Laboratorio N 01: MEDICIN DE LAS CARACTERISTICAS ESTTICAS DEL TRISISTOR Y DEL TRIAC.Antonio Alberto S. Gresia Munayco 20124066HFacultad de Ingeniera Elctrica y Electrnica, Universidad Nacional de IngenieraLima, Perantoniogresia@gmail.com

INTRODUCCIN

En este laboratorio vamos a ver las caracteristicas y funcionamiento de un triac y tiristor, tanto la corriente de engache, corriente de matenimiento, y tambien los voltajes de los mismo, asi mismo poder saber como controlar de manera eficiente los triac y tiristores.I. OBJETIVO El laboratorio deacuerdo a sus experimentos tiene como finalidad: Ver las caracteristica de funcionamiento de un tiristor y triac. Ver el angulo de disparo cuando una tension se matiene constante, puede ser tanto de la fuente como la de gate. Ver el funcionamiento de triac cuando las fuentes se invierten, pueden ser de una a la vez como las dos al mismo tiempo.

II. TEORA

A. Caracteristicas principales de un tiristor.

El tiristor es un conmutador biestable, es decir, es el equivalente electrnico de los interruptores mecnicos; por lo 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.A medida que aumenta la corriente de puerta se desplaza el punto de disparo. Se puede controlar as la tensin necesaria entre nodo y ctodo para la transicin OFF -> ON, usando la corriente de puerta adecuada (la tensin entre nodo y ctodo dependen directamente de la tensin de puerta pero solamente para OFF -> ON). Cuanto mayor sea la corriente suministrada al circuito de puerta IG (intensidad de puerta), tanto menor ser la tensin nodo-ctodo necesaria para que el tiristor conduzca.Tambin se puede hacer que el tiristor empiece a conducir si no existe intensidad de puerta y la tensin nodo-ctodo es mayor que la tensin de bloqueo.

B. Caracteristicas principales de un triac.

Un Triac o un trodo para corriente alterna es un dispositivo semiconductor. De la familia de los tiristores. La diferencia con un tiristor es que este es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podra decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna.Entonces un tiristor o SCR, dar solo la mitad de voltaje a la carga, mientras que el Triac ser todo el voltaje. De forma coloquial podra decirse que el Triac es un switch que conmutar la corriente alterna a la carga. Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposicin que formaran dos SCR en antiparalelo.Cuando el Triac conduce, hay una trayectoria de flujo de corriente de muy baja resistencia de una terminal a la otra, dependiendo la direccin de flujo de la polaridad del voltaje externo aplicado. Cuando el voltaje es ms positivo en MT2, la corriente fluye de MT2 a MT1 en caso contrario fluye de MT1 a MT2. En ambos casos el Triac se comporta como un interruptor cerrado. Cuando el Triac deja de conducir no puede fluir corriente entre las terminales principales sin importar la polaridad del voltaje externo aplicado por tanto acta como un interruptor abierto.Debe tenerse en cuenta que si se aplica una variacin de tensin importante al Triac (dv/dt) an sin conduccin previa, el Triac puede entrar en conduccin directa.

C. Metodos de disparos para un triac.

El Triac estndar puede ser disparado por circulacin de corriente positiva o negativa entre compuerta y MT1. (Las reglas para VGT, IGT e IL son al igual que para el tiristor) esto permite el disparo del Triac en cuatro cuadrantes como se muestra en la siguiente figura.

