TEMARIO
- Objetivo
- Introducción
- Definición de tiristor
- Aplicaciones
- TRIAC características y aplicaciones
- SCR características y aplicaciones
- DIAC características y aplicaciones
- Ejemplos de el uso de tiristores
- Resumen
- Cuestionario
- Biografía
- Link de diario
OBJETIVO
Este informe se basa en el tema de tiristores, hablaremos de su definición, sus características así como sus aplicaciones. También se verán 3 tipos de tiristores, el diac, triac y scr, los cuales son los mas utilizados en la electrónica y que así esto nos ayude a comprender el funcionamiento de estos dispositivos y que estos conocimientos los podamos aplicar tanto en la industria como en la vida diaria.
INTRODUCCION
Los tiristores son dispositivos electrónicos que utilizan la retroalimentacion interna para poder producir una conmutación, se compone de materiales semiconductores,consta de un ánodo y un cátodo, es capaz de dejar pasar plenamente o bloquear por completo el paso de la corriente.
Para que el dispositivo pase del estado de bloqueo al estado activo, debe generarse una corriente de enganche positiva en el ánodo, y además debe haber una pequeña corriente en la compuerta capaz de provocar una ruptura por avalancha.
Solo puede ser apagado con la interrupción de la fuente de voltaje, abriendo el circuito, o bien, haciendo pasar una corriente en sentido inverso por el dispositivo.
Se emplea generalmente para el control de potencia eléctrica.
TIRISTOR
El tiristor (puerta) es un componente electrónico constituido por
elementos semiconductores que utiliza re-alimentación interna para producir una
conmutación. Los materiales de los que se compone son de tipo semiconductor, es
decir, dependiendo de la temperatura a la que se encuentren pueden funcionar
como aislantes o como conductores. Son dispositivos unidireccionales porque
solamente transmiten la corriente en un único sentido. Se emplea generalmente
para el control de potencia eléctrica.
El dispositivo consta de un ánodo y un cátodo, donde las uniones son de
tipo PNPN entre los mismos. Por tanto se puede modelar como 2 transistores
típicos PNP y NPN, por eso se dice también que el tiristor funciona con tensión re-alimentada. Se crean así 3 uniones (denominadas J1, J2, J3 respectivamente),
el terminal de puerta está conectado a la unión J2 (unión NP).
El tiristor es un conmutador biestable, es decir, es el equivalente
electrónico de los interruptores mecánicos; por tanto, es capaz de dejar pasar
plenamente o bloquear por completo el paso de la corriente sin tener nivel
intermedio alguno, aunque no son capaces de soportar grandes sobrecargas de
corriente.
El diseño del tiristor permite que éste pase rápidamente a encendido al
recibir un pulso momentáneo de corriente en su terminal de control, denominada
puerta (o en inglés, gate) cuando hay una tensión positiva entre ánodo y
cátodo, es decir la tensión en el ánodo es mayor que en el cátodo. Solo puede
ser apagado con la interrupción de la fuente de voltaje, abriendo el circuito,
o bien, haciendo pasar una corriente en sentido inverso por el dispositivo. Si
se polariza inversamente en el tiristor existirá una débil corriente inversa de
fugas hasta que se alcance el punto de tensión inversa máxima, provocándose la
destrucción del elemento (por avalancha en la unión).
Para que el dispositivo pase del estado de bloqueo al estado activo, debe
generarse una corriente de enganche positiva en el ánodo, y además debe haber
una pequeña corriente en la compuerta capaz de provocar una ruptura por
avalancha en la unión J2 para hacer que el dispositivo conduzca. Para que el
dispositivo siga en el estado activo se debe inducir desde el ánodo una
corriente de sostenimiento, mucho menor que la de enganche, sin la cual el
dispositivo dejaría de conducir.
APLICACIONES
Normalmente son usados en diseños donde hay corrientes o voltajes muy
grandes, también son comúnmente usados para controlar corriente alterna donde
el cambio de polaridad de la corriente revierte en la conexión o desconexión
del dispositivo. Se puede decir que el dispositivo opera de forma síncrona
cuando, una vez que el dispositivo está abierto, comienza a conducir corriente
en fase con el voltaje aplicado sobre la unión cátodo-ánodo sin la necesidad de
replicación de la modulación de la puerta. En este momento el dispositivo
tiende de forma completa al estado de encendido. No se debe confundir con la
operación simétrica, ya que la salida es unidireccional y va solamente del
cátodo al ánodo, por tanto en sí misma es asimétrica.
