Tiristor Mono-unin Programable (PUT)

El transistor monounin programable (PUT) es un pequeo tiristor que aparece en la fig. a. Un PUT se puede utilizar como un oscilador de relajacin, tal y como se muestra en la fig. b. El voltaje de compuerta VG se mantiene desde la alimentacin mediante el divisor resistivo del voltaje R1 y R2, y determina el voltaje de punto de pico Vp. En el caso del UJT, Vp est fijo para un dispositivo por el voltaje de alimentacin de cd, pero en un PUT puede variar al modificar al modificar el valor del divisor resistivo R1 y R2. Si el voltaje del nodo VA es menor que el voltaje de compuerta VG, el dispositivo se conservar en su estado inactivo, pero si el voltaje de nodo excede al de compuerta en una cada de voltaje de diodo VD, se alcanzar el punto de pico y el dispositivo se activar. 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 alimentacin en cd Vs. N general Rk est limitado a un valor por debajo de 100 Ohms. R y C controlan la frecuencia junto con R1 y R2. El periodo de oscilacin T est dado en forma aproximada por:

Cuando no hay corriente de compuerta el voltaje desarrollado en dicho terminales:

Vg = Vbb Rb1/(Rb1+ Rb2) = n Vbb

El circuito no se disparar hasta tanto el potencial en el terminal de nodono sea superior en el voltaje de polarizacin directa de la juntura pn entre nodo y compuerta y el voltaje de compuerta.Por lo tanto:Vak = Vp = Vd + Vg = .7 + n Vbb

Aunque el UJT y el Put tienen nombres similares, son diferentes en construccin y en modo de operacin. La designacin se ha hecho en base a que presentan caractersticas tensin-corriente y aplicaciones similares. Mientras que el UJT es un dispositivo de dos capas, el PUT lo es de cuatro capas.El trmino programable es usado porque los valores de Rbb, n y Vp pueden controlarse mediante una red externa. En la figura 1 puede observarse la conformacin fsica y circuital del PUT.

La curva tensin-corriente que representa la caracterstica de funcionamiento del PUT es mostrada en la figura 2:Mientras la tensin Vak no alcance el valor Vp, el PUT estar abierto, por lo cual los niveles de corriente sern muy bajos.Una vez se alcance el nivel Vp, el dispositivo entrar en conduccin presentando una baja impedancia ypor lo tanto un elevado flujo de corriente. El retiro del nivel aplicado en compuerta, no llevar al dispositivo a su estado de bloqueo, es necesario que el nivel de voltaje Vak caiga lo suficiente para reducir la corriente por debajo de un valor de mantenimiento I(br).

Aplicaciones

El PUT es utilizado tambin como oscilador de relajacin. Si inicialmente el condensador est descargado la tensin Vak ser igual a cero.A medida que transcurre el tiempo ste adquiere carga. Cuando se alcanza el nivel Vp de disparo, el PUT entra en conduccin y se establece una corriente Ip. Luego, Vak tiende a cero y la corriente aumenta. A partir de este instante el condensador empieza a descargarse y la tensin Vgk cae prcticamente a cero. Cuando la tensin en bornes del condensador sea prcticamente cero, el dispositivo se abre y se regresa a las condiciones inciales. En la figura 3 puede observarse la configuracin circuital para el oscilador..

Ejemplo 1Se tiene un oscilador de relajacin que trabaja con un PUT, el cual presenta las siguientes caractersticas:

Ip = 100 A, Iv = 5.5 mA y Vv = 1 v.

Si el voltaje de polarizacin es de 12 v y la red externa es la siguiente: Rb1= 10 kW, Rb2= 5 kW, R = 20 kW, C = 1 F y Rk = 100 kW, calcular Vp, Rmx, Rmn y el perodo de oscilacin.

-Clculo de VpVp = Vd + n Vbb,n = Rb1/(Rb1+ Rb2) = 10/15 = .66

Vp = .7 + .66 12 = 8.7 v

-Clculo de Rmx y Rmn Puesto que el PUT es tambin un dispositivo de resistencia negativa, tiene que cumplir con la condicin impuesta de que la recta de carga de trabajo,corte a la curva caracterstica tensin-corriente precisamente en la regin que presenta resistencia negativa. Si esto no ocurre, el dispositivo puede permanecer o en bloqueo o en saturacin. Para garantizar que efectivamente se trabaje en la regin adecuada , debe escogerse al igual que en el caso del UJT, el valor de resistencia comprendido entre unos valores lmites dados por Rmx y Rmn.

Rmx = (Vbb - Vp)/Ip = 3.3/100 = 33 k

Rmn = (Vbb - Vv)/Iv = 11/5.5 = 2 k

Ahora, debe cumplirse con la condicin:

RmnRRmx , 2 kR33 k

Como puede observarse el valor tomado para R est entrelos lmites establecidos ya que tiene un valor de 20 k.

-Clculo de T

T = RC ln(1 + Rb1/Rb2)

T = 20 k1 F ln(1 + 2) = 24 ms

Switch unilateral de Silicio (SUS)

Interruptor Unilateral de Silicio SUSEl Interruptor unilateral de silicio o mejor conocido por sus siglas en ingls como SUS (Silicon Unilateral Switch), es un dispositivo de tres terminales (nodo, ctodo y compuerta) el cual conduce en una sola direccin de nodo a ctodo cuando el voltaje en el primero es mayor que en el segundo. Presenta caractersticas elctricas muy similares a la de un diodo de cuatro capas; sin embargo, la presencia de la terminal de compuerta le permite controlar su voltaje de disparo. Por su carcter unidireccional es utilizado para el control de SCRs y para el control de TRIACS.

