LAB. DE ELECTRONICA DE POTENCIA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Disparo del Tiristor con componentes discretos Facultad de Ingeniería Mecánica

Pág. 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

“Año del Centenario de Machu Picchu para el Mundo”

INFORME DEL LABORATORIO N°1

EXPERIENCIA:

DISPARO DEL TIRISTOR CON COMPONENTES DISCRETOS

INTEGRANTES:

Acevedo Pascual, Franco Chávez Palomino, Ronald Eder

Tresierra Collazos,Max Vilcahuaman Tovar,Jose Luis

PROFESOR: Ing. Robinson Arevalo

FECHA DE ENTREGA: 21 / 09 / 10

2011

LAB. DE ELECTRONICA DE POTENCIA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Disparo del Tiristor con componentes discretos Facultad de Ingeniería Mecánica

Pág. 2

OBJETIVOS 1) Comprobar experimentalmente el disparo de un tiristor con elementos

discretos y este conectado a una carga.

2) Observar el comportamiento de la carga al variar el potenciómetro RV1.

LAB. DE ELECTRONICA DE POTENCIA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Disparo del Tiristor con componentes discretos Facultad de Ingeniería Mecánica

Pág. 3

FUNDAMENTO TEORICO

1) El TIRISTOR: Es un componente electrónico constituido por elementos semiconductores que utiliza realimentación interna para producir una conmutación. Los materiales de los que se compone son de tipo semiconductor, es decir, dependiendo de la temperatura a la que se encuentren pueden funcionar como aislantes o como conductores. Son dispositivos unidireccionales porque solamente transmiten la corriente en un único sentido. Se emplea generalmente para el control de potencia eléctrica.

El dispositivo consta de un ánodo y un cátodo, donde las uniones son de tipo PNPN entre los mismos. Por tanto se puede modelar como 2 transistores típicos PNP y NPN, por eso se dice también que el tiristor funciona con tensión realimentada. Se crean así 3 uniones (denominadas J1, J2, J3 respectivamente), el terminal de puerta está conectado a la unión J2 (unión NP).

Algunas fuentes definen como sinónimos al tiristor y al rectificador controlado de silicio (SCR); otras definen al SCR como un tipo de tiristor, a la par que los dispositivos DIAC y TRIAC.

Símbolo electrónico

2) FUNCIONAMIENTO DE UN TIRISTOR: El tiristor es un conmutador biestable, es decir, es el equivalente electrónico de los interruptores mecánicos; 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. El diseño del tiristor permite que éste pase rápidamente a encendido al recibir un pulso momentáneo de corriente en su terminal de control, denominada puerta (o en inglés, gate) cuando hay una tensión positiva entre ánodo y cátodo, es decir la tensión en el ánodo es mayor que en el cátodo. Solo puede ser apagado con la interrupción 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 existirá una débil corriente inversa de

LAB. DE ELECTRONICA DE POTENCIA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Disparo del Tiristor con componentes discretos Facultad de Ingeniería Mecánica

Pág. 4

fugas hasta que se alcance el punto de tensión inversa máxima, provocándose la destrucción del elemento (por avalancha en la unión).

Para que el dispositivo pase del estado de bloqueo al estado activo, debe generarse una corriente de enganche positiva en el ánodo, y además debe haber una pequeña corriente en la compuerta capaz de provocar una ruptura por avalancha en la unión J2 para hacer que el dispositivo conduzca. Para que el dispositivo siga en el estado activo se debe inducir desde el ánodo una corriente de sostenimiento, mucho menor que la de enganche, sin la cual el dispositivo dejaría de conducir.

A medida que aumenta la corriente de puerta se desplaza el punto de disparo. Se puede controlar así la tensión necesaria entre ánodo y cátodo para la transición OFF -> ON, usando la corriente de puerta adecuada (la tensión entre ánodo y cátodo dependen directamente de la tensión de puerta pero solamente para OFF -> ON). Cuanto mayor sea la corriente suministrada al circuito de puerta IG (intensidad de puerta), tanto menor será la tensión ánodo-cátodo necesaria para que el tiristor conduzca.

