1 INTRODUCCIN A LA ELECTRNICA INDUSTRIAL

Gracias a la electrnica se llevaron a cabo los descubrimientos cientficos que tuvieron inmediata aplicacin prctica y viceversa, las aplicaciones prcticas fomentaron la investigacin cientfica para resolver diferentes problemas, lo cual a su vez abri nuevos horizontes cientficos. Se resea la curiosidad cientfica que ha tenido el hombre desde tiempos inmemoriales por las propiedades de la electricidad El conocimiento cientfico de la electricidad dio lugar, inmediatamente, a aplicaciones tecnolgicas importantes. stas incluyen al telgrafo, con el que el hombre pudo comunicarse por medios elctricos, y a las mquinas elctricas, o sea, motores elctricos y generadores de electricidad. De esta forma, el hombre tuvo a su disposicin fuentes de corriente elctrica de gran intensidad, hecho que cambi drsticamente la vida, dando lugar a una revolucin en la forma de vida de la humanidad, cuyas consecuencias fueron la iluminacin elctrica y el telfono, entre otras.

Ya los hombres primitivos asignaban a las tormentas elctricas la cualidad divina, y si una persona es alcanzada por un rayo, sta se converta en un individuo sagrado, con poderes, por supuesto, en caso que sobreviviera. Antes de pasar a ver el uso de la electricidad y sus posibilidades en gran escala, nos adentraremos en los diferentes tipos de electricidad. Electricidad analgica. La electrnica analgica es una parte de la electrnica que estudia los sistemas en los cuales sus variables; tensin, corriente,..., varan de una forma continua en el tiempo, pudiendo tomar infinitos valores (tericamente al menos). En contraposicin se encuentra la electrnica digital donde las variables solo pueden tomar valores discretos, teniendo siempre un estado perfectamente definido. Electrnica digital. La electrnica digital es una parte de la electrnica que se encarga de sistemas electrnicos en los cuales la informacin est codificada en dos nicos estados. A dichos estados se les puede llamar & quot; verdadero & quot; o & quot; falso & quot, o ms comnmente 1 y 0, refirindose a que en un circuito electrnico digital hay dos niveles de tensin. Se diferencia de la electrnica analgica en que, para la electrnica digital un valor de voltaje codifica uno de estos dos estados, mientras que para la electrnica analgica hay una infinidad de estados de informacin que codificar segn el valor del voltaje.

Se denomina electrnica industrial a la rama de la ingeniera elctrica que consigue adaptar y transformar la electricidad, con la finalidad de alimentar otros equipos, transportar energa, controlar el funcionamiento de maquinas elctricas, etc. Se refiere a la aplicacin de dispositivos electrnicos, principalmente semiconductores, al control y transformacin de potencia elctrica. Esto incluye tanto aplicaciones en sistemas de control como de suministro elctrico a consumos industriales o incluso la interconexin sistemas elctricos de potencia.

La ingeniera electrnica se encarga de los dispositivos de estado slido para efectuar el control y la conversin de la energa. La electrnica de potencia o electrnica industrial se puede definir como la aplicacin de la electrnica de estado slido para conversin de la energa elctrica. La electrnica industrial se utiliza en controles de iluminacin, sistemas de calefaccin, fuentes de alimentacin, etc. Los dispositivos semiconductores de potencia son: Diodos de Potencia Tiristores Transistores de unin bipolares de potencia Transistores de efecto de campo de pote4ncia Transistores bipolares de compuerta aislada Transistores de induccin estticos

1.1 HISTORIA Como hacia el fin de siglo XIX ya se haba inventado el micrfono, que transforma una seal acstica en una elctrica. Por otro lado, ya se haba inventado el audfono, aparato que transforma una seal elctrica en una acstica. En este sistema las voces se distorsionaban mucho, la energa con que se emita la onda era muy pequea. Adems, el hecho de que la fraccin de energa que llegaba al receptor era muy pequea, haca difcil su funcionamiento para distancias grandes. La solucin ms satisfactoria fue lograda una vez que se invent el tubo al vaco. Desde el siglo XVIII algunos investigadores haban descubierto que si se calienta una superficie metlica, sta emite cargas elctricas. Sin embargo, fue Thomas A. Edison quien volvi a "desenterrar" este efecto en 1883, cuando trataba de mejorar su lmpara incandescente. Este efecto, que se llam "efecto Edison", tambin recibe el nombre de terminico. Fue el mismo Edison quien invent un dispositivo en el cual la carga elctrica emitida por la superficie metlica caliente (llamada ctodo) es recogida por otra superficie fra (llamada nodo), logrndose de esta forma una corriente elctrica. En la figura 1 se muestra cmo Edison construy su dispositivo. Edison encerr los dos electrodos, el nodo y el ctodo, dentro de un tubo de vidrio al vaco que tambin utilizaba para elaborar sus lmparas de iluminacin. Por otro lado, en el ao de 1897 el fsico ingls J. J. Thomson (1856-1940) descubri la existencia de una partcula elctricamente cargada, el electrn. Thomson demostr experimentalmente que el electrn tena carga elctrica negativa. En el ao de 1906 Thomson recibi el Premio Nbel de Fsica por su descubrimiento. En 1899 J.J. Thomson estableci que las cargas que se liberaban al calentar la superficie metlica eran electrones. En 1903 el fsico britnico John Ambrose Fleming (1849-1945) fue el primero en encontrar una aplicacin prctica del efecto Edison. Fleming era asesor de una compaa telegrfica y le haban encomendado la tarea de encontrar un mejor detector de ondas electromagnticas. L a compaa utiliz como detector de ondas un cohesor, no muy eficaz. A partir de 1900, en algunos diseos de receptores, se usaban cristales de galena o de pirita de hierro como detectores que por cierto fueron

