO, al igual que un SCR puede activarse mediante la
aplicacin de una seal positiva de compuerta. Sin embargo, se puede
desactivar mediante una seal negativa de compuerta. Un GTO es un
dispositivo de enganche y se construir con especificaciones de
corriente y voltajes similares a las de un SCR. Un GTO se activa
aplicando a su compuerta un pulso positivo corto y se desactiva
mediante un pulso negativo corto.
INTENSIDAD DE PUERTA EN EL ENCENDIDO DE UN GTO
ENCENDIDO DE UN GTO
Al igual que ocurre con un tiristor convencional, para llevar a
cabo el encendido de un GTO es necesario aplicar una determinada
corriente entrante por la puerta. Sin embargo, en el encendido de
un GTO la corriente mxima por la puerta IGM y la velocidad de
variacin de dicha corriente al principio de la conduccin deben ser
lo suficientemente grandes como para asegurar que la corriente
circula por todas las islas ctodo (figura 6.4. Si esto no fuese as
y slo algunas islas ctodo condujeran, la densidad de corriente en
estas islas sera tan elevada que el excesivo calentamiento en zonas
localizadas podra provocar la destruccin del
dispositivo.APAGADO
Al comenzar a circular corriente positiva por la puerta, la
corriente de nodo a ctodo se concentra en las zonas situadas entre
los terminales de puerta, aumentando la densidad de corriente en
estas zonas.De esta forma, el GTO no comienza a apagarse hasta que
la corriente de nodo a ctodo ha quedado reducida a pequeos
filamentos entre los terminales de puerta. Entonces la tensin vAK,
hasta entonces muy pequea al estar el GTO en funcionamiento,
comienza a aumentar. Como la gran densidad de corriente que circula
por estos pequeos filamentos podra ocasionar su destruccin, se
utiliza un condensador snubber en paralelo con el GTO, que ofrece a
la corriente un camino alternativo por donde circular. As, cuando
vAK comienza a aumentar el condensador comienza a cargarse, por lo
que parte de la corriente que circulaba por el GTO lo hace ahora
por el condensador.
El MOSFETLos MOSFET, o simplemente MOS (Metal-Oxide
Semiconductor, Field Effect Transistor) son muy parecidos a los
JFET. La diferencia entre estos estriba en que, en los MOS, la
puerta est aislada del canal, consiguindose de esta forma que la
corriente de dicho terminal sea muy pequea, prcticamente
despreciable. Debido a este hecho, la resistencia de entrada de
este tipo de transistores es elevadsima, del orden de 10.000 MW ,
lo que les convierte en componentes ideales para amplificar seales
muy dbiles.Existen dos tipos de MOSFET en funcin de su estructura
interna: los de empobrecimiento y los de enriquecimiento. Los
primeros tienen un gran campo de aplicacin como amplificadores de
seales dbiles en altas frecuencias o radio-frecuencia (RF), debido
a su baja capacidad de entrada.
Simbologa y estructura fsica
Curvas caractersticasEn la siguiente figura, abajo a la
izquierda, se muestra el ejemplo de una familia de curvas de
drenador de un MOSFET de empobrecimiento de canal N.
