Introducción.
En este texto hablaremos desde semiconductores como:
- Diodos de potencia
- Tiristores
- Transistores
Un diodo funciona como una puerta de una sola via a fin de llevar acabo varias funciones como la de interuptores.
Los diodos de potencia son similares en su funcionamiento, a los diodo de union PN, aunque esto presentan mayor cantidad de manejo de energia de voltaje y corriente. En estos dispositivo la velocidad de conmutación es baja,cuando el potencial del anodo es positivo con respecto al catodo tienen polarizacion directa o positiva.
El diodo conduce, si el voltaje aplicado es mayor al denominado tensión de umbral .en estos dispositivos poseemos un cátodo (+) y un ánodo (-) si el potencial del cátodo es positivo con respecto al ánodo se dice que el diodo esta polarizado en función inversa
Verificación de estado de un Diodo.
En las Fig.1 y Fig.2 se puede apreciar como utilizar un multímetro digital que contenga la función medición de diodos. Se ha seleccionado por medio de la llave selectora la función Medición de Diodos, luego se ha conectado la punta positiva del multímetro al ANODO del diodo y la negativa al CATODO (Fig.1).
Al ser conectadas las puntas de esta forma, el diodo queda polarizado correctamente para conducir, por tener aplicado el polo positivo de la fuente interna del multímetro al ANODO y el negativo de dicha fuente al CATODO.
No olvidar que para que un diodo conduzca su ANODO debe ser más positivo que el CATODO. En un diodo de SILICIO (que son los que se están tratando) la diferencia de potencial ANODO/CATODO para plena conducción debe ser de 0,6 volts.
ENCAPSULADO:
En estos dispositivos se emplean con material encapsulado de plástico ( hasta un vatio aprox) por encima de este valor se emplea el metal como encapsulado, estos dispositivos en el caso de manejar potencias elevadas ,es necesario emplear una placa disipadora la cual permite trasferir el calor a áreas más grandes
TIPOS DE DIODOS DE POTENCIA:
• De uso general A:Estos poseen un tiempo de recuperación inversa relativamente alto ,típicamente de 25us(micro segundos) y se utilizan aplicaciones de baja velocidad , por ejemplo rectificadores
• Diodos de recuperación rápida B: Tiene un tiempo de recuperación bajo por lo general menor a 5us se utilizan en circuitos convertidores CD-CD Y CD-CA en los que la velocidad de recuperación es a menudo la importancia crítica. Uno hasta 100 a y de 50v hasta 3kv
• Diodos schottky: permiten un voltaje de hasta 100v una corriente de hasta 300a se utilizan para trabajos de alta corriente y bajo voltaje.
TIRISTORES.
GENERALIDADES:
Estos son dispositivos semiconductores formados por 4 o más capas alternados de material N (Es un semiconductor extrínseco) y material P (se comporta como un conductor).Su principal aplicación es la de servir como interruptor accionado eléctricamente
.Por lo general cuentan con 3 terminales: compuerta (gate) , ánodo y cátodo, los dos últimos se conectan al circuito y el gate sirve para hacer posible el paso de la corriente, su configuración consta de la unión de 4 cristales , en secuencia P-N-P-N.
Tipos de Tiristores
Se pueden clasificar en:
Tiristor de Control de Fase (SCR):
Estos conmutan corrientes de 1 a 1500 A, al producirse el disparo por corrientes de compuertas no es necesario que esta se mantengan, de lo contrario si se conserva puede provocar daños internos.
Tiristor de Conmutación Rápida:
Soportan cambios de 1000V/µs y 1000A/µs, es muy importante la desactivación rápida porque permite reducir el tamaño de los componentes.
Tiristor de Desactivación por compuerta (GTO):
Se activan con una señal positiva en la compuerta, como los tiristores SCR solo que estos se pueden desactivar con una señal negativa en la compuerta.