las primeras componentes de estado slido empleadas en electrnica. Fleming record su trabajo anterior sobre el efecto Edison, y encontr una solucin en este tipo de lmpara elctrica. El avance ms importante en el desarrollo de la electrnica fue dado por el fsico estadounidense Lee de Forest (1873-1961), en 1906, al introducir en el tubo al vaco un tercer electrodo reticulado, llamado rejilla, que permite el paso de electrones. Esta rejilla se coloca entre el ctodo y el nodo, como se ve en la figura 2. De Forest llam a su dispositivo audin, aunque ms tarde se le llam trodo. Tuvo que trabajar con diferentes dispositivos antes de conseguir el trodo. El trodo lo hace incorporar la seal y amplificar su intensidad. A partir de 1907, hasta 1912, De Forest trabaj en el diseo de un sistema de radio, muy rstico, el cual trat de vender a los aficionados de la radio y a las fuerzas armadas. Tambin form una compaa para poder competir con la ATT en comunicaciones de larga distancia. Su radio poda transmitir y recibir voces, pero no pudo conseguir que sus triodos amplificaran en forma confiable. Hacia 1912 De Forest haba alcanzado cierto control en el comportamiento del trodo. Redujo la amplificacin(el voltaje de la batera del nodo). Esta reduccin la compens conectando varios triodos. As construy un amplificador, De Forest propuso su venta a la ATT. Cuando De Forest hizo la demostracin de su amplificador a la ATT en octubre de 1912, los fsicos de la empresa, Harold D. Arnold, Frank Jewett y Edwin Colpitts inmediatamente se percataron de que ese sistema era lo que buscaban. Dirigido por Arnold, la ATT inici un proyecto de investigacin para entender y dominar los principios fsicos del funcionamiento del trodo y as poder construirlo eficazmente. En el transcurso de dos aos Arnold y un grupo de 25 investigadores y asistentes de la ATT transformaron el dbil y no muy confiable audin, en un amplificador muy potente y seguro. El trodo as mejorado hizo posible que el servicio telefnico abarcara de costa a costa a Estados Unidos. Otras compaas hicieron progresos significativos y la electrnica con tubos al vaco se desarroll de manera impresionante de 1912 a 1932. Durante la primera Guerra Mundial se us mucho la radio y se construyeron tubos al vaco en grandes cantidades. Se utilizaron en 1915, en la radiotelefona trasatlntica, para comunicar a Francia y Estados Unidos. A principios de la dcada de 1930 se construyeron tubos al vaco con ms elementos entre el ctodo y el nodo; stos fueron el tetrodo, el pentodo.

Desarrollo de la Radio. Un elemento crucial para el desarrollo de la radio fue el oscilador. Este circuito fue inventado en 1913 por el fsico estadounidense Edwin Howard Armstrong (1890-1954). Es un circuito basado en un trodo, de cuya salida se toma una parte de la corriente que se vuelve a alimentar a la entrada del trodo, formando un circuito de retroalimentacin. El primer programa pblico de radio fue emitido en Inglaterra el 23 de febrero de 1920. As naci radio. En 1933 Armstrong invent otro tipo de emisin de seales de radio: el de frecuencia modulada (FM). La transmisin por FM, iniciada comercialmente en Estados Unidos en febrero de 1941, comparada con la amplitud modulada (AM), tiene la ventaja de que sus transmisiones no se alteran con las perturbaciones, ya sean atmosfricas o producidas por el hombre, que afectan la amplitud de la onda pero no su frecuencia. En el sistema de FM no se presenta el llamado fenmeno de "esttica", que es un ruido sistemtico que se oye en emisiones de AM.

La radio como la conocemos en la actualidad fue la creacin de tres hombres: Lee de Forest, autonombrado "padre de la radio", cuya invencin del trodo hizo posible el nacimiento de la electrnica moderna; Edwin Howard Armstrong, inventor del circuito retroalimentador (y del oscilador) as como de la frecuencia modulada, que forman la base de la transmisin y recepcin de los sistemas actuales de radio (y de televisin); finalmente, David Sarnoff, quien encabez la Radio Corporation of America (RCA).

Desarrollo de Televisin. Hace alrededor de un siglo, varias personas empezaron a considerar la posibilidad de enviar imgenes por medios elctricos (o sea, lo que hoy en da hace la televisin). En 1884, el alemn Pal Nipkow solicit una patente para un sistema de televisin que l denomin "telescopio elctrico". Este rstico aparato era dispositivo electromecnico que utilizaba una fotocelda para transformar luz en corriente elctrica. La imagen no reproduca los detalles finos. Variaciones de este se disearon hasta 1930 sin que realmente tuviesen xito. En una reunin de la Sociedad Roentgen, efectuada en Inglaterra en 1911, el ingeniero elctrico A. A. Campbell Swinton present un esquema de sistema de televisin, que es el que se usa en la actualidad. La escena que se desea transmitir se enfocara sobre una placa hecha de material no conductor de electricidad, por ejemplo de mica, la cual se encuentra dentro de un tubo de rayos catdicos. Este tubo fue inventado a mediados del siglo XIX por William Crookes para estudiar las propiedades de las corrientes elctricas a travs de gases. Para el receptor, Campbell Swinton escogi un tubo de rayos catdicos diseado en 1897 por Ferdinand Braun, de la Universidad de Estrasburgo, en ese entonces parte de Alemania. Este tubo, llamado cinescopio, es de vidrio al vaco y tiene en su fondo una pantalla de material fluorescente, como fsforo, que emite luz cuando un haz de electrones incide sobre l. A medida que el haz electrnico barre la superficie de la pantalla, sta se va iluminando punto por punto. Esta fue una idea de Campbell Swinton que casi describe la actual tecnologa de la televisin. Campbell Swinton cre el diseo conceptual sobre el cual personas trabajaran. Fue Vladimir Zworykin (1889-1982), un ingeniero ruso inmigrado a Estados Unidos en 1919 quien construy la primera cmara prctica. En 1924 mostr a la compaa Westinghouse una versin primitiva, pero que funcionaba. Las imgenes eran dbiles y vagas, casi sombras. Los directivos de la empresa no se impresionaron tampoco cuando Zworykin les mostr una versin mejorada en 1929. A quien s impresion Zworykin fue a David Sarnoff, director de otra compaa, la RCA Victor, quien crea en la promesa comercial de la televisin. Zworykin fue contratado en 1930 por la RCA como director de investigacin electrnica y en 1933 finalmente convenci a Sarnoff de que su cmara, a la que llam iconoscopio (del griego iekon, imagen, y skopon, ver), y su cinescopio eran satisfactorios. Campbell Swinton haba propuesto que fueran de rubidio, pero Zworykin descubri que era mejor cubrir plata con xido de cesio. La RCA prob por primera vez un sistema completo en 1933. Transmiti imgenes de 240 lneas a una distancia de siete kilmetros en Colligswood, Nueva Jersey. Aumentaron el nmero de lneas; actualmente se usan 525. En 1938 la RCA tuvo listo un sistema de televisin en funcionamiento. Por problemas burocrticos el gobierno no aprob la licencia de funcionamiento hasta julio de 1941. Durante los aos de la segunda Guerra mundial, cientficos e ingenieros dirigidos por Zworykin desarrollaron una cmara 100 veces ms sensible que el iconoscopio, al terminar la guerra, la RCA reinici sus trabajos en el campo de la televisin.

El Radar y la Batalla de Inglaterra.

