Tema 04.- Componentes E. Activos: TIRISTORES. by roberto

Tema 04.“Componentes Electronicos Activos:TIRISTOTES”

3.- DIAC (Diodo para Corriente Alterna) ................................................................................. 12 3.1.- Simbología............................................................................................................................................. 12 3.2.- Caracteristicas. ...................................................................................................................................... 12 3.3.- Gráfica caracteristica del Diac. ........................................................................................................... 12 3.4.- Aplicación. ............................................................................................................................................ 13 Actividad. Diac. ................................................................................................................................. 13 4.- El TRIAC. ............................................................................................................................ 14 4.1.- Simbología............................................................................................................................................. 14 4.2.- Características. ...................................................................................................................................... 14 4.3.- Curva característica Triac. ................................................................................................................... 15 Video explicativo Triac. .................................................................................................................... 15 4.4.- Localizar patillas Triac. ........................................................................................................................ 16 Actividad. ............................................................................................................................................ 16 Actividad. Triac. ................................................................................................................................ 16 Actividad. ............................................................................................................................................ 17 Ejercicio. ............................................................................................................................................. 17 PRACTICA.- Simulación de Circuitos TRIAC. ........................................................................... 18 PRACTICA. Regulador de Intensidad Luminosa. ....................................................................... 19

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2.- El SCR (Silicon Controlled Rectifier) ................................................................................... 3 2.1.- Simbología............................................................................................................................................... 3 2.2.- Características. ........................................................................................................................................ 3 2.3.- Funcionamiento. .................................................................................................................................... 4 2.4.- Gráfica SCR. ........................................................................................................................................... 5 Video explicativo.- EL SCR. .............................................................................................................. 6 2.5.- Hoja de características. .......................................................................................................................... 6 2.6.- Localizar patillas SCR. ........................................................................................................................... 7 2.7.- Comprobar conducción de un SCR. ................................................................................................... 7 Actividad. .............................................................................................................................................. 7 Actividad.- Tensión de disparo SCR. ............................................................................................... 8 Actividad.- Tensión de disparo BT 151. .......................................................................................... 8 Actividad. Cálculos SCR..................................................................................................................... 8 PRACTICA.- LÁMPARA CONTROLADA MEDIANTE SCR. ............................................. 9 PRACTICA.- SIMULACIÓN DE CIRCUITOS SCR. .............................................................. 10 2.8.- Aplicación. ............................................................................................................................................ 11

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1.- TIRISTORES........................................................................................................................ 2 1.1.- Simbología............................................................................................................................................... 2 1.2.- Tipos. ....................................................................................................................................................... 2

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- ÍNDICE -

TEMA 03.- Componentes Electrónicos Activos. TIRISTORES 1.- TIRISTORES. 1.1.- Simbología.

Algunas fuentes definen como sinónimos al tiristor y al rectificador controlado de silicio (SCR), nosotros definiremos al SCR como un tipo de tiristor. Los tipos de tiristores más usados son: - SCR. (Diodo Rectificador de Silicio) - DIAC. - TRIAC.

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1.2.- Tipos.

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Es un semiconductor formado por una estructura cristalina de la forma: NPNP o PNPN.

2.- El SCR (Silicon Controlled Rectifier) 2.1.- Simbología.

*Posee 3 terminales de conexión: - Ánodo (A). - Cátodo (K) - Puerta (G, terminal de control) *La corriente circula de forma unidireccional desde el ánodo al cátodo (igual que un diodo).

*Se consideran interruptores ideales en circuitos de potencia. *Empieza a conducir a partir de un pequeño impulso de corriente desde la puerta al cátodo (IGK), no importa que el impulso de puerta sea corto o largo. *Controla a partir de: - Un circuito electrónico que genera una pequeña corriente de puerta (IG) (Circuito de disparo) - Una gran corriente Anodo-Catodo IAK (Circuito eléctrico)

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Las principales características del SCR son: *Es un semiconductor de 4 capas, de estructura PNPN con 2 uniones PN.