Obsrvese cmo en esta curva aparecen tanto tensiones negativas de
VGS (trabajo en modo de empobrecimiento), como positivas (trabajo
en modo de enriquecimiento). La corriente ms elevada se consigue
con la tensin ms positiva de VGS y el corte se consigue con tensin
negativa de VGS(apag).De esta familia de curvas se puede obtener la
curva de transconductancia, que nos indica la relacin que existe
entre VGS e ID. sta posee la forma que se muestra en la siguiente
curva abajo a la derecha:
Obsrvese cmo esta curva aparece dibujada en los dos cuadrantes
del eje de tensiones. Esto es debido a que el MOSFET puede operar
tanto con tensiones positivas como negativas. Por esta razn, la
corriente IDSS, correspondiente a la enterseccin de la curva con el
eje ID, ya no es la de saturacin.Como ocurra con el JFET, esta
curva de trasconductancia es parablica y la ecuacin que la define
es tambin:
Segn se puede apreciar en la curva de transconductancia de un
MOSFET, este tipo de transistor es muy fcil de polarizar, ya que se
puede escoger el punto correspondiente a VGS=0, ID=IDSS. Cuando ste
queda polarizado as, el transistor queda siempre en conduccin o,
normalmente, encendido.EL MOSFET COMO INVERSOR.El funcionamiento
del transistor MOSFET en conmutacin implica que la tensin de
entrada y salida del circuito posee una excursin de tensin, elevada
(de 0 a VDD) entre los niveles lgicos alto H (asociada a la tensin
VDD) y bajo L (asociada a la tensin 0). Para el nivel bajo, se
persigue que VGS > Vt y que el transistor se encuentre
trabajando en la regin hmica, con lo cual VDS > 1. Se puede
considerar que, el transistor MOSFET es capaz de funcionar como un
interruptor.
Se denomina inversor, por que la tensin de salida, es de nivel
opuesto a la tensin de entrada. Lo nico que se requiere en los
circuitos de conmutacin, es que las tensiones de entrada y de
salida se puedan reconocer fcilmente, ya sea en nivel alto o
bajo.
Transistor IGBTEl transistor bipolar de puerta aislada (IGBT,
del ingls Insulated Gate Bipolar Transistor) es un dispositivo
semiconductor que generalmente se aplica como interruptor
controlado en circuitos de electrnica de potencia. Este dispositivo
posee la caractersticas de las seales de puerta de los transistores
de efecto campo con la capacidad de alta corriente y bajo voltaje
de saturacin del transistor bipolar, combinando una puerta aislada
FET para la entrada de control y un
Simbologa y estructura fsica
CURVA CARACTERISTICA IGBT
COMO FUNCIONA:
Consideremos que el IBGT se encuentra bloqueado inicialmente.
Esto significa que no existe ningn voltaje aplicado al gate. Si un
voltaje VGS es aplicado al gate, el IGBT enciende inmediatamente,
la corriente ID es conducida y el voltaje VDS se va desde el valor
de bloqueo hasta cero. LA corriente ID persiste para el tiempo tON
en el que la seal en el gate es aplicada. Para encender el IGBT, la
terminal drain D debe ser polarizada positivamente con respecto a
la terminal S. LA seal de encendido es un voltaje positivo VG que
es aplicado al gate G. Este voltaje, si es aplicado como un pulso
de magnitud aproximada de 15, puede causar que el tiempo de
encendido sea menor a 1 s, despus de lo cual la corriente de drain
iD es igual a la corriente de carga IL (asumida como constante).
Una vez encendido, el dispositivo se mantiene as por una seal de
voltaje en el gate. Sin embargo, en virtud del control de voltaje
la disipacin de potencia en el gate es muy baja.
CARACTERISTICAS A TENER EN CUENTA EN UN IGBT:
IDmax Limitada por efecto Latch-up. VGSmax Limitada por el
espesor del xido de silicio. Se disea para que cuando VGS = VGSmax
la corriente de cortocircuito sea entre4 a 10 veces la nominal
(zona activa con VDS=Vmax) y pueda soportarla durante unos 5 a 10
s. y pueda actuar una proteccin electrnica cortando desde puerta.
VDSmax es la tensin de ruptura del transistor pnp. Como es muy
baja, ser VDSmax=BVCB0 Existen en el mercado IGBTs con valores de
600, 1.200, 1.700,2.100 y 3.300 voltios. (anunciados de 6.5 kV). La
temperatura mxima de la unin suele ser de 150C (con SiC se
esperanvalores mayores) Existen en el mercado IGBTs encapsulados
que soportan hasta 400 o 600 Amp. La tensin VDS apenas vara con la
temperatura Se pueden conectar en paralelo fcilmente Se pueden
conseguir grandes corrientes con facilidad, p.ej. 1.200 o 1.600
Amperios. En la actualidad es el dispositivo mas usado para
potencias entre varios kW y unpar de MW, trabajando a frecuencias
desde 5 kHz a 40kHz.