Desde principios de la dcada de 1980, tanto Gran Bretaa como Francia continuaban un programa muy importante de desarme que haban empezado la dcada anterior. Alemania, contraviniendo lo estipulado en el Tratado de Versalles inici, con el advenimiento del rgimen nazi, un amplio programa de rearme. En pocos aos se desarroll un arma muy poderosa para su poca, el bombardeo areo. O cada pas desarrollaba un cuerpo de bombarderos areos, o se llevaba a cabo un desarme general. Gran Bretaa opt por esto ltimo, pero no Alemania. En la dcada de 1930 fue muy popular el concepto del rayo de la muerte: poda causar incapacidad fsica, mental y aun la muerte. Durante dicha dcada hubo buen nmero de personas que pretendieron haber inventado y construido dispositivos que producan diferentes tipos de rayos. Anlisis mostraban que siempre haba algn truco. Se construy un pequeo sistema acstico, que dara una seal cuando recibiera los sonidos producidos por los aviones, no era funcional ya que no distingua entre el ruido producido por el atacante y otros sonidos, automviles, animales. H. E. Wimperis, jefe de Investigacin Cientfica e Industrial del Ministerio, llam al doctor Robert Watson Watt, fsico y director del Laboratorio de Investigacin de Radio y le pregunt sobre el prospecto de desarrollar algn rayo de la muerte. Watson Watt regres a su laboratorio y propuso lo siguiente al doctor Arnold Wilkins, fsico y ayudante suyo: calcule la cantidad de potencia de radiofrecuencia necesaria para elevar la temperatura de 4 litros de agua de 35.5 C a 41C a una distancia de 5 km y a una altura de 1 kilmetro. Su clculo mostr que se necesitaba generar una potencia enorme era claro que no era factible un rayo de la muerte por medio de la radio. Wilkins le dijo a Watson que los ingenieros de la Oficina de Correos se haban dado cuenta de perturbaciones en la recepcin de muy altas frecuencias cuando algn avin volaba en la vecindad de sus receptores. Esta observacin(enero de 1935) dio lugar al inicio de una serie de hechos que culminaron con la invencin del radar. Se inici la verificacin experimental, que se encomend a Wilkins, quien con su rudimentario equipo pudo detectar y dar la trayectoria que haba seguido un avin. Los primeros aspectos que resolvieron fue la presentacin visual de la informacin recibida, emplearon un tubo de rayos catdicos . Se le hicieron muchas modificaciones para que pudiera detectar tanto la distancia a la que se encontraba un avin, sino tambin su altura. La mayor parte del sistema estaba completo en septiembre de 1938, cuando ocurri la crisis de Munich. Se instalaron en los aviones ingleses dispositivos electrnicos que al recibir la onda enviada desde tierra emitan a su vez una seal especial que los identificaba como amigos. En agosto de 1939, tres semanas antes del inicio de la segunda Guerra Mundial, Gran Bretaa cont con un sistema de deteccin de aviones. Con ayuda del radar, los ingleses podan detectar la salida de los aviones alemanes desde sus bases situadas en pases conquistados, como Francia y Blgica.

1.2 DISPOSITIVOS DE CONMUTACION Un conmutador es un dispositivo elctrico o electrnico que permite modificar el camino que deben seguir los electrones. Son tpicos los manuales, como los utilizados en las viviendas y en dispositivos elctricos, y los que poseen algunos componentes elctricos o electrnicos como el rel. Se asemejan a los interruptores en su forma exterior, pero los conmutadores a la vez que desconectan un circuito, conectan otro. Seguidamente se describen los tipos de conmutadores ms usuales. Conmutador alternativo Tambin denominado conmutador de hotel o de dos direcciones sin punto neutro. Se utilizan siempre que haya que activar o desactivar un dispositivo desde dos lugares diferentes, como por ejemplo una lmpara. En las viviendas es tpico encontrarlos en los salones o pasillos. Conmutador de cruce

Ejemplo de aplicacin: punto de luz conmutado desde tres puntos distintos. Conocido tambin como conmutador inversor, este elemento no se instala nunca aislado, siempre han de ir acompaado por los conmutadores alternativos. Sirven por ejemplo para poder encender o apagar una lmpara desde tres puntos distintos, para lo cual se emplean dos conmutadores alternativos y un conmutador de cruce segn se aprecia en la figura. Si el nmero de puntos de encendido/apagado es mayor de tres, se intercalarn tantos conmutadores de cruce como puntos se tengan, siempre entre dos conmutadores alternativos. Triac: El Triac puede ser considerado como la integracin de 2 SCR's en forma paralela invertida. El smbolo elctrico del TRIAC, as como sus caractersticas de Voltaje corriente, se muestran en la figura. Cuando la terminal T1 es positiva con respecto a la terminal T2, y el dispositivo es disparado por una corriente positiva en la terminal gate (+ig), ste se enciende. De igual forma, cuando la terminal T2 es positiva con respecto a la terminal T1 y el dispositivo es disparado por una corriente negativa en la terminal gate , el dispositivo tambin se enciende. Es un componente simtrico en cuanto a conduccin y estado de bloqueo se refiere, pues la caracterstica en el cuadrante I de la curva UT2-T1 -T2 es igual a la del cuadrante III. Tiene unas fugas en bloqueo y una cada de tensin en conduccin prcticamente igual a las de un tiristor y el hecho de que entre en conduccin, si se supera la tensin de ruptura en cualquier sentido, lo hace inmune a destruccin por sobretensin.

El modo de operacin del Triac, se describe a continuacin: El TRIAC puede ser disparado en cualquiera de los dos cuadrantes I y III mediante la aplicacin entre los terminales puerta y T1 de un impulso positivo o negativo. Esto le da una facilidad de empleo grande y simplifica mucho el circuito de disparo. A continuacin se vern los fenmenos internos que tienen lugar en los cuatro modos de disparo posibles. Modo I + : Terminal T2 positiva con respecto a T1. Intensidad de puerta entrante. Funcionan las capas P1N1P2N2 como tiristor con emisor en corto circuito, ya que la metalizacin del terminal del ctodo cortocircuita parcialmente la capa emisora N2 con la P2. La corriente de puerta circula internamente hasta T1, en parte por la unin P2N2 y en parte a travs de la zona P2. Se produce la natural inyeccin de electrones de N2 a P2 que es favorecida en el rea prxima a la puerta por la cada de tensin que produce en P2 la circulacin lateral de corriente de puerta. Parte de los electrones inyectados alcanzan por difusin la unin P2N1, que bloquea el potencial exterior, y son acelerados por ella inicindose la conduccin. Modo I - : Terminal T2 positivo respecto a T1. Intensidad de puerta saliente. El disparo es similar al de los tiristores de puerta de unin. Inicialmente conduce la estructura auxiliar P1N1P2N3 y luego la principal. El disparo de la primera se produce como un tiristor normal actuado T1 de puerta y P de ctodo. Toda la estructura auxiliar se pone a la tensin positiva de T2 y polariza fuertemente la unin P2N2 que inyecta electrones hacia el rea de potencial positivo. La unin P2N1 de la estructura principal que soporta la tensin exterior, es invadida por electrones en la vecindad de la estructura auxiliar, entrando en conduccin. Modo III + : Terminal T2 negativo respecto a T1. Intensidad de puerta entrante.