Tiristor de Tríodo Bidireccional (TRIAC):
Permiten la circulación de corriente en ambos sentidos, sus terminales no se identifican como ánodo y cátodo, sino como MT2 que es positivo respecto al otro terminal MT1. Este se activa aplicando una señal positiva en el Garet (G). En el caso de que la conexión de MT1 y MT2 sean opuestas (a lo dicho anteriormente) la señal en G será negativa.
Tiristor de Conducción Inversa (RCT):
Incluye un diodo en forma paralela para poder originar un flujo de corriente inversa debido a cargas inductivas y facilitar la desactivación.
Tiristor de Inducción Estática (SITH):
Tiene una alta capacidad de manejar voltaje y corriente (puede llegar a 2500v y 500A), también tiene alta velocidad de conmutación y si funcionamiento es igual que la de los tiristores SCR.
Rectificadores Controladores de Silicio Activados por Luz:
Se activan por la acción directa de la luz sobre el silicio, su compuerta se diseña para promocionar la suficiente sensibilidad de forma tal que permita su activación por medio de un led (fuentes luminosas).
Tiristores controlados por FET (FET-CTA):
Este dispositivo combina un mosfet y un tiristor en paralelo. Si la compuerta del mosfet presenta voltaje, en el tiristor se origina una corriente de disparo.
Activación de un Tiristor
Cuando le llega una pequeña corriente a la puerta G, se activa el tiristor (interruptor cerrado entre ánodo y cátodo) y comenzará a pasar una corriente entre el ánodo y el cátodo llamada corriente directa. Mientras no le llegue corriente a la puerta G no habrá corriente entre el ánodo y el cátodo (interruptor abierto). El interruptor es el ánodo y el cátodo; y la puerta G es la que lo cierra o lo abre (activación) por medio de una señal eléctrica.
Activación de un Tiristor
Cuando le llega una pequeña corriente a la puerta G, se activa el tiristor (interruptor cerrado entre ánodo y cátodo) y comenzará a pasar una corriente entre el ánodo y el cátodo llamada corriente directa. Mientras no le llegue corriente a la puerta G no habrá corriente entre el ánodo y el cátodo (interruptor abierto). El interruptor es el ánodo y el cátodo; y la puerta G es la que lo cierra o lo abre (activación) por medio de una señal eléctrica.
Para la activación de un tiristor existen varias alternativas, entre ellas podemos encontrar:
• Temperatura: Aumenta la corriente, al alcanzar la suficiente corriente el tiristor pasara el estado de conducción.
• Voltaje: Aumenta el voltaje Ánodo- Cátodo hasta alcanzar Vd.
• Variación Rápida de Voltaje: Variación brisca en el Ánodo-Cátodo que origina un proceso de disparo.
• Luz: Se activa si se logra hacer llegar la luz hasta las uniones de un tiristor.
• Corriente de Compuerta: Si un tiristor esta polarizado directamente la inversión de una corriente de compuerta, debido a un voltaje positivo de compuerta, entre ella y las terminales de Cátodo, provocara la activación.
Aplicación de Tiristores
Se utilizan como interruptores de estado sólido en aplicaciones de control de Potencia, particularmente en el gobierno de carga de C.A.
El control puede hacerse de 2 formas:
1. Control de la porción de cada ciclo durante la cual el circuito conduce corriente.
2. Controlando el número de ciclo completo durante los cuales esto ocurre.
El control de fase nos permite identificar el ciclo de trabajo del componente, cada semiciclo de la onda de C.A. el tiristor se mantiene abierto, impidiendo la circulación de corriente a través de la carga. A un angulo de retardo especifico, el interruptor se cierra permitiendo que todo el voltaje de línea quede aplicado a la carga logrando que circule corriente durante el resto del semiciclo. Al variar el angulo de retardo se puede encontrar la porción de onda.
En el caso de control por siclo el dispositivo se dispara únicamente en los puntos de cruces en la corriente o voltaje de corriente alterna.