Donde la compuerta debe ser excitada por Corriente Continua o por pulsos unipolares en el cruce por cero de la corriente de carga, corriente negativa de compuerta es la preferida por las siguientes razones.La construccin interna de los triac medios hace que la compuerta este ms alejada desde la regin de portadores mayoritarios cuando opera en el 3 cuadrante. Esto resulta en:a)IGT ms alta, esto implica un pico ms alto de IG requerido.b)Retraso mayor entre IG y el principio de la circulacin de corriente principal, esto requiere una mayor duracin de IG.c)Mucha menor capacidad de di/dt esto puede implicar una degradacin progresiva de puerta cuando controlamos cargas con di/dt iniciales (P.E: filamentos de lmpara incandescente fra).d)Mayor IL (tambin cierto para la 1 operacin) - > IG ms largo, la duracin mayor podra necesitarse para cargas muy pequeas cuando conduzcan desde el comienzo de un hemiciclo para permitir la corriente de carga alcanzar el IL.En controles comunes de ngulo de fase, como por ejemplo atenuadores de luces y controles de motores universales (taladros de mano), la polaridad de la tensin entre compuerta y MT2 son siempre las mismas. Esto significa la operacin es siempre en el 1 o 3 cuadrante, donde l los parmetros de conmutacin del triac son iguales. Esto resulta en un simtrico funcionamiento de conmutacin del triac donde la puerta est a su ms sensible estado.Ntese que: El 1+, 1-, 3- y 3+ como indicaciones, para los cuatro cuadrantes, se usa para la brevedad en vez de escribir "MT2+, G +" para 1+, etc. Esto se deriva desde las curvas caractersticas de V/I del triac.De aqu en adelante, la operacin est en cuadrantes 1 y 3 nicos. Los smbolos + y sern para referirnos al interior a corriente entrante de compuerta y saliente respectivamente.

D. Metodos alternativos de disparos.

Hay algunas formas con las que un triac puede encenderse. Algn son benignas, mientras otras son potencialmente destructivas.

(a) Seal de ruido en la compuerta.En ambientes elctricamente ruidosos, disparos espurios pueden ocurrir si el nivel de ruido excede la tensin VGT y si suficiente corriente de puerta circula para iniciar accin regenerativa dentro del triac. La primera lnea de defensa es minimizar la ocurrencia del ruido en primer lugar. Uno de los mejores resultados es logrado por realizar las conexiones de puerta tan corta tan sea posible y asegurando que el retorno comn desde el circuito de disparo se conecte directamente al terminal MT1 (o ctodo en el caso de un tiristor). (Los tiristores y triac de potencia incluyen este terminal en su dispositivo). En situaciones donde las conexiones de puerta son de conductor macizo, par torcido o apantallado podra ser necesario minimizar acortarlo.La inmunidad adicional de ruido puede proveerse agregando un resistor de 1kW o menor entre la puerta y MT1 para reducir la sensibilidad de puerta. Tambin es posible la utilizacin de un capacitor de tipo cermico o de polister para filtrar las altas frecuencia o dv/dt.La Alternativa de usar una serie H de triac (p. ej. BT139-600H). Estos son los tipos insensibles con 10 mA min. De IGT. Estos son triac diseados especficamente para proveer un alto el grado de inmunidad de ruido.

(b) Excediendo el valor permitido de dv/dt.Esta es la ms probable ocurrencia cuando tenemos una carga altamente reactiva, donde existe un considerable desfasaje entre la tensin de carga y la corriente de la misma. Cuando el triac conmuta, esto es la corriente se hace cero, la tensin aplicada en los bornes del mismo no es cero, debido al desfasaje entre ambas magnitudes, como es mostrado en la figura siguiente.El triac entonces repentinamente requerir bloquear esta tensin. El resultado de esta conmutacin puede forzar al triac a volver al estado de conduccin si se excede el valor permitido de dv/dt. Esto es debido a que los portadores en la juntura no tienen el tiempo suficiente para abandonarla totalmente.La capacidad para soportar dv/dt es afectada por dos de condiciones:El valor de la cada de corriente en la conmutacin esto es la di/dt. Alta di/dt implica una capacidad de dv/dt.La temperatura de juntura Tj. Si esta temperatura aumenta disminuye la capacidad de soportar dv/dt.

Si el triac es probable que supere la mxima dv/dt permitida por el dispositivo, es probable tambin, que sufra falsos disparos. La manera ms comn para mitigar este problema es con el uso de una red RC de amortiguacin. Estas redes se las conoce como red snubber.Esta deber estar entre los terminales MT1-MT2 para limitar el valor de cambio de voltaje. Los valores comunes son: resistencia de 100 W de carbn elegida por su manejo de corriente y un capacitor de 100nF.Otra alternativa es usar un Hi-Com triac.Ntese que la resistencia de la red snubber nunca debe omitirse, porque si as fuere cuando el triac se dispare, pueda sufrir daos, debido a el dispositivo puede superar el valor mximo de di/dt permitido al descargarse el capacitor entre los bornes MT1 y MT2 sin limitacin de corriente.

