TIRISTORES

     Chamamos de tiristores a uma família de dispositivos semicondutores que possuem, basicamente, quatro camadas (PNPN) e que têm características biestáveis de funcionamento, ou seja, permanecem indefinidamente no estado de condução ou de corte a menos que fatores externos os levem a uma mudança de estado. Nesses dispositivos, o estado de condução é obtido por meio de um processo interno de realimentação positiva. Os tiristores podem ser classificados quanto ao número de terminais e quanto ao sentido de condução de corrente elétrica. Desse modo, um tiristor de dois terminais e que permita a passagem de corrente em ambos os sentidos será chamado de diodo tiristor bidirecional e um tiristor com quatro terminais e que permite passagem de corrente em apenas um sentido é chamado de tetrodo tiristor unidirecional ou de tetrodo tiristor de bloqueio reverso.Dentre os vários tipos de tiristores existentes, estudaremos especialmente o SCR (SiliconControlled Rectifier - Retificador Controlado de Silício) e o TRIAC (Triode AC - Triodo de corrente Alternada), grandemente utilizados no controle de potência em corrente contínua e alternada, respectivamente. Além desses, estudaremos outros tipos de tiristores utilizados principalmente como dispositivos auxiliares em circuitos com SCR ou TRIAC.

    SCR - Retificador Controlado de Silício

     É o tipo mais largamente utilizado de tiristor. Sua aplicação é tão comum que é corrente utilizarem-se os termos “SCR” e “tiristor” como sinônimos, embora isso seja, obviamente, um equívoco. O SCR é na verdade um triodo tiristor de bloqueio reverso, ou seja, possui três terminais permite a passagem de corrente elétrica num único sentido. Seus terminais principais chamam-se, da mesma forma como num diodo semicondutor, anodo (A) e catodo (K). O terceiro terminal, que serve como eletrodo de controle, é chamado de porta ou Gate (G). Utilizaremos essa segunda denominação. Se o potencial do anodo for positivo em relação ao do catodo, o SCR poderá estar conduzindo (ON - com resistência praticamente nula) ou cortado (OFF - com resistência interna praticamente infinita). Se o potencial de anodo for negativo em relação ao de catodo, o SCR necessariamente estará cortado. A passagem de um SCR para o estado de corte para o de condução é chamada de disparo e a passagem do estado de condução para o estado de corte é chamada de comutação. A figura abaixo mostra a estrutura interna, a simbologia, e a polarização de um SCR.

    Métodos de Disparo de um SCR

      1) Disparo por Sobretensão (ou disparo por VBO)Analisando a estrutura interna de um SCR, observamos três junções PN (J1, J2 e J3). Com a aplicação de uma tensão positiva entre anodo e catodo, as junções J1 e J3 ficam diretamente polarizadas e aptas a permitir a passagem de corrente elétrica. Todavia, a junção J2 se encontra reversamente polarizada e, consequentemente a corrente que flui pelo dispositivo é praticamente nula (ordem de na).Caso se aumente o valor da tensão VAK entre o anodo e o catodo, chega-se ao ponto em que se atinge a tensão de avalanche da junção J2, chamada de tensão de bloqueio direto (VBO,VDRM ou VBR). Quando isso ocorre, a corrente no SCR deixa de ser desprezível e o dispositivo passa para o estado de condução. Embora existam tiristores que disponham apenas desse método de disparo, na maioria dos casos o disparo por sobre tensão é indesejável, e deve ser evitado escolhendo-se um SCR adequado para o nível de tensão utilizado no circuito de aplicação.2) Aplicação de Tensão no Gate método de disparo usual de um SCR é a través da aplicação de uma tensão adequada entre gate e catodo (gate positivo em relação ao catodo, desde que, logicamente, o anodo também seja positivo em relação ao catodo). Para compreender como a aplicação de uma tensão no Gate leva ao disparo de um SCR, iremos analisá-lo como sendo composto por dois transistores bipolares conectados entre si como na figura abaixo.Sem tensão aplicada ao Gate, o “transistor” T2 estará cortado, já que a sua corrente de base ênula. Em consequência, sua corrente de coletor também será nula. Como a corrente de coletor do “transistor” T2 é a corrente de base do “transistor” T1, este também estará cortado. Fica assim explicada a razão de não circular corrente pelo dispositivo.Aplicando-se uma tensão positiva ao gate (através do fechamento da chave S2), passa a circular uma corrente de base no “transistor” T2, levando-o ao estado de condução. Logo, o“Transistor” T1 passa a ter corrente de base e também entra no estado de condução. As formas como os dois “transistores” estão conectadas caracteriza uma realimentação positiva entre eles, que os leva quase que imediatamente à saturação. Assim, a queda de tensão sobre o dispositivo cai bruscamente (VAKon = VBEsat1 + VBEsat2) e a corrente principal IA do dispositivo (que circula do anodo para o catodo) é limitada apenas pelos componentes externos (resistência de carga RL e tensão de alimentação VT).3) Disparo por Radiação LuminosaO princípio de funcionamento é análogo ao descrito acima, mas a corrente de disparo, ao invés de ser fornecida pela aplicação de uma tensão ao gate, origina-se a partir da interação entre a superfície semicondutora do SCR e os fótons da luz incidente através de uma “janela” aberta no dispositivo, exatamente como ocorre num fotodiodo ou foto transistor. Esse tipo de SCR conhecido como LASCR (Ligth Activated Silicon Controlled Rectifier - Retificador Controlado deSilício Acionado pela Luz). Sua simbologia é representada abaixo.4) Disparo por Variação de Tensão ( ou disparo por dv / dt)Como sabemos, uma junção PN apresenta uma capacitância. A corrente que percorre uma capacitância qualquer pode ser calculada pela fórmula.= , onde dv / dt é a taxa de variação da tensão aplicada sobre o transistor. Para compreender como ocorre o disparo por variação de tensão, consideremos o circuito abaixo.Estando a chave S aberta, a tensão sobre a junção J2 é nula. Com o fechamento da chave, o valor dessa tensão passa rapidamente para VT (já que ela está reversa mente polarizada). Se essa variação de tensão for suficientemente rápida, o produto C x dvdt produzirá uma corrente capaz de dar início o processo de condução.3AKGO terminal de Gate pode ou não estar disponível para conexões externas.Exemplificando, se a tensão VT valer 1000 V, a capacitância de J2 valer 20 pF e a chave fecharem 1 ms, a corrente produzida com o fechamento da chave será de 20 mA, valor suficiente para o disparo do SCR.5) Disparo por TemperaturaA corrente que percorre uma junção PN reversa mente polarizada, chamada de corrente de saturação reversa, dobra aproximadamente de valor a cada acréscimo de 10 oC na temperatura daJunção. Dessa forma, caso essa temperatura sofra um aumento considerável, é possível que aCorrente através da junção J2 atinja o valor necessário para dar início ao processo de condução doSCR.

