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Electrónica – 5 EM – ITS Lorenzo Massa
Unidad 5 - Ing. Juan Jesús Luna
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DIAC (Diodo para Corriente Alterna): Es un diodo bidireccional disparable que
conduce la corriente sólo tras haberse superado su tensión de disparo (VBR), y mientras
la corriente circulante no sea inferior al valor característico para ese dispositivo (fue
especialmente diseñado para disparar Triacs y Tiristores; se dispara por tensión). Es
simétrico, o sea que su comportamiento es fundamentalmente el mismo para ambas
direcciones de corriente. La mayoría de los DIAC tienen una tensión de
disparo de alrededor de 30V. En este sentido, su comportamiento es similar a una
lámpara de neón.
Curva característica del DIAC
El DIAC se comporta como dos diodos zener conectados en paralelo, pero orientados en
formas opuestas. La conducción se da cuando se ha superado el valor de tensión del
zener que está conectado en sentido opuesto. El DIAC normalmente no conduce, sino
que tiene una pequeña corriente de fuga. La conducción aparece cuando se alcanza la
tensión de disparo; en ese momento, la tensión en el DIAC se reduce y entra en
conducción dejando pasar la corriente necesaria para el disparo del SCR o TRIAC. Se
utiliza principalmente en aplicaciones de control de potencia mediante control de fase.
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 (30v aproximadamente, dependiendo del modelo). Hasta que la
tensión aplicada entre sus extremos supera la tensión de disparo VBR; la intensidad que
circula por el componente es muy pequeña. Al superar dicha tensión la corriente
aumenta bruscamente y disminuyendo, como consecuencia, la tensión anterior. La
aplicación más conocida de este componente es el control de un triac para regular
la potencia de una carga.
Fabricación y Símbolo Electrónico: La fabricación de los diacs se basa en unir materiales
cristalinos semiconductores tipo P y tipo N, como el silicio y el germanio, después de
un tratamiento específico y como se indica en la siguiente figura:
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Principio de operación: Debido a la simetría de construcción de este dispositivo, la
ruptura puede ser en ambas direcciones y debe procurarse que sea la misma
magnitud de voltaje. Una vez que el dispositivo empieza a conducir corriente
sucede un decremento en el voltaje de ruptura VBR, presentando una región de
impedancia negativa (si se sigue aumentando la corriente puede llegar hasta la
segunda ruptura), entonces se logra que el dispositivo maneje corrientes muy grandes.
La conducción ocurre en el DIAC cuando se alcanza el voltaje de ruptura, con
cualquier polaridad, a través de las dos terminales. Una vez que tiene lugar la
ruptura, la corriente fluye en una dirección que depende de la polaridad del
voltaje en los terminales. El dispositivo se apaga cuando la corriente cae abajo del valor
de retención. Ver ejemplos de aplicación al final de la Unidad.
El Tiristor: Es un componente electrónico constituido por elementos semiconductores.
Tiene dos estados de funcionamiento: conducción y bloqueo. Posee tres terminales:
Ánodo (A), Cátodo (K) y puerta (G). Usa la realimentación para producir una
conmutación.
Principio de Funcionamiento: El dispositivo es un componente biestable, es decir, es
capaz de cortar por completo el paso de la corriente o dejarla pasar plenamente, sin
nivel intermedio, no soportando grandes sobrecargas de corriente. El tiristor pasa al
estado encendido con un pulso de corriente en su terminal de control (puerta),
pudiéndose apagar el componente con el paso de la corriente en el sentido inverso o
apagando la fuente de tensión. Para que el tiristor pase al estado activo es preciso que
haya una tensión positiva entre el ánodo y el cátodo y que se genere una corriente de
enganche positiva en el ánodo. Además se debe inducir una corriente de sostenimiento
menor que la de enganche.
Existen diferentes formas de activar el tiristor como haciendo incidir luz sobre las
uniones del dispositivo, inyectando una corriente de compuerta habiendo una tensión
positiva entre el ánodo y el cátodo, exponiendo el dispositivo a temperaturas elevadas,
suministrando un voltaje directo mayor que el de la tensión de ruptura directa, haciendo
que la tensión entre Ánodo y Cátodo crezca bruscamente (Disparo por dv/dt) o haciendo
o haciendo que la corriente entre Ánodo y Cátodo crezca bruscamente (Disparo por
di/dt).