AplicacionesEl IGBT es un dispositivo electrnico que
generalmente se aplica a circuitos de potencia. Este es un
dispositivo para la conmutacin en sistemas de alta tensin. Se usan
en los Variadores de frecuencia as como en las aplicaciones en
maquinas elctricas y convertidores de potencia que nos acompaan
cada da y por todas partes, sin que seamos particularmente
conscientes de eso: Automvil, Tren, Metro, Autobs, Avin, Barco,
Ascensor, Electrodomstico, Televisin, Domtica, Sistemas de
Alimentacin Ininterrumpida o SAI (en Ingls UPS), etc.
PUTEl PUT es un semiconductor de cuatro capas (pnpn) cuyo
funcionamiento es similar al del UJT. Es un tipo de tiristor y a
veces se le llama tiristor disparado por nodo debido a su
configuracin. Al igual que el UJT, se utiliza como oscilador y base
de tiempos, pero es ms flexible, ya que la compuerta se conecta a
un divisor de tensin que permita variar la frecuencia del oscilador
sin modificar la constante de tiempo RC.
Simbologa
FuncionamientoSi el PUT est polarizado directamente y aplicamos
Vag= 0.7 V, entra en conduccin. El PUT permanece encendido hasta
que el voltaje andico es insuficiente, entonces, se apaga. El
apagado se debe a que la corriente andica llega un valor
ligeramente menor a la corriente de sostenimiento.Cuando no hay
corriente de compuerta el voltaje desarrollado en dicho terminal
es:Vg = Vbb Rb1/(Rb1 + Rb2) = n VbbEl circuito no se disparar hasta
tanto el potencial en el terminal de nodo no sea superior en el
voltaje de polarizacin directa de la juntura pn entre nodo y
compuerta y el voltaje de compuerta. Por lo tanto:Vak = Vp = Vd +
Vg = .7 + n VbbCurva caracterstica. Si VA < VGA diodo A-GA se
polariza inversamente solo circula corriente de fugas. Si VA >
VGA diodo A-GA conduce y tiene una caracterstica similar a la del
UJT.
La variacin de IP e IV dependen de R1 y R2 en el divisor de
tensin VGA, es decir de RG.
Mientras la tensin Vak no alcance el valor Vp, el PUT estar
abierto, por lo cual los niveles de corriente sern muy bajos. Una
vez se alcance el nivel Vp, el dispositivo entrar en conduccin
presentando una baja impedancia y por lo tanto un elevado flujo de
corriente. El retiro del nivel aplicado en compuerta, no llevar al
dispositivo a su estado de bloqueo, es necesario que el nivel de
voltaje Vak caiga lo suficiente para reducir la corriente por
debajo de un valor de mantenimiento I(br).