(c) Excediendo el valor permitido de di/dt.

Altas di/dt son causadas por cargas altamente inductivas, alta frecuencia de lnea o onda no senoidal de corriente de carga. Una causa bien conocida de corrientes de carga no senoidales y de di/dt un rectificador que alimenta una cara inductiva. Esto puede generalmente implicar una conmutacin fallada en un triac comn. Como la tensin de alimentacin baja mas, el EMF la corriente de la carga y del triac baja rpidamente a cero.El efecto de esto se muestra en la Figura siguiente.Durante esta condicin de corriente cero de triac, la corriente de carga ser informal sobre el circuito rectificador. Las cargas de esta naturaleza pueden generar di/dt tan altas que el triac no las soportar una dv/dt suave reaplicada de 50 Hz que sube desde cero Volt. En este caso no trae ningn beneficio poner una red snubber, ya que el problema no es la dv/dt. La di/dt tendr que ser limitada agregando una inductancia de algunos mH en serie con la carga.

(d) Excediendo el valor permitido de dv/dt.

Si un valor muy alto de cambio de voltaje se aplica a travs de un triac bloqueado (o el tiristor sensible de puerta en particular) sin exceder su VDRM (en Figura. 8), por la capacidad interna puede circular la corriente suficiente para activar al triac, esta condicin se ve magnificada por el aumento de la temperatura. Cuando ocurre este problema, la dv/dt debe ser limitada por una red snubber entre sus terminales MT1 y MT2 (o nodo y ctodo, para el caso del tiristor). La utilizacin de Hi-com triacs en este caso puede ser beneficioso.

III. DATA SHEET Y HOJA DE DATOS

CURVA CARACTERISTICAS DE BJ151

ESPECIFICACIONES DEL TIRISTOR BJ151

IV. EQUIPOS Y MATERIALESLos materiales a utilizar en el laboratorio son: 1 SCR TIRISTOR BT151. 1 TRIAC TRIAC BT515. 1 RESISTENCIA DE 220 /5W. 1 RESISTENCIA DE 2 K / 0.5W. 2 FUENTES DE ALIMENTACIN.

V. DESARROLLO DE LA EXPERIENCIAA. Arme el circuito mostrado de la figura

B. Coloque V2 en 12v y aumente el valor de V1 desde 1 voltio en pasos de 0.1V conectando y desconectando R2 en cada paso hasta que conduzca el tiristor permanentemente. Anote el valor de V1 de VR1 en R1 y VAK(ON).

C. Estando conduciendo desconecte la resistencia R2 = 2K y verifique el valorde V1 como en el caso anteior. Luego desminuya lentamente el valor de V1 hasta que deje de conducir el tiristor y anote el valor de V1.La corriente de mantenimiento ser:

D. Coloque el valor de V1 en 12V. Aumente el valor de V2 desde 0 voltios hasta que conduzca el tiristor y anote el valor de VR2 en R2.La corriente de puesta a mnima para disparar al tiristor ser:

E. Repita los pasos del (1) al (4) reemplazando al tiristor por un TRIAC.F. Repita los pasos del (1) al (4) invirtiendo la polaridad de la fuente de alimentacin solo de V1.G. Repita los pasos del (1) al (4) invirtiendo la polaridad de la fuente de alimentacin solo V2 con R2=220 / 5w.H. Repita los pasos del (1) al (4) invirtiendo la polaridad de las dos fuente de alimentacin con R2=220 / 5w.

VI. BIBLIOGRAFA

[1] Electronica de potencia. Muhamad H. Rashid. [2] Fuente del navegador http://wikipedia.org

[3] Fuente del navegador http://epower.wikispaces.com/file/view/presentacion5.1.pdfhttp://www.fra.utn.edu.ar/download/carreras/ingenierias/electrica/materias/planestudio/quintonivel/electronicaII/apuntes/triac.pdf