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Curvas Características: Esta curva se puede
ver en el gráfico como un tiristor imaginario,
que se puede comparar, para una mejor
comprensión, con la curva característica del
diodo. Ahora, se ve representadas en primer
lugar las características que presenta el tiristor
en estado de paso de corriente directa. Hay
inicialmente, una característica de bloqueo en
el momento del paso de la corriente en sentido
directo, que viene representado por toda la
línea A. Aquí crece la tensión directa sin que
el tiristor permita el paso de la corriente. Pero
cuado esta alcanza un determinado punto
conocido con el nombre de tensión de
operación, el tiristor permite el paso de la
corriente en sentido directo, lo que se representa por la línea ascendente B. Ahora la
corriente de paso directo es elevada.
Cuando la corriente directa desciende de valor
se mantiene hasta la llamada corriente de
retención o corriente de mantenimiento (C),
por debajo de la cual se interrumpe el paso de
la
corriente
en
sentido
directo.
En el sentido inverso, el tiristor se comporta
como un diodo normal, es decir, impidiendo el
paso de la corriente, aunque posee, al igual que
el diodo Zener, un acodamiento en la curva
característica a la cual, no obstante y en
servicio
normal,
no
suele
llegarse.
De acuerdo con lo dicho, se ve el tiristor de un
modo parecido a un diodo normal si no fuera
por la “falla” que se produce en su curva
característica los puntos O-C-D, como se ve en
el segundo gráfico en donde la corriente debe sufrir como un disparo para conseguir el
paso en el sentido directo. En realidad, cuando la tensión entre ánodo y cátodo crece a
partir de cero (ahora se refiere a una tensión nula entre electrodo de gobierno y cátodo)
el punto representativo se desplaza por la curva O-C hasta obtener el valor V2 de la
tensión con un valor de intensidad muy débil. En el momento de llegar a V2 la
conducción en sentido directo aparece bruscamente, de modo instantáneo, entre C-D de
forma que aquí se mantiene la misma intensidad, pero para una tensión muy inferior. Si
la tensión aumenta el paso de la corriente aumenta también pero muy rápidamente a
través de la curva D-B, con fuertes intensidades para tensiones muy pequeñas.
Para un mejor conocimiento final del tiristor se hace un resumen de su manera de
actuar. Para ello se consideran las tres posibilidades que se le presentan y que son:
a) Sin tensión en el electrodo de gobierno o Gate.
b) Con tensión alterna entre ánodo y cátodo.
c) Con tensión positiva aplicada al electrodo de gobierno o Gate.
a) El funcionamiento es el explicado anteriormente y corresponde al trazo grueso de la
curva del último gráfico. En resumen se puede decir:
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· Si el valor de la tensión se mantiene a la izquierda del punto V1 existe una avalancha
tipo Zener en sentido inverso; pero si la tensión se mantiene entre V1 y O solamente
puede existir una ligera corriente de fuga en sentido inverso de valor despreciable.
· Entre O y V2 no hay corriente de paso directo (salvo una despreciable corriente de
fuga).
· En el punto V2 se produce el cebado y el tiristor permite el paso de grandes corrientes
por D-B. Para que el paso de corriente se interrumpa se precisa que la intensidad baje
por debajo de los valores de la corriente de mantenimiento (I1) que corresponde a los
puntos D-C. En este momento el tiristor se bloquea instantáneamente.
b) El tiristor es ante todo es un diodo rectificador de modo que se utiliza también
formando parte de puentes de diodos rectificadores en los alternadores. Dadas las
características expuestas hasta ahora cabe preguntarse: ¿Cómo actúa este elemento
frente a una corriente alterna que aplica, por consiguiente una tensión alterna entre
ánodo y cátodo en donde las tensiones están comprendidas entre V1 y V2? La respuesta
es sencilla. Se comporta como un diodo normal porque al llegar la tensión a V2 cierra el
circuito y se hace pasante.
c) Si la tensión positiva se aplica al electrodo de electrodo el circuito O-C-D queda
sustituido por O-C1-D1, de modo que se modifica sus características de disparo a la
corriente directa. Pero según el valor de las tensiones sobre el electrodo de disparo se
tendrían valores como O-C2-D2 o bien O-C3-D3, etc. De ello se deduce que el cebado
producido para el paso de la corriente directa es permitido o facilitado por la existencia
de una tensión en el electrodo de gobierno o Gate. Esta nueva faceta del tiristor será
también de gran interés para muchas de sus aplicaciones.
Protecciones contra dv/dt y di/dt: Se coloca una red RC en paralelo con el SCR y una L en
serie.
Aplicaciones: Normalmente es usado para controlar las corrientes o voltajes muy altos.
Es muy usado en los circuitos digitales como fuente de energía, son capaces de
interrumpir el paso de la corriente cuando ésta excede un límite, evitando de esta
manera que los componentes en la dirección del flujo de la corriente queden dañados.
