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2013



   Dispositivos
   Semiconductores
   Controlados- Semicontrolados – No
   controlados
   UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE CHILE
   ANTOFAGASTA




            MICHAEL ROJAS TRIGO
INDICE


     I.   INTRODUCCIÓN……..……………..……………………..........….2

    II.   OBJETIVOS………………………….……………………….…..….3

   III.   MARCO TEORICO…………..................………………..……..…05

   IV.    QUE ES UN SEMICONDUCTOR…………………………………06

   V.     DISPOSITIVOS NO CONTROLADOS…...………………………07

   VI.    DIODO DE POTENCIA…………………………………………….07

  VII.    COMPORTAMIENTO DE CONDUCCION……………………….09

 VIII.    TIPOS DE DIODOS…………………………………………………10

   IX.    DISPOSITIVOS SEMICONTROLADOS………………………….11

   X.     TIRISTOR O ( S.C.R) ……………………………………………..11

   XI.    TRIAC………………………………………………………………...12

  XII.    DIAC………………………………………………………………….14

 XIII.    DISPOSITIVOS CONTROLADOS………………………………..15

 XIV.     GTO (TIRISTOR CON DESCONEXION)………………………...15

  XV.     LASCR (FOTOTIRISTOR)…………………………………………15

 XVI.     TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)……………………………………16

XVII.     MOSFET……………………………………………………………..19

XVIII.    IGBT (INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR)…………..21

 XIX.     CONCLUSIÓN.………...……..……….……………………………22

  XX.     GLOSARIO TECNICO …………………………………………….24

 XXI.     BIBLIOGRAFIA………….……….....................................…...….27




                                               1
INTRODUCCIÓN
.




    En este informe tiene por temática informar y detallar los
     semiconductores: controlados, semi –controlados y no
    controlados; los cuales serán detallado en los ámbitos de
           estructuras, comportamiento y aplicación .




                                2
OBJETIVOS




    3
OBJETIVOS




 I. Definir un semi-conductor
II. Comprender cada dispositivos
III. Detallar su aplicación y beneficio de los
     dispositivos




                            4
MARCO TEORICO




      5
Qué es un semiconductor en la electrónica?


Los semiconductores son materiales utilizados en la fabricación de
algunos componentes electrónicos, que tienen la propiedad de
comportarse como aislantes o como conductores en función de la
temperatura a la que se encuentren.

Para mejorar las características eléctricas de los semiconductores y
hacerlos útiles para más aplicaciones, normalmente no solo son de
silicio y germanio, estos denominados puros o intrínsecos, para que
haya un mejor conducción se dopan con otros elementos para ser
llamados extrínsecos, los cuales pueden ser de tipo P o N las cuales
dan vida a los distintos dispositivos electrónicos y aplicaciones, las
cuales estudiaremos más adelante, en el informe.

    Que dispositivos semiconductores existen?
1. Dispositivos no controlados: en este grupo se encuentran los
Diodos. Los estados de conducción (ON) y bloqueo (OFF) dependen
del circuito de potencia.

2. Dispositivos semicontrolados: en este grupo se encuentran, los
SCR (“Silicon Controlled Rectifier”) y los TRIAC (“Triode of Alternating
Current”). En éste caso su puesta en conducción (paso de OFF a ON)
se debe a una señal de control externa que se aplica en uno de los
terminales del dispositivo. Por otro lado, su bloqueo (paso de ON a
OFF) lo determina el propio circuito de potencia.

3. Dispositivos totalmente controlados: en este grupo encontramos
los transistores bipolares BJT (“Bipolar Junction Transistor”), los
transistores de efecto de campo MOSFET (“Metal Oxide
Semiconductor Field Effect Transistor”), los transistores bipolares de
puerta aislada IGBT (“Insulated Gate Bipolar Transistor”) y los tiristores
GTO (“Gate Turn-Off Thyristor”), entre otros.




                                    6
DISPOSITIVOS NO CONTROLADOS




DIODO DE POTENCIA:
   Un diodo semiconductor es una estructura P-N que, dentro de sus
límites de tensión y corriente, permite la circulación de corriente en un
único sentido. Caracterizados por un área mayor (para permitir
mayores corrientes) y mayor longitud (para soportar tensiones inversas
más elevadas).




Como se observa en la figura, la región intermedia tipo N es menos
dopada que la del extremo la cual tiene por objetivo, soportar mayores
corrientes inversas y generar una mayor caída de tensión, esta es la
diferencia respecto al Diodo de señal.




                                    7
GRAFICO



La figura siguiente muestra el símbolo y la característica estática
corriente-tensión de un diodo de potencia.




La tensión VF que se indica en la curva estática corriente-tensión se
refiere a la caída de tensión cuando el diodo está conduciendo
(polarización directa). Para diodos de potencia, ésta tensión de caída
en conducción directa oscila aproximadamente entre 1 y 2 Volts.