AplicacionesEl PUT es utilizado tambin como oscilador de
relajacin. Si inicialmente el condensador est descargado la tensin
Vak ser igual a cero. A medida que transcurre el tiempo ste
adquiere carga. Cuando se alcanza el nivel Vp de disparo, el PUT
entra en conduccin y se establece una corriente Ip. Luego, Vak
tiende a cero y la corriente aumenta. A partir de este instante el
condensador empieza a descargarse y la tensin Vgk cae prcticamente
a cero. Cuando la tensin en bornes del condensador sea prcticamente
cero, el dispositivo se abre y se regresa a las condiciones
inciales. En la figura 3 puede observarse la configuracin circuital
para el oscilador.EjemploSe tiene un oscilador de relajacin que
trabaja con un PUT, el cual presenta las siguientes
caractersticas:Ip = 100 A, Iv = 5.5 mA y Vv = 1 v.Si el voltaje de
polarizacin es de 12 v y la red externa es la siguiente: Rb1 = 10
kW, Rb2 = 5 kW, R = 20 kW, C = 1 F y Rk = 100 kW, calcular Vp, Rmx,
Rmn y el perodo de oscilacin.-Clculo de VpVp = Vd + n Vbb, n =
Rb1/(Rb1 + Rb2) = 10/15 = .66Vp = .7 + .66 12 = 8.7 v-Clculo de Rmx
y RmnPuesto que el PUT es tambin un dispositivo de resistencia
negativa, tiene que cumplir con la condicin impuesta de que la
recta de carga de trabajo, corte a la curva caracterstica
tensin-corriente precisamente en la regin que presenta resistencia
negativa. Si esto no ocurre, el dispositivo puede permanecer o en
bloqueo o en saturacin. Para garantizar que efectivamente se
trabaje en la regin adecuada , debe escogerse al igual que en el
caso del UJT, el valor de resistencia comprendido entre unos
valores lmites dados por Rmx y Rmn. Rmx = (Vbb - Vp)/Ip = 3.3/100 =
33 kW
Rmn = (Vbb - Vv)/Iv = 11/5.5 = 2 kW
Ahora, debe cumplirse con la condicin:
Rmn R Rmx , 2 kW R 33 kW
Como puede observarse el valor tomado para R est entre los
lmites establecidos ya que tiene un valor de 20 kW.-Clculo de TT =
RC ln(1 + Rb1/Rb2)T = 20 kW 1 F ln(1 + 2) = 24 ms EL CONMUTADOR
UNILATERAL DE SILICIO (SUS).1.4.1 Definicin.Utilizado
principalmente para el disparo de tiristores, es un conmutador
unilateral de silicio, silicon unilateral switch que est compuesto
por un tiristor miniatura, con puerta de nodo, al que asocia, entre
puerta y ctodo un diodo de avalancha de poca tensin.Comparado con
un UJT, el SUS se dispara a una tensin fija, determinada por su
diodo de avalancha, y su corriente Is resulta mayor, y muy cercana
a Ih. Estos datos limitan la frecuencia (tanto alta como baja) de
trabajo del elemento.La sincronizacin se asegura mediante los
impulsos aplicados a la puerta del SUS.1.4.2 Smbolo elctrico. 1.4.3
Circuito equivalente.Combinacin de un tiristor con puerta andica y
un diodo Zener entre puerta y ctodo.
1.4.4 Estructura interna.Su estructura bsica se forma a base de
cuatro capas semiconductoras en el orden NPNP en donde N externa
corresponde al ctodo, la N interna al gate (puerta) y la P externa
al nodo.1.4.5 Curva caracterstica. Se usa para el disparo de
tiristores. Su principal parmetro es VS 6 y 10 V. Se dispara a una
tensin fija, V zener, y su corriente IS est muy cercana a IH .
Sincronizacin mediante impulsos en la puerta del SUS.
1.4.6 Aplicaciones.Se usa para el disparo de tiristores. Su
principal parmetro es VS 6 y 10 V.TRANSISTOR UNIUNION (UJT).1.5.1
Definicin.Muy importante el transistor UJT no es un FET.Dispositivo
semiconductor de disparo formado por una resistencia de silicio de
4 a 9 K tipo N (resistencia negativa) con tres terminales, base 1,
base 2 y emisor tipo (unin NP), lo que determina el valor del
parmetro , standoff ratio, conocido como razn de resistencias o
factor intrnseco.El transistor (UJT) est en estado de conduccin,
hasta que el emisor recibe un voltaje positivo de determinada
magnitud. El disparo ocurre entre el Emisor y la Base 1 y el
voltaje al que ocurre este disparo est dado por la frmula: Voltaje
de disparo = Vp = 0.7 + n x VB2B1.Donde:n = intrinsic standoff
radio (dato del fabricante).VB2B1 = Voltaje entre las dos bases. La
frmula es aproximada porque el valor establecido en 0.7 puede
variar de 0.4 a 0.7 dependiendo del dispositivo y la temperatura.
