UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA-fim

Laboratorio N°1

Curso:

Tema: Disparo del tiristor con componentes discretos.

Profesor: Ing. Arévalo Robinson Macedo

Grupo: 1

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INDICEOBJETIVOS...........................................................................................................................................2

FUNDAMENTO TEÓRICO..................................................................................................................3

1. OSCILOSCOPIO DIGITAL...................................................................................................3

2. TIRISTOR................................................................................................................................4

3. POTENCIÓMETRO..............................................................................................................7

4. CONDENSADORES..............................................................................................................9

HOJA DE DATOS..............................................................................................................................12

IMÁGENES DEL LABORATORIO.......................................................................................................13

CUESTIONARIO...............................................................................................................................14

OBSERVACIONES............................................................................................................................16

CONCLUSIONES...............................................................................................................................17

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OBJETIVOS

Comprobar experimentalmente el disparo de un tiristor con elementos

discretos y este está conectado a una carga.

Armar circuitos de activación de un tiristor y observar las ventajas y

desventajas de cada uno de ellos.

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FUNDAMENTO TEÓRICO

1. OSCILOSCOPIO DIGITAL.

Los osciloscopios digitales al igual que los osciloscopios análogos, son instrumentos que permiten visualizar y medir una señal eléctrica, con la diferencia que utilizan la digitalización de la señal de entrada.  La digitalización consiste en asignar un código binario a muestras que se toman de la señal de entrada análoga.  Estos códigos se ordenan y almacenan secuencialmente de modo que pueda reproducir la señal de entrada en cualquier momento.  Para realizar la digitalización se necesita un circuito que obtenga las muestras y un conversor análogo-digital (ADC); para su almacenamiento es necesario una memoria.  Después que los datos están almacenados, se pueden hacer diferentes tipos de cálculos realizados por el mismo osciloscopio o asistido por computador (Fig.1).

El control de disparo, la deflexión horizontal, la sincronización, etc., se realiza con bloques especializados.

 

Figura 1. ESQUEMA REPRESENTATIVO DEL OSCILOSCOPIO

 

El bloque acoplador se señal entrega una señal análoga adecuada para el circuito de muestreo.  Además para la sincronización se comunica con el circuito de disparo.  El circuito de muestreo y mantenimiento toma una muestra del voltaje de entrada cuando el comparador le envía un pulso.  La muestra la almacena en un condensador con bajas perdidas.  Este voltaje debe ser constante durante el tiempo que necesite el ADC de tal

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manera que la conversión sea correcta.  Para realizar esto se cuenta con buffers que son dispositivos activos que presentan muy alta impedancia de entrada, ganancia unitaria y muy baja impedancia de salida.  De esta manera no cargan al circuito acoplador de señal y reducen el tiempo de transferencia del voltaje al condensador. 

2. TIRISTOR 

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).

El dispositivo cumple varias misiones que podemos clasificar un poco arbitrariamente como sigue:

- Rectificación: Consiste en usar la propiedad de funcionamiento unidireccional del dispositivo, el cual realiza entonces la misma función de un diodo.

- Interrupción de corriente: Usado como interruptor, el tiristor puede reemplazar a los contactores mecánicos.

- Regulación: La posibilidad de ajustar el momento preciso del encendido permite emplear el tiristor para gobernar la potencia o la corriente media de salida.

- Amplificación: Puesto que la corriente de mando puede ser muy débil en comparación con la corriente principal, se produce un fenómeno de amplificación en corriente o en potencia. En ciertas aplicaciones esta "ganancia" puede ser de utilidad.

Figura 2. SIMBOLOGIA DEL TIRISTOR

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a) Tipos de tiristores 

Los tiristores se fabrican casi exclusivamente por difusión. La corriente del ánodo requiere de un tiempo finito para propagarse por toda el área de la unión, desde el punto cercano a la compuerta cuando inicia la señal de la compuerta para activar el tiristor. Para controlar el di/dt, el tiempo de activación y el tiempo de desactivación, los fabricantes utilizan varias estructuras de compuerta.

Dependiendo de la construcción física y del comportamiento de activación y desactivación, en general los tiristores pueden clasificarse en ocho categorías:

1. Tiristores de control de fase o de conmutación rápida (SCR).  

2. Tiristores de desactivación por compuerta (GTO).  

3. Tiristores de triodo bidireccional (TRIAC).    

4. Tiristores de conducción inversa (RTC).    

5. Tiristores de inducción estática (SITH).  

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7. Tiristores controlados por MOS (MCT).

Figura 3. SIMBOLOGIA DE TIRISTORES COMUNES

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b) Curva característica

La interpretación directa de la curva característica del tiristor nos dice lo siguiente: cuando la tensión entre ánodo y cátodo es cero la intensidad de ánodo también lo es. Hasta que no se alcance la tensión de bloqueo (VBO) el tiristor no se dispara.Cuando se alcanza dicha tensión, se percibe un aumento de la intensidad en el ánodo (IA), disminuye la tensión entre ánodo y cátodo, comportándose así como un diodo polarizado directamente.