                                    8
COMPORTAMIENTO DE CONDUCCION DEL
         DIODO DE POTENCIA




      Conducción Inversa: El paso de conducción a bloqueo no se
efectúa instantáneamente. Cuando el diodo conduce una corriente I en
polarización directa, la zona central de la unión está saturada de
portadores mayoritarios, y aunque un circuito externo fuerce la
anulación de la corriente aplicándole una tensión inversa, cuando la
corriente pasa por cero aún existe una cantidad de portadores que
cambian su sentido de movimiento y permiten la conducción de una
corriente inversa durante un tiempo, denominado tiempo de
recuperación inverso (trr).




     Conducción Directa: Es otro fenómeno de retardo de menor
importancia que el anterior, cuando el diodo pasa de bloqueo a
conducción, el cual sufre esta demora por la resistencia que creo el
diodo a través de los portadores minoritarios los cuales decrecen
hasta poder conducir el diodo



Nota: Gracias a esta información se hace noción la diferencia de los
diodos de señal con respectos a los de potencia, los cuales su
ruptura es alrededor de los kiloampers y tienen mayor soporta contra
altas corrientes inversas




                                   9
Tipos de diodos según aplicación y uso:

Diodos Schottky:

      Se utilizan cuando se necesita una caída de tensión directa muy
pequeña (0,3 V típicos) para circuitos con
tensiones reducidas de salida. No
soportan Dispositivos de Electrónica de
Potencia tensiones inversas superiores a
50 – 100 V



     Diodos de recuperación rápida:

      Son adecuados en circuitos de frecuencia elevada en
combinación con interruptores controlables, donde se necesitan
tiempos de recuperación pequeños. Para
unos niveles de potencia de varios cientos
de voltios y varios cientos de amperios,
estos diodos poseen un tiempo de
recuperación inversas (trr) de pocos
nanosegundos.




     Diodos rectificadores o de frecuencia de línea:

       La tensión en el estado de conducción
(ON) de estos diodos es la más pequeña posible,
y como consecuencia tienen un trr grande, el
cual es únicamente aceptable en aplicaciones de
la frecuencia de línea.Estos diodos son capaces
de bloquear varios kilovoltios y conducir varios
kiloamperios. Se pueden conectar en serie y/o
paralelo para satisfacer cualquier rango de tensión o de corriente.



                                   10
Dispositivos Semicontrolados

TIRISTOR o SCR:

      Es un componente electrónico constituido
por elementos semiconductores que utiliza
realimentación interna para producir una
conmutación. Se emplea generalmente para el
control de la potencia eléctrica .

Detalles.

El nombre de Tiristor proviene de la palabra griega “ηθνρα”, que
significa “una puerta”. El tiristor engloba una familia de dispositivos
semiconductores que trabajan en conmutación, teniendo en común
una estructura de cuatro capas semiconductoras en una secuencia P-
N-P-N, la cual presenta un funcionamiento biestable (dos estados
estables).

Comportamiento:

     El SCR difiere del diodo en que no deja pasar una corriente
apreciable, aunque tenga polaridad directa, hasta que a tensión del
ánodo sea igual o superior que un valor llamado tensión de ruptura
directa, tensión disparo o tensión cableado.

      Cuando se alcanza este valor de disparo Vbo no es fijo, y puede
controlarse por el nivel de la corriente de la puerta (gate). Esta
corriente es del orden de decenas de mA y provee una nueva
dimensión de funcionamiento de este rectificador, en el sentido de
bajos niveles de la corriente de puerta Ig controlan altos niveles de
corriente ando-cátodo. Así , a mayores corrientes de puerta la tensión
cebado disminuye progresivamente.

     En inversa el tiristor se comporta al igual que un diodo
convencional




                                   11
Que es lo que hace que los tiristores sean solo
                        semicontrolados?



         A pesar de las analogías con el transistor, se diferencia que el
transistor tiene un control total sobre las corrientes emisor- colector
gracias a su base de dicho dispositivos, a diferencia con el tiristor que
su control es relativo ya que no existe ningún control después del
momento inicial del disparo. Es preciso, por lo tanto que exista algún
procedimiento de bloqueo del tiristor



                               TRIAC

El TRIAC (“Triodo de corriente alterna”)

 De la familia de los transistores como un tiristor pero bidireccional
de tres terminales. Permite el paso de corriente del terminal A1 al A2 y




viceversa, y puede ser disparado con tensiones de puerta de ambos
signos.

Su estructura interna está compuesta por dos sistemas interruptores,
uno PNPN y otro NPNP, unidos en paralelo ; es decir, similar a la
unión anti paralelo de los tiristores, lo que la ventaja de porder
conducir en ambos sentido


                                   12
Ventajas
      Una de las ventajas de este dispositivo es que es muy compacto,
requiriendo únicamente un único circuito de control, dado que sólo
dispone de un terminal de puerta. Sin embargo, tal y como está
fabricado, es un dispositivo con una capacidad de control de potencia
muy reducida.

