Este documento presenta una unidad sobre tiristores. Explica las características y parámetros de tiristores como el SCR y el TRIAC. Describe cómo funcionan estos dispositivos semiconductores y cómo se pueden usar para controlar grandes corrientes en aplicaciones de potencia como motores. También cubre temas como la activación, desactivación, protección contra dv/dt y circuitos de control de compuerta de tiristores.

1. Electrónica de potencia aplicada
Ingeniería Mecatrónica
Dr. Antonio Navarrete Guzmán
anavarrete@ittepic.edu.mx

2. Unidad 2.
Tiristores
Unidad 2. Tiristores.
1. Características y parámetros.
2. Rectificador controlado de silicio (SCR).
3. TRIAC.
4. DIAC.
5. UJT.
6. Circuitos de descarga.
7. Control de fase.
8. Relevadores de estado sólido.
9. Aplicaciones en sistema mecatrónicos.
10. Control de un motor de c.a. polifásicos.
11. Módulos de potencia para control de motores.
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3. Unidad 2.
Tiristores
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4. Unidad 2.
Tiristores
Tiristores
Un tiristor es un dispositivo semiconductor que utiliza realimentación interna
para producir un nuevo tipo de conmutación. Los tiristores mas importantes
son los rectificadores controlados de silicio (SCR: Silicon Controlled Rectifier)
y el triac. A1 igual que los FET de potencia, el SCR y el triac pueden
conmutar grandes corrientes. Por ello, la principal aplicación de estos
dispositivos es el control de grandes corrientes de carga para motores,
calentadores, sistemas de iluminación y otras cargas semejantes.
El funcionamiento del tiristor se puede explicar mediante el circuito
equivalente que se ve en la Figura ??. Obsérvese que el transistor superior,
Q1, es un dispositivo pnp, y el inferior, Q2, es un dispositivo npn. El colector
de Ql excita la base de Q2, y el de Q2 lo hace con la base de Q1.
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5. Unidad 2.
Tiristores Un tiristor es un dispositivo semiconductor de cuatro
capas de estructura pnpn con tres uniones pn. Tiene tres
terminales: ánodo, cátodo y compuerta. El símbolo del
tiristor y una sección recta de tres uniones pn
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6. Unidad 2.
Tiristores
La compuerta de un SCR está conectada a la base de
un transistor interno, se necesitan al menos 0.7 V para
disparar un SCR.
Las hojas de datos indican esta tensión como tensión de
disparo, VGT .
Asi mismo indican la corriente de disparo, IGT .
Ejemplo, la hoja de caracteristicas de un C106D da una
tensión y una corriente de disparo de
VGT = 0,6 V
IGT = 15 µA
lo que significa que la fuente que alimenta la compuerta
del C106D tiene que proporcionar 15 µ A a 0.6 V para
activar el SCR.
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7. Unidad 2.
Tiristores
Tensión de entrada
Un SCR tiene una tensión de compuerta VG mayor que VGT , por lo
tanto el SCR conducirá y la tensión de salida caerá desde +Vcc a un
valor bajo.
La tensión de entrada que se necesita para disparar un SCR tiene
que,ser mayor que:
Vin = VGT + IGT RG (1)
VGT e IGT son la tensión y corriente de disparo necesarias para la
compuerta del dispositivo.
Cuando se tiene el valor de RG el cálculo de Vin, es directo. Si no se
satisface la ecuación , el SCR no se puede cerrar.
Estos valores se encuentran en las hojas de características.
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8. Unidad 2.
Tiristores
Activación del tiristor
Un tiristor se activa incrementando la corriente del ánodo. Esto se puede llevar
a cabo mediante una de las siguientes formas
1. Térmica. Si la temperatura de un tiristor es alta, habrá un aumento en el
número de pares electrón-hueco, lo que aumentará las corrientes de fuga.
Este tipo de activación puede causar una fuga térmica que por lo general se
evita.
2. Luz. Si se permite que la luz llegue a las uniones de un tiristor, aumentarán
los pares electrón-hueco pudiéndose activar el tiristor. La activación de
tiristores por luz se logra al permitir que ésta llegue a los discos de silicio.
3. Alto voltaje. Si el voltaje directo ánodo cátodo es mayor que el voltaje de
ruptura directo, fluirá una corriente de fuga suficiente para iniciar una
activación regenerativa. Este ripo de activación puede resultar destructiva por
lo que se debe evitar.
