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1- ESTUDO DOS TIRISTORES Os tiristores pertencem a uma família de dispositivos semicondutores que operam em regime chaveado. A estrutura desses dispositivos é constituída por quatro camadas semicondutoras, dispostas alternadamente (PNPN). Estes dispositivos são chaves semicondutoras e apresentam dois estados estáveis (ligada- desligada). 1.1 — Diodo de quatro camadas Inicialmente iremos analisar o comportamento da estrutura mostrada na Figura 1.1. LET falo | ut CÊ a e 44 ) 3yodro 33 Figura 1.1 Estrutura do diodo de quatro camadas Nas duas regiões externas, chamadas de anodo (A) e catodo (K); são colocados contatos que servem de terminais para a corrente de carga. Observe que este dispositivo possui três junções PN. Aplicando-se tensão ao diodo de tal modo que o catodo seja positivo e o anodo negativo, teremos a polarização inversa, como mosira a Figura 1.2. Figura 1.2 Polarização inversa Os portadores de carga-majoritários são retirados das junções J, e Js, alargando a região de carga espacial nessas junções. Ambas estão polarizadas no sentido inverso. Pode-se afirmar que J, e Ja se comportam como uma alta resistência. Contudo, circulam portadores de ambos os sinais para a junção central J;, tendo por efeito um enriquecimento na região de carga espacial, ou seja, uma polarização direta. Pode-se afirmar também que a resistência diminui nesta região Tem-se uma ligação série de duas regiões de alta resistência e uma de baixa resistência, O comportamento de toda estrutura é determinado, evidentemente, pelas duas regiões de alta resistência, como é mostrado na figura 1.3. O SON J 7% % Figura 1-3 Comportamento do diodo com polarização inversa “ta sB)- o Portanto, quando aplicamos uma tensão inversa no diodo, flui apenas uma corrente muito pequena pelo diodo, com uma curva caracteristica do tipo de bloqueio de corrente, como é apresentado na figura 1.2. Para uma tensão de polarização suficientemente alta, V>Vao onde Ver é denominada tensão de ruptura Teversa, ocorre elevação repentina de corrente inversa, provocada por efeito de avalanche. Na prática este valor de tensão deve ser evitado, para não danificar o dispositivo. Invertendo-se a polaridade da tensão, ou seja, anodo positivo e catodo negativo, diz-se haver potarização direta, figura 1.4. H - — M ? - . - o neto pu) To TATI” dh dos : —— Figura 1.4 Polarização direta (a) Nesse caso, a região de carga espacial da junção central J, é que alarga, por haver tensão inversa nesta junção. As junções J, e J; são polarizadas no sentido direto. Dessa forma, é a junção de aita resistência, Jo, que determina o comportamento do circuito de chaves, obtendo-se a princípio, uma curva caracteristica com aspecto de bloqueio de corrente. Nessa polarização também é possível outro estado, é quando se consegue injetar elétrons em números suficientes, através das junções J, e Ja a partir de Anodo (A) e do Catodo (K), para dentro das regiões internas, de modo a superar a carência de portadores em J,, essa região pode tornar-se boa condutora, Fig. 1.5. Daí o diodo, nessa condição, obtém correntes elevadas com pequena queda de tensão. a FA E ? - TE Su do da dg Fig. 1.5- Polarização direta (b) Os trechos diretos, de bloqueio e de condução são interligados por um trecho de resistência negativa, figura 1.6, A passagem do estado de bloqueio, para o de condução direta é denominado disparo. ; “Tre cho de Corda ce) Fido ) Telas) dando v Po forzgemo) N No dr Lasgo, CUP UM gt hrsanstinção had dá bloqueio . , (tados ) Fig 1.6- Curva caracteristica do diodo 4 camadas 1.2- Retificador Controlado de Sitício - SCR Este dispositivo possui um terceiro terminal denominado gate (porta). Por esse terminal é feito o controle de disparo do SCR, fig. 1.21. Figura. 