Si se quiere disparar el tiristor antes de llegar a la tensión de bloqueo será necesario aumentar la intensidad de puerta (IG1, IG2, IG3, IG4...), ya que de esta forma se modifica la tensión de cebado de este.Este sería el funcionamiento del tiristor cuando se polariza directamente, esto solo ocurre

una débil corriente inversa (de fuga) hasta que alcanza el punto de tensión inversa máxima que provoca la destrucción del mismo.

Figura 4. CURVA CARACTERISTICA DEL TIRISTOR

En amplificación se utiliza en las etapas de potencia en clase D cuando trabaja en conmutación. También se utilizan como relés estáticos, rectificadores controlados, inversores y onduladores, interruptore

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3. POTENCIÓMETRO

Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera,

indirectamente, se puede cotrolar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se

conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie.

Normalmente, los potenciómetros se

Potenciómetros impresos, realizados con una pista de carbón o de cermet sobre un

soporte duro como papel baquelizado, fibra, alúmina, etc. La pista tiene sendos

contactos en sus extremos y un cursor conectado a un patín que se desliza por la

pista resistiva.

Potenciómetros bobinados, consistentes en un arrollamiento toroidal de un hilo

resistivo (por ejemplo, constantán) con un cursor que mueve un patín sobre el mismo.

a) Tipos

Potenciómetros de Mando. Son adecuados para su uso como elemento de control en

los aparatos electrónicos. El usuario acciona sobre ellos para variar los parámetros

normales de funcionamiento. Por ejemplo, el volumen de una radio.

Potenciómetros de ajuste. Controlan parámetros preajustados, normalmente en

fábrica, que el usuario no suele tener que retocar, por lo que no suelen ser accesibles

desde el exterior. Existen tanto encapsulados en plástico como sin cápsula, y se

suelen distinguir potenciómetros de ajuste vertical, cuyo eje de giro es vertical, y

potenciómetros de ajuste horizontal, con el eje de giro paralelo al circuito impreso.

Según la ley de variación de la resistencia  :

Potenciómetros lineales. La resistencia es proporcional al ángulo de giro.

Denominados con una letra B según la normativa actual (anteriormente A).

Logarítmicos. La resistencia depende logarítmicamente del ángulo de giro.

Denominados con una letra A según normativa actual (anteriormente B).

Senoidales. La resistencia es proporcional al seno del ángulo de giro. Dos

potenciómetros senoidales solidarios y girados 90° proporcionan el seno y el coseno

del ángulo de giro. Pueden tener topes de fin de carrera o no.

Antilogarítmicos. Generalmente denominados con una letra F.

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En los potenciómetros impresos la ley de resistencia se consigue variando la anchura de

la pista resistiva, mientras que en los bobinados se ajusta la curva a tramos, con hilos de

distinto grosor.

Potenciómetros multivuelta. Para un ajuste fino de la resistencia existen potenciómetros

multivuelta, en los que el cursor va unido a un tornillo desmultiplicador, de modo que para

completar el recorrido necesita varias vueltas del órgano de mando.

Figura 5. POTENCIOMETRO DESLIZANTE

Fig.7 (Condensador básico)

Fig.8 (Símbolos del condensador)

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4. CONDENSADORES

Es un componente electrónico que almacena cargas eléctricas para utilizarlas en un circuito en el momento adecuado.Está compuesto, básicamente, por un par de armaduras separadas por un material aislante denominado dieléctrico. La capacidad de un condensador consiste en almacenar mayor o menor número de cargas cuando está sometido a tensión.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS GENERALES

Capacidad nominal.- Es el valor teórico esperado al acabar el proceso de fabricación. Se marca en el cuerpo del componente mediante un código de colores o directamente con su valor numérico.

Tolerancia.- Diferencia entre las desviaciones, de capacidad, superior o inferior según el fabricante.

Tensión nominal.- Es la tensión que el condensador puede soportar de una manera continua sin sufrir deterioro

CLASIFICACIÓN

Condensadores fijos

Son componentes pasivos de dos terminales. Se clasifican en función del material dieléctrico y su forma. Pueden ser: de papel, de plástico, cerámico, electrolítico, de mica, de tántalo, de vidrio, de poliéster, Estos son los más utilizados. A continuación se describirá, sin profundizar, las diferencias entre unos y otros, así como sus aplicaciones más usuales.

Fig.9 (Condensador de papel)

Fig.10 (Condensador de plástico bobinado))

Fig.11 (Condensador cerámico de placa))

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De papel

El dieléctrico es de celulosa impregnada con resinas o parafinas. Destaca su reducido volumen y gran estabilidad frente a cambios de temperatura. Tienen la propiedad de autor regeneración en caso de perforación. Las armaduras son de aluminio. Se fabrican en capacidades comprendidas entre 1uF y 480uF con tensiones entre 450v y 2,8Kv.Se emplean en electrónica de potencia y energía para acoplamiento, protección de impulsos y aplanamiento de ondulaciones en frecuencias no superiores a 50Hz.

