miércoles, 7 de septiembre de 2011

Tiristores

Son dispositivos semiconductores formados por 4 o más capas alternadas de materiales tipo P y N. Son un grupo que poseen características particulares estas les permiten comendar grandes corrientes razón por la cual son muy aplicadas en Electrónica de Potencia

ALGUNAS APLICACIONES:

  • Regulan la velocidad de los motores eléctricos.
  • Controlan la intensidad luminosa de equipos de alumbrado
  •  Sustituyen a redes en enlazamientos de dispositivos de potencia y a contactores en el accionamiento de dispositivos de potencia
  •  Sirven como interruptor accionado en forma eléctrica.

FUNCINAMIENTO: trabajan en forma de conmutación,(poseen 2 estados de funcionamiento) CONDUCEN, NO CONDUCEN. Esto les permite comandar grandes corrientes sin calentarse demasiado.

ALGUNOS TIPOE DE TIRISTORES EN EL MERCADO: DIAC, TRIAC, RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO.

COMPOSICION: formados por 4 o más capas alternadas de materiales tipo P y N que producen retroalimentación interna, un efecto de enganche o enclavamiento el cual los hace extremadamente útiles en aplicaciones de conmutación y de control de potencia.

A los terminales se los denomina: compuerta, ánodo y catodo.
Entre los dos últimos se conecta el circuito en el que ellos actuaran como interruptor mientras que el terminal de compuerta sirve generalmente para poder hacer posible la iniciación del paso de corriente. Al iniciarse este último, el voltaje en el circuito del tiristor baja inmediatamente a un valor denominado  VOLTAJE DE PASO o de CONDUCCION, el cual puede alcanzar un valor cercano a 1volt.

Una vez iniciado el paso de la corriente este se mantiene a menos que se tome alguna medida la cual consista en disminuir su intensidad por debajo de un valor denominado CORRIENTE DE MANTENIMIENTO.

Este tiene una vida útil muy larga, trabaja silenciosa y es insensible a la gravedad y a las vibraciones.

Además una vez disparado su resistencia de conducción es muy baja.

CONSTITUCION: formado por la unión de 4 cristales, según la secuencia P-N-P-N. Al terminal conectado al cristal P de un extremo se lo denomina ánodo y al terminal conectado al cristal N del otro extremo se lo denomina catodo.

Para comprender su funcionamiento se puede hacer una analogía con un modelo de 3 diodos denominados D1, D2, D3. Donde D1 y D3 están ubicados en el mismo sentido. Cuando a un tiristor se le aplica un  voltaje variable entre el ánodo y el catodo al aumentar el voltaje positivo del ánodo el tiristor permite un pequeño paso de corriente debido a que el diodo D2 está en polarización inversa del diodo D2. Este proceso corresponde al tramo 1-2 de la curva característica del tiristor.



Transistores

Estos son fundamentales en la mayoría de los circuitos electrónicos que realizan la función de amplificación.
A partir del primer transistor (bipolar) se han ido desarrollando varios tipos de transistores, tales como:
  • JFET: transistor de efecto de campo.
  • MOSFFET: transistor de campo de oxido metálico.

Estos permitieron el desarrollo de circuitos integrados (chips) que reúnen en un solo componente, una multitud de transistores de todos tipos.

Al igual que los diodos de unión, los transistores bipolares se construyen, gracias a la unión de cristales semiconductores tipo “P” y tipo “N”.La mejor forma de identificar un transistor es anotar su referencia, posteriormente, consultar sus características en las hojas de especificaciones técnicas del fabricante, o en un libro de características de transistores.

Mediante un método sencillo se puede determinar si un transistor desconocido es del tipo PNP o NPN. Este método consiste en tomar varias medidas, con el polímetro utilizado como óhmetro en el rango de 100, de las resistencias que aparecen entre los diferentes terminales del transistor.

La medición de un transistor es análoga a la de un diodo. Tanto entre base y emisor como también entre base y colector deben obtenerse resultados como un diodo normal.

Primeramente, determinemos cuál de los terminales del transistor corresponde a la base. Esto se consigue midiendo la resistencia en el óhmetro entre los diferentes terminales. En un transistor en buen estado, la resistencia entre el colector y el emisor es siempre muy alta, cualquiera que sea la polaridad aplicada por el óhmetro (que no olvidemos que en las puntas del polímetro actúa como una fuente de tensión); cuando hagamos esta verificación, el otro terminal corresponderá a la base.

