UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA
CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA
1
RELATÓRIO DE ELETRÔNICA 6
TIRISTORES
PROF: CLÁUDIO R. NASCIMENTO
ALUNO: CARLOS EDUARDO MOREIRA FLORES
T: 341
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relatório eletronica06, Notas de estudo de Engenharia Elétrica
relatório sobre tiristores
Tipologia: Notas de estudo
Antes de 2010
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COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA
RELATÓRIO DE ELETRÔNICA 6
TIRISTORES
PROF: CLÁUDIO R. NASCIMENTO
ALUNO: CARLOS EDUARDO MOREIRA FLORES T: 341
COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA INTRODUÇÃO São os componentes básicos da Eletrônica Industrial, chaveando grandes cargas, como motores, eletroímãs, aquecedores, convertendo CA em CC, CC em CA e gerando pulsos de controle para outros tiristores.
SCR (do inglês Silicon Controlled Rectifier - Retificador Controlado de Silício) é um componente eletrônico semicondutor de quatro camadas. Composto, geralmente, por três terminais, dois dos quais, denominados anodo (A) e catodo (K), formam um diodo bipolar, e o terceiro terminal, que é usado para controle, denominado gatilho (GATE), é através do qual se aplica um pulso que provoca o "disparo" do dispositivo.
Quando o SCR opera como elemento retificador seu disparo ocorre geralmente em sincronismo com a forma de onda da CA que esta sendo retificada em um certo ângulo pré-determinado pelo projetista. Para a manutenção do SCR é necessária uma corrente mínima, depois de disparado o SCR continua em condução até que sua corrente se torne menor do que a corrente de manutenção, ocasionando seu desligamento.
Quando não está em condução, o SCR recebe toda a tensão da presente na entrada sobre si (entre os terminais de anodo e catodo) até que ocorra um novo disparo.
Desenvolvimento Teórico
O nome Tiristor engloba uma família de dispositivos semicondutores multicamadas, que operam em regime de chaveamento, apresentando um comportamento funcional biestável. Os tiristores permitem por meio da adequada ativação do terminal de controle, o chaveamento do estado de bloqueio para estado de condução, sendo que alguns tiristores (mas não todos) permitem também o chaveamento do estado de condução para estado de bloqueio, também pelo terminal de controle. Como exemplo de tiristores, podemos citar o SCR e o TRIAC.
No caso do tiristor SCR este se assemelha a um diodo pelo fato da corrente poder fluir pelo dispositivo em um único sentido, entrando pelo terminal de anodo e saindo pelo terminal de catodo. No entanto difere de um diodo porque mesmo quando o dispositivo está diretamente polarizado ele não consegue entrar em condução enquanto não ocorrer a ativação do seu terminal de controle (terminal denominado porta, ou gate
COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA 30V, for ultrapassada, o Diac passa a conduzir corrente elétrica, com uma brusca queda da impedância do mesmo. Os Diacs são geralmente utilizados como auxiliares de disparo em Triacs, em osciladores de relaxação.
Os Retificadores Controlados de Silício, ou simplesmente SCR são componentes dotados de camadas PNPN dopadas de tal maneira que é formado um conjunto de três junções.
Para um fim didático, podemos representar um SCR por meio de dois transistores interligados: um NPN e outro PNP, como se verá a seguir.
Basicamente ele é um diodo com anodo catodo e uma porta ou gate. Para que a resistência entre catodo e gate seja baixa, há de se polarizar com uma pequena corrente em sentido direto esses terminais, fazendo com que o SCR atue como um simples diodo.
Sem atuar no gatilho o circuito permanece em estado de não condução, seja qual for o sentido da corrente. Ao atuarmos sobre o gate, a corrente ficará limitada ao valor de saturação da junção polarizada reversamente.
Disparo refere-se a mudança de estado de não condução (bloqueio) para o estado de condução.
Para dispararmos um SCR, temos duas possibilidades:
a) Através da aplicação de tensões suficientemente elevadas entre anodo e catodo;
COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA b) Através da polarização direta entre o gate e o catodo.
Devemos reparar no entanto que mesmo retirando o sinal do gatilho, a condução não é interrompida e para tal devemos deixar por alguns instantes Catodo e Anodo em curto, ou cortar a alimentação brevemente.
Funcionamento
No circuito, a base do transistor NPN é alimentada pelo coletor do PNP, e vice-versa. Não há inicialmente corrente de coletor alimentando o outro transistor, e ambos estão no corte. Mas se aplicarmos um pulso positivo na base do NPN, ou negativo na do PNP, o transistor será ativado, fornecendo uma corrente amplificada na base do outro, que amplificará esta corrente fornecendo uma corrente ainda maior à base do transistor que recebeu o pulso. O processo leva rapidamente os transistores à saturação, fornecendo corrente somente limitada pela carga, o resistor.Fig 2
Fig 2
Uma vez disparada , a trava só se desliga quando a corrente for limitada a um valor a um valor mínimo, corrente de manutenção , que não permite manter os transistores na saturação. Isto pode ser conseguido desligando o circuito, ou curtocircuitando os emissores. A trava também pode ser disparada por avalanche , aplicando-se uma sobretensão entre os emissores, que inicia a ruptura em um dos transistores, alimentando a base do outro, o que leva à saturação como no caso do pulso, anterior
SCR:
É o principal dos tiristores, pelo número de aplicações.
Ele é um diodo controlado por pulso, aplicado no gatilho ( gate ). Sua estrutura PNPN é igual à da trava ideal, sendo o pulso positivo aplicado no terminal que corresponde à base do transistor NPN, o gatilho. O emissor do PNP é o anodo e o do NPN, o catodo do diodo.
COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA
Circuito equivalente Gerador de pulsos
O UJT é usado como gerador de pulsos, conforme o circuito à direita. O capacitor se carrega através do resistor e quando a tensão no E do UJT ultrapassa a tensão de disparo do UJT, fornecida pel0a fonte e resistores, ele se dispara, descarregando o capacitor e fornecendo um pulso curto ao resistor de carga, ligado à B1. O valor da tensão de disparo está entre 0.55 e 0.8 vezes a tensão de alimentação, conforme o UJT. O período dos pulsos é próximo de T = RC e a freqüência de f = 1 / RC, o resistor e o capacitor ligados ao emissor, variando um pouco com o UJT.
SCR -Retificador Controlado de Silício
Um dos componentes mais utilizados em projetos que envolvem o controle de motores e de outras cargas de potência é o diodo controlado de silício ou SCR. Este semicondutor capaz de controlar correntes elevadas pode ser utilizado numa infinidade de projetos práticos de mecatrônica. O SCR é um dispositivo semicondutor da família dos tiristores, ou seja, é um dispositivo de estado sólido usado no controle de potência ou controle de correntes elevadas. SCR é a abreviação de Silicon Controlled Rectifier ou Retificador Controlado de Silício. De uma forma mais simples, pela seu comportamento e símbolo que lembram um diodo, preferimos chamá-lo de Diodo Controlado de Silício. A verdade é que o SCR se comporta exatamente como um diodo, conduzindo a corrente entre o anodo e o catodo (num sentido único), mas quando for disparado por meio de um sinal aplicado ao seu eletrodo de comporta.
COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA As correntes que os SCRs podem conduzir entre o anodo e o catodo são muito intensas, mesmo para dispositivos de baixo custo, variando entre alguns ampères e dezenas de ampères.
Desta forma, ligados em série com dispositivos diversos eles podem funcionar como “chaves” eletrônicas, ligando ou desligando esses dispositivos ou ainda “dosando” a potência aplicada, como ocorre em dimmers e controles de velocidade.
Para entender melhor como o SCR funciona será interessante fazermos uma análise deste componente a partir de sua estrutura.
Os SCR são dotados de camadas PNPN dopadas de tal maneira que é formado um conjunto de três junções
Para um fim didático, podemos representar um SCR por meio de dois transistores interligados: um NPN e outro PNP, como se verá a seguir.
SCR
Basicamente ele é um diodo com anodo catodo e uma porta ou gate. Para que a resistência entre catodo e gate seja baixa, há de se polarizar com uma pequena corrente em sentido direto esses terminais, fazendo com que o SCR atue como um simples diodo.
Sem atuar no gatilho o circuito permanece em estado de não condução, seja qual for o sentido da corrente. Ao atuarmos sobre o gate, a corrente ficará limitada ao valor de saturação da junção polarizada reversamente.
Disparo refere-se a mudança de estado de não condução (bloqueio) para o estado de condução. Para disparar-mos um SCR, temos duas possibilidades:
a) Através da aplicação de tensões suficientemente elevadas entre anodo e catodo; b) b) Através da polarização direta entre o gate e o catodo.
COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA E por ultimo foi pedido de reduzir a V1 a zero, lentamente foi diminuindo o Vcc suficiente para que o LED apague. Após feito isto foi medido a Vcc onde foi encontrado o valor de 2,215 Volts.
Ao analisarmos o funcionamento do SCR que após dado o pulso do gate ele passa a conduzir, dentro de uma tensão elétrica de terminada pelo fabricante ou pelo projetista.
Conclusão : Ao montarmos o circuito ficou bem claro que a intenção da experiência era de mostrar o funcionamento, comportamento e aplicação de um SCR. Ao montarmos o circuito notamos que o resistor variável que controla a corrente de disparo varia, uma vez que a corrente do gatilho for suficiente para fazer com que o SCR entre em condução, podemos aumentar a resistência do gatilho, que não irá acontecer nada. O SCR só irá deixar de conduzir quando a tensão de alimentação produzir uma corrente insuficiente para ultrapassar a camada de depleção do SCR. Esta teoria foi comprovada neste experimento, onde foi pedida a tensão entre anodo e catodo do SCR com uma tensão de alimentação de 15 Volts e com o LED estivesse desligado, ora sabemos que para o LED acender deve existir uma variação de tensão se a corrente do LED for igual a zero, logo o mesmo não está conduzindo e portanto não há tensão nele. O mesmo acontece com o SCR, que tem o LED e um resistor de 330 Ohms conectado em seu anodo. Se o LED não acendeu é sinal que a sua corrente não é suficientemente grande para que ele conduza, assim sendo a tensão que foi solicitada como V2 entre anodo e catodo também é igual a zero.
Assim sendo o SCR tem uma tensão máxima que ele pode suportar sem perder suas características de condução ou que possa romper e tem suas características mínimas para fazer com que ele se torne operacional.
COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA Bibliografia:
Polígrafo de E.L.I MAR2010 – Prof. Cláudio R. Nascimento;
Electronica teoria de circuitos y dispositivos electronicos- Boylestad Nashelsky – 8ªedição /Espanhol;
Apostila de Laboratório de Eletrônica Industrial I – UERJ Faculdade de Engenharia - Departamento de Eletrônica e Telecomunicações | DETEL Autores: Francisco Rubens M. Ribeiro e José Paulo Vilela Soares da Cunha - 1ª edição: Rio de Janeiro, 23 de dezembro de 1997
Sites da internet: http://poluidor.blogspot.com