Parámetros de los semiconductores de potenciaLuis Zhunio
Haremos un análisis de los elementos semiconductores
de potencia los cuales serán útiles en la aplicacion
de electrónica de potencia, además se analizará los posibles
parámetros que afecten el comportamiento de cada elemento.
Los semiconductores de potencia son los que se encargarán del
manejo de la energía electrica como control y conversión de esta.
Parámetros de los semiconductores de potenciaLuis Zhunio
Haremos un análisis de los elementos semiconductores
de potencia los cuales serán útiles en la aplicacion
de electrónica de potencia, además se analizará los posibles
parámetros que afecten el comportamiento de cada elemento.
Los semiconductores de potencia son los que se encargarán del
manejo de la energía electrica como control y conversión de esta.
Colegio Vocacional Monseñor Sanabria
Dpto. de Electrotecnia
Profesor Luis Fernando Corrales
Control de máquinas eléctricas
Hellen Montero Romero
11-7
Quinto año
CATÁLOGO DE DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
Es un diagrama para La asistencia técnica o apoyo técnico es brindada por las compañías para que sus clientes puedan hacer uso de sus productos o servicios de la manera en que fueron puestos a la venta.
(PROYECTO) Límites entre el Arte, los Medios de Comunicación y la Informáticavazquezgarciajesusma
En este proyecto de investigación nos adentraremos en el fascinante mundo de la intersección entre el arte y los medios de comunicación en el campo de la informática.
La rápida evolución de la tecnología ha llevado a una fusión cada vez más estrecha entre el arte y los medios digitales, generando nuevas formas de expresión y comunicación.
Continuando con el desarrollo de nuestro proyecto haremos uso del método inductivo porque organizamos nuestra investigación a la particular a lo general. El diseño metodológico del trabajo es no experimental y transversal ya que no existe manipulación deliberada de las variables ni de la situación, si no que se observa los fundamental y como se dan en su contestó natural para después analizarlos.
El diseño es transversal porque los datos se recolectan en un solo momento y su propósito es describir variables y analizar su interrelación, solo se desea saber la incidencia y el valor de uno o más variables, el diseño será descriptivo porque se requiere establecer relación entre dos o más de estás.
Mediante una encuesta recopilamos la información de este proyecto los alumnos tengan conocimiento de la evolución del arte y los medios de comunicación en la información y su importancia para la institución.
3Redu: Responsabilidad, Resiliencia y Respetocdraco
¡Hola! Somos 3Redu, conformados por Juan Camilo y Cristian. Entendemos las dificultades que enfrentan muchos estudiantes al tratar de comprender conceptos matemáticos. Nuestro objetivo es brindar una solución inclusiva y accesible para todos.
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
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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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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.
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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).
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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
.
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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).
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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
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