Los tiristores pueden ser usados también como elementos de control en
controladores accionados por ángulos de fase, esto es una modulación por ancho
de pulsos para limitar el voltaje en corriente alterna.
En circuitos digitales también se pueden encontrar tiristores como fuente
de energía o potencial, de forma que pueden ser usados como interruptores
automáticos magneto-térmicos, es decir, pueden interrumpir un circuito
eléctrico, abriéndolo, cuando la intensidad que circula por él se excede de un
determinado valor. De esta forma se interrumpe la corriente de entrada para
evitar que los componentes en la dirección del flujo de corriente queden
dañados. El tiristor también se puede usar en conjunto con un diodo Zener
enganchado a su puerta, de forma que cuando el voltaje de energía de la fuente
supera el voltaje zener, el tiristor conduce, acortando el voltaje de entrada
proveniente de la fuente a tierra, fundiendo un fusible.
La primera aplicación a gran escala de los tiristores fue para controlar la
tensión de entrada proveniente de una fuente de tensión, como un enchufe, por
ejemplo. A comienzo de los ’70 se usaron los tiristores para estabilizar el
flujo de tensión de entrada de los receptores de televisión en color.
Se suelen usar para controlar la rectificación en corriente alterna, es
decir, para transformar esta corriente alterna en corriente continua (siendo en
este punto los tiristores onduladores o inversores), para la realización de
conmutaciones de baja potencia en circuitos electrónicos.
Otras aplicaciones comerciales son en electrodomésticos (iluminación,
calentadores, control de temperatura, activación de alarmas, velocidad de
ventiladores), herramientas eléctricas (para acciones controladas tales como
velocidad de motores, cargadores de baterías), equipos para exteriores
(aspersores de agua, encendido de motores de gas, pantallas electrónicas.)
TRIAC caracteristicas y aplicaciones
El triac es un dispositivo semiconductor de tres terminales: A1 y A2 (en
este caso pierden la denominación de ánodo y cátodo) y puerta. Se usa para
controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de
que conduce en ambos sentidos (bidireccional) 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. Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que
formarían dos SCR en direcciones opuestas.
Cuando el triac conduce, hay una trayectoria de flujo de corriente de muy
baja resistencia de una terminal a la otra, dependiendo la dirección de flujo
de la polaridad del voltaje externo aplicado. Cuando el voltaje es mas positivo
en MT2, la corriente fluye de MT2 a MT1 en caso contrario fluye de MT1 a MT2.
En ambos casos el triac se comporta como un interruptor cerrado. Cuando el
triac deja de conducir no puede fluir corriente entre las terminales
principales sin importar la polaridad del voltaje externo aplicado por tanto
actúa como un interruptor abierto.
Debe tenerse en cuenta que si se aplica una variación de tensión importante
al triac (dv/dt) aún sin conducción previa, el triac puede entrar en conducción
directa.
La parte positiva de la onda (semiciclo positivo) pasará por el triac
siempre y cuando haya habido una señal de disparo en la compuerta, de esta
manera la corriente circulará de arriba hacia abajo (pasará por el tiristor que
apunta hacia abajo), de igual manera:
La parte negativa de la onda (semiciclo negativo) pasará por el triac
siempre y cuando haya habido una señal de disparo en la compuerta, de esta
manera la corriente circulará de abajo hacia arriba (pasará por el tiristor que
apunta hacia arriba)
Para ambos semiciclos la señal de disparo se obtiene de la misma patilla
(la puerta o compuerta).
La versatibilidad del TRIAC y la simplicidad de su uso le hace ideal para
una amplia variedad de aplicaciones relacionadas con el control de corrientes
alternas. una de ellas es la utilización como interruptor estático ofreciendo muchas
ventajas sobre los interruptores mecánicos convencionales, que requieren
siempre el movimiento de un contacto, siendo la principal que se obtiene como consecuencia
de que el TRIAC siempre se dispara cada medio ciclo cuando la corriente pasa
por cero, con lo que se evitan los arcos y sobre tenciones derivadas de la conmutación
de cargas inductivas que almacenan una determinada energía durante su
funcionamiento.
La apliaccion de los TRIACS, a
diferencia de los tiristores, se encuentra basicamente en la corriente alterna.