Comportamiento Este dispositivo comienza a conducir cuando el voltaje entre nodo y Ctodo alcanza un valor Vs el cual tpicamente es de 6 a 10V. Despus de esto el voltaje cae dependiendo de la corriente de conduccin. Hay que destacar que este dispositivo seguir conduciendo mientras se mantenga un voltaje por encima de 0.7 y la corriente de conduccin no caiga por debajo de la corriente de mantenimiento IH la cual tpicamente es de 1.5mA. En el caso que se d una polarizacin inversa este dispositivo no conduce, sin embargo tiene un lmite de voltaje inverso llamado VR el cual puede estar por el orden de los 30V. Si se supera este voltaje entonces se destruye el dispositivo.

Curva de comportamiento de la corriente en trminos del voltaje.

Efecto de la compuerta:Si aplicamos una diferencia de potencial entre la compuerta y el ctodo se puede modificar considerablemente la curva de operacin del SUS. Una de las formas ms clsicas de hacer esto es mediante un diodo zener, entre la compuerta y el ctodo. De esta forma, el voltaje de Disparo (Vs) queda definido por:Vs = Vz + 0.6 V

De lo observado hasta ahora podramos decir que el SUS es similar al UJT, sin embargo, el SUS se dispara a una tensin determinada por el diodo zener, y su corriente Is (corriente de activacin) resulta mayor y muy cercana a IH (corriente de mantenimiento). Estos Datos limitan la frecuencia de trabajo del elemento para valores altos y bajos.

Disparador de tiristores en general

Por medio de una configuracin RC, se puede utilizar este dispositivo para disparar tiristores como el SCR y tambin TRIAC. Si cargamos un condensador por medio de una resistencia variable de tal forma que el condensador alcance el voltaje de disparo del SUS en un tiempo RC, cuando este voltaje es alcanzado el condensador se descargar por medio del SUS. De esta forma se producir un pulso en de voltaje en una resistencia, la cual estar conectada a la compuerta de Tiristor. Este pulso ser de muy corta duracin ya que solo se mantiene mientras el condensador entrega una corriente mayor a la de mantenimiento y, como sabemos, en estos dispositivos esta corriente es bastante elevada. La resistencia variable nos permite variar el tiempo de carga del condensador y con ello el tiempo de disparo. Para utilizar esta configuracin es fundamental el parmetro Vo, que es el voltaje pico producido por SUS en la resistencia, este factor es crucial ya que si no se tiene la suficiente potencia no se podr activar el tiristor.

Circuito RC con SUS para disparar un Tiristor. R1 Carga C hasta Vs, luego C se descarga por l SUS, creado un pulso en R2, hasta que I se hace menor de IH.

Disparador de TRIAC Un circuito para control de TRIAC por medio de SUS (Ver Figura) funciona de la siguiente forma. Una fuente AC conectada a un puente rectificador, entrega un voltaje rectificado a un condensador C, Este voltaje tender a seguir el voltaje del puente con un atraso de posicin, determinado por una resistencia de carga R2 en serie con el condensador. En algn momento del semi-ciclo el voltaje del condensador alcanzar el voltaje de disparo del SUS, al alcanzar este voltaje el SUS se dispara y permite que el condensador se descargue a travs del devanado primario de un transformador. Esta descarga del condensador C1 produce un impulso de corriente en el devanado primario del transformador hasta que el condensador se descargue al punto de no poder entregar una corriente igual al de mantenimiento SUS. En el secundario se produce una corriente que va directo a la compuerta del TRIAC, la cual lo activa. Cabe destacar que la corriente va saliendo de la compuerta; esto se logra invirtiendo el secundario, esto permite que el TRIAC se dispare en el segundo y tercer cuadrante, es decir para una corriente negativa y polarizacin directa e inversa de terminales. Si no se colocara el SUS, los ngulos de disparos serian diferentes entre los semi-ciclos positivos y negativos de la carga, ya que recordemos que el TRIAC se enciende dependiendo de la polarizacin de sus terminales y del sentido de la corriente en su base. Sin embargo, como el SUS genera un pulso que evita que el TRIAC detecte una curva suave de elevacin de corriente y con ello que se dispare en ngulos diferentes.

En este circuito se controla el TRIAC mediante los disparos del SUS, que a su vez son controlados por R1, R2 y C1

Disparador de SCR En este circuito de la figura Control de SCR se vuelve a observar la Configuracin RC para controlar el tiempo de disparo del SUS, este al disparase activa el SCR, sin embargo a diferencia del TRIAC este se desactiva para el semi-ciclo negativo, ya que por la presencia de los diodos solo se disparara el SUS y con ello el SCR para el semi-ciclo positivo.

Control de SCR

Hoja de datos:A continuacin, se presentan los criterios relevantes que podemos encontrar en datasheets de SUS, los valores mostrados son para la familia 2N4987, 2N4989, 2N4989 y 2N4990 Tensin de disparo Vs = 6 a 10V Corriente en el momento de disparo Is= 0.5 mA Tensin de Manteamiento VH = aproximadamente 0.7 a 25 C Corriente de mantenimiento IH = 1.5 mA Max. Cada de tensin directa (para If = 200mA) = 1.75V Tensin Inversa VR = 30V Pico de los impulsos V0=3.5 V min Temperatura de juntura Tj -65 a 125 CDe estos criterios se observa que este dispositivo opera para bajos valores de corriente y de voltaje, de hecho, la mxima corriente que este dispositivo maneja no es ms de 1 A

Switch bilateral de Silicio (SBS)

El SBS es un dispositivo que consiste de dos SUS conectados en antiparalelo. Acta como unswitchde voltaje de disparo que puede ser accionado con cualquier polaridad. En la figura se muestran sus caractersticas.