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2.2.- Características.

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El SCR es un diodo rectificador de silicio controlado.

2.3.- Funcionamiento.

2.- El SCR Conduce (Interruptor Cerrado):  Si se cumple 2 condiciones: 1.- Aplico un impulso de: -Corriente IG (disparo del SCR) de 0,1-20 mA (típico 200 µA) ó y -De tensión VGK de 0,6- 0,8 V. 2.- IAK superior a la IL = Corriente de disparo o de enganche;

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1.- Inicialmente el SCR NO conduce (Interruptor abierto) 

3.- El SCR No conduce (interruptor abierto). El SCR permanece activado (interruptor cerrado) aunque cortemos la corriente por la puerta G. Para que deje de conducir: -Retirar la alimentación (tensión 0 V) IAK es menor a la corriente de mantenimiento (IH) (5-10 mA)

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*El SCR se comportará como un diodo en conducción y ya no hay un control sobre el dispositivo.

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IL = Corriente mínima en el ánodo para el SCR pueda conducir.

La grafica representa en el eje X la tensión VAK y en el eje Y la intensidad IAK del SCR. En POLARIZACION DIRECTA. -Inicialmente el SCR no conduce. -El SCR se dispara y empieza a conducir repentina si superamos: * Una corriente IL (corriente de disparo o de enganche) (0,1-20 mA) * O una Tensión VGK (0,6-0,8 V) *La tensión o corriente de disparo no es fija: A mayor corriente de disparo IG  Menor será la tensión de disparo. * Si disminuimos la corriente A-K por debajo de la IH (corriente de mantenimiento) deja de conducir En POLARIZACION INVERSA. La curva característica es la misma que la de un diodo, por lo tanto, el el SCR no conduce: -Inicialmente hay una pequeña corriente de fuga residual. -Superado un valor de tensión llamada Tensión de Ruptura, en el SCR se produce una corriente de avalancha y el SCR se destruye.

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2.4.- Gráfica SCR.

https://youtu.be/I1JWTs1652c

2.5.- Hoja de características.

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Las características del SCR que debemos de obtener son: 1.- Identificación de Patillas. 2.- Tipo de encapsulado. 3.- VAK en directa y en inversa. 4.- IAK en directa. 5.- Intensidad de Mantenimiento IH 6.- Intensidad y tensión mínima de la puerta G para el disparo 7.- Intensidad y tensión máximo de la puerta G sin que se destruya.

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Video explicativo.- EL SCR. Observa el video sobre Funcionamiento del SCR y comprobaciones:

2.6.- Localizar patillas SCR.

2.7.- Comprobar conducción de un SCR. Forma de proceder con TIC 106D (SCR) o BT 151 1.- Colocar el polímetro en continuidad. 2.- Conectar terminal rojo (positivo) en el Ánodo (A) del SCR. 3.- Conectar terminal negro (negativo) en el Cátodo (K) del SCR. 4.- Verificar que no conduce. 5.- Puentear el terminal de puerta G y Ánodo (A) y debe de conducir A-K 6.- Puentear el Cátodo (K) y Ánodo (A) y el SCR debe de dejar de conducir. Actividad. Observa el video sobre Prueba de Tiristor ( SCR - Thyristor ) y responde:

https://www.youtube.com/watch?v=hAcPanceD4U

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T3 puerta (G) y el T1 cátodo (K).