4. dv/dt. Si la velocidad de elevación del voltaje ánodo-cátodo es alta, la
corriente de carga de las uniones capacitivas puede ser suficiente para
activar el tiristor. Un valor alto de corriente de carga puede dañar el tiristor;
por lo que el dispositivo debe protegerse contra dv/dt alto. Los fabricantes
especifican el dv/dt máximo permisible de los tiristores.
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9. Unidad 2.
Tiristores
Se deben de tomar en cuenta los siguientes puntos en el
diseño de un circuito de control de compuerta:
La señal de compuerta debe de eliminarse después de
activarse el tiristor. Una señal continua de compuerta
aumentaría la pérdida de potencia en la unión de la
compuerta.
Mientras el tiristor esté con polarización inversa, no
debe haber señal de compuerta; de lo contrario, el
tiristor puede fallar debido a una corriente de fuga
incrementada.
El ancho de pulso de la compuerta tG debe ser mayor
que el tiempo requerido para que la corriente del ánodo
se eleve al valor de corriente de mantenimiento IH. En la
práctica, el ancho del pulso tG por lo general se diseña
mayor que el tiempo de activación ton del tiristor.
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10. Unidad 2.
Tiristores
Desactivación del Tiristor
Después de que el SCR se ha activado permanece así incluso
aunque se reduzca Vin, a cero. En este caso, la tensión de salida se
mantiene baja indefinidamente.
La única forma de reiniciar el SCR consiste en reducir su corriente a
un valor menor que la corriente de mantenimiento IH ; esto se hace
normalmente reduciendo Vcc a un valor bajo.
Como la comente de mantenimiento circula a través de la resistencia
de carga, la tensión de alimentación para que el SCR conduzca
tiene que ser menor que
Vcc = 0,7 V + IH RL
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11. Unidad 2.
Tiristores
Problema
Tiene un voltaje de disparo de 0.75 V y una corriente de disparo 7 mA.
¿Cual es la tensión de entrada que cierre al SCR?.
Si la corriente de mantenimiento es de 6 mA, ¿Cuanto vale la tensión de
alimentación que lo abre?
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12. Unidad 2.
Tiristores
Problema
Tiene un voltaje de disparo de 0.75 V y una corriente de disparo 7 mA.
¿Cual es la tensión de entrada que cierre al SCR?.
Si la corriente de mantenimiento es de 6 mA, ¿Cuanto vale la tensión de
alimentación que lo abre?
La mínima tensión de entrada necesaria para disparar el SCR es
Vi n = 0,75 V + (7 mA)(1 kΩ) = 7,75 V
la tensión de alimentación que abre el SCR:
Vcc = 0,7 + (6 mA)(100 Ω) = 1,3 V
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13. Unidad 2.
Tiristores
Protección contra dv/dt
Si el interruptor S1 se cierra en t = 0, se aplicará un escalón de voltaje
a través del tiristor T1 por lo que dv/dt puede ser lo suficientemente
alto para activar el dispositivo. El dv/dt se puede eliminar conectando
el capacitor Cs.
Cuando el tiristor T1 se active la corriente de descarga del capacitor
estará limitada por el resistor Rs.
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14. Unidad 2.
Tiristores
Implementando una red snubber, el voltaje a través del tiristor
se elevará en forma exponencial, como se muestra en la figura,
y el circuito dv/dt puede encontrarse aproximadamente a partir
de
dv
dt
=
0,632Vs
τ
=
0,632Vs
RsCs
El valor de la constante de tiempo de la red snubber τ se
puede determinar de la ecuación anterior a partir de un valor
conocido dv/dt, y proponiendo un valor de capacitor, por lo
general 22nF.
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15. Unidad 2.
Tiristores
Es posible utilizar más de una resistencia para dv/dt, (R1 + R2) limita
la corriente de descarga, de modo que
dv
dt
=
0,632Vs
τ
=
0,632Vs
(R1 + R2)Cs
Si la inductancia de la carga es alta:
Rs puede ser alto y Cs puede ser pequeño, para retener el valor
deseado de la relación de amortiguación.
Un valor alto de Rs reducirá la corriente de descarga y un valor bajo
de Cs reducirá la pérdida del circuito snubber.
