INTRODUCCION Un tiristor es un dispositivo semiconductor de estado sólido con cuatro capas de alternancia N y material tipo P. Actúan como interruptores biestables, con conducción cuando su puerta recibe un disparo de corriente y continúan conduciendo mientras reciben derivación. Algunas fuentes definen rectificadores y tiristores controlados de silicio como sinónimos. Otras fuentes definen tiristores como un conjunto más 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 energía y el voltaje con un dispositivo pequeño, encuentran amplia aplicación en el control de la energía eléctrica, que van desde reguladores de luz y de control de velocidad del motor eléctrico a alta tensión transmisión de potencia de corriente continua. Originalmente tiristores confiar sólo en inversión de la corriente de apagarlos, lo que dificulta la aplicación de corriente continua; tipos de dispositivos más recientes se pueden activar y desactivar a través de la señal 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 analógicos .
EL DIODO Función Los diodos son dispositivos semiconductores que permiten hacer fluir la electricidad solo en un sentido. La flecha del símbolo del diodo muestra la dirección en la cual puede fluir la corriente. Los diodos son la versión eléctrica de la válvula o tubo de vacio y al principio los diodos fueron llamados realmente válvulas.
Estructura Estructura interna interna del diodo diodo
Caída de tensión en directa. Curva característica La electricidad utiliza una pequeña energía para poder pasar a través del diodo, de forma similar a como una persona empuja una puerta venciendo un muelle. Esto significa que hay un pequeño voltaje a través de un diodo conduciendo, este voltaje es llamado caída de voltaje o tensión en directa y es de unos 0,7 V para todos los diodos normales fabricados de silicio. La caída de voltaje en directa de un diodo es casi constante cualquiera que sea la corriente que pase a través de el por lo que tiene una característica muy pronunciada (grafica corriente-voltaje).
Tensión inversa Cuando una tensión o voltaje inverso es aplicado sobre un diodo ideal, este no conduce corriente, pero todos los diodos reales presentan una fuga de corriente muy pequeña de unos pocos μA (10 -6 A) o menos. Esto puede ignorarse o despreciarse en la mayoría de los circuitos porque será mucho mas pequeña que la corriente que fluye en sentido directo. Sin embargo, todos los diodos tienen un máximo voltaje o tensión inversa (usualmente 50 V o mas) y si esta se excede el diodo fallara y dejara pasar una gran corriente en dirección inversa, esto es llamado ruptura.Los diodos ordinarios pueden clasificarse dentro de dos tipos:
– diodos de señal los cuales dejan pasar pequeñas corrientes de 100 mA o
menos, y – diodos rectificadores los cuales dejan pasar grandes corrientes
Además hay diodos LED (light emitter diode: diodo emisor de luz) y diodos zener, estos últimos suelen funcionar con tensión inversa y permiten regular y estabilizar el voltaje .
Diodos rectificadores (grandes corrientes) Los diodos rectificadores son usados en fuentes de alimentación para convertir la corriente alterna (AC) a corriente continua (DC), un proceso conocido como rectificación. También son usados en circuitos en los cuales han de pasar grandes corrientes a través del diodo.Todos los diodos rectificadores están hechos de silicio y por lo tanto tienen una caída de tensión directa de 0,7 V. La tabla muestra la máxima corriente y el máximo 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 máxima corriente y máxima tensión inversa.
El transistor SCR
El rectificador controlado de silicio (en inglés 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 unión de Tiratrón (tyratron) y Transistor.
Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y gate (puerta). La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha tensión, 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 conmutación ha de ser de una duración considerable, o bien, repetitivo si se está trabajando en corriente alterna. En este último caso, según 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 tensión de puerta y el tiristor continuará conduciendo hasta que la corriente de carga disminuya por debajo de la corriente de mantenimiento (en la práctica, cuando la onda
Parámetros del SCR
- VRDM: Máximo voltaje inverso de cebado (VG = 0) - VFOM: Máximo voltaje directo sin cebado (VG = 0) - IF: Máxima corriente directa permitida. - PG: Máxima disipación de potencia entre compuerta y cátodo. - VGT-IGT: Máximo voltaje o corriente requerida en la compuerta (G) para el cebado - IH: Mínima corriente de ánodo requerida para mantener cebado el SCR - dv/dt: Máxima variación de voltaje sin producir cebado. - di/dt: Máxima variación de corriente aceptada antes de destruir el SCR
EL 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.