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T1 — T2  ∞ T1 — T3  ∞ ----------------------T2 — T1  ∞ T2 — T3  ∞ ------------------------T3 (+) — T1(-)  641 Ω. T3 — T2  ∞

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Colocamos el polimetro en la posicion de continuidad según indica el dibujo. Ejemplo: TIC 106D BT 151

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Actividad. Cálculos SCR. El circuito de la figura, representa un circuito simple de control de potencia que utiliza un tiristor como elemento de control de una carga resistiva. Determinar. a.- El valor de V necesario para producir el disparo del tiristor. Suponiendo que se abre el interruptor, una vez disparado el tiristor. b.- La corriente que circula por la carga una vez que ha sido disparado el tiristor. c.- Calcular el valor mínimo de tensión, VE que provoca el apagado del mismo. Datos: VE = 300V, R = 500Ω, RL = 20Ω SCR: VH = 2V, IH = 100mA, VG = 0.75V, IG = 10mA

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Actividad.- Tensión de disparo BT 151. En el circuito de la figura: 1.- Mira en la hoja de características del SCR BT 151, la intensidad de disparo IG. 2.- Indica el voltaje que se necesita en el punto X para disparar SCR. 3.- Realiza una simulación en el Workbeech colocando una lámpara.

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Actividad.- Tensión de disparo SCR. En el circuito de la figura: 1.- Mira en la hoja de características del SCR, la intensidad de disparo IG. 2.- Indica el voltaje que se necesita en el punto X para disparar SCR.

SOLUCIÓN: a.- El valor de V necesario para producir el disparo del tiristor. Suponiendo que se abre el interruptor, una vez disparado el tiristor.

c.- Calcular el valor mínimo de tensión, VE que provoca el apagado del mismo. Esta corriente debe ser menor que la corriente de mantenimiento para que el tiristor conmute a apagado, por lo tanto.

VE < IH ⋅ RL + VH = 100mA · 20Ω + 2V = 4V PRACTICA.- LÁMPARA CONTROLADA MEDIANTE SCR. Diseña un circuito que controle el encendido de una lámpara mediante un SCR modelo BT 151. Entrega un pdf con los siguientes contenidos: 1.- Haz una captura del esquema de montaje. 2.- Calcular: a.- El valor de V necesario para producir el disparo del tiristor. Suponiendo que se abre el interruptor, una vez disparado el tiristor. b.- La corriente que circula por la carga una vez que ha sido disparado el tiristor. c.- Calcular el valor mínimo de tensión, VE que provoca el apagado del mismo. 3.- Haz una simulación del circuito y adjunta el archivo de simulación. 4.- Haz el montaje del circuito y haz una foto. Datos: SCR: BT151

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b.- La corriente que circula por la carga una vez que ha sido disparado el tiristor será: Malla de Salida: Cuando el tiristor se dispara, la tensión entre ánodo y cátodo no será nula (conmutador ideal), sino que cae una tensión dada por VH = 2V

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V = R ⋅IG + VG = 500 ohm ·0,01 A + 0,75V = 5.75V

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Malla de Entrada. Aplicando las leyes de Kirchoff a la malla de puerta del circuito de la figura anterior, se obtiene el siguiente valor para la tensión en la fuente:

c.- Conecta el osciloscopio según se muestra en el esquema y pega una captura de pantalla. d.- Analiza la gráfica. 2.- SCR con circuito de disparo alimentado con CC y Circuito de Potencia en CA. a.- Monta el circuito en el simulador de Workbench. b.- Analiza el funcionamiento. * Condiciones Iniciales con el conmutador abierto - El SCR…………… - La lámpara ………. * Al cerrar el conmutador: - El SCR…………… - La lámpara ………. * Al abrir el conmutador: - El SCR…………… - La lámpara ………. c.- Conecta el osciloscopio según se muestra en el esquema y pega una captura de pantalla. d.- Analiza la gráfica. 3.- SCR con circuito de disparo alimentado con CA y Circuito de Potencia en CA. a.- Monta el circuito en el simulador de Workbench. b.- Analiza el funcionamiento. * Condiciones Iniciales con el conmutador abierto: - El SCR…………… - La lámpara ………. * Al cerrar el conmutador: - El SCR…………… - La lámpara ………. * Al abrir el conmutador: - El SCR…………… Prof: Roberto Lajas

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* Al cerrar el conmutador: - El SCR…………… - La lámpara ………. * Al abrir el conmutador: - El SCR…………… - La lámpara ……….