Un dato adicional que nos da el fabricante es la corriente
necesaria que debe haber entre E y B1 para que el UJT se dispare =
Ip.Ejemplo sencillo:Un UJT 2N4870 tiene un n = 0.63 y 24 voltios
entre B2 y B1.Cul es el voltaje de disparo aproximado?Voltaje de
disparo = Vp = 0.7 + (0.63 x 24) = 15.8 Voltios 1.5.1.1 Regin de
corte. En esta regin nos dice que la tensin de emisor es baja de
forma que la tensin intrnseca mantiene polarizado inversamente el
diodo emisor. La corriente de emisor es muy baja y se verifica que
VE IV). Si no se verifica las condiciones del punto de valle, el
UJT entrara de forma natural a la regin de corte. Nota: Es
importante hacer notar que tambin se ha construido el UJT donde la
barra es de material tipo P (muy poco). Se le conoce como el CUJT o
UJT complementario. Este se comporta de igual forma que el UJT pero
con las polaridades de las tensiones al revs.1.5.2 Smbolo elctrico.
1.5.3 Estructura interna.
1.5.4 Curva caracterstica.
1.5.5 Circuito equivalente.
1.5.6 Circuito bsico de disparo de un UJT.Cuando se aplica el
voltaje de alimentacin Vs en cd, se carga el capacitor C a travs de
la resistencia R, dado que el circuito emisor del UJT est 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 travs 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 disearse lo suficientemente
grande como para activar el SCR. El periodo de oscilacin, T, es
totalmente independiente del voltaje de alimentacin Vs y est dado
por:T = 1/f = RC ln 1/1-n
1.5.7 Presentacin fsica.UTJ 2N2646 ECG 6401 FIG S2
1E = 50 mA.max = 0.54min = 0.67RBBmin=4kRBBmax=12kInterBase=55V
PD = 450 mVIEO = 1 maxAIVMIN = 8 mA
Fsicamente el UJT consiste de una barra de material tipo N con
conexiones elctricas a sus dos extremos (B1 y B2) y de una conexin
hecha con un conductor de aluminio (E) en alguna parte a lo largo
de la barra de material N. En el lugar de unin el aluminio crea una
regin tipo P en la barra, formando as una unin PN. Ver el siguiente
grfico
1.5.8 Aplicaciones.
El transistor (UJT) se utiliza generalmente para generar seales
de disparo en los SCR.Se utiliza en circuitos de descarga en
generadores de impulso, circuitos de bases de tiempos y circuitos
de control de ngulo de encendido de tiristores. El encapsulado de
este tipo de transistores son los mismos que los de unin. En
consecuencia el dispositivo es muy til en circuitos de tiempo,
circuitos de disparo y osciladores.
Transistor de unin bipolarEl transistor de unin bipolar (del
ingls Bipolar Junction Transistor, o sus siglas BJT) es un
dispositivo electrnico de estado slido consistente en dos uniones
PN muy cercanas entre s, que permite controlar el paso de la
corriente a travs de sus terminales. La denominacin de bipolar se
debe a que 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 ellos su impedancia de
entrada bastante baja.Simbologa del diodo y encapsulado
Diagrama de Transistor NPNLos transistores bipolares son los
transistores ms conocidos y se usan generalmente en electrnica
analgica aunque tambin en algunas aplicaciones de electrnica
digital, como la tecnologa TTL o BICMOS.Un transistor de unin
bipolar est formado por dos Uniones PN en un solo cristal
semiconductor, separados por una regin muy estrecha. De esta manera
quedan formadas tres regiones: Emisor, que se diferencia de las
otras dos por estar fuertemente dopada, comportndose como un metal.
Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de
portadores de carga. Base, la intermedia, muy estrecha, que separa
el emisor del colector. Colector, de extensin mucho
mayor.Estructura
Un transistor de unin bipolar consiste en tres regiones
semiconductoras dopadas: la regin del emisor, la regin de la base y
la regin del colector. Estas regiones son, respectivamente, tipo P,
tipo N y tipo P en un PNP, y tipo N, tipo P, y tipo N en un
transistor NPN. Cada regin del semiconductor est conectada a un
terminal, denominado emisor (E), base (B) o colector (C), segn
corresponda.