El disparo tiene lugar por el procedimiento llamado de puerta remota. Entra en conduccin la estructura P2N1P1N4. La inyeccin de electrones de N2 a P2 es igual a la descrita en el modo I +. Los que alcanzan por difusin la unin P2N1 son absorbidos por su potencial de unin, hacindose ms conductora. El potencial positivo de puerta polariza ms positivamente el rea de la unin P2N1 prxima a ella que la prxima a T1, provocndose una inyeccin de huecos desde P2 a N1 que alcanza en parte la unin N1P1 encargada de bloquear la tensin exterior y se produce la entrada en conduccin. Modo III - : Terminal T2 negativo respecto a T1. Intensidad de puerta saliente. Tambin se dispara por el procedimiento e puerta remota, conduciendo las capas P2N1P1N4. La capa N3 inyecta electrones en P2 que hacen ms conductora la unin P2N1. La tensin positiva de T1 polariza el rea prxima de la unin P2N1 ms positivamente que la prxima a la puerta. Esta polarizacin inyecta huecos de P2 a N1 que alcanzan en parte la unin N1P1 y la hacen pasar a conduccin. Los cuatro modos de disparo descritos tienen diferente sensibilidad. Siendo los modos I + y III - los ms sensibles, seguidos de cerca por el I -. El modo III + es el disparo ms difcil y debe evitarse su empleo en lo posible.

El Triac es usado frecuentemente en muchas aplicaciones de baja potencia como extractores de jugo, mezcladoras y aspiradora. Es econmico y fcil de controlar en comparacin de 2 SCR's conectados en forma antiparalela . Sin embargo, el Triac tiene una baja capacidad de dv/dt y un largo tiempo de apagado. No es recomendable su uso en niveles altos de voltaje y corriente. Diac: Dispositivo semiconductor de dos terminales de estructura similar a la del transistor que presenta cierto tipo de conductividad biestable en ambos sentidos. Cuando las tensiones presentes en sus terminales son suficientemente altas se utiliza principalmente junto a los triacs que para el control en fase de los circuitos. Es un tipo de tiristor que puede conducir en los dos sentidos. Es un dispositivo de dos terminales que funciona bsicamente como dos diodos Shockley que conducen en sentidos opuestos.

La curva de funcionamiento refleja claramente el comportamiento del diac, que funciona como un diodo Shockley tanto en polarizacin directa como en inversa. Cualquiera que sea la polarizacin del dispositivo, para que cese la conduccin hay que hacer disminuir la corriente por debajo de la corriente de mantenimiento IH. Las partes izquierda y derecha de la curva, a pesar de tener una forma anloga, no tienen por qu ser simtricas.

GTO (Gate Turn-off Thyristor) Un tiristor GTO puede ser encendido por un solo pulso de corriente positiva en la terminal gate (como en el tiristor), pero en cambio puede ser apagado por un pulso de corriente negativa en la terminal gate. Ambos estados, tanto el estado de encendido como el estado de apagado del dispositivo son controlados por la corriente en la terminal gate. El smbolo para el tiristor GTO usado ms frecuente, as como sus caractersticas de conmutacin se muestran en la figura. El proceso de encendido es similar al del tiristor. Las caractersticas de apagado son un poco diferentes. Cuando un voltaje negativo es aplicado a travs de las terminales gate y ctodo, la corriente en el gate (ig), crece. Cuando la corriente en el gate alcanza su mximo valor IGR, la corriente de nodo comienza a caer y el voltaje a travs del dispositivo (VAK), comienza a crecer.

El tiempo de cada de la corriente de nodo (IA) es abrupta, tpicamente menor a 1 s. Despus de esto, la corriente de nodo vara lentamente y sta porcin de la corriente de nodo es conocido como corriente de cola. La razn (IA/IGR) de la corriente de nodo IA a la mxima corriente negativa en el gate (IGR) requerida para el voltaje es baja, comnmente entre 3 y 5. Por ejemplo, para un voltaje de 2500 V y una corriente de 1000 A, un GTO normalmente requiere una corriente negativa de pico en el gate de 250 A para el apagado.

La estructura del GTO es esencialmente la misma que un tiristor convencional. Como se muestra en la figura, existen 4 capas de silicn (pnpn), 3 uniones y tres terminales (nodo, ctodo y gate). La diferencia en la operacin, radica en que en que una seal negativa en el gate puede apagar el GTO. Mientras el GTO se encuentre apagado y no exista seal en el gate, el dispositivo se bloquea para cualquier polaridad en el nodo, pero una corriente de fuga (IA leak) existe. Con un voltaje de bias en directa el GTO se bloquea hasta que un voltaje de ruptura VAK = VB0 es alcanzado. En este punto existe un proceso dinmico de encendido., VAK = 3V y la corriente IA es determinada por la carga. Cuando el GTO se apaga y con la aplicacin de una voltaje en inversa, solo una pequea corriente de fuga (IA leak) existe. Una polarizacin en inversa VAK puede ser alcanzada cuando ocurra un corte. El valor del voltaje del voltaje de ruptura inverso depende del mtodo de fabricacin para la creacin de una regeneracin interna para facilitar el proceso de apagado. Con un voltaje de polarizacin directo aplicado al nodo y un pulso de corriente positiva es aplicada al gate, el GTO se enciende y permanece de esa forma. Para sta condicin, existen 2 formas de apagarlo. Una forma es reduciendo la corriente de nodo IA por medios externos hasta un valor menor a la corriente de holding Ih, en la cual, la accin regenerativa interna no es efectiva. La segunda forma de apagarlo es por medio de un pulso en el gate, y este es el mtodo ms recomendable porque proporciona un mejor control. Como el GTO tiene una conduccin de corriente unidireccional, y puede ser apagado en cualquier instante, ste se aplica en circuitos chopper (conversiones de dc- dc) y circuitos inversores (conversiones dc -ac) a niveles de potencia en los que los MOSFET's, TBJ's e IGBT's no pueden ser utilizados. A bajos niveles de potencia los semiconductores de conmutacin rpida son preferibles. En la conversin de AC - DC, los GTO's, son tiles porque las estrategias de conmutacin que posee, pueden ser usadas para regular la potencia, como el factor de potencia.

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) El IGBT es un dispositivo semiconductor de potencia hbrido que combina los atributos del TBJ y del MOSFET. Posee una compuerta tipo MOSFET y por consiguiente tiene una alta impedancia de entrada. El gate maneja voltaje como el MOSFET. El smbolo ms comnmente usado se muestra en la figura . Al igual que el MOSFET de potencia, el IGBT no exhibe el fenmeno de ruptura secundario como el TBJ. La estructura del IGBT es similar al un MOSFET de canal n, una porcin de la estructura es la combinacin de regiones n+ , p y n- que forman el MOSFET entre el source S y el gate G con la regin de flujo n- que es el drain D del MOSFET. Otra parte es la combinacin de 3 capas p+ n- p, que crea un transistor de unin bipolar entre el drain D y el source. La regin p acta como colector C, la regin n- acta como la base B y la regin p+ acta como el emisor E de un transistor pnp. Entre el drain y el source existen 4 capas p+n-pn+ que forman un tiristor. Este tiristor es parsito y su efecto es minimizado por el fabricante del IGBT.