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1.- SCR con circuito de disparo alimentado con CC y Circuito de Potencia en CC. a.- Monta el circuito en el simulador de Workbench. b.- Analiza el funcionamiento. * Condiciones Iniciales con el conmutador abierto - El SCR…………… - La lámpara ……….

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PRACTICA.- SIMULACIÓN DE CIRCUITOS SCR. Entrega la práctica en pdf.

El SCR se puede usar en: *Controlar el encendido de circuitos de potencia como, por ejemplo: -Arranque de motores. Ejemplo: aire acondicionado, frigoríficos, etc -Encendido de lámparas con mucha o poca intensidad. -Regulación de temperatura. Ejemplo: Soldador. -Activación de un sistema de alarma. *Rectificador. *Amplificador.

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2.8.- Aplicación.

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- La lámpara ………. c.- Conecta el osciloscopio según se muestra en el esquema y pega una captura de pantalla. d.- Analiza la gráfica.

3.- DIAC (Diodo para Corriente Alterna)

-Ánodo 2 (A2)

3.2.- Caracteristicas. El Diac son 2 diodos conectados en antiparalelo que conduce en ambos sentidos (bidireccional.) Conduce al superar la tensión directa VBO (típicamente 30V)

3.3.- Gráfica caracteristica del Diac.

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Sus patillas son: -Ánodo 1 (A1)

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3.1.- Simbología.

3.4.- Aplicación.

1.- Haz la simulación en el WorKbeech. 2.- Traza la forma de onda de la tensión de salida para el circuito de la figura. 3.- Explica su funcionamiento.

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Actividad. Diac. En el siguiente circuito. El diac tiene un potencial de ruptura de 20 V (tensión de cebado) y una corriente de mantenimiento de IH = 1 mA (desprecia la caída en directa del diac cuando está en conducción).

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El Diac se suele usar para acompañar el disparo de Triac para que se produzca el disparo al mismo tiempo en el semiciclo positivo y en el semiciclo negativo.

4.- El TRIAC.

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4.1.- Simbología.

Sus terminales son: - Ánodo 1 (A1) - Ánodo 2 (A2) - Puerta (G, terminal de control)

Se comporta como un interruptor controlado para Corriente Alterna mediante la intensidad de puerta IG, haciendo posible que una pequeña tensión en CC controla una alta tensión en CA.

Para que los ángulos de disparo en el semiciclo positivo y negativo sean iguales siempre va acompañado de un Diac que se coloca en la puerta.

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El TRIAC son 2 diodos conectados en antiparalelo, funciona igual que el SCR conduciendo a partir de la intensidad de puerta IG, pero en este caso conduce en ambos sentidos (bidireccional)

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4.2.- Características.

Video explicativo Triac. Observa con atención el video sobre el funcionamiento del Triac.

https://youtu.be/d7ib1BbqAEs

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4.3.- Curva característica Triac.

4.4.- Localizar patillas Triac. Colocamos el polimetro en la posicion de continuidad según indica el dibujo. Ejemplo BT 137

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T1 — T2  ∞ T1 (+) — T3(-)  124 Ω ----------------------T2 — T1  ∞ T2 — T3  ∞ ------------------------T3 (+) — T1(-)  124 Ω. T3 puerta (G) y el T1 cátodo (A1). T3 — T2  ∞ Actividad.

Actividad. Triac. En el siguiente circuito se muestra una aplicación del Triac como atenuador luminoso de lámparas incandescentes (circuito de control de fase). 1.- Haz la simulación en el WorKbech. 2.- Pon el Potenciómetro al 0%: *Haz una captura de pantalla del osciloscopio. *Explica que sucede. 3.- Pon el Potenciómetro al 20%: *Haz una captura de pantalla del osciloscopio. *Explica que sucede. 4.- Pon el Potenciómetro al 50%: *Haz una captura de pantalla del osciloscopio. *Explica que sucede. 5.- Explica que sucede si se varia la resistencia del potenciómetro.