     En general está pensado para aplicaciones de pequeña
potencia, con tensiones que no superan los 1000V y corrientes
máximas de 15ª

Aplicaciones del triac:
      El principal empleo del triac es como regulador de potencia
media entregada una carga de corriente alterna. Debido asus
características de conducción bidireccional (es decir, en ambos
sentidos ), solo será ventajoso al tiristor en aquellas cargas que no
requieran rectificación de corriente alterna como por ejemplo en las
lámparas, radiadores eléctricos, etc., o en aquellas que no pueden ser
controladas mediante corriente continua, como el caso de los motores
de corriente alterna

     Existen dos formas básicas de controlar la potencia en un triac.

     1.- por variación del ángulo de conducción

     2.- por paquetes de semiondas a tensión cero




                                  13
DIAC
      Un DIAC (Del inglés Diodo de AC) es un componente de dos
terminales (denominado ánodo 1 y ánodo 2) que tiene la
particularidad, al igual que el triac de conducir en ambos sentidos; así
pues, es también un componente bidireccional. Sin embargo, la
diferencia más apreciable entre el triac y el Diac es que este último no
cuenta con el terminal Gate, que sirve para disparo al Triac el cual solo
conduce hasta que su tensión en los bornes llega a la tensión de

disparo Vbo en cualquiera de los sentidos.




     Aplicaciones del DIAC:
           El DIAC es un componente que rara vez se emplea
trabajando solo. En general, se utiliza para el disparo de TRIACs y
TIRIISTORES.




                                   14
DISPOSITIVOS CONTROLADOS DE
                    POTENCIA.


GTO (“Tiristor con desconexion a puerta”)
      El GTO es un tiristor con capacidad externa de bloqueo. La
puerta permite controlar las dos transiciones: paso de bloqueo a
conducción y viceversa. A través de un impulso de corriente negativa
en la puerta..

              SIMBOLOGIA Y ESTRUCTURA




     LASCR (Fototiristos)
      Al igual que el tiristor cumple el mismo funcionamiento con la
diferencia que en vez de usar un pulso en su puerta, es se activa por
efecto de la luz, de esta misma forma se utiliza el FOTOTRIAC, los
cuales son usados para controlar bajas potencias o para proporción un
aislamiento entre la parte de control y la potencia.




                                 15
TRANSISTORES
     El transistor es un componente por el que circula una cantidad
de corriente entre un terminal denominado colector y otro
denominado emisor, que viene limitada por un tercer terminal, llamado
base.

       En Electrónica de Potencia, los transistores generalmente son
utilizados como interruptores. Los transistores tienen la ventaja de que
son totalmente controlados. Los tipos de transistores utilizados en los
circuitos electrónicos de potencia incluyen los transistores BJT, los
MOSFET y dispositivos híbridos, como por ejemplo, los transistores de
unión bipolar de puerta aislada (IGBT).



     Transistor Bipolar de Potencia (BJT)
     Básicamente se trata de interruptores de potencia controlados por corriente.

            Funcionamiento del Transistor
El transistor se construye a partir de un semiconductor intrínseco, en el
que se delimitan tres zonas con distinto tipo de dopado unidas entre si.
El tipo de dopado de cada región da lugar a dos tipos de transistores
denominados NPN y PNP. Cada una de las regiones dispone de una
conexión con el exterior identificada, respectivamente, con el nombre
de emisor (E), base (B) y colector. Los símbolos para los dos tipos de
transistores son los siguientes




                                      16
Estudiaremos el comportamiento de un NPN, ya que son más
utilizados que el PNP pero tienen ídem explicación .

      Un transistor NPN, los electrones son atraídos del emisor por el
potencial positivo de la base. Esta capa central es suficientemente fina
para que la mayor parte de los portadores tenga energía cinética
suficiente para atravesarla, llegando a la región de transición de J2,
siendo entonces atraídos por el potencial positivo del colector.




           Carateriscas de funcionamiento


Corte: no se inyecta corriente a la base del transistor. Éste se
comporta como un interruptor abierto, que no permite la circulación de
corriente entre colector y emisor.

     Activa: se inyecta corriente a la base del transistor, y éste
soporta una determinada tensión entre colector y emisor. La corriente
de colector es proporcional a la corriente de base, con una constante
de proporcionalidad denominada ganancia del transistor.

      Saturación: se inyecta suficiente corriente a la base para
disminuir la VCE y conseguir que el transistor se comporte como un
interruptor cuasi ideal. La tensión que soporta entre sus terminales es
muy pequeña y depende del transistor.