Consideremos que el IBGT se encuentra bloqueado inicialmente. Esto significa que no existe ningn voltaje aplicado al gate. Si un voltaje VGS es aplicado al gate, el IGBT enciende inmediatamente, la corriente ID es conducida y el voltaje VDS se va desde el valor de bloqueo hasta cero. LA corriente ID persiste para el tiempo tON en el que la seal en el gate es aplicada. Para encender el IGBT, la terminal drain D debe ser polarizada positivamente con respecto a la terminal S. LA seal de encendido es un voltaje positivo VG que es aplicado al gate G. Este voltaje, si es aplicado como un pulso de magnitud aproximada de 15, puede causar que el tiempo de encendido

MCT (MOS- Controlled Thyristor) El MCT es otro dispositivo semiconductor de potencia hbrido que combina los atributos del MOSFET y el tiristor. Recientemente se puso en disponibilidad en el mercado. El smbolo de ste dispositivo se muestra en la figura. Est integrado por 2 MOSFET's, uno de ellos enciende al tiristor y el otro lo apaga.

Existen diversos tipos de estructuras, pero todas ellas coinciden existe un tiristor pnpn que determina las propiedades de conduccin (y de bloqueo). Tambin, todos los MCT's tienen integrados dos dispositivos MOS para controlar las propiedades de conmutacin. Entre el nodo A y el ctodo K existe una estructura pnpn que como ya se mencion forma la estructura del tiristor del MCT. La regin gate - nodo est formada por ms de 105 celdas. Este largo nmero de celdas provee superficies cortas de largas secciones transversales para una rpida y uniforme conmutacin de corriente. Dentro de la regin nodo - gate existen dos MOSFET's. Uno de ellos es un canal p, tipo pnp que es usado para el encendido y el otro es un canal n, de tipo npn que es usado para el apagado. Existen otras regiones p-pn+ que producen el encendido y el apagado del MCT. La estructura descrita aqu es muy general y no muestra que solo el 4 por ciento de las celdas que posee el MOSFET sirven para el encendido.

En su operacin, si el ctodo K es positivo con respecto al nodo, no importando la polarizacin del gate, el MCT va a caer a un voltaje muy bajo, sta situacin debe ser evitada. Si el nodo A es positivo con respecto al ctodo K, y no existe un voltaje en le gate, el MCT permanece en estado de apagado hasta que un voltaje de ruptura es alcanzado cuando una avalancha de ruptura ocurre. En la prctica una pequea corriente de fuga IA leak existe en el estado de bloqueo hasta que la ruptura suceda y el dispositivo se encienda. Si el nodo es positivo con respecto al ctodo y un voltaje negativo es aplicado al gate, el MCT se enciende. La cada de voltaje VMCT (ON) es muy pequea y vara desde 0. 7 V sin carga hasta 1.1 V a plena carga. La corriente de nodo es limitada solo por el valor de la impedancia de la carga. Si el MCT est encendido, la aplicacin de un voltaje positivo en el gate, regresa al dispositivo al estado de apagado hasta que un voltaje negativo en el gate es aplicado.

1.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Ventajas del FET 1) Son dispositivos controlados por tensin con una impedancia de entrada muy elevada (107 a 1012 ohmios). 2) Los FET generan un nivel de ruido menor que los BJT. 3) Los FET son ms estables con la temperatura que los BJT. 4) Los FET son ms fciles de fabricar que los BJT pues precisan menos pasos y permiten integrar ms dispositivos en un CI. 5) Los FET se comportan como resistencias controlados por tensin para valores pequeos de tensin drenaje-fuente. 6) La alta impedancia de entrada de los FET les permite retener carga el tiempo suficiente para permitir su utilizacin como elementos de almacenamiento. 7) Los FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y conmutar corrientes grandes. Desventajas que limitan la utilizacin de los FET 1) Los FET presentan una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta capacidad de entrada. 2) Los FET presentan una linealidad muy pobre, y en general son menos lineales que los BJT. 3) Los FET se pueden daar debido a la electricidad esttica. En este apartado se estudiarn brevemente las caractersticas de ambos dispositivos orientadas principalmente a sus aplicaciones analgicas.

HUB es el componente electrnico que permite un enlace fsico en las redes de estrella. Ventajas

Si un PC se desconecta o se rompe el cable solo queda fuera de la red ese PC. Fcil de agregar, reconfigurar arquitectura PC. Fcil de prevenir daos o conflictos. Centralizacin de la red

no sale como crear una red en estr ella Desventajas

Si el nodo central falla, toda la red deja de transmitir. Es costosa, ya que requiere ms cable que las topologas bus o anillo. El cable viaja por separado del concentrador a cada computadora.

1.4 TERMINOLOGIA

ADSL :Asymmetric Digital Subscriber Line (LneadeAbonadoDigital Asimtrica) ATM: Asynchronous Transfer Mode (Modalidad de Transferencia Asncronoa) ATU: ADSL termination Unit (Unidad de Terminacin ADSL) CHA: Challenge-Handshake Authentication Protocol (Protocolo de Autentificacin de "retar - dar la mano") CO: Central Office (Oficina Principal) DHCP:DynamicHostConfigurationProtocol(ProtocolodeConfiguracinde Anfitrin Dinmico) DNS: Domain Name Service (Servicio de Nombres de Dominio) DSL: Digital Subscriber Line (Lnea de Abonado Digital) DSLAM: Digital Subscriber Line Access MultiPlexer (Multiplexor de Acceso de Lnea de Abonado Digital) Firmware: Software, en forma binaria, almacenada dentro de un EEPROM o flash ICMP: Internet Control Message Protocol (Protocolo de Mensaje de Control Internet) IPC IP: IP Control Protocol (Protocolo de Control IP) ISP: Internet Service Provider (Proveedor de Servicios de Internet) LCP: Link Control Protocol (Protocolo de control de enlace) NAP: Netowork Access Provider (Proveedor de Acceso a la Red) NAPT: Network Address Port Translation (Traduccin de Puerto de Direccin de Red) NCP: Network-layer Control Protocol (Protocolo de Control de capa de red) NSP: Network Service Provider (Proveedor de servicios de red) OCD: Out of cell Delineation (ATM error condition) (Delineacin fuera de celda - Condicin de Error ATM) PAP: Password Authentication Protocol (Protocolo de autentificacin de contrasea) POST: Power On Self Test (Auto chequeo de arranque) PPP: Point to Point Protocol (Protocolo de Punto a Punto) PTT: Post telephone and telegraph (Telco europeo) PVC: Permanent Virtual Circuit (Circuito Virtual Permanente) SMTP: Simple Mail Transport Protocol (Protocolo de Transporte de Correo Sencillo) SNMP: Simple Network Management Protocol (Protocolo de Gestin de Red Sencillo) RIP: Routing information Protocol (Protocolo de Informacin de Enrutamiento) RT: Remote Termnation (Terminacin Remota)