Se utilizan tanto para la protección dv/dt como para suprimir el voltaje
transitorio debido al tiempo de recuperación inversa.
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16. Unidad 2.
Tiristores
El SCR como interruptor
La carga se protege por medio del diodo zener, la resistencia y
el SCR.
En condiciones normales, Vcc es inferior a la tensión de ruptura
del diodo zener.
En este caso, no hay tensión a través de R y el SCR
permanece abierto.
La carga recibe una tensión de Vcc y no se tiene ningún
problema.
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17. Unidad 2.
Tiristores
Si Vcc es demasiado grande, el diodo zener conduce y aparece una
tensión a través de R.
Si esta tensión es mayor que la tensión de disparo del SCR
(generalmente 0.7 V), el SCR se activará y conducirá.
La acción es similar a cortocircuitar los terminales de carga.
Debido a que el SCR entra en conducción muy rápido, la carga se
protege rápidamente contra daños ocasionados por una gran
sobretensión. La sobretensión que dispara el SCR es:
Vcc = Vz + VGT
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18. Unidad 2.
Tiristores
Circuitos de control de compuerta
El circuito típico de control de compuerta mas simple o circuito de
disparo, se muestra en la figura.
Si la fuente es ac,el funcionamiento es la siguiente:
1 Cuando SW está abierto, no hay circulación de corriente hacia la
compuerta. El SCR no pasa ha conducción de modo que es un corto
circuito abierto en serie con la carga. Por lo tanto, la carga está
desenergizada.
2 Se cierra SW habrá corriente hacía la puerta cuando la fuente de
voltaje sea positiva. El ángulo de disparo está determinado por la
posición de R2.
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19. Unidad 2.
Tiristores
Si R2 es baja, la corriente de compuerta será lo suficientemente
grande para activar el SCR cuando la magnitud de la fuente de
voltaje sea bajo.
Por tanto, el ángulo de disparo será pequeño y la magnitud del
promedio de la corriente por la carga sera grande.
Si R2 es alta, la fuente de voltaje debe subir a un valor alto para
poder entregar suficiente corriente de compuerta para alimentar el
SCR.
Esto aumenta el ángulo de disparo y reduce la magnitud del
promedio de la corriente de carga.
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20. Unidad 2.
Tiristores
El propósito de R1 es el de mantener algún valor fijo de resistencia
en el terminal en caso que R2 sea puesta en cero. Esto es necesario
para proteger la compuerta de sobrecorrientes.
R1 determina también el mínimo ángulo de disparo. En algunos
casos se inserta un diodo en serie con la puerta para proteger la
unión compuerta-cátodo.
Una desventaja de este circuito de disparo simple es que el ángulo
de disparo puede ajustarse solamente de 0◦
a 90◦
.
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21. Unidad 2.
Tiristores
La corriente de compuerta tiende a ser una onda senoidal en fase con
el voltaje. IG apenas si alcanza a IGT , la corriente de compuerta
necesaria para activar el SCR. Bajo esta circunstancia el SCR se
activa a los 90◦
del ciclo. Por tanto, ángulos de disparo mayores a 90◦
no son posibles con este circuito de control de compuerta.
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22. Unidad 2.
Tiristores
ejercicio
Considerando un circuito de control y el voltaje de la
fuente es 115 Vrms, IGT = 15 mA, y R1 = 3 KΩ. Se
desea un ángulo de disparo de 90◦. ¿A que valor se
debe ajustar R2?.
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23. Unidad 2.
Tiristores
ejercicio
Considerando un circuito de control y el voltaje de la
fuente es 115 Vrms, IGT = 15 mA, y R1 = 3 KΩ. Se
desea un ángulo de disparo de 90◦. ¿A que valor se
debe ajustar R2?.
Solución: A 90◦, el valor instantaneo del voltaje de la
fuente es: Vrms = 1
√
2
Vp entonces (115)(
√
2) = 162 V
Despreciando la caída de voltaje en la carga y los 0,7 V
que caen en la unión compuerta-cátodo(despreciables a
162 V), la resistencia del circuito es:
162
15 mA
= 10,8 KΩ
Por tanto,
R2 = 10,8 − 3 = 7,8 KΩ
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24. Unidad 2.
Tiristores
Retardos en el disparo usando capacitores
Adicionando un capacitor en el extremo inferior de la resistencia del
terminal de compuerta. La ventaja es que el ángulo de disparo puede
ajustarse a más de 90◦
.