Su curva caracteristica reflega su funcionamiento muy parecido al del tiristor
apareciendo en el primer y tercer
cuadrante del sistema de ejes. Esto es devido a su bidireccionalidad.
Se utilizan TRIACs de baja potencia
en muchas aplicaciones como atenuadores de luz, controles de velocidad para
motores eléctricos, y en los sistemas de control computarizado de muchos
elementos caseros. No obstante, cuando se utiliza con cargas inductivas como
motores eléctricos, se deben tomar las precauciones necesarias para asegurarse
que el TRIAC se apaga correctamente al final de cada semiciclo de la onda de
Corriente alterna.
La principal utiliadad de los
TRIACS es como regulador de potenciaentregada a una carga, en corriente
alterna.
Puede verse una aplicación práctica de gobierno de un motor de c.a.
mediante un triac (TXAL228).
SCR caracteristicas y aplicaciones
El SCR(rectificador controlado de silicio) es un tipo de tiristor formado
por cuatro capas de material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP. Es un semiconductor que presenta dos estados estables: en uno conduce, y en otro está en corte (bloqueo directo, bloqueo inverso y conducción directa).
Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y puerta (gate). 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 (unidireccional).
Como lo sugiere su nombre, el SCR es un rectificador, por lo que pasa corriente sólo durante los semiciclos positivos de la fuente de C.A. El semiciclo positivo es el semiciclo en que el ánodo del SCR es mas positivo que el cátodo. Esto significa que el SCR no puede estar encendido más de la mitad del tiempo. Durante la otra mitad del ciclo, la polaridad de la fuente es negativa, y esta polaridad negativa hace que el SCR tenga polarizacion inversa, evitando el paso de cualquier corriente a la carga.
El objetivo de este tiristor es retardar la entrada en conducción del mismo, ya que como se sabe, un SCR se hace conductor no sólo cuando la tensión en sus bornes se hace positiva (tensión de ánodo mayor que tensión de cátodo), sino cuando siendo esta tensión positiva, se envía un impulso de cebado a puerta.
Como lo sugiere su nombre, el SCR es un rectificador, por lo que pasa corriente sólo durante los semiciclos positivos de la fuente de C.A. El semiciclo positivo es el semiciclo en que el ánodo del SCR es mas positivo que el cátodo. Esto significa que el SCR no puede estar encendido más de la mitad del tiempo. Durante la otra mitad del ciclo, la polaridad de la fuente es negativa, y esta polaridad negativa hace que el SCR tenga polarizacion inversa, evitando el paso de cualquier corriente a la carga.
El objetivo de este tiristor es retardar la entrada en conducción del mismo, ya que como se sabe, un SCR se hace conductor no sólo cuando la tensión en sus bornes se hace positiva (tensión de ánodo mayor que tensión de cátodo), sino cuando siendo esta tensión positiva, se envía un impulso de cebado a puerta.
Cuando se produce una variación brusca de tensión entre ánodo y cátodo de
un tiristor, éste puede dispararse y entrar en conducción aún sin corriente de
puerta. Por ello se da como característica la tasa máxima de subida de tensión
que permite mantener bloqueado el SCR. Este efecto se produce debido al
condensador parásito existente entre la puerta y el ánodo.
Las aplicaciones de los tiristores SCR, se extiende desde la rectificación de corrientes alternas, en lugar de los diodos
convencionales hasta la realización de determinadas conmutaciones de baja
potencia en circuitos electrónicos. Pasando por los onduladores o inversores
que transforman la corriente continúa en alterna.
La principal ventaja que representan frente a los diodos cuando se les
utiliza como rectificadores es que su entrada en conducción estará controlada
por la señal de puerta. De esta forma se podrá variar la tensión continua de
salida si se hace variar el momento de disparo ya que se obtendrá diferentes ángulos
de conducción del ciclo de la tensión o corriente alterna de entrada. Además el
SCR se bloqueara automáticamente al cambiar de alternancia de positiva a negativa
ya que en este momento empezara a recibir tensión inversa.
Otras aplicaciones del SCR son las siguientes:
Controles de relevador
Circuitos de retardo de tiempo
Fuentes de alimentación regulables
Interruptores estáticos
Controles de motores
Recortadores
Inversores
Ciclo conversores
Controles de calefacción
Circuitos de protección
Controles de fase
DIAC caracteristicas y aplicaciones
El DIAC (Diodo para Corriente Alterna) es un dispositivo simetrico sin
polaridad con 2 electrodos principales
MT1 y MT2 ninguno de control. Es un diodo bidireccional disparable que conduce
la corriente sólo tras haberse superado su tensión de disparo, y mientras la
corriente circulante no sea inferior al valor característico para ese
dispositivo.
