Practica No. 7 “Rectificador controlado de Silicio SCR y TRIAC” Objetivos: 1. Identificar las terminales de un SCR y un TRIAC 2. Obtener las curvas características (V-I) de un SCR y de un TRIAC
Desarrollo experimental •
Conceptos básicos:
El rectificador controlado de silicio (en inglés SCR: Silicón Controlled Rectifier) es un tipo de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP. El nombre proviene de la unión de Tiratrón (tyratron) y Transistor.
Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y puerta. 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. Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha tensión, el tiristor comienza a conducir. Una vez arrancado, podemos anular la tensión de puerta y el tiristor continuará conduciendo hasta que la corriente de carga disminuya por debajo de la corriente de mantenimiento. Trabajando en corriente alterna el SCR se desexcita en cada alternancia o semiciclo.
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. Los SCR se utilizan en aplicaciones de electrónica de potencia y de control. Podríamos decir que un SCR funciona como un interruptor electrónico. TRIAC Un Triac es un dispositivo semiconductor, de la familia de los transistores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna. Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dos SCR en anti paralelo. Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación de ánodo y cátodo) y puerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al electrodo puerta. Tipos: Si se representa en el eje de abscisas la tensión de puerta y en ordenadas la tensión entre A1 y A2, existen ciertos lugares geométricos que disparan el triac. Entonces encontramos triacs que solo se disparan en dos, tres y otros que lo hacen en los cuatro cuadrantes. Aún en los de cuatro cuadrantes las condiciones de disparo difieren de cuadrante en cuadrante. Por ejemplo, el BTW41 es un triac de 4 cuadrantes, mientras que el BTW34 es de 3 cuadrantes Otro tipo son los de puerta sensible, que vienen a ser similares a un triac pequeño que dispara al principal •Aplicaciones más comunes Su versatilidad lo hace ideal para el control de corrientes alternas. Una de ellas es su utilización como interruptor estático ofreciendo muchas ventajas sobre los interruptores mecánicos convencionales y los relés.
Material Osciloscopio de doble trazo Fuente de voltaje regulada variable Fuente de corriente regulada variable Generador de señales Multímetro analógico y/o digital 2 SCR C106 o TIC106 o equivalente 2 TRIAC TIC206 o equivalente 1 resistencia de 10 K a 1 resistencia de 330 a 1 resistencia de 1K a 1 resistencia de 100 a 1 potenciómetro de 5K a Una pinza de punta Una pinza de corte 6 cables caimán- caimán de 50 cm 6 cables caimán- banana de 50 cm 6 cables banana- banana de 50 cm 4 cables coaxiales que tengan en un extremo terminación bnc y en los otros caimanes
Tablilla de conexiones (protoboard)
Experimentos 1. Es requisito para antes de realizar la práctica el alumno presente por escrito y en forma concisa y breve los siguientes puntos sobre los diodos controlados de silicio SCR: a.
Símbolo
b.
Esquema típico de uniones
c. Expresión matemática que relaciona el voltaje de conmutación ánodo-cátodo y la corriente en la compuerta d.
Modelo grafico (curva característica V-I)
e.
Ángulos de disparo
f.
Principales parámetros y su definición
I. Voltaje de conmutación II.
Corriente de disparo en compuerta
III.
Corriente de sostenimiento
g.Las hojas de especificaciones del fabricante El profesor deberá revisar que el alumno cumpla con este punto antes de entrar a laboratorio, así como que se presente con los circuitos correspondientes debidamente armados, de NO satisfacer estas indicaciones el alumno NO tendrá derecho a quedarse en el laboratorio y se le considerara como falta al mismo
2. Identificar las terminales de un SCR y un TRIAC Usando el óhmetro, identifique las terminales de un SCR
Considerando la forma en que se construye un SCR y el modelo idealizado de uniones rectificantes que pueden presentarse en esté, es posible que con el óhmetro podamos identificar perfectamente la ubicación de todas sus terminales. En la mayoría de los SCR convencionales de la uso general, la compuerta está en la región P, esto permite que cuando coloquemos la terminal positiva de la fuente interna del óhmetro a la compuerta (región P) y la terminal negativa del cátodo (región N), obtengamos la lectura de una baja resistencia (diodo polarizado directamente), este es el único par de terminales en el SCR convencional, que con la polarización ya indicada presenta baja resistencia, esto permite saber cuál es el cátodo y cual la compuerta, la restante será la terminal del ánodo. Normalmente cuando los SCR y TRIAC´s disipan mediana o alta potencia y sus encapsuladores son parcial o totalmente metálicos, la terminal del ánodo es el encapsulado o está conectado a él, por lo que para identificar el ánodo, podemos buscar continuidad entre este y el encapsulado metálico del dispositivo.
Reportar en la tabla 1 las lecturas que se obtienen al medir con el óhmetro la resistencia que presenta el SCR entre sus terminales según la polarización que se indica en cada caso.