                                   17
Características de
               funcionamiento y gráficos.


      En Electrónica de Potencia, obviamente, interesa trabajar en la
zona de corte y en la zona de saturación, dado que en la zona activa
se disipa mucha potencia y en consecuencia el rendimiento del
sistema puede llegar a ser muy pequeño




                                  18
MOSFET
(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors)
      Así como podemos decir que el transistor bipolar se controla por
corriente, los MOSFET son transistores controlados por tensión.

Existen dos tipos básicos de MOSFET, los de canal n y los de canal p.




       Principio de funcionamiento y estructura
      Cuando una tensión VGS > 0 es aplicada, el potencial positivo
en la puerta repele los agujeros en la región P, dejando una carga
negativa, pero sin portadores libres. Cuando esta tensión alcanza un
cierto valor umbral (VT), electrones libres (generados principalmente
por efecto térmico) presentes en la región P son atraídos y forman un
canal N dentro de la región P, por el cual se hace posible la circulación
de corriente entre D y S.




                                   19
Zonas de trabajo:


     Corte: La tensión entre la puerta y la fuente es más pequeña
que una determinada tensión umbral (VT), con lo que el dispositivo se
comporta como un interruptor abierto.

      Óhmica: Si la tensión entre la puerta y la fuente (o surtidor) es
suficientemente grande y la tensión entre el drenador y la fuente es
pequeña, el transistor se comporta como un interruptor cerrado,
modelado por una resistencia, denominada RON.

      Saturación: Si el transistor está cerrado pero soporta una
tensión drenador-surtidor elevada, éste se comporta como una fuente
de corriente constante, controlada por la tensión entre la puerta y el
surtidor. La disipación de potencia en este caso puede ser elevada
dado que el producto tensión-corriente es alto.

     En Electrónica de Potencia nos interesa que un MOSFET trabaje
en corte o en óhmica (interruptor abierto o cerrado).




                                   20
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
       El transistor IGBT, de las siglas en inglés “Isolated Gate Bipolar
Transistor”, es un dispositivo híbrido, que aprovecha las ventajas de
los transistores descritos en los apartados anteriores, o sea, el IGBT
reúne la facilidad de disparo de los MOSFET con las pequeñas
pérdidas en conducción de los BJT de potencia. La puerta está aislada
del dispositivo, con lo que se tiene un control por tensión relativamente
sencillo.




    Principio de funcionamiento y estructura
      En términos simplificados se puede analizar el IGBT como un
MOSFET en el cual la región N- tiene su conductividad modulada por
la inyección de portadores minoritarios (agujeros), a partir de la región
P+, una vez que J1
está directamente
polarizada. Esta mayor
conductividad produce
una menor caída de
tensión en comparación
a un MOSFET similar.




                                    21
CONCLUSIÓN




    22
CONCLUSION



En conclusión los dispositivos semiconductores, tiene una amplia
gama de aplicación, mas precisamente los componentes dedicados a
la potencias, los cuales pueden ser controlados, semicontrolados y no
controlados, los cuales conocimos su comportamiento, función y
estructuras. Es de esta forma el por qué son tan útiles en el control de
máquinas, circuito de supervisión, circuito de disparo, circuitos de
potencia y sin olvidar los circuitos de conmutación los cuales son los
fundamentales en el control. De esta forma se entrega una gran
noción de los susodichos, beneficios, y la importancia de los
transistores los cuales fueron los protagonista de la revolución de la
electrónica



Concluimos con la satisfacción de que se cumplieron y propasaron
con creces los objetivos dados en el principio de este informe

.




                                   23
Glosario Técnico.




       24
Glosario Técnico


1. Transistor

   El transistor es un aparato que funciona a base de un dispositivo
   semiconductor que cuenta con tres terminales, los que son
   utilizados como amplificador e interruptor. Una pequeña corriente
   eléctrica, que es aplicada a uno de los terminales, logra controlar
   la corriente entre los dos terminales.

   Los transistores se comportan como parte fundamental de los
   aparatos electrónicos, análogos y digitales. Específicamente, en
   los aparatos electrónicos digitales.




2. Voltaje corte

   Un transistor en corte tiene una corriente de colector (Ic) mínima
   (prácticamente igual a cero) y un voltaje colector emisor (VCE)
   máximo (casi igual al voltaje de alimentación).




3. Voltaje de saturación

   Es el voltaje necesario que se ha de aplicas a la base de un
   transistor con el fin de que se "cierre" y permita que se conecte
   en colector y el emisor. EL transistor es como un interruptor, que
   se activa a colocarle una corriente (voltaje de saturación) en la
   base).




                                25
Glosario Técnico.


  4. Punto Q

     El punto Q es el punto donde se polariza el transistor, de
     acuerdo a una gráfica de la corriente de colector en función de la
     tensión de colector emisor, el punto Q estaría en el medio de una
     pendiente negativa, esto se hace para trabajar el transistor en
     zona lineal y no corte ni sature.

  5. Multímetro

     Es el instrumento que puede medir el amperaje, el voltaje y el
     Ohmeaje obteniendo resultados numéricos digitales. Trabaja
     también con los tipos de corriente.