II UNIDAD 2 DISPOSITIVOS DE ELECTRNICA INDUSTRIAL

Para estas aplicaciones se han desarrollado una serie de dispositivos semiconductores de potencia, todos los cuales derivan del diodo o el transistor. Entre estos se encuentran los siguientes: Rectificador controlado de silicio (SCR en ingls) Triac Transistor IGBT Tiristor GTO Tiristor IGCT MCT Convertidores de la Energa Elctrica Conversin de potencia es el proceso de convertir una forma de energa en otra, esto puede incluir procesos electromecnicos o electroqumicos. Dichos dispositivos son empleados en equipos que se denominan convertidores estticos de potencia, clasificados en: -Rectificadores: convierten corriente alterna en corriente continua -Inversores: convierten corriente continua en corriente alterna -Cicloconversores: convierten corriente alterna en corriente alterna -Choppers: convierten corriente continua en corriente continua En la actualidad esta disciplina est cobrando cada vez ms importancia debido principalmente a la elevada eficiencia de los convertidores electrnicos en comparacin a los mtodos tradicionales, y su mayor versatilidad. Un paso imprescindible para que se produjera esta revolucin fue el desarrollo de dispositivos capaces de manejar las elevadas potencias necesarias en tareas de distribucin elctrica o manejo de potentes motores. Aplicaciones Las principales aplicaciones de los convertidores electrnicos de potencia son las siguientes: -Fuentes de alimentacin: En la actualidad han cobrado gran importancia un subtipo de fuentes de alimentacin electrnicas, denominadas fuentes de alimentacin conmutadas. Estas fuentes se caracterizan por su elevado rendimiento y reduccin de volumen necesario. El ejemplo ms claro de aplicacin se encuentra en la fuente de alimentacin de los ordenadores. -Control de motores elctricos: La utilizacin de convertidores electrnicos permite controlar parmetros tales como la posicin, velocidad o par suministrado por un motor. Este tipo de control se utiliza en la actualidad en los sistemas de aire acondicionado. Esta tcnica, denominada comercialmente como "inverter" sustituye el antiguo control encendido/apagado por una regulacin de velocidad que permite ahorrar energa. Asimismo, se ha utilizado ampliamente en traccin ferroviaria, principalmente en vehculos aptos para corriente continua (C.C.) durante las dcadas de

los aos 70 y 80, ya que permite ajustar el consumo de energa a las necesidades reales del motor de traccin, en contraposicin con el consumo que tenan los vehculos controlados por resistencias de arranque y frenado. Actualmente el sistema chopper sigue siendo vlido, pero ya no se emplea en la fabricacin de nuevos vehculos, puesto que actualmente se utilizan equipos basados en el motor trifsico, mucho ms potente y fiable que el motor de colector. -Calentamiento por induccin: Consiste en el calentamiento de un material conductor a travs del campo generado por un inductor. La alimentacin del inductor se realiza a alta frecuencia, generalmente en el rango de los kHz, de manera que se hacen necesarios convertidores electrnicos de frecuencia. La aplicacin ms vistosa se encuentra en las cocinas de induccin actuales. -Otras: Como se ha comentado anteriormente son innumerables las aplicaciones de la electrnica de potencia. Adems de las ya comentadas destacan: sistemas de alimentacin ininterrumpida, sistemas de control del factor de potencia, balastos electrnicos para iluminacin a alta frecuencia, interfase entre fuentes de energa renovables y la red elctrica, etc. -Las lneas de investigacin actuales buscan la integracin de dispositivos de potencia y control en un nico chip, reduciendo costes y multiplicando sus potenciales aplicaciones. No obstante existen dificultades a salvar como el aislamiento entre zonas trabajando a altas tensiones y circuitera de control, as como la disipacin de la potencia perdida.

2.1 CONSTRUCCION DE DISPOSITIVOS DE CUATRO CAPAS 1EL DIODO SHOCKLEY El diodo Shockley es un tiristor con dos terminales: nodo y ctodo. Est constituido por cuatro capas semiconductoras que forman una estructura pnpn. Acta como un interruptor: est abierto hasta que la tensin directa aplicada alcanza un cierto valor, entonces se cierra y permite la conduccin. La conduccin contina hasta que la corriente se reduce por debajo de un valor especfico (IH).

Figura: Construccin bsica y smbolo del diodo Shockley

2 SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER) El SCR es un dispositivo de cuatro capas muy similar al diodo Shockley, con la diferencia de poseer tres terminales: nodo, ctodo y puerta (gate). Al igual que el diodo Shockley, presenta dos estados de operacin: abierto y cerrado, como si se tratase de un interruptor.

Figura: Construccin bsica y smbolo del SCR

3 GCS (GATE CONTROLLED SWITCH) Este dispositivo es similar al SCR, con la diferencia de que el GCS puede interrumpir el paso de corriente con una seal en el terminal de gate. Igual que el SCR, no permitir el paso de corriente hasta que un pulso positivo se reciba en el terminal de puerta. La diferencia se encuentra en que el GCS puede pasar al estado de corte mediante un pulso negativo 10 20 veces mayor que el pulso positivo aplicado para entrar en conduccin.

Figura: Smbolo del GCS

4 SCS (SILICON CONTROLLED SWITCH) Es similar en cuanto a construccin al SCR. La diferencia est en que posee dos terminales de puerta, uno para entrar en conduccin y otro para corte. El SCS se suele utilizar en rangos de potencia menores que el SCR.

Figura: Smbolo del SCS 5 EL DIAC Es un tipo de tiristor que puede conducir en los dos sentidos. Es un dispositivo de dos terminales que funciona bsicamente como dos diodos Shockley que conducen en sentidos opuestos.

Figura: Construccin bsica y smbolo del diac

6 EL TRIAC Este dispositivo es simular al diac pero con un nico terminal de puerta (gate). Se puede disparar mediante un pulso de corriente de gate y no requiere alcanzar el voltaje VBO como el diac.

Figura: Construccin bsica y smbolo del TRIAC.

2.2 ANALISIS DE CIRCUITOS EQUIVALENTES CON DIODOS YTRANSISTORES

DIODOS ZENER La corriente en la regin Zener tiene una direccin opuesta a la d un diodo polarizado directamente. El diodo Zener es un diodo que ha sido diseado para trabajar en la regin Zener.

De acuerdo con la definicin, se puede decir que el diodo Zener ha sido diseado para trabajar con voltajes negativos (con respecto a l mismo). Es importante mencionar que la regin Zener (en un diodo Zener) se controla o se manipula variando los niveles de dopado. Un incremento en el nmero de impurezas agregadas, disminuye el potencial o el voltaje de Zener VZ. As, se obtienen diodos Zener con potenciales o voltajes de Zener desde -1.8 V a -200 V y potencias de 1/4 a 50 W. El diodo Zener se puede ver como un dispositivo el cual cuando ha alcanzado su potencial VZ se comporta como un corto. Es un "switch" o interruptor que se activa con VZ volts. Se aplica en reguladores de voltaje o en fuentes.