DESCRIPCION GENERAL 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.
CONSTRUCCION BASICA, SIMBOLO, DIAGRAMA EQUIVALENTE
CARACTERISTICA TENSION – CORRIENTE
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. 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
PARAMETROS DEL TRIAC VALORES MAXIMOS (2N6071A,B – MOTOROLA)
DEFINICIÓN DE LOS PARÁMETROS DEL TRIAC
VDRM (Tensión de pico repetitivo en estado de bloqueo) = es el máximo valor de tensión admitido de tensión inversa, sin que el triac se dañe. IT(RMS) ( Corriente en estado de conducción) = en general en el grafico se da la temperatura en función de la corriente. ITSM (Corriente pico de alterna en estado de conducción(ON)) = es la corriente pico máxima que puede pasar a través del triac, en estado de conducción. En general seta dada a 50 o 60 Hz. I2t ( Corriente de fusión) = este parámetro da el valor relativo de la energía necesaria para la destrucción del componente. PGM ( Potencia pico de disipación de compuerta) = la disipación instantánea máxima permitida en la compuerta. IH ( Corriente de mantenimiento) = la corriente directa por debajo de la cual el triac volverá del estado de conducción al estado de bloqueo. dV/dt ( velocidad critica de crecimiento de tensión en el estado de bloqueo) = designa el ritmo de crecimiento máximo permitido de la tensión en el ánodo antes de que el triac pase al estado de conducción. 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 anódica nominal.
EL DIAC El DIAC (Diode Alternative Current, Figura 1) es un dispositivo bidireccional simétrico (sin polaridad) con dos electrodos principales: MT1 y MT2, y ninguno de control. Es un componente electrónico que está preparado para conducir en los dos sentidos de sus terminales, por ello se le denomina bidireccional, siempre que se llegue a su tensión de cebado o de disparo. Símbolo del DIAC
ESTRUCTURA DEL DIAC
CURVA C CARACTERÍSTICA Y F Y FUNCIONAMIENTO.
En la curva característica tensión-corriente se observa que:
- V(+ ó -) < Vb0 , el elemento se comporta como un circuito abierto. - V(+ ó -) > Vb0 , el elemento se comporta como un cortocircuito. Hasta que la tensión aplicada entre sus extremos supera la tensión de disparo Vb0; la intensidad que circula por el componente es muy pequeña. Al superar dicha tensión la corriente aumenta bruscamente, disminuyendo como consecuencia la tensión.
CARACTERÍSTICAS G GENERALES Y A Y APLICACIONES. Se emplea normalmente en circuitos que realizan un control de fase de la corriente del triac, de forma que solo se aplica tensión a la carga durante una fracción de ciclo de la alterna. Estos sistemas se utilizan para el control de iluminación con intensidad variable, calefacción eléctrica con regulación de temperatura y algunos controles de velocidad de motores.