  6. Resistencia

La resistencia eléctrica, corresponde a la oposición que presenta un
objeto al paso de una corriente eléctrica, parecida al concepto de lo
que conocemos como fricción mecánica para las cosas.



  7. Ganancia: Es una magnitud que expresa la relación entre la
     amplitud de una señal de salida respecto a la señal de entrada




                                   26
BIBLIOGRAFIA




     27
BIBLIOGRAFIA
ELECTRONICA , José Luís Duran- Joan Domingo-Herminio Martínez

Edición 2011




                                   28

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Dispositovos semiconductoresl rojas edicion 2013

  • 1. 2013 Dispositivos Semiconductores Controlados- Semicontrolados – No controlados UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE CHILE ANTOFAGASTA MICHAEL ROJAS TRIGO
  • 2. INDICE I. INTRODUCCIÓN……..……………..……………………..........….2 II. OBJETIVOS………………………….……………………….…..….3 III. MARCO TEORICO…………..................………………..……..…05 IV. QUE ES UN SEMICONDUCTOR…………………………………06 V. DISPOSITIVOS NO CONTROLADOS…...………………………07 VI. DIODO DE POTENCIA…………………………………………….07 VII. COMPORTAMIENTO DE CONDUCCION……………………….09 VIII. TIPOS DE DIODOS…………………………………………………10 IX. DISPOSITIVOS SEMICONTROLADOS………………………….11 X. TIRISTOR O ( S.C.R) ……………………………………………..11 XI. TRIAC………………………………………………………………...12 XII. DIAC………………………………………………………………….14 XIII. DISPOSITIVOS CONTROLADOS………………………………..15 XIV. GTO (TIRISTOR CON DESCONEXION)………………………...15 XV. LASCR (FOTOTIRISTOR)…………………………………………15 XVI. TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)……………………………………16 XVII. MOSFET……………………………………………………………..19 XVIII. IGBT (INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR)…………..21 XIX. CONCLUSIÓN.………...……..……….……………………………22 XX. GLOSARIO TECNICO …………………………………………….24 XXI. BIBLIOGRAFIA………….……….....................................…...….27 1
  • 3. INTRODUCCIÓN . En este informe tiene por temática informar y detallar los semiconductores: controlados, semi –controlados y no controlados; los cuales serán detallado en los ámbitos de estructuras, comportamiento y aplicación . 2
  • 5. OBJETIVOS I. Definir un semi-conductor II. Comprender cada dispositivos III. Detallar su aplicación y beneficio de los dispositivos 4
  • 7. Qué es un semiconductor en la electrónica? Los semiconductores son materiales utilizados en la fabricación de algunos componentes electrónicos, que tienen la propiedad de comportarse como aislantes o como conductores en función de la temperatura a la que se encuentren. Para mejorar las características eléctricas de los semiconductores y hacerlos útiles para más aplicaciones, normalmente no solo son de silicio y germanio, estos denominados puros o intrínsecos, para que haya un mejor conducción se dopan con otros elementos para ser llamados extrínsecos, los cuales pueden ser de tipo P o N las cuales dan vida a los distintos dispositivos electrónicos y aplicaciones, las cuales estudiaremos más adelante, en el informe. Que dispositivos semiconductores existen? 1. Dispositivos no controlados: en este grupo se encuentran los Diodos. Los estados de conducción (ON) y bloqueo (OFF) dependen del circuito de potencia. 2. Dispositivos semicontrolados: en este grupo se encuentran, los SCR (“Silicon Controlled Rectifier”) y los TRIAC (“Triode of Alternating Current”). En éste caso su puesta en conducción (paso de OFF a ON) se debe a una señal de control externa que se aplica en uno de los terminales del dispositivo. Por otro lado, su bloqueo (paso de ON a OFF) lo determina el propio circuito de potencia. 3. Dispositivos totalmente controlados: en este grupo encontramos los transistores bipolares BJT (“Bipolar Junction Transistor”), los transistores de efecto de campo MOSFET (“Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”), los transistores bipolares de puerta aislada IGBT (“Insulated Gate Bipolar Transistor”) y los tiristores GTO (“Gate Turn-Off Thyristor”), entre otros. 6
  • 8. DISPOSITIVOS NO CONTROLADOS DIODO DE POTENCIA: Un diodo semiconductor es una estructura P-N que, dentro de sus límites de tensión y corriente, permite la circulación de corriente en un único sentido. Caracterizados por un área mayor (para permitir mayores corrientes) y mayor longitud (para soportar tensiones inversas más elevadas). Como se observa en la figura, la región intermedia tipo N es menos dopada que la del extremo la cual tiene por objetivo, soportar mayores corrientes inversas y generar una mayor caída de tensión, esta es la diferencia respecto al Diodo de señal. 7
  • 9. GRAFICO La figura siguiente muestra el símbolo y la característica estática corriente-tensión de un diodo de potencia. La tensión VF que se indica en la curva estática corriente-tensión se refiere a la caída de tensión cuando el diodo está conduciendo (polarización directa). Para diodos de potencia, ésta tensión de caída en conducción directa oscila aproximadamente entre 1 y 2 Volts. 8