También se puede hacer que el tiristor empiece a conducir si no existe intensidad de puerta y la tensión ánodo-cátodo es mayor que la tensión de bloqueo.

3) FORMAS DE ACTIVAR UN TIRISTOR:

Luz: Si un haz de luz incide en las uniones de un tiristor, hasta llegar al mismo silicio, el número de pares electrón-hueco aumentará pudiéndose activar el tiristor.

Corriente de Compuerta: Para un tiristor polarizado en directa, la inyección de una corriente de compuerta al aplicar un voltaje positivo entre compuerta y cátodo lo activará. Si aumenta esta corriente de compuerta, disminuirá el voltaje de bloqueo directo, revirtiendo en la activación del dispositivo.

Térmica: Una temperatura muy alta en el tiristor produce el aumento del número de pares electrón-hueco, por lo que aumentarán las corrientes de fuga, con lo cual al aumentar la diferencia entre ánodo y cátodo, y gracias a la acción regenerativa, esta corriente puede llegar a ser 1, y el tiristor puede activarse. Este tipo de activación podría comprender una fuga térmica, normalmente cuando en un diseño se establece este método como método de activación, esta fuga tiende a evitarse.

Alto Voltaje: Si el voltaje directo desde el ánodo hacia el cátodo es mayor que el voltaje de ruptura directo, se creará una corriente de fuga lo suficientemente grande para que se inicie la activación con retroalimentación. Normalmente este tipo de activación puede dañar el dispositivo, hasta el punto de la destrucción del mismo.

dv/dt: Si la velocidad en la elevación del voltaje ánodo-cátodo es lo suficientemente alta, entonces la corriente de las uniones puede ser

LAB. DE ELECTRONICA DE POTENCIA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Disparo del Tiristor con componentes discretos Facultad de Ingeniería Mecánica

Pág. 5

suficiente para activar el tiristor. Este método también puede dañar el dispositivo.

4) TIRISTOR COMO EQUIVALENTE DE 2 TRANSISTORES BJT:

La acción regenerativa o de enganche de vida a la retroalimentación directa se puede demostrar mediante un modelo de tiristor de dos transistores. Un tiristor se puede considerar como dos transistores complementarios, un transistor PNP, Q1, y un transistor NPN, Q2, tal y como se demuestra en la figura.

LAB. DE ELECTRONICA DE POTENCIA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Disparo del Tiristor con componentes discretos Facultad de Ingeniería Mecánica

Pág. 6

Considerando: y a la suma de que es la corriente de fuga residual total, tendremos la expresión simplificada:

5) SIMBOLOGIA DE ALGUNOS TIRISTORES:

6) CURVA CARACTERISTICA DE UN TIRISTOR ( ):

LAB. DE ELECTRONICA DE POTENCIA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Disparo del Tiristor con componentes discretos Facultad de Ingeniería Mecánica

Pág. 7

7) REALIZACION DE LA EXPERIENCIA:

a) MATERIALES:

- Osciloscopio.

- 1 tiristor 2N3669 o equivalente.

- Protoboard.

- Multimetro digital.

- 1 foco con sokect (carga).

- 2 condensadores de 0.22uF, 88nF y 0.02uF.

- 2 resistencias de 10kΩ y 2W de potencia.

- 1 potenciometro de 100kΩ y 2W de potencia.

- 2 interruptores SW1 Y SW2.

LAB. DE ELECTRONICA DE POTENCIA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Disparo del Tiristor con componentes discretos Facultad de Ingeniería Mecánica

Pág. 8

b) PROCEDIMIENTO:

1) Construcción del circuito 1:

2) Seleccionamos un valor para RV1 de 50kΩ (a 50% del potenciómetro)

para luego cerrar el interruptor SW1.

En la experiencia realizada se observo que la lámpara no enciende,

esto es correcto ya que el tiristor no esta polarizado, por tanto no

permite la conducción.