TIRISTOR GTO es un dispositivo de electrónica 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 aplicación de una señal positiva de compuerta. Sin embargo, se puede desactivar mediante una señal 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 máxima por la puerta IGM y la velocidad de variación de dicha corriente al principio de la conducción deben ser lo suficientemente grandes como para asegurar que la corriente circula por todas las islas cátodo (figura 6.4. Si esto no fuese así y sólo algunas islas cátodo condujeran, la densidad de corriente en estas islas sería tan elevada que el excesivo calentamiento en zonas localizadas podría provocar la destrucción del dispositivo. APAGADO
Al comenzar a circular corriente positiva por la puerta, la corriente de ánodo a cátodo 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 ánodo a cátodo ha quedado reducida a pequeños filamentos entre los terminales de puerta. Entonces la tensión v AK, hasta entonces muy pequeña al estar el GTO en funcionamiento, comienza a aumentar. Como la gran dens idad de corriente que circula por estos pequeños filamentos podría ocasionar su destrucción, se utiliza un condensador snubber en paralelo con el GTO, que ofrece a la corriente un camino alternativo por donde circular. Así, cuando v AK 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 MOSFET Los 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 está aislada del canal, consiguiéndose de esta forma que la corriente de dicho terminal sea muy pequeña, prácticamente despreciable. Debido a este hecho, la resistencia de entrada de este tipo de transistores es elevadísima, del orden de 10.000 MW , lo que les convierte en componentes ideales para amplificar señales muy débiles. Existen dos tipos de MOSFET en función de su estructura interna: los de empobrecimiento y los de enriquecimiento. Los primeros tienen un gran campo de aplicación como amplificadores de señales débiles en altas frecuencias o radiofrecuencia (RF), debido a su baja capacidad de entrada.
Simbología y estructura física
Curvas características En 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.
Obsérvese cómo en esta curva aparecen tanto tensiones negativas de V GS (trabajo en modo de empobrecimiento), como positivas (trabajo en modo de enriquecimiento). La corriente más elevada se consigue con la tensión más positiva de VGS y el corte se consigue con tensión negativa de V GS(apag). De esta familia de curvas se puede obtener la curva de transconductancia, que nos indica la relación que existe entre V GS e ID. Ésta posee la forma que se muestra en la siguiente curva abajo a la derecha:
Obsérvese cómo 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 razón, la corriente I DSS, correspondiente a la entersección de la curva con el eje I D, ya no es la de saturación.
Como ocurría con el JFET, esta curva de trasconductancia es parabólica y la ecuación que la define es también:
Según se puede apreciar en la curva de transconductancia de un MOSFET, este tipo de transistor es muy fácil de polarizar, ya que se puede escoger el punto correspondiente a VGS=0, ID=IDSS. Cuando éste queda polarizado así, el transistor queda siempre en conducción o, normalmente, encendido.
EL MOSFET COMO INVERSOR. El funcionamiento del transistor MOSFET en conmutación implica que la tensión de entrada y salida del circuito posee una excursión de tensión, elevada (de 0 a VDD) entre los niveles lógicos alto H (asociada a la tensión V DD) y bajo L (asociada a la tensión 0). Para el nivel bajo, se persigue que V GS > Vt y que el transistor se encuentre trabajando en la región óhmica, con lo cual V DS << 1. Mientras que para en el nivel alto, se persigue que la tensión de salida sea elevada, y en general, que el transistor esté funcionando en la región de corte, con V DS >> 1. Se puede considerar que, el transistor MOSFET es capaz de funcionar como un interruptor.
Se denomina inversor, por que la tensión de salida, es de nivel opuesto a la tensión de entrada. Lo único que se requiere en los circuitos de conmutación, es que las tensiones de entrada y de salida se puedan reconocer fácilmente, ya sea en nivel alto o bajo.
Transistor IGBT El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT, del inglés Insulated Gate Bipolar Transistor ) es un dispositivo semiconductor que generalmente se aplica como interruptor controlado en circuitos de electrónica de potencia. Este dispositivo posee la características de las señales de puerta de los transistores de efecto campo con la capacidad de alta corriente y bajo voltaje de saturación del transistor bipolar, combinando una puerta aislada FET para la entrada de control y un
Simbología y estructura física
CURVA CARACTERISTICA IGBT
COMO FUNCIONA: Consideremos que el IBGT se encuentra bloqueado inicialmente. Esto significa que no existe ningún 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 señal en el gate es aplicada. Para encender el IGBT, la terminal drain D debe ser polarizada positivamente con respecto a la terminal S. LA señal 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, después 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 así por una señal de voltaje en el gate. Sin embargo, en virtud del control de voltaje la disipación 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 óxido de silicio. • Se diseña para que cuando VGS = VGSmax la corri ente de cortocircuito sea
entre4 a 10 veces la nominal (zona activa con VDS=Vmax) y pueda soportarla durante unos 5 a 10 μs. y pueda actuar una protección electrónica cortando desde puerta. • VDSmax es la tensión de ruptura del transistor pnp . Como α es muy baja, será 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 máxima de la unión suele ser de 150ºC (con SiC se esperan
valores mayores) • Existen en el mercado IGBTs encapsulados que soportan hasta 400 o 600 Amp. • La tensión VDS apenas varía con la temperatur a ⇒ Se pueden conectar
en paralelo fácilmente ⇒ 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.