La fuente ac es negativa, el voltaje inverso a través del SCR es
aplicado al circuito de disparo RC, cargando a C.
La fuente entra en su ciclo positivo, el voltaje directo a través del
SCR tiende a cargar C en la polaridad opuesta.
La formación de voltaje en la dirección opuesta es retardada hasta
cuando la carga negativa sea removida de C.
Con esto se puede extender mas allá de 90◦
.
Cuanto mayor sea la magnitud de la resistencia del potenciómetro,
mas tiempo toma en cargar C, y mas tarde se alimentará el SCR.
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25. Unidad 2.
Tiristores
Si se ha añade una resistencia en la terminal de
compuerta y se requiere por tanto que C se cargue por
encima de 0.7 V para disparar al SCR. Dado que C ahora
se carga a un voltaje mas alto, el disparo es aún mas
retardado.
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26. Unidad 2.
Tiristores
Una red RC doble para el control de compuerta, el voltaje retardado
de C1 es utilizado para cargar C2, resultando aún más retardo en la
formación del voltaje de compuerta.
Los capacitores estan en el rango de 0,01 a 1µF.
El mínimo ángulo de disparo, se determina por medio de las
resistencias R1 y R3 y el máximo ángulo de disparo, se determina
por la magnitud de la resistencia variable R2.
La constante de tiempo RC de un circuito a 60 Hz debe estar en el
rango de 1 a 30 ms. Es decir el producto (R1 + R2)C debe estar en
el rango 1 × 10−3
a 30 × 10−3
lo mismo que R3C2
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27. Unidad 2.
Tiristores
Suponga que para el circuito de control de red doble y se
ha decidido utilizar los capacitores C1 = 0,068µFy
C2 = 0,033µF. Determine
R1, R2 y R3.
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28. Unidad 2.
Tiristores
Suponga que para el circuito de control de red doble y se
ha decidido utilizar los capacitores C1 = 0,068µFy
C2 = 0,033µF. Determine
R1, R2 y R3.
Solución: (R1 + R2)C = 2 × 10−3tiempo
mínimo= (R1 + 0)(0,068µ) = 2 × 10−3 = 29,4 KΩ
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29. Unidad 2.
Tiristores
Suponga que para el circuito de control de red doble y se
ha decidido utilizar los capacitores C1 = 0,068µFy
C2 = 0,033µF. Determine
R1, R2 y R3.
Solución: (R1 + R2)C = 2 × 10−3tiempo
mínimo= (R1 + 0)(0,068µ) = 2 × 10−3 = 29,4 KΩ
(R1 + R2)C = 25 × 10−3tiempo
máximo= (R2+29,4K Ω)(0,068µ) = 25×10−3 = 340 KΩ
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30. Unidad 2.
Tiristores
Suponga que para el circuito de control de red doble y se
ha decidido utilizar los capacitores C1 = 0,068µFy
C2 = 0,033µF. Determine
R1, R2 y R3.
Solución: (R1 + R2)C = 2 × 10−3tiempo
mínimo= (R1 + 0)(0,068µ) = 2 × 10−3 = 29,4 KΩ
(R1 + R2)C = 25 × 10−3tiempo
máximo= (R2+29,4K Ω)(0,068µ) = 25×10−3 = 340 KΩ
R3C2 debe ser cercana al menor valor del rango de
ajuste
R3(0,033µ) = 5 × 10−3
= 150 KΩ
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31. Unidad 2.
Tiristores
El TRIAC
El comportamiento de los TRIACs es semejante al de
los SCRs, con la excepción que pueden conducir en
cualquiera de las dos direcciónes.
Es un dispositivo de tres terminales utilizado para
controlar el valor promedio de la corriente que fluye a
una carga.
El símbolo esquemático de un triac se muestra, junto
con los nombres y abreviaturas de sus terminales.
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32. Unidad 2.
Tiristores
Cuando el triac es bloqueado, no puede fluir corriente
entre sus terminales principales independiente de la
polaridad de la fuente externa aplicada. Por tanto, el
triac actúa como un interruptor abierto.
Cuando el triac es llevado a conducción, presenta una
resistencia muy baja al paso de la corriente en el camino
de un terminal principal al otro, donde el sentido del flujo
depende de la polaridad de la fuente externa aplicada.