Los DIAC son una clase de tiristor, y se usan normalmente para disparar los
triac, otra clase de tiristor. Su tencion de disparo es de alrededor de 30 V.
Es un dispositivo semiconductor de dos terminales, llamados ánodo y cátodo.
Actúa como un interruptor bidireccional el cual se activa cuando el voltaje
entre sus terminales alcanza el voltaje de ruptura, dicho voltaje puede estar
entre 20 y 36 volts según la referencia.
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.
Control de
iluminación con intensidad variable
Calefacción eléctrica con regulación de
temperatura
Controles de velocidad de motores.
EJEMPLOS DEL USO DE LOS TIRISTORES
CONTROL DE CALOR CON SENSOR DE TEMPERATURA
EJEMPLOS DEL USO DE LOS TIRISTORES
CONTROL DE CALOR CON SENSOR DE TEMPERATURA
El circuito de control de calor mostrado en la figura 186 ha sido concebido
para controlar la temperatura de una habitación, bien utilizando una fuente de
calor (por ejemplo, una resistencia eléctrica o un horno) o bien utilizando un
ventilador (o cualquier dispositivo refrigerador). El circuito de disparo se
realiza a través de un UJT que introduce un ángulo de conducción de los TRIAC
que va a depender de la temperatura de la habitación medida a través de una
resistencia térmica (termistor) RT cuyo valor es de 2 kΩ a 25 °C; el
rectificador de puente de diodos y el diodo zener 1N5250A alimentan a este
circuito de disparo. R2 se ajusta para que el transistor bipolar 2N3905 este en
corte a una temperatura dada. Cuando el 2N3905 está en corte ninguna corriente
carga el condensador C y, por consiguiente, el UJT y los TRIAC están cortados.
Si el 2N3905 esta a ON, este carga el condensador C y dispara el UJT cuando
alcanza la tensión VP. El tiempo que tarda en alcanzar la tensión VP del UJT
depende de RT. Un incremento en la temperatura disminuye el valor de RT, y por
consiguiente, disminuye el valor de corriente de colector del transistor
aumentando a su vez el tiempo de carga del condensador (disminuye el ángulo de
conducción). Por el contrario, al disminuir temperatura aumenta el ángulo de
conducción. El modo de operar con la temperatura se invierte si se intercambia
RT con R2.
CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES
El control de velocidad de los motores se ha realizado en base a SCR en
mayor medida que en TRIAC. A primera vista, el TRIAC presenta mayores ventajas
debido a su simetría, lo que le confiere ciertas ventajas frente al SCR que
únicamente conduce en un semiperiodo. Sin embargo, el TRIAC tiene unas
características dv/dt inadecuadas para el control de motores y es difícil la
realización de circuitos de control simétricos. Por otra parte, el SCR puede
conducir en todo el periodo si se rectifica la señal de red. Las figuras a y b muestran dos ejemplos sencillos de control realizados a través de SCR de
un motor universal y un motor de imán-permanente.
REGULADOR DE LUZ
Una de las aplicaciones más típicas de uso domestico es el regulador de
luz. La figura 183 muestra un esquema de este circuito basado en el TRIAC
MAC218A de Motorola y cuyo control de disparo se realiza a través de un SBS. La
resistencia R1+R2 carga el condensador C1 a través de la propia tensión de
alimentación en alterna y cuando se alcanza la tensión de ruptura del SBS, este
dispara el TRIAC haciendo circular la corriente por la carga (lámpara). El uso
de TRIAC y SBS permite el control de potencia en semiperiodos positivos y
negativos.
El ángulo de conducción se controla a través de la resistencia variable R1;
contra mas pequeño sea su valor el ángulo de conducción será mayor, y viceversa.
Las ecuaciones de funcionamiento del circuito son difíciles de extraer pero en
la figura 183 se indican los valores típicos de los diferentes componentes. Los
diodos, la resistencia de R4 y el condensador C2 actúan como elementos de
protección.