Aplicaciones El IGBT es un dispositivo electrónico que generalmente se aplica a circuitos de potencia. Este es un dispositivo para la conmutación en sistemas de alta tensión. Se usan en los Variadores de frecuencia así como en las aplicaciones en maquinas eléctricas y convertidores de potencia que nos acompañan cada día y por todas partes, sin que seamos particularmente conscientes de eso: Automóvil, Tren, Metro, Autobús, Avión, Barco, Ascensor, Electrodoméstico, Televisión, Domótica, Sistemas de Alimentación Ininterrumpida o SAI (en Inglés UPS), etc.
PUT
El 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 ánodo” debido a su configuración. Al igual que el UJT, se utiliza como oscilador y base de tiempos, pero es más flexible, ya que la compuerta se conecta a un divisor de tensión que permita variar la frecuencia del oscilador sin modificar la constante de tiempo RC.
Simbología
Funcionamiento Si el PUT está polarizado directamente y aplicamos Vag= 0.7 V, entra en conducción. El PUT permanece encendido hasta que el voltaje anódico es insuficiente, entonces, se apaga. El apagado se debe a que la corriente anódica 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 Vbb El circuito no se disparará hasta tanto el potencial en el terminal de ánodo no sea superior en el voltaje de polarización directa de la juntura pn entre ánodo y compuerta y el voltaje de compuerta. Por lo tanto: Vak = Vp = Vd + Vg = .7 + n Vbb Curva característica.
• Si VA < VGA ⇒ diodo A-GA se polariza inversamente ⇒ solo circula corriente de fugas. • Si VA > VGA ⇒ diodo A-GA conduce y tiene una característica similar a la del UJT.
La variación de μ IP e IV dependen de R1 y R2 en el divisor de tensión VGA, es decir de RG.
Mientras la tensión Vak no alcance el valor Vp, el PUT estará abierto, por lo cual los niveles de corriente serán muy bajos. Una vez se alcance el nivel Vp, el dispositivo entrará en conducción presentando una baja impedancia y por lo tanto un elevado flujo de corriente. El retiro del nivel aplicado en compuerta, no llevará 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).
Aplicaciones El PUT es utilizado también como oscilador de relajación. Si inicialmente el condensador está descargado la tensión Vak será igual a cero. A medida que transcurre el tiempo éste adquiere carga. Cuando se alcanza el nivel Vp de disparo, el PUT entra en conducción 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 tensión Vgk cae prácticamente a cero. Cuando la tensión en bornes del condensador sea prácticamente cero, el dispositivo se abre y se regresa a las condiciones iníciales. En la figura 3 puede observarse la configuración circuital para el oscilador.
Ejemplo Se tiene un oscilador de relajación que trabaja con un PUT, el cual presenta las siguientes características:
Ip = 100 µA, Iv = 5.5 mA y Vv = 1 v. Si el voltaje de polarización es de 12 v y la red externa es la siguiente: Rb1 = 10 kW, Rb2 = 5 kW, R = 20 kW, C = 1 µF y Rk = 100 kW, calcular Vp, Rmáx, Rmín y el período de oscilación.