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https://www.youtube.com/watch?v=qgyRB8hyeNc

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Observa el video sobre Comprobación TRIAC:

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Ejercicio. Monta un circuito como el del esquema a partir de un Triac BT137 para controlar una lámpara de 15 ohm a.- Hallar la mínima tensión del condensador que pone en conducción al triac b.- Cual es el valor de la IL (intensidad de Carga) en la resistencia c.- Simúlalo en el Workbench y visualiza las tensiones e intensidades.

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Actividad. En el circuito de la figura: *El Diac tiene una tensión de cebado de 23V. *El Triac tiene una tensión VGTrigger de 2V y una IG de 1mA a.- Hallar la mínima tensión del condensador que pone en conducción al triac. b.- Cual es el valor de la IL (Intensidad de la Carga) en la resistencia de 15 K si VTriac en conducción es 1,1 V.

2.- TRIAC con circuito de disparo alimentado con CC y Circuito de Potencia en CA. a.- Monta el circuito en el simulador de Workbench. b.- Analiza el funcionamiento. * Condiciones Iniciales con el conmutador abierto - El TRIAC …………… - La lámpara ………. * Al cerrar el conmutador: - El TRIAC …………… - La lámpara ………. * Al abrir el conmutador: - El TRIAC …………… - La lámpara ………. c.- Conecta el osciloscopio según se muestra en el esquema y pega una captura de pantalla. d.- Analiza la gráfica. 3.- TRIAC con circuito de disparo alimentado con CA y Circuito de Potencia en CC. a.- Monta el circuito en el simulador de Workbench. b.- Analiza el funcionamiento. * Condiciones Iniciales con el conmutador abierto: - El TRIAC …………… - La lámpara ………. * Al cerrar el conmutador: - El TRIAC …………… - La lámpara ………. * Al abrir el conmutador: - El TRIAC …………… - La lámpara ………. c.- Conecta el osciloscopio según se muestra en el esquema y pega una captura de pantalla. d.- Analiza la gráfica. Prof: Roberto Lajas

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c.- Conecta el osciloscopio según se muestra en el esquema y pega una captura de pantalla. d.- Analiza la gráfica.

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1.- TRIAC con circuito de disparo alimentado con CC y Circuito de Potencia en CC. a.- Monta el circuito en el simulador de Workbench. b.- Analiza el funcionamiento. * Condiciones Iniciales con el conmutador abierto - El TRIAC…………… - La lámpara ………. * Al cerrar el conmutador: - El TRIAC …………… - La lámpara ………. * Al abrir el conmutador: - El TRIAC …………… - La lámpara ……….

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PRACTICA.- Simulación de Circuitos TRIAC. Entrega la práctica en pdf.

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4.- TRIAC con circuito de disparo alimentado con CA y Circuito de Potencia en CA. a.- Monta el circuito en el simulador de Workbench. b.- Analiza el funcionamiento. * Condiciones Iniciales con el conmutador abierto: - El TRIAC …………… - La lámpara ………. * Al cerrar el conmutador: - El TRIAC …………… - La lámpara ………. * Al abrir el conmutador: - El TRIAC …………… - La lámpara ………. c.- Conecta el osciloscopio según se muestra en el esquema y pega una captura de pantalla. d.- Analiza la gráfica.

Diseña los componentes de un circuito como el de la figura, para regular una bombilla de 230 V

Ayuda: https://youtu.be/-Q6ZaH_hCBc 1.- Simula el siguiente circuito en el Workbench y adjunta una captura de pantalla. 2.- Adjunta el archivo del workbech. 3.- Explica el funcionamiento del circuito. 4.- Enumera todos los componentes del circuito con sus características. 5.- Monta en una protoboard el esquema con la supervisión del profesor.

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PRACTICA. Regulador de Intensidad Luminosa.

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5.- Explica qué diferencia hay entre simular estos circuiros con un SCR y con un TRIAC.