Cuando el voltaje es mas positivo en MT2, la corriente
fluye de MT2 a MT1. Cuando el voltaje es mas positivo
en MT1, la corriente fluye de MT1 a MT2. En cualquier
caso el triac actúa como un interruptor cerrado.
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33. Unidad 2.
Tiristores El triac esta conectado en serie con la carga al igual que un SCR.
El valor promedio de la corriente que se entrega a la carga puede
afectarse variando la cantidad de tiempo por ciclo que el triac
permanece en estado de conducción.
Un triac no esta limitado a 180◦
de conducción por ciclo. Con el
adecuado arreglo de disparo, puede conducir por la totalidad de los
360◦
por ciclo.
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34. Unidad 2.
Tiristores
La forma de onda de la figura 1 muestra al triac en corte
durante los primeros 30◦ de cada semiciclo; durante
estos 30◦ el triac esta actuando como un interruptor
abierto.
Durante este tiempo la totalidad del voltaje de línea cae
a través de las terminales principales del triac y no se
aplica voltaje a la carga.
Entonces no hay flujo de corriente por el triac o por la
carga. La porción del semiciclo durante el cual existe
esta situación se denomina ángulo de disparo.
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35. Unidad 2.
Tiristores
Después de transcurridos los 30◦, el triac conduce, y
actúa como un interruptor cerrado.
La porción del semiciclo durante la cual el triac está en
conducción se denomina ángulo de conducción.
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36. Unidad 2.
Tiristores
Características eléctricas de los triacs
Cuando un triac está polarizado con un voltaje externo mas
postivo en MT2 (directa o polarización de terminal principal
positivo), generalmente se dispara por una corriente que fluye
de la puerta a MT1.
Cuando está polarizad, el disparo del triac es idéntico al
disparo de un SCR. El terminal G es positivo con respecto a
MT1, lo cual hace que la corriente de disparo fluya hacia el
dispositivo por el terminal MT1.
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37. Unidad 2.
Tiristores
El voltaje de compuerta necesario para disparar el triac
está simbolizado por VGT .
La corriente de compuerta necesaria para el disparo
está simbolizada por IGT .
La mayoría de los triacs de mediana potencia tienen un
VGT del orden de 0.6 V a 2.0 V y una IGT de 0.1 a 20
mA.
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38. Unidad 2.
Tiristores
Cuando el triac está polarizado más positivo en MT1
(inversa o polarización de terminal principal negativo).
El disparo generalmente se ejecuta enviando corriente
de compuerta al triac por el terminal MT1 y hacia afuera
del triac por el terminal G.
El voltaje de puerta será negativo con respecto a MT1.
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39. Unidad 2.
Tiristores
En la mayoría de los triacs, la IGT para polarización
directa será igual a la IGT de polarización inversa.
Un triac, al igual que un SCR, no requiere que continúe
circulando corriente de compuerta una vez que ha sido
activado.
El triac permanece en conducción hasta que cambie la
polaridad de sus terminales principales o hasta que la
corriente principal caiga por debajo de la corriente de
mantenimiento IHO.
La mayoría de los triacs de mediana potencia tienen una
IHO del orden de 100 mA o menos.
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40. Unidad 2.
Tiristores Otras características eléctricas importantes las cuales se
aplican a los triacs son:
Valor rms de la máxima corriente principal permitida
IT(rms).
Voltaje de ruptura VDrom, es el voltaje máximo de pico
aplicado entre los terminales principales que puede
bloquear el triac en cualquier dirección.
Si el voltaje instantáneo aplicado entre los terminales
MT2 y MT1 excediera VDrom, el triac se rompe y
comienza a dejar circular corriente por los terminales
principales.
Esto no daña el triac, pero significa una pérdida del
control de compuerta.
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41. Unidad 2.
Tiristores
Circuitos RC de control de puerta
El circuito de disparo más simple para un TRIAC.
El condensador C se carga a través de R1 y R2 durante la porción del
semiciclo correspondiente al ángulo de disparo.
Durante el semiciclo positivo MT2 es positivo respecto a MT1, y C se
carga con el positivo en su placa superior.
Cuando el voltaje en C es lo suficientemente grande para entregar a
través de R3 la corriente de puerta IGT necesaria para disparar el triac,
el triac se activa.
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42. Unidad 2.