-Cálculo de Vp Vp = Vd + n Vbb, n = Rb1/(Rb1 + Rb2) = 10/15 = .66 Vp = .7 + .66 12 = 8.7 v
-Cálculo de Rmáx y Rmín Puesto que el PUT es también un dispositivo de resistencia negativa, tiene que cumplir con la condición impuesta de que la recta de carga de trabajo, corte a la curva característica tensión-corriente precisamente en la región que presenta resistencia negativa. Si esto no ocurre, el dispositivo puede permanecer o en bloqueo o en saturación. Para garantizar que efectivamente se trabaje en la región adecuada , debe escogerse al igual que en el caso del UJT, el valor de resistencia comprendido entre unos valores límites dados por Rmáx y Rmín. Rmáx = (Vbb - Vp)/Ip = 3.3/100 = 33 kW
Rmín = (Vbb - Vv)/Iv = 11/5.5 = 2 kW
Ahora, debe cumplirse con la condición:
Rmín £ R £ Rmáx , 2 kW £ R £ 33 kW
Como puede observarse el valor tomado para R está entre los límites establecidos ya que tiene un valor de 20 kW.
-Cálculo de T T = RC ln(1 + Rb1/Rb2) T = 20 kW 1 µF ln(1 + 2) = 24 ms
EL CONMUTADOR UNILATERAL DE SILICIO (SUS). 1.4.1
Definición.
Utilizado principalmente para el disparo de tiristores, es un conmutador uni lateral de silicio, “silicon unilateral switch” que está compuesto por un tiristor miniatura, con puerta de ánodo, al que asocia, entre puerta y cátodo un diodo de avalancha de poca tensión. Comparado con un UJT, el SUS se dispara a una tensión 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 sincronización se asegura mediante los impulsos aplicados a la puerta del SUS. 1.4.2
Símbolo eléctrico.
1.4.3
Circuito equivalente.
Combinación de un tiristor con puerta anódica y un diodo Zener entre puerta y cátodo.
1.4.4
Estructura interna.
Su estructura básica se forma a base de cuatro capas semiconductoras en el orden NPNP en donde N externa corresponde al cátodo, la N interna al gate (puerta) y la P externa al ánodo. 1.4.5
Curva característica.
Se usa para el disparo de tiristores. Su principal parámetro es VS ≈ 6 y 10 V. Se dispara a una tensión fija, V zener, y su corriente IS está muy cercana a IH . Sincronización mediante impulsos en la puerta del SUS.
1.4.6
Aplicaciones.
Se usa para el disparo de tiristores. Su principal parámetro es VS ≈ 6 y 10 V.
TRANSISTOR UNIUNION (UJT). 1.5.1
Definición.
Muy importante el transistor UJT no es un FET. Dispositivo semiconductor de disparo formado por una resistencia de silicio de 4 a 9 KΩ tipo N (resistencia negativa) con tres terminales, base 1, base 2 y emisor tipo (unión NP), lo que determina el valor del parámetro η, standoff ratio, conocido como razón de resistencias o factor intrínseco. El transistor (UJT) está en estado de conducción, 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 está dado por la fórmula: Voltaje de disparo = Vp = 0.7 + n x VB2B1 . Donde: n = intrinsic standoff radio (dato del fabricante). VB2B1 = Voltaje entre las dos bases. La fórmula 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. ¿Cuál es el voltaje de disparo aproximado? Voltaje de disparo = Vp = 0.7 + (0.63 x 24) = 15.8 Voltios 1.5.1.1
Región de corte.
En esta región nos dice que la tensión de emisor es baja de forma que la tensión intrínseca mantiene polarizado inversamente el diodo emisor. La corriente de emisor es muy baja y se verifica que VE
Donde la VF varía entre 0.35 V a 0.7 V con un valor típico de 0.5 V. 1.5.1.2
Región de resistencia negativa.
Si la tensión de emisor es suficiente para polarizar el diodo de emisor, es decir, VE=VP entonces el diodo entra en conducción e inyecta huecos a B1 disminuyendo bruscamente la resistencia R1 debido a procesos de recombinación. Desde el emisor, se observa como el UJT disminuye su resistencia interna con un comportamiento similar a la de una resistencia negativa (dVE/dIE < 0). En esta región, la corriente de emisor está comprendida entre la corriente de pico y de valle (IP< IE< IV). 1.5.1.3
Región de saturación.
