EL SCR Y SU POLARIZACION ( PARTE A )

OBJETIVO

Demostrar el funcionamiento de un Rectificador Controlado de Silicio mediante el uso de una lámpara incandescente y observar su forma de onda de disparo a través de un osciloscopio.

DESCRIPCIÓN BÁSICA DEL SCR

El tiristor de la Figura 1(SCR, Silicon Controlled Rectifier o Rectificador Controlado de Silicio), es un dispositivo semiconductor bi estable formado por tres uniones PN con la disposición PNPN. Está formado por tres terminales, llamados Ánodo, Cátodo y Puerta. El instante de conmutación, puede ser controlado con toda precisión actuando sobre el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional, conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez.

FIGURA 1.Símbolo electrónico de un Rectificador Controlado de Silicio

Características del SCR:

• Interruptor casi ideal. • Amplificador eficaz (pequeña señal de puerta produce gran señal A – K). • Fácil controlabilidad. • Características en función de situaciones pasadas (Memoria). • Soporta altas tensiones. • Capacidad para controlar grandes potencias. • Relativa rapidez.

Figura 2 Circuito básico de disparo de corriente continua de un SCR.

CARACTERÍSTICAS DE LA COMPUERTA DE LOS SCR

Un SCR es disparado por un pulso corto de corriente aplicado a la compuerta. Esta corriente de compuerta (IG) fluye por la unión entre la compuerta y el cátodo, y sale del SCR por la terminal del cátodo. La cantidad de corriente de compuerta necesaria para disparar un SCR en particular se simboliza por IGT. Para dispararse, la mayoría de los SCR requieren una corriente de compuerta entre 0.1 y 50 mA (IGT = 0.1 - 50 mA). Dado que hay una unión pn estándar entre la compuerta y el cátodo, el voltaje entre estas terminales (VGK) debe ser ligeramente mayor a 0.6 V. En la figura 4 se muestran las condiciones que deben existir en la compuerta para que un SCR se dispare.

Figura 3.Voltaje de compuerta a cátodo (VGK) y corriente de compuerta (IG) necesarios para disparar un SCR.

Una vez que un SCR ha sido disparado, no es necesario continuar el flujo de corriente de compuerta. Mientras la corriente continúe fluyendo a través de las terminales principales, de ánodo a cátodo, el SCR permanecerá en ON. Cuando la corriente de ánodo a cátodo (IAK) caiga por debajo de un valor mínimo, llamado corriente de retención, simbolizada IHO el SCR se apagara. Esto normalmente ocurre cuando la fuente de voltaje de ca pasa por cero a su región negativa. Para la mayoría de los SCR de tamaño mediano, la IHO es alrededor de 10 mA.

MATERIAL Y EQUIPO

1 Pila cuadrada de 9 volts de corriente continua 1 Rectificador controlado de silicio C 106 D 1 Resistencia de 4.7 kilo ohms a ½ watt 1 Switch de un polo un tiro. 1 Lámpara para 12 volts de corriente continua 1 Protoboard 1m Alambre calibre 22 de una línea 1 Multímetro digital con puntas de prueba

DESARROLLO DE LA PRACTICA

1. Buscar en el manual de semiconductores ECG la disposición de terminales del rectificador controlado de silicio C106 D y anotarla en una hoja de especificaciones.

2. Armar en el protoboard el circuito de la figura 2, teniendo cuidado con las conexiones. 3. Mediante el uso del Multímetro Digital, medir el voltaje de la pila de 9 volts para comprobar que está

proporcionando el voltaje correcto. 4. Conectar la pila de 9 volts al circuito armado en el protoboard. 5. Cerrar el interruptor para proporcionar un pulso de activación al SCR, en este caso la lámpara debe

encender. 6. Abrir el interruptor y observar el efecto producido en la lámpara 7. Explicar porque la lámpara se mantiene encendida por tiempo indefinido aún después de desactivar el

interruptor. 8. Producir un corto circuito momentáneo entre el ánodo y el cátodo del SCR y observar el efecto producido en

lámpara. 9. Hacer las anotaciones necesarias de acuerdo con lo observado durante el desarrollo de la práctica.

OBSERVACIONES ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CONCLUSIONES ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CONTROL DE FASE CON UN SCR ( PARTE B )

OBJETIVO

El alumno debe ser capaz de identificar en la práctica las características de disparo de un Rectificador Controlado de Silicio, utilizando como carga una lámpara incandescente de 100W.

MÉTODOS DE DISPARO DE UN SCR.

Para que se produzca el cebado de un tiristor, la unión ánodo - cátodo debe estar polarizada en directo y la señal de mando debe permanecer un tiempo suficientemente largo como para permitir que el tiristor alcance un valor de corriente de ánodo mayor que corriente de carga, corriente necesaria para permitir que el SCR comience a conducir.