Tiristores
Durante el semiciclo negativo, C se carga con el negativo en su
placa superior y el voltaje a través del capacitor es lo suficiente para
entregar a través de R3 la corriente necesaria de compuerta en la
dirección inversa para disparar el triac, el triac se activa.
La velocidad de carga del condensador C se ajusta por medio de la
resistencia R2. Con una R2 grande, la velocidad de carga es lenta,
produciendo un ángulo de disparo grande y un promedio de
corriente pequeño.
Con una R2 pequeña, la velocidad de carga es rápida, el ángulo de
disparo es pequeño, y la corriente de carga es grande.
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43. Unidad 2.
Tiristores
Al igual que los circuitos de disparo de los SCR, una red
RC simple no puede retardar el disparo del TRIAC muy
por encima de 90◦.
Para establecer un rango de ajuste amplio del ángulo de
disparo, la red RC doble, es generalmente la utilizada.
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44. Unidad 2.
Tiristores
Disparo por pulsos
El circuito de control de compuerta puede mejorarse adicionando un
dispostivo de disparo en el terminal de compuerta.
La utilización de un dispositivo de disparo en el circuito de disparo
de puerta de un triac presenta algunas ventajas importantes sobre
los circuitos de control de compuerta con RC simple.
Estas ventajas parten del hecho que un dispostivo de disparo
entrega un pulso de corriente de compuerta en lugar de una
corriente de compuerta sinusoidal.
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45. Unidad 2.
Tiristores
El diac
La curva del diac muestra que para voltajes aplicados en sentido
directo menores que el voltaje de ruptura directo +VB0 el diac
prácticamente no permite el flujo de corriente
Una vez alcanzado el voltaje de ruptura directo, el diac conmuta a
conducción y la corriente aumenta rápidamente a la vez que el
voltaje a través de los terminales disminuye.
En la región de voltaje negativo. cuando el voltaje aplicado en
sentido inverso es menor que el voltaje inverso de ruptura −VB0
eldiac no permite flujo de corriente.
Cuando el voltaje aplicado alcanza −VB0, el diac conmuta a
conducción en la dirección opuesta.
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46. Unidad 2.
Tiristores
Los diacs se fabrican de manera que son relativamente
estables con temperatura y tienen una pequeña
tolerancia en los voltajes de ruptura.
El valor más popular de voltaje de ruptura para los diacs
es 32 V (+VB0 = +32V − VB0 = −32V).
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47. Unidad 2.
Tiristores
Circuito de disparo con diac
En el circuito se observa, cuando el voltaje en el capacitor
alcanza 32 V, en cualquiera de las polaridades, el diac se
dispara, entregando el pulso de corriente para
conducción a la compuerta del triac.
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48. Unidad 2.
Tiristores
Transistor monounion
El transistor monojuntura (UJT, unijunction transistor) es
un dispositivo de conmutación del tipo ruptura.
Sus características lo hacen muy útil en muchos
circuitos industriales, incluyendo temporizadores,
osciladores, generadores de onda, y más importante
aún, en circuitos de control de puerta para SCR y triacs
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49. Unidad 2.
Tiristores
Disparo del UJT
El UJT es un dispositivo de tres terminales, los cuales se
denominan emisor, base 1, y base 2. La Figura ??
muestra el símbolo esquemático y la localización de los
terminales.
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50. Unidad 2.
Tiristores
Funcionamiento del UJT
El UJT funciona como sigue
a. Cuando el voltaje entre emisor y base 1, VEB1 < VP , el UJT está en corto, y
no puede fluir corriente de E a B1 (IE = 0).
b. En el tiempo en el cual se carga el capacitor C a través de la resistencia R,
dado que el circuito emisor del UJT esta en estado abierto.
c. Cuando VEB1 > VP en una pequeña cantidad, el UJT se dispara o
CONDUCE. El circuito E a B1 es prácticamente un cortocircuito, y la
corriente fluye instantáneamente de un terminal a otro.
d. Y el capacitor se descarga a través de RB1
En la mayoría de los circuitos con UJT, el pulso de corriente de E a B1 es de
corta duración, y el UJT rápidamente regresa al estado de CORTE.
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51. Unidad 2.
Tiristores Una fuente de externa está aplicada entre B2 y Bl,
siendo B2 el terminal más positivo.
Como se indica, el voltaje entre los dos terminales de
base se simboliza por VBB.