  • 10. COMPORTAMIENTO DE CONDUCCION DEL DIODO DE POTENCIA Conducción Inversa: El paso de conducción a bloqueo no se efectúa instantáneamente. Cuando el diodo conduce una corriente I en polarización directa, la zona central de la unión está saturada de portadores mayoritarios, y aunque un circuito externo fuerce la anulación de la corriente aplicándole una tensión inversa, cuando la corriente pasa por cero aún existe una cantidad de portadores que cambian su sentido de movimiento y permiten la conducción de una corriente inversa durante un tiempo, denominado tiempo de recuperación inverso (trr). Conducción Directa: Es otro fenómeno de retardo de menor importancia que el anterior, cuando el diodo pasa de bloqueo a conducción, el cual sufre esta demora por la resistencia que creo el diodo a través de los portadores minoritarios los cuales decrecen hasta poder conducir el diodo Nota: Gracias a esta información se hace noción la diferencia de los diodos de señal con respectos a los de potencia, los cuales su ruptura es alrededor de los kiloampers y tienen mayor soporta contra altas corrientes inversas 9
  • 11. Tipos de diodos según aplicación y uso: Diodos Schottky: Se utilizan cuando se necesita una caída de tensión directa muy pequeña (0,3 V típicos) para circuitos con tensiones reducidas de salida. No soportan Dispositivos de Electrónica de Potencia tensiones inversas superiores a 50 – 100 V Diodos de recuperación rápida: Son adecuados en circuitos de frecuencia elevada en combinación con interruptores controlables, donde se necesitan tiempos de recuperación pequeños. Para unos niveles de potencia de varios cientos de voltios y varios cientos de amperios, estos diodos poseen un tiempo de recuperación inversas (trr) de pocos nanosegundos. Diodos rectificadores o de frecuencia de línea: La tensión en el estado de conducción (ON) de estos diodos es la más pequeña posible, y como consecuencia tienen un trr grande, el cual es únicamente aceptable en aplicaciones de la frecuencia de línea.Estos diodos son capaces de bloquear varios kilovoltios y conducir varios kiloamperios. Se pueden conectar en serie y/o paralelo para satisfacer cualquier rango de tensión o de corriente. 10
  • 12. Dispositivos Semicontrolados TIRISTOR o SCR: Es un componente electrónico constituido por elementos semiconductores que utiliza realimentación interna para producir una conmutación. Se emplea generalmente para el control de la potencia eléctrica . Detalles. El nombre de Tiristor proviene de la palabra griega “ηθνρα”, que significa “una puerta”. El tiristor engloba una familia de dispositivos semiconductores que trabajan en conmutación, teniendo en común una estructura de cuatro capas semiconductoras en una secuencia P- N-P-N, la cual presenta un funcionamiento biestable (dos estados estables). Comportamiento: El SCR difiere del diodo en que no deja pasar una corriente apreciable, aunque tenga polaridad directa, hasta que a tensión del ánodo sea igual o superior que un valor llamado tensión de ruptura directa, tensión disparo o tensión cableado. Cuando se alcanza este valor de disparo Vbo no es fijo, y puede controlarse por el nivel de la corriente de la puerta (gate). Esta corriente es del orden de decenas de mA y provee una nueva dimensión de funcionamiento de este rectificador, en el sentido de bajos niveles de la corriente de puerta Ig controlan altos niveles de corriente ando-cátodo. Así , a mayores corrientes de puerta la tensión cebado disminuye progresivamente. En inversa el tiristor se comporta al igual que un diodo convencional 11
  • 13. Que es lo que hace que los tiristores sean solo semicontrolados? A pesar de las analogías con el transistor, se diferencia que el transistor tiene un control total sobre las corrientes emisor- colector gracias a su base de dicho dispositivos, a diferencia con el tiristor que su control es relativo ya que no existe ningún control después del momento inicial del disparo. Es preciso, por lo tanto que exista algún procedimiento de bloqueo del tiristor TRIAC El TRIAC (“Triodo de corriente alterna”) De la familia de los transistores como un tiristor pero bidireccional de tres terminales. Permite el paso de corriente del terminal A1 al A2 y viceversa, y puede ser disparado con tensiones de puerta de ambos signos. Su estructura interna está compuesta por dos sistemas interruptores, uno PNPN y otro NPNP, unidos en paralelo ; es decir, similar a la unión anti paralelo de los tiristores, lo que la ventaja de porder conducir en ambos sentido 12