Corte transversal simplificado de un transistor de unin bipolar
NPN. Donde se puede apreciar como la unin base-colector es mucho ms
amplia que la base-emisor.
Regiones operativas del transistor
- Regin de corte: Un transistor esta en corte cuando:corriente
de colector = corriente de emisor = 0, (Ic = Ie = 0)En este caso el
voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje
de alimentacin del circuito. (como no hay corriente circulando, no
hay cada de voltaje, ver Ley de Ohm). Este caso normalmente se
presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib =0)- Regin de
saturacin: Un transistor est saturado cuando:corriente de colector
= corriente de emisor = corriente mxima, (Ic = Ie = I mxima)En este
caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentacin
del circuito y de las resistencias conectadas en el colector o el
emisor o en ambos, ver ley de Ohm. Este caso normalmente se
presenta cuando la corriente de base es lo suficientemente grande
como para inducir una corriente de colector veces ms grande.
(recordar que Ic = * Ib)- Regin activa: Cuando un transistor no est
ni en su regin de saturacin ni en la regin de corte entonces est en
una regin intermedia, la regin activa. En esta regin la corriente
de colector (Ic) depende principalmente de la corriente de base
(Ib), de (ganacia de corriente de un amplificador, es un dato del
fabricante) y de las resistencias que hayan conectadas en el
colector y emisor). Esta regin es la mas importante si lo que se
desea es utilizar el transistor como un amplificador.
Configuraciones: Hay tres tipos de configuraciones tpicas en los
amplificadores con transistores, cada una de ellas con
caractersticas especiales que las hacen mejor para cierto tipo de
aplicacin. y se dice que el transistor no est conduciendo.
Normalmente este caso se presenta cuando no hay corriente de base
(Ib = 0)- Emisor comn- Colector comn- Base comnFuncionamiento
Caracterstica idealizada de un transistor bipolar.En una
configuracin normal, la unin base-emisor se polariza en directa y
la unin base-colector en inversa.1 Debido a la agitacin trmica los
portadores de carga del emisor pueden atravesar la barrera de
potencial emisor-base y llegar a la base. A su vez, prcticamente
todos los portadores que llegaron son impulsados por el campo
elctrico que existe entre la base y el colector.Un transistor NPN
puede ser considerado como dos diodos con la regin del nodo
compartida. En una operacin tpica, la unin base-emisor est
polarizada en directa y la unin base-colector est polarizada en
inversa. En un transistor NPN, por ejemplo, cuando una tensin
positiva es aplicada en la unin base-emisor, el equilibrio entre
los portadores generados trmicamente y el campo elctrico repelente
de la regin agotada se desbalancea, permitiendo a los electrones
excitados trmicamente inyectarse en la regin de la base. Estos
electrones "vagan" a travs de la base, desde la regin de alta
concentracin cercana al emisor hasta la regin de baja concentracin
cercana al colector. Estos electrones en la base son llamados
portadores minoritarios debido a que la base est dopada con
material P, los cuales generan "huecos" como portadores
mayoritarios en la base.Optoacoplador
Opto acoplador en encapsulado DIL-8
TipoSemiconductor
Principio de funcionamientoEfecto fotoelctrico
Un optoacoplador, tambin llamado optoaislador o aislador
acoplado pticamente, es un dispositivo de emisin y recepcin que
funciona como un interruptor activado mediante la luz emitida por
un diodo LED que satura un componente optoelectrnico, normalmente
en forma de fototransistor o fototriac. De este modo se combinan en
un solo dispositivo semiconductor, un fotoemisor y un fotorreceptor
cuya conexin entre ambos es ptica. Estos elementos se encuentran
dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP. Se
suelen utilizar para aislar elctricamente a dispositivos muy
sensibles.Funcionamiento
El optoacoplador combina un LED y un fototransistor.La figura de