Para un tipo dado de UJT, el voltaje de pico VP es un
cierto porcentaje fijo del valor VBB, más 0, 7 V. Este
porcentaje fijo se denomina la relación intrínseca entre
contactos, o simplemente la relación entre contactos,
del UJT, y se simboliza por η.
Por tanto, el voltaje de pico de un UJT puede escribirse
como:
Vp = ηVBB + 0,7V lo que es igual a VP ≈ ηVs + 0,7V
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52. Unidad 2.
Tiristores
Ejercicio
Si el UJT de la Figura tiene una relación entre contactos
η = 0, 55 y un voltaje externo VBB de 20 V, ¿cuál es el
voltaje de pico?
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53. Unidad 2.
Tiristores
Ejercicio
Si el UJT de la Figura tiene una relación entre contactos
η = 0, 55 y un voltaje externo VBB de 20 V, ¿cuál es el
voltaje de pico?
Solución. Vp = 0,55(20V) + 0, 7V = 11, 7V. En este
caso, VEB1 deberá ser mayor que 11.7 V para poder
disparar el UJT.
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54. Unidad 2.
Tiristores
Hay una cierta resistencia interna que existe entre los terminales de base B2
y B1. Esta resistencia es del orden de 5 a 10 kΩ en la mayoría de los UJT y
se representa por rBB .
En la estructura física de un UJT, el terminal de emisor toca el cuerpo del
UJT en un sitio entre el terminal B2 y el terminal B1.
Por consiguiente, se forma un divisor de voltaje, dado que rBB queda dividido
en dos partes, rB2 y rB1 .
El diodo en esta figura indica que el emisor es material tipo p, mientras que el
cuerpo del UJT es material tipo n.
Por tanto entre el terminal de emisor y el cuerpo del UJT se forma una unión
pn.
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55. Unidad 2.
Tiristores
El condensador comenzará a cargarse a través de R.
Dado que el condensador está conectado entre E y B1, cuando su voltaje
alcance 11,7 V el UJT disparará (asumiendo η = 0,55 como en el problema
anterior).
Esto permitirá que la carga almacenada en las placas de e E se descargue
rápidamente a través del UJT.
En la mayoría de las aplicaciones con UJT, este pulso de corriente de E a B1
representa la salida del circuito
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56. Unidad 2.
Tiristores
La forma de onda del voltaje de disparo VB1 es idéntica a
la corriente de descarga del capacitor C1. El voltaje de
disparo VB1 debe diseñarse lo suficientemente grande
como para activar al SCR. El período de oscilación, T, es
totalmente independiente del voltaje de alimentación Vs y
está dado por
T =
1
f
≈ RC ln
1
1 − η
donde el parámetro η se conoce como la relación
intrínseca de equilibrio. El valor de η está entre 0.51 y
0.82.
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57. Unidad 2.
Tiristores
La resistencia R está limitada a un valor entre 3 kΩ y 3
MΩ.
Si la recta de carga no cae a la derecha del punto de
pico, el UJT no se activa. Esto es
R
Vs − Vp
Ip
En el punto de valle IE = Iv y VE = Vv de tal forma que
la condición del límite inferior de R para asegurar la
desactivación es
R
Vs − Vv
Iv
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58. Unidad 2.
Tiristores El rango recomendado de voltaje de alimentación Vs es
de 10 a 35 V. Para valores fijos de η, el voltaje pico Vp
varía con el voltaje entre las dos bases, VBB, Vp está
dado por
Vp = ηVBB + VD (= 0,7V) ≈ ηVs + VD (= 0,7V)
Donde VD es la caída de voltaje directa de un diodo. El
ancho tg del pulso de disparo es
tg = RB1C
En general RB1 está limitado a un valor por debajo de 100
Ω, aunque en algunas aplicaciones es posible tener
valores de 2 a 3 kΩ.
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59. Unidad 2.
Tiristores
Por lo general, una resistencia RB2 se conecta en serie
con la base dos, para compensar la reducción de Vp
debida al aumento de la temperatura, y para proteger al
UJT de un posible desbocamiento térmico. La resistencia
RB2 tiene un valor de 100 Ω o mayor, y se puede
determinar en forma aproximada a partir de
RB2 =
104
ηVs
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60. Unidad 2.