De plástico

Sus características más importantes son: gran resistencia de aislamiento (lo cual permite conservar la carga gran ), volumen reducido y excelente comportamiento a la humedad y a las variaciones de temperatura, además, tienen la propiedad de autor regeneración en caso de perforación en menos de 10s. Los materiales más utilizados son: poli estireno (styroflex), poliéster (mylar), poli carbonato (Macrofol) y politetrafluoretileno (teflón). Se fabrican en forma de bobinas o multicapas.También se conocen como MK. Se fabrican de 1nF a 100mF y tensiones de 25-63-160-220-630v, 0.25-4Kv. Se reconocen por su aspecto rojo, amarillo y azul.

Cerámico

Los materiales cerámicos son buenos aislantes térmicos y eléctricos. El proceso de fabricación consiste básicamente en la metalización de las dos caras del material cerámico.Se fabrican de 1pF a 1nF (grupo I) y de 1pF a 470nF (grupo II) con tensiones comprendidas entre 3 y 10000v.Su identificación se realiza mediante código

Fig.12 (Condensador electrolítico)))

Fig.13 (Condensador de mica)))

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alfanumérico. Se utilizan en circuitos que necesitan alta estabilidad y bajas pérdidas en altas frecuencias.

Electrolítico

Permiten obtener capacidades elevadas en espacios reducidos. Actualmente existen dos tipos: los de aluminio, y los de tántalo. El fundamento es el mismo: se trata de depositar mediante electrolisis una fina capa aislante. Los condensadores electrolíticos deben conectarse respetando su polaridad, que viene indicada en sus terminales, pues de lo contrario se destruiría.

De mica

Son condensadores estables que pueden soportar tensiones altas, ya que la rigidez dieléctrica que presenta es muy elevada. Sobre todo se emplean en circuitos de alta frecuencia. Se utilizan en gamas de capacidades comprendidas entre 5pf y 100000pF. La gama de tensiones para las que se fabrican suelen ser altas (hasta 7500v). Se están sustituyendo por los de vidrio, de parecidas propiedades y más barato.

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HOJA DE DATOS

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IMÁGENES DEL LABORATORIOCIRCUITO N°1(FOTOS)

IMAGEN DEL OSCILOSCOPIO DEL CIRCUITO N°1

CIRCUITO N°2(CIRCUITO ESQUEMÁTICO) IMAGEN DEL OSCILOSCOPIO DEL CIRCUITO N°2

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CUESTIONARIO

2. ¿Cuál es la diferencia entre el primero y segundo circuito?

El primer circuito se puede variar el ángulo de disparo entre 0 y 90 grados, mientras que en el segundo se puede variar de 0 hasta 180 grados gracias a la presencia del condensador. El condensador puede variar la constante de tiempo con la ayuda de las resistencias R1 y Rp.

3. ¿Qué sucede con la lámpara cuando aumenta el valor de RP en ambos circuitos?

Al aumentar la resistencia, la corriente en la puerta disminuye, como consecuencia el tiristor no conduce, es decir, no alcanzará la corriente de puerta de disparo.

4. Según su opinión cuál de los circuitos de disparo es el recomendable ¿Por qué?

En nuestra opinión, preferiríamos utilizar el segundo circuito porque con éste puedo controlar en un rango más amplio el ángulo de disparo, en otras palabras, la potencia entregada al foco. Pero con un pequeño defecto, el condensador fluctúa la onda con la carga y descarga del mismo. Aun así, sigue siendo más controlable.

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5. ¿Qué dificultades encontró para realizar este experimento? Sugiera que cambios se podrían hacer para mejorarlo.

No fue posible la obtención del tiristor pedido en la guía del laboratorio, sugerimos cambiarlo por uno más común como el TYN616.

La obtención del ángulo de disparo del condensador es difícil de leer en el osciloscopio, por eso recomendamos conectar en el otro canal del osciloscopio la entrada de voltaje, y superponerlas para saber dónde inicia el ángulo de disparo.

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OBSERVACIONES

Se observa que la resistencia en el foco es mayor cuando se utilizó corriente

alterna que cuando se midió sin alimentación con el multímetro.

El condensador puede estallar si no se coloca de la manera adecuada, cuidado al

conectar.

Tener precaución al variar el potenciómetro u otro parámetro , ya que el circuito se

encuentra con conexiones al aire libre sin aislante y el laboratorio de trabaja con

corriente alterna (220V).

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CONCLUSIONES

Se comprueba mediante las gráficas obtenidas en el osciloscopio la teoría

desarrollada en clases, disparo de un tiristor de forma directa.

Se comprueba en laboratorio que el disparo de un tiristor se puede controlar

usando un condensador que alimente la corriente de puerta en el tiristor. Mientras

que en el primer circuito, el ángulo de disparo es único y por ende no se puede

manipular, disparador del tiristor por pulso directamente conectado.

Una de las aplicaciones encontradas en la experiencia es que puede funcionar

como rectificador, pero a diferencia de los diodos, este puede ser controlado por la

señal de puerta y a gran amperaje. Otras de las aplicaciones del tiristor son:

Controles de relevador.

Interruptor de circuitos con diferente uso de corriente.

Circuitos de retardo de tiempo.

Fuentes de alimentación reguladas

Controles de fase, etc.