  • 14. Ventajas Una de las ventajas de este dispositivo es que es muy compacto, requiriendo únicamente un único circuito de control, dado que sólo dispone de un terminal de puerta. Sin embargo, tal y como está fabricado, es un dispositivo con una capacidad de control de potencia muy reducida. En general está pensado para aplicaciones de pequeña potencia, con tensiones que no superan los 1000V y corrientes máximas de 15ª Aplicaciones del triac: El principal empleo del triac es como regulador de potencia media entregada una carga de corriente alterna. Debido asus características de conducción bidireccional (es decir, en ambos sentidos ), solo será ventajoso al tiristor en aquellas cargas que no requieran rectificación de corriente alterna como por ejemplo en las lámparas, radiadores eléctricos, etc., o en aquellas que no pueden ser controladas mediante corriente continua, como el caso de los motores de corriente alterna Existen dos formas básicas de controlar la potencia en un triac. 1.- por variación del ángulo de conducción 2.- por paquetes de semiondas a tensión cero 13
  • 15. DIAC Un DIAC (Del inglés Diodo de AC) es un componente de dos terminales (denominado ánodo 1 y ánodo 2) que tiene la particularidad, al igual que el triac de conducir en ambos sentidos; así pues, es también un componente bidireccional. Sin embargo, la diferencia más apreciable entre el triac y el Diac es que este último no cuenta con el terminal Gate, que sirve para disparo al Triac el cual solo conduce hasta que su tensión en los bornes llega a la tensión de disparo Vbo en cualquiera de los sentidos. Aplicaciones del DIAC: El DIAC es un componente que rara vez se emplea trabajando solo. En general, se utiliza para el disparo de TRIACs y TIRIISTORES. 14
  • 16. DISPOSITIVOS CONTROLADOS DE POTENCIA. GTO (“Tiristor con desconexion a puerta”) El GTO es un tiristor con capacidad externa de bloqueo. La puerta permite controlar las dos transiciones: paso de bloqueo a conducción y viceversa. A través de un impulso de corriente negativa en la puerta.. SIMBOLOGIA Y ESTRUCTURA LASCR (Fototiristos) Al igual que el tiristor cumple el mismo funcionamiento con la diferencia que en vez de usar un pulso en su puerta, es se activa por efecto de la luz, de esta misma forma se utiliza el FOTOTRIAC, los cuales son usados para controlar bajas potencias o para proporción un aislamiento entre la parte de control y la potencia. 15
  • 17. TRANSISTORES El transistor es un componente por el que circula una cantidad de corriente entre un terminal denominado colector y otro denominado emisor, que viene limitada por un tercer terminal, llamado base. En Electrónica de Potencia, los transistores generalmente son utilizados como interruptores. Los transistores tienen la ventaja de que son totalmente controlados. Los tipos de transistores utilizados en los circuitos electrónicos de potencia incluyen los transistores BJT, los MOSFET y dispositivos híbridos, como por ejemplo, los transistores de unión bipolar de puerta aislada (IGBT). Transistor Bipolar de Potencia (BJT) Básicamente se trata de interruptores de potencia controlados por corriente. Funcionamiento del Transistor El transistor se construye a partir de un semiconductor intrínseco, en el que se delimitan tres zonas con distinto tipo de dopado unidas entre si. El tipo de dopado de cada región da lugar a dos tipos de transistores denominados NPN y PNP. Cada una de las regiones dispone de una conexión con el exterior identificada, respectivamente, con el nombre de emisor (E), base (B) y colector. Los símbolos para los dos tipos de transistores son los siguientes 16
  • 18. Estudiaremos el comportamiento de un NPN, ya que son más utilizados que el PNP pero tienen ídem explicación . Un transistor NPN, los electrones son atraídos del emisor por el potencial positivo de la base. Esta capa central es suficientemente fina para que la mayor parte de los portadores tenga energía cinética suficiente para atravesarla, llegando a la región de transición de J2, siendo entonces atraídos por el potencial positivo del colector. Carateriscas de funcionamiento Corte: no se inyecta corriente a la base del transistor. Éste se comporta como un interruptor abierto, que no permite la circulación de corriente entre colector y emisor. Activa: se inyecta corriente a la base del transistor, y éste soporta una determinada tensión entre colector y emisor. La corriente de colector es proporcional a la corriente de base, con una constante de proporcionalidad denominada ganancia del transistor. Saturación: se inyecta suficiente corriente a la base para disminuir la VCE y conseguir que el transistor se comporte como un interruptor cuasi ideal. La tensión que soporta entre sus terminales es muy pequeña y depende del transistor. 17
  • 19. Características de funcionamiento y gráficos. En Electrónica de Potencia, obviamente, interesa trabajar en la zona de corte y en la zona de saturación, dado que en la zona activa se disipa mucha potencia y en consecuencia el rendimiento del sistema puede llegar a ser muy pequeño 18