Tiristores
Ejemplo
Diseñe el circuito de disparo de un UJT. Los parámetros del UJT son Vs = 30
V, η = 0,51, Ip = 10 µA, Vv = 3,5 V, e Iv = 10 mA. La frecuencia de
oscilación es f = 60 Hz y el ancho del pulso de disparo tg = 50 µs.
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61. Unidad 2.
Tiristores
Ejemplo
Diseñe el circuito de disparo de un UJT. Los parámetros del UJT son Vs = 30
V, η = 0,51, Ip = 10 µA, Vv = 3,5 V, e Iv = 10 mA. La frecuencia de
oscilación es f = 60 Hz y el ancho del pulso de disparo tg = 50 µs.
solución: T = 1
f
= 1/60 Hz = 16,67 ms, Vp = 0,51 ∗ 30 + 0,7 = 16 V. Si
suponemos que C = 0,5 µF. Los valores limitantes de R son
R
30 − 16
10 µA
= 1,4 MΩ
R
30 − 3,5
10 mA
= 2,65 kΩ
16,67 ms = R ∗ 0,5 µF ∗ ln(1/(1 − 0,5)), lo que da un valor de R ≈ 48 kΩ,
que cae dentro de los valores limitantes. El voltaje de compuerta pico
VB1 = Vp = 16V.
RB1 =
tg
C
=
50 µs
0,5 µF
= 100Ω
y
RB2 =
104
0,51 ∗ 30
= 6,53kΩ
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62. Unidad 2.
Tiristores
Transistor Monounión Programable
El transistor monounión programable (PUT) es un pequeño tiristor y se
puede utilizar como un oscilador de relajación.
El voltaje de compuerta VG se mantiene constante desde la
alimentación mediante el divisor resistivo de voltaje R1 y R2, y
determina el voltaje de punto de pico Vp.
El Vp de un PUT puede variar al modificar el valor del divisor
resistivo R1 y R2.
Si el voltaje del ánodo VA VG, el dispositivo se conservará en su
estado inactivo.
Si VA excede el voltaje de compuerta en una caída de voltaje de
diodo VD, se alcanzará el punto de pico y el dispositivo se activará.
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63. Unidad 2.
Tiristores
La corriente de pico Ip y la corriente del punto de valle Iv
dependen de la impedancia equivalente en la compuerta
RG = R1R2
R1+R2
y del voltaje de alimentación de cd.
Vp está dado por
Vp =
R2
R1 + R2
Vs
que da la relación intríseca como
η =
Vp
Vs
=
R2
R1 + R2
R y C controlan la frecuencia, junto con R1 y R2. El
período de oscilación T esta dado en forma aproximada
por
T =
1
f
≈ RC ln
Vs
Vs − Vp
= RC ln
1 +
R2
R1
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64. Unidad 2.
Tiristores
La corriente de compuerta IG en el valle está dada por
IG = (1 − η)
Vs
RG
donde RG = R1R2
R1+R2
. R1 y R2 se pueden determinar a partir
de
R1 =
RG
η
R2 =
RG
1 − η
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65. Unidad 2.
Tiristores
Ejemplo
Diseñe un circuito de disparo del PUT, con los siguientes
parámetros, Vs = 30 V e IG = 1 mA. La frecuencia de oscilación es
f = 60 Hz. El ancho del pulso es tg = 50µ s y el voltaje de disparo
es VRk = 10 V.
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66. Unidad 2.
Tiristores
Ejemplo
Diseñe un circuito de disparo del PUT, con los siguientes
parámetros, Vs = 30 V e IG = 1 mA. La frecuencia de oscilación es
f = 60 Hz. El ancho del pulso es tg = 50µ s y el voltaje de disparo
es VRk = 10 V.
Solución T = 1/f, Hz = 16,67 ms. El voltaje pico de disparo
VRk = Vp = 10 V. sea C = 0,5µF.
Rk = tg/C = 50µs/0,5µF = 100Ω, η = Vp/Vs = 10/30 = 1/3.
16,67 ms = R × 0,5 µF × ln(30/(30 − 10)) lo que da R = 82,2 KΩ.
Para IG = 1 mA RG = (1 − 1/3) × 30/1 mA = 20 kΩ
R1 =
RG
η
= 20kΩ ×
3
1
= 60kΩ
R2 =
RG
1 − η
= 20kΩ ×
3
2
= 30kΩ
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67. Gracias por su atención
Dr. Antonio Navarrete Guzmán