También son capaces de transformar la corriente alterna en continua y se aplican a gran
escala en los electrodomésticos, herramientas eléctricas y en equipos para exteriores.
Aunque el tiristor fue desarrollado por General Electric, su origen esta en el SCR
(Rectificador Controlado de Silicio) creado en 1950 por William Shockley, quien
recibió el premio Nobel de física en 1956, desarrollado en los laboratorios Bell en 1956.
Así mismo existen diferentes tipos de tiristores. Uno de ellos es el antes mencionado
SCR que funciona como un interruptor electrónico y se utiliza en la electrónica de
potencia y control. Otro tipo de tiristor es el componente DIAC cuya función es hacer
conducir otra de las variedades del tiristor, el TRIAC. Otras variantes son el foto-SCR,
interruptor controlado por puerta, interruptor de silicio, MCT, FET-CTH, SITCH, RTC.
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Ejemplos de Aplicación:
Una muy simple forma de activar y dejar enclavado un relay por medio del sonido es
usando un tiristor, este dispositivo es una especie de diodo con una puerta de control,
cuando al ser iniciado el circuito, si en esta entrada hay cero voltios , el dispositivo esta
"abierto" ; sin embargo al recibir un pulso positivo breve de mas o menos 1 voltio el
tiristor se "cierra" y se enclava conduciendo y conectando la carga conectada a su
Anodo a tierra cerrando circuito. En el circuito mostrado un ruido como el de una
palmada o un chasquido se acopla al fet , se amplifica y de allí se toma la porción de
voltaje positivo necesario para enclavar al tiristor.
Circuito Básico de Disparo para un SCR: Con el siguiente circuito se busca comprobar
la operación de un tiristor como elemento de control de fase; para ello se necesitan los
siguientes elementos:
1x SCR C-106B – 1x Resistencia de 3.3 K - ½ W (R1) - 1 x Resistencia Variable - 1 x
Diodo rectificador IN4007 o equivalente – 1x Lámpara miniatura 127 Vca – 1x Fusible
de 0.5 Amp. c/porta fusible.
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Forma de calcular el valor de R2: Sabiendo que R1 = 3.3 K, VMax = 127 Vca y IGT =
200uA; por ley de Ohm:
VMax = IGT x Rab
Se despeja Rab y como Rab = R1 + R2, se despeja R2
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Alarma simple con tiristor
Se puede construir una sencilla alarma contra ladrones usando un tiristor y resistencias
para ser usada con dos tipos de sensores o interruptores: N.A y N.C, es decir
normalmente abiertos y normalmente cerrados.
El interruptor normalmente abierto puede usarse en el piso bajo una alfombra para que
al ser pisado por alguien sea activado (cerrado). El normalmente cerrado puede
colocarse en una puerta (usando un interruptor magnético para puerta de bajo costo) de
manera tal que si es abierta se desbloquee la entrada a tierra a la entrada del Gate del
tiristor y active el circuito.
Para activar la alarma se puede usar un interruptor ON/OFF (conectando la batería), si
se cierra el switch SW2 (normalmente abierto), se aplicará un voltaje positivo a la
compuerta del SCR, haciéndolo conducir y por tanto el buzzer sonará.
De igual manera si luego de armarse la alarma (conectando la batería), se abre el switch
normalmente cerrado, se aplicará un voltaje positivo a la compuerta del SCR,
haciéndolo conducir y enclavándolo. El led se encenderá y el buzzer se activará también
avisando sobre la situación de alarma.
La única manera de detener esto es desconectando la batería del circuito o pulsando el
switch que está en paralelo con el SCR. También se puede amplificar esta señal para
que sirva para manejar cargas de 220 VAC en este caso el buzzer se reemplaza con un
relay de 12 voltios para que encienda una lámpara , prenda un motor , active una sirena
u avisador de potencia.
Control de Velocidad de un Motor Universal: Este circuito es un modelo típico de
un “control de fase” ya que el ángulo de conducción en la carga se puede variar
con el valor de R.
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Tabla de componentes
Este circuito se acomoda a motores universales de hasta ¾ hp para 120V y hasta 1- ½
hp para 240V
Disparo por Pulsos: Un SCR se puede disparar por pulsos positivos aplicados a la
puerta. Uno de los métodos más comunes es usando un transistor Unijuntura (UJT)
como se indica a continuación:
El voltaje en la carga se puede variar cambiando el periodo T de los pulsos positivos.
Esto se consigue con el potenciómetro R del circuito UJT.