En el circuito que se muestra, se desea proteger la carga contra sobrevoltajes, el mximo voltaje que la carga puede soportar es 4.8 volts. Si se elige un diodo Zener cuyo VZ sea 4.8

volts, entonces este se activar cuando el voltaje en la carga sea 4.8 volts, protegindola de esta manera. EL DIODO EMISOR DE LUZ (LED) El LED es un diodo que produce luz visible (o invisible, infrarroja) cuando se encuentra polarizado. El voltaje de polarizacin de un LED vara desde 1.8 V hasta 2.5 V, y la corriente necesaria para que emita la luz va desde 8 mA hasta los 20 mA. Principio de Funcionamiento: En cualquier unin P-N polarizada directamente, dentro de la estructura y principalmente cerca de la unin, ocurre una recombinacin de huecos y electrones (al paso de la corriente). Esta recombinacin requiere que la energa que posee un electrn libre no ligado se transfiera a otro estado. En todas las uniones P-N una parte de esta energa se convierte en calor y otro tanto en fotones. En el Si y el Ge el mayor porcentaje se transforma en calor y la luz emitida es insignificante. Por esta razn se utiliza otro tipo de materiales para fabricar los LED's, como Fosfuro Arseniuro de de Galio (GaAsP) o fosfuro de Galio (GaP).

Otros diodos son:

Diodos Schottky (Diodos de Barrera). Diodos Varactores o Varicap. Diodos Tunel.

Fotodiodos. Diodos emisores de luz infrarroja. Diodo de inyeccin lser (ILD). Los diodos emisores de luz se pueden conseguir en colores: verde, rojo, amarillo, mbar, azul y algunos otros. En este punto del curso vale la pena tomar en cuenta los siguiente comentarios: - Qu tan vlido es utilizar las aproximaciones ? - Qu tan exacto puede ser un clculo y/o una medicin realizada en el laboratorio ? Hay que tener en cuenta que las caractersticas obtenidas de las hojas de especificaciones pueden ser distintas para los diodos (p. e. 1N4001) aunque ambos hayan sido producidos en el mismo lote. Tambin hay que tener en cuenta otro tipo de tolerancias como los resistores, uno marcado de 100 puede ser realmente de 98 o de 102 o tal vez si ser exacto, y una fuente "ajustada" a 10V puede estar ajustada realmente a 9.9V o a 10.1V o tal vez a 10V. 1.6 Comportamiento de CC de un diodo. ANLISIS POR RECTA DE CARGA La carga o la resistencia de carga (RL o R) aplicada a un circuito, tendr un efecto importante sobre el punto de regin de operacin de un dispositivo (en este caso el diodo).

Si se aplica la ley de voltajes de Kirchoff: V - VD - VL = 0 V = VD + IDRL Si se realiza un anlisis en esta malla, de tal manera que pueda trazarse una lnea recta sobre la curva de caractersticas del diodo, entonces la interseccin de stas representar el punto de operacin de la red o punto Q.

Ntese que la recta de carga queda determinada en sus extremos por RL y V, de tal manera que representa las caractersticas de la red. Si se modifica el valor de V o de RL o de ambos, entonces la recta de carga cambiar tambin. Los extremos de la recta de carga se obtienen buscando las intersecciones con los ejes (ID = 0 y despus VD = 0): Si VD = 0:

V = IDRL ID = V / RL Si ID = 0:

V = VD VD = V Como se mostr anteriormente, una lnea recta trazada entre estos dos puntos define la recta de carga. Es muy vlido tambin utilizar para el diodo, en lugar de la curva real, la curva del modelo simplificado. En este caso, el punto Q no cambiar o cambiar muy poco.

Si en lugar del modelo simplificado se utilizara el modelo del diodo ideal, entonces s cambiara mucho el punto Q.

2.3 Descripcin y caractersticas de funcionamiento de Tiristores: SCR, TRIAC, DIAC, GTO, IGBTSSCREste elemento fue desarrollado por ingenieros de General Electric en los aos 1960. Aunque un origen ms remoto de este dispositivo lo encontramos en el SCR creado por William Shockley (premio Nobel de fsica en 1956) en 1950, el cual fue defendido y desarrollado en los laboratorios Bell en 1956. Gordon Hall lider el desarrollo en Morgan Stanley para su posterior comercializacin por parte de Frank W. "Bill" Gutzwiller, de General Electric. FUNCIONAMIENTO El tiristor es un conmutador biestable, es decir, es el equivalente electrnico de los interruptores mecnicos; por tanto, es capaz de dejar pasar plenamente o bloquear por completo el paso de la corriente sin tener nivel intermedio alguno, aunque no son capaces de soportar grandes sobrecargas de corriente. Este principio bsico puede observarse tambin en el diodo Shockley. El diseo del tiristor permite que ste pase rpidamente a encendido al recibir un pulso momentneo de corriente en su terminal de control, denominada puerta (o en ingls, gate) cuando hay una tensin positiva entre nodo y ctodo, es decir la tensin en el nodo es mayor que en el ctodo. Solo puede ser apagado con la interrupcin de la fuente de voltaje, abriendo el circuito, o bien, haciendo pasar una corriente en sentido inverso por el dispositivo. Si se polariza inversamente en el tiristor existir una dbil corriente inversa de fugas hasta que se alcance el punto de tensin inversa mxima, provocndose la destruccin del elemento (por avalancha en la unin). Para que el dispositivo pase del estado de bloqueo al estado activo, debe generarse una corriente de enganche positiva en el nodo, y adems debe haber una pequea corriente en la compuerta capaz de provocar una ruptura por avalancha en la unin J2 para hacer que el dispositivo conduzca. Para que el dispositivo siga en el estado activo se debe inducir desde el nodo una corriente de sostenimiento, mucho menor que la de enganche, sin la cual el dispositivo dejara de conducir.

TRIAC Un TRIAC o Triodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la familia de los tiristores. La diferencia con un tiristor convencional es que ste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podra decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna. Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposicin que formaran dos SCRen direcciones opuestas. Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominacin de nodo y ctodo) y puerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al electrodo puerta

APLICACIONES Su versatilidad lo hace ideal para el control de corrientes alternas. Una de ellas es su utilizacin como interruptor esttico ofreciendo muchas ventajas sobre los interruptores mecnicos convencionales y los rels. Funciona como interruptor electrnico y tambin a pila. Se utilizan TRIACs de baja potencia en muchas aplicaciones como atenuadores de luz, controles de velocidad para motores elctricos, y en los sistemas de control computarizado de muchos elementos caseros. No obstante, cuando se utiliza con cargas inductivas como motores elctricos, se deben tomar las precauciones necesarias para asegurarse que el TRIAC se apaga correctamente al final de cada semiciclo de la onda de Corriente alterna.