1.21 -Retificador Controlado de Sifício Enquanto não há polarização no terminal de controle (gate), o dispositivo funciona como um diodo de quatro camadas. Ou seja, só ocorre o disparo quando se ultrapassa a tensão Vo e o desligamento se verifica quando a corrente se reduz ao valor de corrente de manutenção. Ligando-se o terminal de controle, obtém-se uma família de curvas características como as da fig 1.22. - Fig 1.22- Característica do SCR Percebe-se pela figura 1.22 que a tensão de disparo diminui com o aumento de corrente no gate. Analisando pela estrutura de transistores, quando ligamos o circuito do gate, circulará uma corrente pela junção Ja Em consequência dessa corrente .e da polarização direta de J5 0 transistor Q; começa a conduzir, forçando a condução de Q, que faz o transistor Q, conduzir mais fortemente, o ciclo se repetirá, devido a realimentação positiva nos transistores, e rapidamente o SCR irá para o estado de condução, sendo a corrente ix limitada pela resistência Rr. Mesmo que a corrente de gate seja retirada, da base do transistor Q,, o SCR continuará no estado de condução, enquanto for mantida a corrente ia. Então o funcionamento do SCR pode ser visto pelos mecanismos abaixo. a) Com polarização inversa o dispositivo fica bloqueado. b) Com polarização direta e uma corrente i, aplicada no gate, possibilita seu disparo. c) A corrente ix deve ser mantida acima do seu valor minimo iu, para manter o SCR conduzindo. d) Se ia for menor que iy o SCR retoma ao estado de bloqueio. 1.3 — DIAC (Diode Alternate Corrent) Os dispositivos, até agora estudados, são unidirecionais, ou seja, a corrente segue em um só sentido. O DIAC é um dispositivo de disparo bidirecional. O circuito equivalente é um par de diodos de quatro camadas com sentidos opostos, ligados em paralelo, figura 4.31(a). A condução do DIAC ocorre, quando a tensão de disparo Veo (tensão de BreakOven for atingida. O símbolo do DIAC está mostrado na figura 1.31(b). Quando v > 0, o diodo da direita fica bloqueado enguanto que o diodo da esquerda conduzirá no momento em que v > Veor. Nesse caso, o diodo só vota à condição de bloqueio se a comente | < iy. Quando v < 0, o diodo da esquerda fica bloqueado enquanto que o diodo da direita conduzirá no momento em que |V| > | Vsoal. E, da mesma forma voltará ao estado de bloqueio se i < ix. Veja a curva característica mostrada na figura 1.31 (0). tn + 4 - Figura 1.31- Estrutura (a), símbolo (b) e caracteristica do DIAC 1.4 STRIAC (Triodo Altemate Corrent) O TRIAC é um dispositivo de disparo controlado bidirecional. O conceito é equivalente ao das duas trava mostradas na fig.1.41 (a) Tt Y ni ] 1 ! a lsjejo vjzj=|= (8) EE Figura 1,41- Estrutura (a), simbolo (b) e caracteristica do TRIAC Neste dispositivo a tensão Vpo é alta, de modo que o único jeito de fazer conduzir o TRIAC é aplicando um pulso de disparo com polarização direta para qualquer uma das traves na figura 1.41(a). O simbolo do TRIAC é mostrado na figura 1.41(b). Quando v > 0, teremos de aplicar um pulso positivo no gate; isto faz conduzir a trava da esquerda (a explicação é semelhante à condução de um SCR). (1) (5) Figura 1.52 — Polarização do TUS Na fig. 1.52(b), Vas: é chamado de tensão intrínseca de afastamento, porque ela mantém o diodo emissor com polarização reversa para Ve < Vam. Se Vas, = 6,5V, então para o diodo conduzir é necessário que: Ve>0,/V+6,5V >7,2V Ou seja, o dispositivo dispara quando este fato ocorre, então a tensão de disparo será dada por: Vdisp > Vo + n.Vcc) Como a região p está fortemente dopada, as lacunas são injetadas na metade inferior do TUJ. A dopagem leve da região n absorve estas lacunas e criam um trajeto condutor entre o emissor e a base inferior. e A invasão da metade inferior do TUJ por lacunas faz a resistência Rs, diminuir. Pelo fato de R; ter repentinamente um valor muito mais baixo, Ve cai rapidamente para um valor mais baixo, e a corrente de emissor aumenta. Uma forma de se iembrar como o TUJ funciona é relacionando-o com o circuito equivalente de trava da figura 1.53 & Figura 1.53 — Circuito equivalente de trava. Analisando o circuito equivalente de trava, observa-se que quando aplicamos uma tensão positiva de B, para B,, uma tensão de afastamento Vas: aparece sobre o resistor Rex Isto mantém a junção 8-E de Q, aberta, enquanto Ve < Ves, Quando a tensão de entrada Ve > Vo + Vasy, a junção B-E de Q, conduz e a realimentação positiva leva os dois transistores á saturação, tomando a resistência entre o emissor e a B, muito baixa. ConrnakE DE PerÉMEIA Com ECA * Fires 06 Falpo ij - Loryo Vem Vim de Conmede DE bsparo do SCR eia TUT Rs a estoy Cr CELET- PES DP CRE Lys E RIS/ dosra de Execaigos 4 Ebou 9 ps to de Do do E Psch do citação elos ro Em : Crceto aboiro. AR or, 4 (di) = 2 am , +, il Ra Do Apa 2a. bel dg o »/ SCR des paulo | EE E) fu va fee dixora o tea ? € ENE 1 = Í . 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