Union A (+) – K(-) G (+) – K(-) G (+) – A(-)
Resistencia medida 1.26 M ohms 0.79 K ohms 10.13 M ohms
Union A (-) – K(+) G(-) – K(+) G (-) – A(+)
Resistencia medida 1.15 M ohms 0.795 K ohms 1.27 M ohms
Unión Resistencia medida Unión Resistencia medida Tabla 1
Usando el óhmetro identifique las terminales del TRIAC Considerando la construcción interna de un TRIAC y las posibles uniones rectificantes que pueden presentarse en el, es posible observar que entre las terminales de compuerta y en terminal uno (corresponde al cátodo del SCR), se presentan dos uniones rectificantes en paralelo y
encontradas, por lo que cuando se polariza la compuerta positiva y la terminal uno negativa nos da una lectura de baja resistencia (diodo polarizado directo) y cuando la polarización invierte también nos da un diodo polarizado directo, por lo tanto con estas lecturas, es posible que identifiquemos perfectamente a la terminal dos, pero no cual es la compuerta y cual la terminal uno. Es necesario entonces que el alumno cheque en la hoja de especificaciones del fabricante (manual), como están colocadas cada una de las terminales del dispositivo.
En la figura 1 dibuje al SCR y al TRIAC indicando claramente la ubicación de sus terminales
Figura 1.a SCR
Figura 1.b TRIAC
3.
Obtener las curvas características (V-I) de un SCR y de un TRIAC
Armar el circuito mostrado en la figura 2 (primero colocado el SCR y después repetir todos los pasos quitando el SCR y colocando el TRIAC), obtener y reportar en la figura 3 la curva que se obtiene en el osciloscopio (usándolo en modo XY) tanto para SCR como para el TRIAC. Utilice el VARIAC y varié la señal senoidal entre 0 y 35 V pico y mida la corriente que se requiere en la compuerta- cátodo “IGK” Para que los dispositivos (SCR y TRIAC) se comporten como diodos rectificadores (en completa conducción), hágalo cuando el voltaje del VARIAC está en 5V, 15V y 35V respectivamente. Corriente IGK SCR = 52.13 mA, para voltaje VARIAC= 05V Corriente IGK SCR = 142.15 A, para voltaje VARIAC= 15V Corriente IGK SCR = 83.2 mA, para voltaje VARIAC= 35V Corriente IGK TRIAC = 3.12 mA, para voltaje VARIAC= 05V Corriente IGK TRIAC = 12.93 mA, para voltaje VARIAC= 05V Corriente IGK TRIAC = 30.17 A, para voltaje VARIAC= 05V
Curva característica del SCR
Características del Triac
Cuestionario 1. Para el circuito de la figura 2, si el voltaje pico de la señal senoidal es de 20V, determine ¿Cuál es el valor de la corriente pico que circulara por el ánodo-cátodo SCR? La corriente es de ánodo y cátodo SCR = 277.48 mA 3. Cuando los SCR y los TRIAC´s, están en conducción ¿Cómo se comportan? Es un dispositivo de tres terminales que se comporta como un disco rectificador, conduce en directo y no conduce en inverso, pero adicionalmente para entrar en conducción debe inyectarse en el compuerta una corriente mayor que una corriente de compuerta mínima (I G min) que es diferente para cada referencia de SCR, la aplicación de la corriente de compuerta cuando el SCR está en directo para que entre en conducción se llama el disparo del SCR.
4. Dibuje los circuitos equivalentes de los SCR cuando están en conducción
5.
Dibuje los circuitos equivalentes de los SCR cuando están abiertos
6. Dibuje los circuitos equivalentes de los TRIAC cuando están en conducción
7. Dibuje los circuitos equivalentes de los TRIAC cuando están abiertos
8.Cuando un SCR o un TRIAC, está polarizado con voltaje constante y ya se encuentran en conducción, ¿Cómo podemos apagarlo? Para este estado se necesita aumentar la resistencia ya sea del cátodo como la del ánodo y asi para que se pueda comportarse como un circuito abierto.
9. Cuando un SCR o TRIAC, está polarizado con señal alterna y considerando que tiene las condiciones para conducir, ¿Cómo pueden apagarse? Conduce unidireccionalmente y se apaga con una subida de voltaje o tención ya sea scr o trac.
10.
Anote sus conclusiones
Como se pudo notar el Triac es un SCR bidirreccional. La corriente y la tensión de encendido disminuyen con el aumento de temperatura y con el aumento de
la tensión de bloqueo. Las corrientes de pérdida del Triac son pequeñas, del orden de 0,1 m A a la temperatura ambiente. El Triac conmuta del modo de corte al modo de conducción cuando se inyecta corriente a la compuerta. Después del disparo la compuerta no posee control sobre el estado del Triac. Para apagar el Triac la corriente anódica debe reducirse por debajo del valor de la corriente de retención IH.
11.
Anote su bibliografía
Electrónica Integrada. Millman- Halkias. Novena Edición Electrónica Moderna de Potencia. Timothy Maloney. Tercera Edición. Dispositivos electrónicos de potencia.
Escrito por Juan de Dios Sánchez López