la izquierda muestra un optoacoplador 4N35 formado por un LED y un
fototransistor. La tensin de la fuente de la izquierda y la
resistencia en serie establecen una corriente en el LED emisor
cuando se cierra el interruptor S1. Si dicha corriente proporciona
un nivel de luz adecuado, al incidir sobre el fototransistor lo
saturar, generando una corriente en R2. De este modo la tensin de
salida ser igual a cero con S1 cerrado y a V2 con S1 abierto.Si la
tensin de entrada vara, la cantidad de luz tambin lo har, lo que
significa que la tensin de salida cambia de acuerdo con la tensin
de entrada. De este modo el dispositivo puede acoplar una seal de
entrada con el circuito de salida, aunque hay que tener en cuenta
que las curvas tensin/luz del LED no son lineales, por lo que la
seal puede distorsionarse. Se venden optoacopladores especiales
para este propsito, diseados de forma que tengan un rango en el que
la seal de salida sea casi idntica a la de entrada.La ventaja
fundamental de un optoacoplador es el aislamiento elctrico entre
los circuitos de entrada y salida. Mediante el optoacoplador, el
nico contacto entre ambos circuitos es un haz de luz. Esto se
traduce en una resistencia de aislamiento entre los dos circuitos
del orden de miles de M. Estos aislamientos son tiles en
aplicaciones de alta tensin en las que los potenciales de los dos
circuitos pueden diferir en varios miles de voltios.TiposEn
general, los diferentes tipos de optoacopladores se distinguen por
su diferente etapa de salida. Entre los principales caben destacar
el fototransistor, ya mencionado, el fototriac y el fototriac de
paso por cero. En este ltimo, su etapa de salida es un triac de
cruce por cero, que posee un circuito interno que conmuta al triac
slo en los cruce por cero de la fuente.
Etapa de salida a fototransistor. Etapa de salida a
fototriac4N25
Caractersticas* OPTOACOPLADOR, TRANSISTOR, 5300VRMS* N. of
Channels:1* Isolation voltage:5300V rms* Tipo de salida:Transistor*
Input Current:50mA* tensin de salida:30V* Max Output Voltage:30V*
Operating Temperature Range:-55 C a +100 CONMUTADOR BILATERAL DE
SILICIO (SBS).DefinicinEs un dispositivo bidireccional de baja
potencia para aplicaciones de disparo, tiene a dems una terminal
adicional (gate o G) que permite modificar sus caractersticas de
disparo con pequeos impulsos de corriente. Su reducido costo, alta
velocidad y capacidad para disparar puertas de tiristores con altos
valores de corriente hace que este dispositivo sea muy til en
muchas aplicaciones.El SBS no es solamente una versin mejorada del
diodo de cuatro capas, sino que es fabricado como un circuito
integrado construido por transistores, diodos y resistencias.Esto
le da la ventaja de poder aparear estrechamente los componentes,
consiguiendo una asimetra en la tensin de disparo inferior a medio
voltio. Aunque funciona como un dispositivo de dos puertas, se ha
incorporado un electrodo de puerta para una mayor flexibilidad en
el uso del dispositivo.Las especificaciones del SBS son idnticas a
las del SUS; no obstante, la nocin de tensin inversa Vr pierde todo
significado. Smbolo elctricoDispositivo semiconductor de tres
terminales (nodo 1, nodo 2 y gate) cuya estructura se forma a base
de dos SUS conectados en paralelo e invertidos. 1.3.3 Circuito
equivalente.Derivado del SUS, se compone de dos SUS idnticos en
antiparalelo. Funciona en los dos sentidos, como su nombre lo
indica.
Curva caracterstica.Caracterstica V-I de un SBS. La puerta est
desconectada.
Aplicaciones.Se aplica sobre todo en control de triacs, siendo
la nica diferencia la tencin c.c. de ataque que habr de sustituirse
por una tensin alterna.
Bibliografahttp://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_uni%C3%B3n_bipolarwww.unicrom.comwww.monografias.com.mxhttp://es.wikipedia.org/wiki/Wikipediahttp://es.wikipedia.org/wiki/PUThttp://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_IGBThttp://es.wikipedia.org/wiki/MOSFET