Debido a su poca estabilidad en la actualidad su uso es muy reducido.

DIACLos DIAC son una clase de tiristor, y se usan normalmente para disparar los triac, otra clase de tiristor. Es un dispositivo semiconductor de dos terminales, llamados nodo y ctodo. Acta como un interruptor bidireccional el cual se activa cuando el voltaje entre sus terminales alcanza el voltaje de ruptura, dicho voltaje puede estar entre 20 y 36 volts segn la referencia.

DIAC de tres capas

Existen dos tipos de DIAC: DIAC de tres capas: Es similar a un transistor bipolar sin conexin de base y con las regiones de colector y emisor iguales y muy dopadas. El dispositivo permanece bloqueado hasta que se alcanza la tensin de avalancha en la unin del colector. Esto inyecta corriente en la base que vuelve el transistor conductor, producindose un efecto regenerativo. Al ser un dispositivo simtrico, funciona igual en ambas polaridades, intercambiando el emisor y colector sus funciones. DIAC de cuatro capas. Consiste en dos diodos Shockley conectados en antiparalelo, lo que le da la caracterstica bidireccional.

GTO Un Tiristor GTO o simplemente GTO (del ingls Gate Turn-Off Thyristor) es un dispositivo de electrnica de potencia que puede ser encendido por un solo pulso de corriente positiva en la terminal puerta o gate (G), al igual que el tiristor normal; pero en cambio puede ser apagado al aplicar un pulso de corriente negativa en el mismo terminal. Ambos estados, tanto el estado de encendido como el estado de apagado, son controlados por la corriente en la puerta (G). El proceso de encendido es similar al del tiristor. Las caractersticas de apagado son un poco diferentes. Cuando un voltaje negativo es aplicado a travs de las terminales puerta (G) y ctodo (C o K), la corriente en la puerta (ig), crece. Cuando la corriente en la puerta (G) alcanza su mximo valor, IGR, la corriente de nodo comienza a caer y el voltaje a travs del dispositivo (VAK), comienza a crecer. El tiempo de cada de la corriente de nodo (IA) es abrupta, tpicamente menor a 1 us. Despus de esto, la corriente de nodo vara lentamente y sta porcin de la corriente de nodo es conocido como corriente de cola. La razn (IA/IGR) de la corriente de nodo IA a la mxima corriente negativa en la puerta (IGR) requerida para el voltaje es baja, comnmente entre 3 y 5. Por ejemplo, para un voltaje de 2500 V y una corriente de 1000 A, un GTO normalmente requiere una corriente negativa de pico en la puerta de 250 A para el apagado.

ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTOLa estructura del GTO es esencialmente la misma que un tiristor convencional. Existen 4 capas de silicio (PNPN), 3 uniones (P-N, N-P y P-N) y tres terminales: nodo (A), ctodo (C o K) y puerta (G). La diferencia en la operacin radica en que una seal negativa en la puerta (G) puede apagar el GTO. Mientras el GTO se encuentre apagado y no exista seal en la puerta, el dispositivo se bloquea para cualquier polaridad en el nodo, pero una corriente de fuga (IA leak) existe. Con un voltaje de bias en directa el GTO se bloquea hasta que un voltaje de ruptura VAK = VB0 es alcanzado. En este punto existe un proceso dinmico de encendido., VAK = 3V y la corriente IA es determinada por la carga. Cuando el GTO se apaga y con la aplicacin de una voltaje en inversa, solo una pequea corriente de fuga (IA leak) existe. Una polarizacin en inversa VAK puede ser alcanzada cuando ocurra un corte. El valor del voltaje del voltaje de ruptura inverso depende del mtodo de fabricacin para la creacin de una regeneracin interna para facilitar el proceso de apagado. Con un voltaje de polarizacin directo aplicado al nodo y un pulso de corriente positiva es aplicada a la puerta G (gate), el GTO se enciende y permanece de esa forma. Para sta condicin, existen 2 formas de apagarlo. Una forma es reduciendo la corriente de nodo IA por medios externos hasta un valor menor a la corriente de holding Ih, en la cual, la accin regenerativa interna no es efectiva. La segunda forma de apagarlo es por medio de un pulso en el gate, y este es el mtodo ms recomendable porque proporciona un mejor control. Como el GTO tiene una conduccin de corriente unidireccional, y puede ser apagado en cualquier instante, ste se aplica en circuitos chopper (conversiones de dc- dc) y circuitos inversores (conversiones dc -ac) a niveles de potencia en los que los MOSFET's, TBJ's e IGBT's no pueden ser utilizados. A bajos niveles de potencia los semiconductores de conmutacin rpida son preferibles. En la conversin de AC - DC, los GTO's, son tiles porque las estrategias de conmutacin que posee, pueden ser usadas para regular la potencia, como el factor de potencia.

El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT, del ingls Insulated Gate Bipolar Transistor) es un dispositivo semiconductor que generalmente se aplica como interruptor controlado en circuitos de electrnica de potencia. Este dispositivo posee la caractersticas de las seales de puerta de los transistores de efecto campo con la capacidad de alta corriente y bajo voltaje de saturacin del transistor bipolar, combinando una puerta aislada FET para la entrada de control y un transistor bipolar como interruptor en un solo dispositivo. El circuito de excitacin del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las caractersticas de conduccin son como las del BJT. Los transistores IGBT han permitido desarrollos que no haban sido viables hasta entonces, en particular en los Variadores de frecuencia as como en las aplicaciones en maquinas elctricas y convertidores de potencia que nos acompaan cada da y por todas partes, sin que seamos particularmente conscientes de eso: automvil, tren, metro, autobs, avin, barco, ascensor, electrodomstico, televisin, domtica , Sistemas de Alimentacin Ininterrumpida o SAI (en Ingls UPS), etc.

CARACTERISTICA El IGBT es adecuado para velocidades de conmutacin de hasta 20 kHz y ha sustituido al BJT en muchas aplicaciones. Es usado en aplicaciones de altas y medias energas como fuente conmutada, control de la traccin en motores y cocina de induccin. Grandes mdulos de IGBT consisten en muchos dispositivos colocados en paralelo que pueden manejar altas corrientes del orden de cientos de amperios con voltajes de bloqueo de 6.000 voltios. Se puede concebir el IGBT como un transistor Darlington hbrido. Tiene la capacidad de manejo de corriente de un bipolar pero no requiere de la corriente de base para mantenerse en conduccin. Sin embargo las corrientes transitorias de conmutacion de la base pueden ser igualmente altas. En aplicaciones de electrnica de potencia es intermedio entre los tiristores y los mosfet. Maneja ms potencia que los segundos siendo ms lento que ellos y lo inverso respecto a los primeros.

Circuito equivalente de un IGBT.

Este es un dispositivo para la conmutacin en sistemas de alta tensin. La tensin de control de puerta es de unos 15 V. Esto ofrece la ventaja de controlar sistemas de potencia aplicando una seal elctrica de entrada muy dbil en la puerta.