En la experiencia el valor de RV1 fue de 50.3kΩ.

3) Para este mismo valor de RV1 cerramos el interruptor sw2.

LAB. DE ELECTRONICA DE POTENCIA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Disparo del Tiristor con componentes discretos Facultad de Ingeniería Mecánica

Pág. 9

En la experiencia se observo que para esta valor de RV1 la lámpara

enciende pero con parpadeo rápido, la tensión entre A y K se midio

43.8v en la experiencia.

4) Repitiendo los pasos anteriores para otros valores de RV1, se tuvo lo

siguiente:

- Para RV1=70.8kΩ:

Enciende pero con parpadeo mas prolongado que para RV1=50KΩ.

- Para RV1=94.5kΩ:

LAB. DE ELECTRONICA DE POTENCIA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Disparo del Tiristor con componentes discretos Facultad de Ingeniería Mecánica

Pág. 10

Para ambos casos no enciendo cuando SW1 esta abierto

NOTA: el tiempo de disparo para el circuito 1 varia entre ⟨ ⟩

5) Construcción del circuito 2:

6) Conexión del osciloscopio entre los terminales del condensador.

-Para un RV1=57kΩ, la lámpara enciende luego de un tiempo medido en el

osciloscopio, este es el tiempo de disparo y es:

LAB. DE ELECTRONICA DE POTENCIA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Disparo del Tiristor con componentes discretos Facultad de Ingeniería Mecánica

Pág. 11

El voltaje medido en el tiristor fue de 3.97v

-Para un RV1=70.7kΩ, la lámpara enciende luego de un tiempo medido en

el osciloscopio, este es el tiempo de disparo y el tiempo de apagado es

mas prolongado que el anterior, el tiempo de disparo o tiempo de

encendido es:

El voltaje medido en el tiristor fue de 3.05v hasta que se apage, cuando se

apaga el voltaje decae a cero aproximadamente.

LAB. DE ELECTRONICA DE POTENCIA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Disparo del Tiristor con componentes discretos Facultad de Ingeniería Mecánica

Pág. 12

-Para un RV1=95kΩ, la lámpara enciende luego de un tiempo medido en el

osciloscopio, este es el tiempo de disparo y el tiempo de apagado es mas

prolongado que el anterior, el tiempo de disparo o tiempo de encendido es:

El voltaje medido en el tiristor fue de 1.87v hasta que se apage, cuando se

apaga el voltaje decae a cero aproximadamente.

LAB. DE ELECTRONICA DE POTENCIA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Disparo del Tiristor con componentes discretos Facultad de Ingeniería Mecánica

Pág. 13

8) DESARROLLO DEL CUESTIONARIO: 1) La diferencia entre ambos circuitos está en que el tiristor durante el tiempo de apagado utiliza la carga del condensador almacenado para asi prolongar un poco más el tiempo de encendido, esto se vio experimentalmente ya que en el circuito 2 el parpadeo es más intenso que en el circuito 1, esto para un mismo valor de RV1. 2) Cuando se aumenta el valor de RV1 en ambos circuitos el tiempo de parpadeo también se incrementa, es decir que el tiempo de encendido y apagado es más rápido. 3) Una vez q se cierran los interruptores para un mismo valor de RV1 el parpadeo en el circuito 2 En mayor, con ello si queremos un circuito que nos de una señal con un tiempo de disparo menor el adecuado sería el circuito, ya que responde más rápidamente que el circuito 1. 4) Durante la experiencia se observo ciertas dificultades como: - Al utilizar una bombilla de brillo amarillo en lugar de un foco fluorescente, por ello recomendaríamos la bombilla fluorescente, ya que en la experiencia reacciono mejor que la otra bombilla.

9) OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: - El condensador prolonga el tiempo de encendido de la bombilla y asi mayor parpadeo. - Existe cierto valor para el potenciómetro en el cual se da el disparo y así encender la bombilla: circuito 1→ 54kΩ ; circuito 2→57kΩ. - Depende mucho que tipo de carga se usa.