RESUMEN
TIRISTORES; son componentes
electrónicos unidireccionales ya que
transmiten la corriente en un único sentido y
funciona con tensión re-alimentada, capaces de dejar pasar plenamente
o bloquear por completo el paso de la
corriente sin tener nivel intermedio alguno.
Sus aplicaciones son en los diseños donde hay corrientes o voltajes muy
grandes, controlar la corriente alterna
donde el cambio de polaridad de la corriente revierte en la conexión o
desconexión del dispositivo y como
elementos de control en controladores accionados por ángulos de fase, en la
gran escala de los tiristores controlan la tensión de entrada proveniente de
una fuente de tensión, controlar la rectificación en corriente alterna y
en electrodomésticos.
TRIAC; dispositivo semiconductor de tres terminales: A1, A2 y puerta su
función es controlar el flujo de corriente promedio a una carga, conduciendo en
ambos sentidos pudiendo ser bloqueado al invertir la tensión o bien
disminuyendo la corriente por debajo del valor de mantenimiento.
Sus aplicaciones están relacionadas con el control de corrientes alternas;
como interruptor estático, almacenan una determinada energía durante su
funcionamiento, funcionan como atenuadores de luz.
SCR; es un tipo de tiristor formado por cuatro capas de material
semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP, posee tres conexiones: ánodo,
cátodo y puerta. La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente
entre el ánodo y el cátodo.
Es un rectificador, por lo que pasa corriente sólo durante los semiciclos
positivos de la fuente de C.A. Si no se aplica tensión en la puerta no se
inicia la conducción, en el momento que se aplique la tensión entonces comienza
a conducir. Su objetivo es retardar la
entrada en conducción.
Sus aplicaciones son la rectificación
de corrientes alternas, controles de relevador, circuitos de retardo de
tiempo, fuentes de alimentación regulables, entre otros.
DIAC; dispositivo simétrico sin polaridad, es un diodo bidireccional
disparable que conduce la corriente sólo tras haberse superado su tensión de
disparo.
Se usan normalmente para disparar los triac y actúa como un interruptor
bidireccional. Se usa en circuitos que
realizan un control de fase de la corriente del triac, solo se aplica tensión a
la carga durante una fracción de ciclo de la alterna.
CUESTIONARIO
¿Qué es un tiristor? Es un componente electrónico constituido por elementos
semiconductores que utiliza re-alimentación interna para producir una
conmutación.
¿Por qué se dice que son dispositivos unidireccionales? Porque solamente
transmiten la corriente en un único sentido.
Al ser el tiristor es un conmutador biestable, ¿Qué permite? Permite dejar
pasar plenamente o bloquear por completo el paso de la corriente sin tener
nivel intermedio alguno.
¿Qué debe pasar para que el dispositivo pase del estado de bloqueo al
estado activo? Debe generarse una
corriente de enganche positiva en el ánodo, y además debe haber una pequeña
corriente en la compuerta capaz de provocar una ruptura por avalancha para
hacer que el dispositivo conduzca.
¿Cuáles son las APLICACIONES de los tristores?
Se usan en corrientes o voltajes muy grandes
Para controlar corriente alterna donde el cambio de polaridad de la corriente
revierte en la conexión o desconexión del dispositivo
Como elementos de control en controladores accionados por ángulos de fase
En circuitos digitales también se pueden encontrar tiristores como fuente
de energía o potencial
Como interruptores automáticos magneto-térmicos
Para controlar la tensión de entrada proveniente de una fuente de tensión
Para controlar la rectificación en corriente alterna,
En electrodomésticos.
¿Para que se usa un TRIAC? Para controlar el flujo de corriente promedio a
una carga que conduce en ambos sentidos
(bidireccional).
¿Cuál es la principal utilidad de los TRIACS? Es como regulador de potencia
entregada a una carga, en corriente alterna.
¿Cómo esta formano un SCR? Por cuatro capas de material semiconductor con
estructura PNPN o bien NPNP.
¿Por qué un SCR funciona como un diodo rectificador controlado? Porque permitie circular la corriente en un solo
sentido (unidireccional).
¿Qué es un DIAC? Es un dispositivo semiconductor de dos terminales,
llamados ánodo y cátodo.
¿Cómo se activa el DIAC al actuar
como un interruptor bidireccional? Se activa cuando el voltaje entre sus
terminales alcanza el voltaje de ruptura, este voltaje puede estar entre 20 y
36 volts.
BIBLIOGRAFIA
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