Esta zona es similar a la zona activa de un tiristor con unas corrientes y tensiones de mantenimiento (punto de valle) y una relación lineal de muy baja resistencia entre la tensión y la corriente de emisor. En esta región, la corriente de emisor es mayor que la corriente de valle (IE > IV). Si no se verifica las condiciones del punto de valle, el UJT entrara de forma natural a la región de corte. Nota:
Es importante hacer notar que también 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 revés. 1.5.2
Símbolo eléctrico.
1.5.3
Estructura interna.
1.5.4
Curva característica.
1.5.5
Circuito equivalente.
1.5.6
Circuito básico de disparo de un UJT.
Cuando se aplica el voltaje de alimentación Vs en cd, se carga el capacitor C a través de la resistencia R, dado que el circuito emisor del UJT está 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 través 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 diseñarse lo suficientemente grande como para activar el SCR. El periodo de oscilación, T, es totalmente independiente del voltaje de alimentación Vs y está dado por:
T = 1/f = RC ln 1/1-n
1.5.7
Presentación física.
UTJ 2N2646 ECG 6401 FIG S2
1E = 50 mA. max = 0.54 min = 0.67
R BBmin=4k
R BBmax=12k InterBase=55V PD = 450 mV IEO = 1 maxA IVMIN = 8 mA
Físicamente el UJT consiste de una barra de material tipo N con conexiones eléctricas a sus dos extremos (B1 y B2) y de una conexión hecha con un conductor de aluminio (E) en alguna parte a lo largo de la barra de material N. En el lugar de unión el aluminio crea una región tipo P en la barra, formando así una unión PN. Ver el siguiente gráfico
1.5.8
Aplicaciones.
El transistor (UJT) se utiliza generalmente para generar señales 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 ángulo de encendido de tiristores. El encapsulado de este tipo de transistores son los mismos que los de unión. En consecuencia el dispositivo es muy útil en circuitos de tiempo, circuitos de disparo y osciladores.
Transistor de unión bipolar El transistor de unión bipolar (del inglés Bipolar Junction Transistor , o sus siglas BJT ) es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de sus terminales. La denominación de bipolar se debe a que la conducción tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades ( huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en gran número de aplicaciones; pero tienen ciertos inconvenientes, entre ellos su impedancia de entrada bastante baja.
Simbología del diodo y encapsulado
Diagrama de Transistor NPN
Los transistores bipolares son los transistores más conocidos y se usan generalmente en electrónica analógica aunque también en algunas aplicaciones de electrónica digital, como la tecnología TTL o BICMOS. Un transistor de unión bipolar está formado por dos Uniones PN en un solo cristal semiconductor, separados por una región muy estrecha. De esta manera quedan formadas tres regiones:
Emisor , que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportándose 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 extensión mucho mayor.
Estructura
Un transistor de unión bipolar consiste en tres regiones semiconductoras dopadas: la región del emisor, la región de la base y la región 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 región del semiconductor está conectada a un terminal, denominado emisor (E), base (B) o colector (C), según corresponda.
Corte transversal simplificado de un transistor de unión bipolar NPN. Donde se puede apreciar como la unión base-colector es mucho más amplia que la baseemisor.