Comentário
scr tem uma aplicação  tão comum.  E um tiristor que possui três terminais que e permitido a passagem de corrente em um único sentido. Seus terminais principais chamam-se da mesma forma

TRIAC - Triodo de Corrente AlternadaSuponhamos que seja necessário realizar o controle de potência por fase de uma carga decorrente alternada. Para tanto, poderiam ser utilizados dois SCRs conectados entre si na ligação chamada de antiparalelo, como mostrado na figura abaixo. Nessa ligação, cada semicírculo da tensão alternada de entrada será controlado por um dos SCRs.Tal configuração seria dispendiosa, além de necessitar de um circuito de disparo mais complexo, para lidar adequadamente com os dois SCRs. A solução para esse problema consistiu nacriação de um dispositivo que funciona de modo bastante semelhante a dois SCRs ligados em antiparalelo encapsulados em conjunto. Tal dispositivo, cujo símbolo e estrutura interna estão representados abaixo, é conhecido como TRIAC (Triode AC - triodo de corrente alternada). OTRIAC, como veremos a seguir, pode ser disparado qualquer que seja a polaridade da tensão entre os seus terminais principais e qualquer que seja a polaridade dos pulsos aplicados ao Gate. Potencial do terminal principal número 1 serve como referência.

   Modos de Disparo de um TRIAC

O disparo de um TRIAC pode ser feito basicamente pelos mesmos métodos já estudados para o SCR: por sobre tensão, por temperatura e por aplicação de uma tensão de Gate. Até o momento, não existe produção industrial de TRIACs foto-ativados. Com relação ao disparo por tensão no Gate, existem quatro situações possíveis, que são classificadas de acordo com a polaridade do MT2 e do gate em relação ao MT1. Em cada uma dessas situações, algumas das regiões P e N da estrutura interna do dispositivo trabalharão em conjunto para estabelecer um “SCR efetivo”, que será o responsável pela condução da corrente. As possibilidades são:· 1 ° Quadrante ® Tanto o MT2 quanto o gate são positivos em relação ao MT1. Nesse caso, o“SCR efetivo” é formado pela regiões P1, N1, P2 e N2, com a região P2 funcionando como gate.É o modo de disparo em que o TRIAC é mais sensível, isto é, em que existe menor possibilidade de ocorrer uma falha ao se tentar dispará-lo.· 2 ° Quadrante ® O MT2 é positivo e o gate é negativo em relação ao MT1. Nesse caso, teremoso mesmo “SCR efetivo” do 1° quadrante. A diferença é que o início da condução ocorre de modo indireto, através da corrente que flui pela junção N3-P2. Por esse motivo, o TRIAC é menos sensível nesse modo de operação.· 3 ° Quadrante ® O MT2 e o Gate são negativos em relação ao MT1. O “SCR efetivo” desta vez é formado pela regiões P2, N1, P1 e N4. O início da condução também ocorre indiretamente, através da corrente da junção N3-P2.· 4 ° Quadrante ® O MT2 é negativo e o gate é positivo em relação ao MT1. Possui o mesmos efetivo” do 3° quadrante, mas o processo de início de condução é mais complicado, começando a partir da junção P2-N2. É o modo de operação em que o TRIAC é menos sensível, sendo maior a probabilidade de ocorrer uma falha no disparo.

                                    DIAC

O DIAC (DIode for Alternating Current) é um gatilho bidirecional ou diodo que conduz corrente apenas após a tensão de disparo ser atingida e para de conduzir quando a corrente elétrica cai abaixo de um valor característico, chamado de corrente de corte. Este comportamento é o mesmo nas duas direções de condução de corrente. A tensão de disparo é por volta dos 30 volts para a maioria destes dispositivos.
O DIAC é normalmente usado para disparar TRIACs e SCRs.
Como um DIAC é um gatilho bidirecional, seus terminais não são marcados como anodo ou catodo mas a maioria é marcada como A1 ou MT1 e A2 ou MT2.
Abaixo encontram-se ilustrados o símbolo do DIAC e um exemplo de componente comercial.

Comentários:

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