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El Triac: Este dispositivo es similar al diac pero con un único terminal de puerta
(Gate). Se puede disparar mediante un pulso de corriente de Gate y no requiere alcanzar
el voltaje VBO como el diac.
Construcción básica y símbolo del TRIAC
En la curva característica se indica que para diferentes disparos, es decir, para distintas
corrientes aplicadas en Gate, el valor de VBO es distinto. En la parte de polarización
positiva, la curva de más a la izquierda es la que presenta un valor de VBO más bajo, y es
la que mayor corriente de gate precisa en el disparo. Para que este dispositivo deje de
conducir, como en el resto de los casos, hay que hacer bajar la corriente por debajo del
valor IH.
Característica V-I del triac
Al igual que el SCR, se emplean para controlar la potencia suministrada a una carga. El
triac puede dispararse de tal modo que la potencia en alterna sea suministrada a la carga
durante un tiempo determinado de cada ciclo. La diferencia con el SCR es que se puede
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disparar tanto en la parte positiva que en la negativa del ciclo, de tal manera que la
corriente en la carga puede circular en los dos sentidos.
Control básico de potencia con un Triac
Encapsulados de Tiristores y Triacs: Varía mucho según se trate de productos de
pequeña, mediana o gran potencia. A groso modo se pueden distinguir:
1 – Las Capsulas con Hilos Terminales: Las más conocidas son las TO-5 y TO-18, con
una versión “plástica”, la TO-92. La evacuación de calor no se obtiene solo por
conveccion natural, sino también por conducción al soporte mediante los terminales. La
potencia disipable podrá así variar considerablemente con la longitud de estos hilos y
con la capacidad de disipación del soporte. Además, en una variante del TO-5 conviene
incluso soldar la capsula a un refrigerador para poder obtener la potencia máxima
anunciada.
2 – Las Capsulas Atornillables: Se usan mucho en los diodos, desde algunos amperes
hasta centenares de amperes. Su empleo es menos general en tiristores y triacs pero aun
dominan la gama situada por encima de 15 o 20 A. Han de asociarse a radiadores de
impedancia térmica adecuada.
3 – Las Capsulas Planas: Son en primer lugar las TO-66 y TO3, heredadas de los
transistores. Ofrecen sobre todo la ventaja de ser bien conocidas, pero tienden a
cambiarse por Capsulas de Plástico, que resultan muy satisfactorias en combinación con
elementos vidriados.
Un ejemplo típico es la TO-220, cada vez mas usada en la gama de 6 a 15 A. Este tipo
de capsula permite automatizar un tanto los métodos de ensamble.
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Aplicaciones: El circuito es un control de fase que controla la potencia de CA en la
carga variando el ángulo de disparo del DIAC por la resistencia R. Al superar el voltaje
en el condensador el voltaje VBR del DIAC éste se dispara, haciéndolo seguidamente el
TRIAC. Este control es más efectivo que el usado con el SCR ya que la potencia en la
carga es mayor.
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Atenuador con potenciómetro para lámparas incandescentes: Con muy poco dinero y
esfuerzo se puede armar este atenuador que permitirá regular el brillo de una o varias
lámparas ya sea para la iluminación de un ambiente o para un simple velador o lámpara
de pié.
El elemento activo de este proyecto es un triac el cual es comandado por el
potenciómetro a través del diodo DIAC, que es del tipo 3202. El triac puede ser
montado sin disipador para cargas de hasta 100w, pero pasada esa potencia se hace
indispensable el uso de uno. El potenciómetro conviene que sea lineal, para que el brillo
varíe en forma pareja a lo largo de todo el cursor. El uso de la llave del pote se hace
para conmutar la entrada de corriente. Recuerde ser muy precavido dado que está
trabajando con la tensión de red sin aislar. Así quedo terminado el prototipo:
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Relé de estado sólido: Se llama relé de estado sólido a un circuito híbrido, normalmente
compuesto por un optoacoplador que aísla la entrada, un circuito de disparo, que detecta
el paso por cero de la corriente de línea y un triac o dispositivo similar que actúa de
interruptor de potencia. Su nombre se debe a la similitud que presenta con un relé
electromecánico; este dispositivo es usado generalmente para aplicaciones donde se
presenta un uso continuo de los contactos del relé que en comparación con un relé
convencional generaría un serio desgaste mecánico, además de poder conmutar altos
amperajes que en el caso del relé electromecánico destruirían en poco tiempo los
contactos. Estos relés permiten una velocidad de conmutación muy superior a la de los
relés electromecánicos.
SSR para 220vac /5A.
* U2 tiene que ir colocado en un disipador.