Regiones operativas del transistor - Región 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 alimentación del circuito. (como no hay corriente circulando, no hay caída de voltaje, ver Ley de Ohm). Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib =0)
- Región de saturación: Un transistor está saturado cuando: corriente de colector = corriente de emisor = corriente máxima, (Ic = Ie = I máxima) En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentación 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 β veces más grande. (recordar que Ic = β * Ib)
- Región activa: Cuando un transistor no está ni en su región de saturación ni en la región de corte entonces está en una región intermedia, la región activa. En esta región la corriente de colector (Ic) depende principalmente de la corriente de base (Ib), de β (ganacia de corriente de un amplificador, es un dato del fabricante) y de las resistencias que hayan conectadas en el colector y emisor). Esta región es la mas importante si lo que se desea es utilizar el transistor como un amplificador. Configuraciones: Hay tres tipos de configuraciones típicas en los amplificadores con transistores, cada una de ellas con características especiales que las hacen mejor para cierto tipo de aplicación. y se dice que el transistor no está conduciendo. Normalmente este caso se presenta cuando no hay corriente de base (Ib = 0) - Emisor común - Colector común - Base común
Funcionamiento
Característica idealizada de un transistor bipolar. En una configuración normal, la unión base-emisor se polariza en directa y la unión base-colector en inversa.1 Debido a la agitación térmica los portadores de carga del emisor pueden atravesar la barrera de potencial emisor-base y llegar a la base. A su vez, prácticamente todos los portadores que llegaron son impulsados por el campo eléctrico que existe entre la base y el colector. Un transistor NPN puede ser considerado como dos diodos con la región del ánodo compartida. En una operación típica, la unión base-emisor está polarizada en directa y la unión base-colector está polarizada en inversa. En un transistor NPN, por ejemplo, cuando una tensión positiva es aplicada en la unión baseemisor, el equilibrio entre los portadores generados térmicamente y el campo eléctrico repelente de la región agotada se desbalancea, permitiendo a los electrones excitados térmicamente inyectarse en la región de la base. Estos electrones "vagan" a través de la base, desde la región de alta concentración cercana al emisor hasta la región de baja concentración cercana al colector. Estos electrones en la base son llamados portadores minoritarios debido a que la base está dopada con material P, los cuales generan "huecos" como portadores mayoritarios en la base.
Optoacoplador
Opto acoplador en encapsulado DIL-8
Tipo
Semiconductor
Principio de funcionamiento
Efecto fotoeléctrico
Un optoacoplador , también llamado optoaislador o aislador acoplado ópticamente, es un dispositivo de emisión y recepción que funciona como un interruptor activado mediante la luz emitida por un diodo LED que satura un componente optoelectrónico, normalmente en forma de fototransistor o fototriac. De este modo se combinan en un solo dispositivo semiconductor, un fotoemisor y un fotorreceptor cuya conexión entre ambos es óptica. Estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP. Se suelen utilizar para aislar eléctricamente 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 tensión 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 saturará, generando una corriente en R2. De este modo la tensión de salida será igual a cero con S1 cerrado y a V2 con S1 abierto. Si la tensión de entrada varía, la cantidad de luz también lo hará, lo que significa que la tensión de salida cambia de acuerdo con la tensión de entrada. De este modo el dispositivo puede acoplar una señal de entrada con el circuito de salida, aunque hay que tener en cuenta que las curvas tensión/luz del LED no son lineales, por lo que la señal puede distorsionarse. Se venden optoacopladores especiales para este propósito, diseñados de forma que tengan un rango en el que la señal de salida sea casi idéntica a la de entrada.
La ventaja fundamental de un optoacoplador es el aislamiento eléctrico entre los circuitos de entrada y salida. Mediante el optoacoplador, el único 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 MΩ. Estos aislamientos son útiles en aplicaciones de alta tensión en las que los potenciales de los dos circuitos pueden diferir en varios miles de voltios.
Tipos En 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 último, su etapa de salida es un triac de cruce por cero, que posee un circuito interno que conmuta al triac sólo en los cruce por cero de la fuente.
Etapa de salida a fototransistor.
Etapa de salida a fototriac
4N25
Características * OPTOACOPLADOR, TRANSISTOR, 5300VRMS * N.º of Channels:1 * Isolation voltage:5300V rms * Tipo de salida:Transistor * Input Current:50mA * tensión de salida:30V * Max Output Voltage:30V * Operating Temperature Range:-55 °C a +100 °
CONMUTADOR BILATERAL DE SILICIO (SBS). Definición Es un dispositivo bidireccional de baja potencia para aplicaciones de disparo, tiene a demás una terminal adicional (gate o G) que permite modificar sus características de disparo con pequeños 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 útil en muchas aplicaciones. El SBS no es solamente una versión 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 asimetría en la tensión 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 idénticas a las del SUS; no obstante, la noción de tensión inversa Vr pierde todo significado. Símbolo eléctrico Dispositivo semiconductor de tres terminales (ánodo 1, ánodo 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 idénticos en antiparalelo. Funciona en los dos sentidos, como su nombre lo indica.