  • 20. MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors) Así como podemos decir que el transistor bipolar se controla por corriente, los MOSFET son transistores controlados por tensión. Existen dos tipos básicos de MOSFET, los de canal n y los de canal p. Principio de funcionamiento y estructura Cuando una tensión VGS > 0 es aplicada, el potencial positivo en la puerta repele los agujeros en la región P, dejando una carga negativa, pero sin portadores libres. Cuando esta tensión alcanza un cierto valor umbral (VT), electrones libres (generados principalmente por efecto térmico) presentes en la región P son atraídos y forman un canal N dentro de la región P, por el cual se hace posible la circulación de corriente entre D y S. 19
  • 21. Zonas de trabajo: Corte: La tensión entre la puerta y la fuente es más pequeña que una determinada tensión umbral (VT), con lo que el dispositivo se comporta como un interruptor abierto. Óhmica: Si la tensión entre la puerta y la fuente (o surtidor) es suficientemente grande y la tensión entre el drenador y la fuente es pequeña, el transistor se comporta como un interruptor cerrado, modelado por una resistencia, denominada RON. Saturación: Si el transistor está cerrado pero soporta una tensión drenador-surtidor elevada, éste se comporta como una fuente de corriente constante, controlada por la tensión entre la puerta y el surtidor. La disipación de potencia en este caso puede ser elevada dado que el producto tensión-corriente es alto. En Electrónica de Potencia nos interesa que un MOSFET trabaje en corte o en óhmica (interruptor abierto o cerrado). 20
  • 22. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) El transistor IGBT, de las siglas en inglés “Isolated Gate Bipolar Transistor”, es un dispositivo híbrido, que aprovecha las ventajas de los transistores descritos en los apartados anteriores, o sea, el IGBT reúne la facilidad de disparo de los MOSFET con las pequeñas pérdidas en conducción de los BJT de potencia. La puerta está aislada del dispositivo, con lo que se tiene un control por tensión relativamente sencillo. Principio de funcionamiento y estructura En términos simplificados se puede analizar el IGBT como un MOSFET en el cual la región N- tiene su conductividad modulada por la inyección de portadores minoritarios (agujeros), a partir de la región P+, una vez que J1 está directamente polarizada. Esta mayor conductividad produce una menor caída de tensión en comparación a un MOSFET similar. 21
  • 24. CONCLUSION En conclusión los dispositivos semiconductores, tiene una amplia gama de aplicación, mas precisamente los componentes dedicados a la potencias, los cuales pueden ser controlados, semicontrolados y no controlados, los cuales conocimos su comportamiento, función y estructuras. Es de esta forma el por qué son tan útiles en el control de máquinas, circuito de supervisión, circuito de disparo, circuitos de potencia y sin olvidar los circuitos de conmutación los cuales son los fundamentales en el control. De esta forma se entrega una gran noción de los susodichos, beneficios, y la importancia de los transistores los cuales fueron los protagonista de la revolución de la electrónica Concluimos con la satisfacción de que se cumplieron y propasaron con creces los objetivos dados en el principio de este informe . 23
  • 26. Glosario Técnico 1. Transistor El transistor es un aparato que funciona a base de un dispositivo semiconductor que cuenta con tres terminales, los que son utilizados como amplificador e interruptor. Una pequeña corriente eléctrica, que es aplicada a uno de los terminales, logra controlar la corriente entre los dos terminales. Los transistores se comportan como parte fundamental de los aparatos electrónicos, análogos y digitales. Específicamente, en los aparatos electrónicos digitales. 2. Voltaje corte Un transistor en corte tiene una corriente de colector (Ic) mínima (prácticamente igual a cero) y un voltaje colector emisor (VCE) máximo (casi igual al voltaje de alimentación). 3. Voltaje de saturación Es el voltaje necesario que se ha de aplicas a la base de un transistor con el fin de que se "cierre" y permita que se conecte en colector y el emisor. EL transistor es como un interruptor, que se activa a colocarle una corriente (voltaje de saturación) en la base). 25
  • 27. Glosario Técnico. 4. Punto Q El punto Q es el punto donde se polariza el transistor, de acuerdo a una gráfica de la corriente de colector en función de la tensión de colector emisor, el punto Q estaría en el medio de una pendiente negativa, esto se hace para trabajar el transistor en zona lineal y no corte ni sature. 5. Multímetro Es el instrumento que puede medir el amperaje, el voltaje y el Ohmeaje obteniendo resultados numéricos digitales. Trabaja también con los tipos de corriente. 6. Resistencia La resistencia eléctrica, corresponde a la oposición que presenta un objeto al paso de una corriente eléctrica, parecida al concepto de lo que conocemos como fricción mecánica para las cosas. 7. Ganancia: Es una magnitud que expresa la relación entre la amplitud de una señal de salida respecto a la señal de entrada 26
  • 29. BIBLIOGRAFIA ELECTRONICA , José Luís Duran- Joan Domingo-Herminio Martínez Edición 2011 28