Una vez localizada la base, conectamos la punta de prueba positiva en la misma y la negativa en cualquiera de los otros dos terminales del transistor: si la resistencia obtenida es muy baja (se ha polarizado la unión de uno de los diodos por el efecto de tensión positiva aplicada con el óhmetro a la base P) se trata de un transistor NPN; si obtenemos una resistencia muy baja (no se ha polarizado la unión) se trata de un transistor PNP.

Nos puede servir de ayuda la siguiente tabla donde se indican las medidas de resistencia que se dan en cada caso para los dos tipos de transistores.

Punta roja
A.      Punta negra
PNP - Medida del Óhmetro
NPN - Medida del Óhmetro
Colector
Emisor
Alta resistencia
Alta resistencia
Emisor
Colector
Alta resistencia
Alta resistencia
Emisor
Base
Baja resistencia
Alta resistencia
Base
Emisor
Alta resistencia
Baja resistencia
Base
Colector
Alta resistencia
Baja resistencia
Colector
Base
Baja resistencia
Alta resistencia


Por este sencillo procedimiento también se puede llegar a averiguar cuál de los terminales corresponde al emisor y cuál al colector. Para ello, hay que tener en cuenta que:
  •   La resistencia y tensión de barrera de la unión base-colector es algo menor que la correspondiente a la unión base-emisor.
Esta diferencia es más apreciable si medimos la tensión de barrera con un polímetro digital.

Para comprobar si un transistor está en buen estado utilizaremos el óhmetro.

Con él verificaremos laresistencia entre los terminales del transistor con las diferentes posibilidades
de polarización, teniendo en cuenta.


Diodos

Definición: el diodo es un elemento semiconductor  que solo permite la circulación de corriente en un sentido único.

REPRESENTACION SIMBOLICA:
Su aplicación es especialmente importante en aquellos dispositivos en que sea necesario esta cualidad, como por ejemplo, en los rectificadores, que son capaces de convertir la C.A en C.C.
Para determinar el estado de un diodo es importante probarlos con mucha facilidad en  multímetros analógicos de la siguiente maner
  1. Colocar  el selector del tester para medir resistencia, sin importar la escala,
  Realizar la prueba siguiente:
  •   Colocar el cable de color rojo en el ánodo del diodo (lado del diodo que no tiene franja)y el cable de color negro en cátodo.


                                                                                                                                                                                                                              En este caso no se podrá medir.

CARACTERISTICAS EN POLARIZACION DIRECTA DE UN DIODO: es cuando la corriente circula por el diodo, sigue la ruta de la flecha (la del diodo), es decir del ánodo al cátodo.

Obtener las características de polarización de un diodo significa determinar la relación existente entre los diferentes valores de la tensión de polarización (Vf) y la corriente directa  (If).Cuando nosotros polarizamos directamente un diodo, este no comienza a conducir de una forma apreciable hasta que le apliquemos la mínima diferencia potencial de barrera, conocida por el nombre de  tensión de umbral.




 CARACTERISTICAS EN POLARIZACION INVERSA DE UN DIODO: es cuando la corriente en el diodo circula en sentido opuesto a la flecha, es decir de cátodo a ánodo.
En este caso bastara con invertir la corriente del diodo, de tal forma que el cristal N esté conectado al positivo de la pila y el P al negativo.



DIODOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA
Los diodos de potencia son similares a los diodos de señal de unión “PN”. Sin embargo estos tienen mayores capacidades en el manejo de la energía, del voltaje y de la corriente, que los diodos de señal ordinario.
Su velocidad de conmutación es baja, comparada con los diodos de señal. Al igual que en estos últimos, cuando el potencial del ánodo es positivo respecto al cátodo, se dice que tienen polarización directa o positiva y en este caso el diodo conduce presentando una pequeña caída de voltaje a través de él.
El diodo conduce si el voltaje aplicado es mayor que un valor específico denominado “VOLAJE DE UMBRAL, DE CORTE O DE ACTUACION”, el cual es típicamente de 0,75v.
Cuando el potencial del cátodo es positivo con respecto al ánodo, se dice que el diodo esta polarizado en forma inversa.
En esta condición fluye una pequeña corriente inversa (corriente de fuga)en el rango de los micro o miliamperios, cuya magnitud crece lentamente en función inversa, hasta llegar a un voltaje de avalancha o ZENER.
Si el voltaje inverso es alto, por lo general mayor de 1000V, supera un voltaje específico conocido como voltaje de ruptura. En este punto la corriente inversa aumenta rápidamente , pero el dispositivo no se destruirá siempre y cuando la disipación de potencia este dentro del nivel seguro especificado en la hoja del fabricante.
A menudo es necesario limitar la corriente inversa, en la región de ruptura, a fin de mantener la disipación de la energía dentro de los valores permisibles.
Cuando un diodo esta en modo de conducción directa y su corriente se reduce a 0(cero), este continúa reduciendo por un corto periodo de tiempo, denominado “TIEMPO DE RECUPERACION INVERSA”.
TIPOS DE DIODOS DE POTENCIA
 DIODOS DE USO GENERAL: se utilizan en aplicaciones de baja velocidad, como rectificadores, convertidores para baja frecuencia de entrada. Cubren especificaciones de corriente desde menos de 1 hasta varios miles de amperios y desde 50V hasta 5KV.
Represtación simbólica:

DIODOS DE RECUPERACIÓN RÁPIDA: se utilizan en circuitos convertidores de C.C – C.A poseen capacidades de corriente desde 1 hasta varios miles de amperios y desde 50V hasta 3KV.

Represtación simbólica:
DIODOS SCHOTTKY: estos tipos de diodos permiten un voltaje hasta de 100V y una corriente de 1 a 300 A .
Cuando están polarizados en forma directa, ambos diodos conducen la misma cantidad de corriente y poseen caídas de voltaje similares. En estado de bloqueo inverso, cada diodo posee la misma corriente de fuga, razón por la cual los voltajes de bloqueo variaran en forma significativa. Si se conecta una resistencia a través de cada diodo, se obliga a que ambos compartan el mismo voltaje, originando corrientes de fuga distintas en cada uno.

 Represtación simbólica:



Semiconductores

Los semiconductores han revolucionado el mundo de la electrónica. Con ellos han aparecido los diodos, transistores, tiristores y demás componentes electrónicos construidos gracias a los semiconductores que han sustituido a las válvulas electrónicas.
Los semiconductores se forman con elementos del grupo 4 o también por medio de la combinación de elementos del grupo 3 y el grupo 5 en proporciones similares. Los materiales semiconductores son naturalmente “INTRINSECOS”. Esto es, si están construidos idealmente, careciendo de otros elementos o impurezas, careciendo de otros elementos o impurezas.
Además, son súper irregulares, esto es, con una estructura cristalina cuyo ordenamiento es constante y sin imperfecciones a lo largo de toda la pieza del material.
Para lograr un semiconductor INTRINSECO realmente puro y monocristalino hace falta un proceso de  purificación y formación del material muy controlada.
Así como los materiales INTRINSECOS, podemos encontrar materiales EXTRINSECOS. Estos, siendo generalmente monocristalinos (muy regulares) tienen una pequeña cantidad controlada de impurezas previamente selecciones.Las impurezas alteran la estructura del semiconductor anfitrión , variando las propuestas de conducción eléctrica y una polaridad, ya sea P (exceso de cargas positivas) o N (exceso de cargas negativas).
Materiales semiconductores
·         Silicio
·         Germanio
·         As Ga
Es importante destacar que, estos elementos (silicio, germanio) en condiciones normales son aislantes, pero en ciertas modificaciones en su organización molecular se pueden convertir en conductores.
Para comprender mejor esto, analizaremos la estructura del SILICIO por ser este el elemento más utilizado:
SILICIO: este posee 4 e- de valencia, es decir, es decir, en su órbita exterior solo existen cuatro electrones.
En estas condiciones el átomo de silicio es completamente aislante ya que no posee electrones libres capaces de conducir una corriente eléctrica.
SILICIO TIPO “N”: si combinamos el silicio con algún elemento que posee 5 e- de valencia se producirá un enlace incompleto ya que uno de los electrones de estos elementos quedara libre, el resultad de esta combinación se denomina silicio tipo N, ya que existen cargas eléctricas negativas libres.

SILICIO TIPO “P”: si al silicio se l combina con impurezas que solo dispongan de 3 e- de valencia, el enlace también será incompleto.Esto es, al tener solo 3 e- no llega a rellenar todos los huecos, satisfaciendo todas las necesidades de 3 de los 4 átomos de silicio. Los huecos representan la falta de e-, produciendo una naturaleza positiva del cristal denominándose silicio tipo P.