Para que, una vez disparado, se mantenga en la zona de conducción deberá circular una corriente mínima de valor corriente de umbral, marcando el paso del estado de conducción al estado de bloqueo directo.

Los distintos métodos de disparo de los tiristores son:

• Por puerta. • Por módulo de tensión. • Por gradiente de tensión • Disparo por radiación. • Disparo por temperatura.

El modo usado normalmente es el disparo por puerta. Los disparos por módulo y gradiente de tensión son modos no deseados, por lo que los evitaremos en la medida de lo posible.

• Disparo por puerta Es el proceso utilizado normalmente para disparar un tiristor. Consiste en la aplicación en la puerta de

un impulso positivo de intensidad, entre los terminales de puerta y cátodo a la vez que mantenemos una tensión positiva entre ánodo y cátodo.

• Disparo por módulo de tensión Este método podemos desarrollarlo basándonos en la estructura de un transistor: si aumentamos la

tensión colector - emisor, alcanzamos un punto en el que la energía de los portadores asociados a la corriente de fugas es suficiente para producir nuevos portadores en la unión de colector, que hacen que se produzca el fenómeno de avalancha. N

Esta forma de disparo no se emplea para disparar al tiristor de manera intencionada; sin embargo ocurre de forma fortuita provocada por sobretensiones anormales en los equipos electrónicos.

• Disparo por gradiente de tensión Si a un tiristor se le aplica un escalón de tensión positiva entre ánodo y cátodo con tiempo de subida

muy corto, los portadores sufren un desplazamiento para hacer frente a la tensión exterior aplicada. La unión de control queda vacía de portadores mayoritarios; aparece una diferencia de potencial elevada, que se opone a la tensión exterior creando un campo eléctrico que acelera fuertemente a los portadores minoritarios produciendo una corriente de fugas.

• Disparo por radiación La acción de la radiación electromagnética de una determinada longitud de onda provoca la elevación

de la corriente de fugas de la pastilla por encima del valor crítico, obligando al disparo del elemento.

Los tiristores fotosensibles (llamados LASCR o Light Activated SCR) son de pequeña potencia y se utilizan como elementos de control todo - nada.

• Disparo por temperatura El disparo por temperatura está asociado al aumento de pares electrón - hueco generados en las

uniones del semiconductor. Así, la suma (a 1+a 2) tiende rápidamente a la unidad al aumentar la temperatura. La tensión de ruptura permanece constante hasta un cierto valor de la temperatura y disminuye al aumentar ésta.

Condiciones necesarias para el control de un SCR

• Disparo • Polarización positiva ánodo - cátodo.

La puerta debe recibir un pulso positivo (respecto a la polarización que en ese momento tengamos en el cátodo) durante un tiempo suficiente como para que corriente del ánodo sea mayor que la intensidad de enganche.

En el siguiente circuito (Figura 1) se muestra una aplicación práctica del SCR para el control de intensidad de una lámpara incandescente (control de fase)

FIGURA 1 Circuito de control de fase con un SCR

MATERIAL Y EQUIPO

1 lámpara incandescente de 100W a 120 volts corriente alterna 1 R1= resistencia de 22kΩ a 5watt 1 D1= diodo rectificador 1N4004. 1 R2= resistencia de 10k Ω a 1/2watt 1 POT1= potenciómetro de 100KΩ 1 C1= capacitor cerámico de 0.082 μF. 1T1= UJT 2N2646. 1 R3= resistencia de 1k Ω a 1/2watt. 1 R4= resistencia de 100Ω a 1/2watt. 1 T2= SCR C106D. 1 protoboard 1m de alambre calibre 22 de 1 polo. 1 multímetro digital con puntas de prueba. 1 fuente de corriente alterna a 120v. 1 osciloscopio de doble trazo con puntas de prueba. 1 base para lámpara incandescente.

1 manual de semiconductores ECG.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

1. Localizar en el manual de semiconductores ECG la disposición de los tiristores a emplearse. Anotar la configuración de las terminales en una hoja de especificaciones.

2. Armar el circuito de la figura 1 en el protoboard.

3. Conectar el circuito armado a una fuente de alimentación de corriente alterna de 120v.

4. Variar el valor del potenciómetro para observar la regulación de intensidad de la lámpara.

5. Mediante el uso del multímetro digital medir el voltaje de la lámpara en el momento que se varia el potenciómetro para observar la variación del voltaje.

6. Conectar el osciloscopio en paralelo con la lámpara para observar la forma de onda de salida y el ángulo de disparo del SCR. (control de fase).

Nota: se recomienda revisar cuidadosamente el circuito antes de conectarlo, para evitar que se dañe el SCR. ESQUEMAS

OBSERVACIONES ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CONCLUSIONES ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ CRITERIO DE EVALUACION