La potencia se regula según la carga de paquetes de ciclos completos en forma periódica. A mayor numero de ciclos (según el tiempo), mayor es la potencia desarrollada y viceversa.
Existe un tercer tipo de control denominado ON- OFF.
Otros tipos de tiristores son:
• Diodo alternativo de corriente (DIAC):
Está conformado por dos diodos conectados en anti paralelos, además conduce en ambos sentidos al alcanzar el voltaje de disparo en cada uno de ellos.
Verificación de estado de un Tiristor.
Para comprobar un tiristor basta con la prueba de conducción realizada con un ohmímetro.
Para comprobar el buen estado de un tiristor se necesita poner a trabajar el mismo en un circuito.
Es cierto que la mayoría de las veces la simple comprobación del tiristor con el multímetro dará el estado en que se encuentra ese dispositivo electrónico que funciona a modo de interruptor pero el verdadero estado de funcionamiento del tiristor bajo test será el resultado que arroja el comprobador electrónico de tiristores.
Para comprobar un tiristor basta con la prueba de conducción realizada con un ohmímetro.
Para comprobar el buen estado de un tiristor se necesita poner a trabajar el mismo en un circuito.
Es cierto que la mayoría de las veces la simple comprobación del tiristor con el multímetro dará el estado en que se encuentra ese dispositivo electrónico que funciona a modo de interruptor pero el verdadero estado de funcionamiento del tiristor bajo test será el resultado que arroja el comprobador electrónico de tiristores.
Medir un tiristor con el multímetro digital es muy fácil pues solo hay que verificar el estado de conducción o no conducción cuando se activa la compuerta (gate) del tiristor.
Comprobar un tiristor mientras trabaja
Para comprobar el estado real de un tiristor se necesita poner a trabajar el SCR en un circuito, con el cual se podrá verificar el estado del dispositivo electrónico en cuestión.
La prueba del tiristor con el circuito presentado en el esquema es muy simple. Se conectan las patas del tiristor a probar en el conector correspondiente a cada una de ellas; ánodo, cátodo y compuerta (G).
Una vez conectadas todas las patas del tiristor bajo test se cierra el conmutador o interruptor K correspondiente al cátodo y su paso a masa común o el negativo del circuito.
Se pulsa el conmutador G para permitir el disparo del tiristor mediante la activación de la compuerta G.
Si el tiristor está en buen estado la lámpara deberá iluminar a toda intensidad, en caso de no iluminar o hacerlo con baja intensidad es señal de que el tiristor no está trabajando bien.
Para llevar el SCR a su estado off se abre el conmutador K lo que deberá llevar al apagado de la lámpara indicadora. Se cierra nuevamente el interruptor K sin pulsar el G.
Al realizar esta operación la lámpara deberá permanecer apagada y en caso de que se ilumine aunque sea con poca intensidad es señal de que el tiristor no está realizando bien su trabajo y por tanto no es confiable para dejarlo en un circuito electrónico.
Transistor
.Generalidades:
.El componente consta de 3 terminales: base, colector y emisor. El componente se utiliza como método de conutacion, tiene mayor velocidad que los tiristores .El componente tiene valores o pueden conmutar valores de tensión menor que los tiristores .
.TIPOS DE TRANSISTORES:
Bipolares de juntura (BJT)
Semiconductores de metal de oxido de efecto de campo (MOSFET)
Inducción estática (SIT)
Bipolares de compuerta aislada (IGBT)
BIPOLARES DE JUNTURA
.Presenta dos uniones: emisor-base y colector –base .Y al mismo tiempo se puede encontrar 3 regiones que pueden presentarse en NPN y PNP.
.Un dato importante a considerar es el tipo de encapsulado, ya que regula los valores de la corriente y tensión .Una de las limitaciones a la hora de seleccionar el semiconductor es la temperatura originada por el dispositivo ya que esta puede destruir el mismo.
.En aplicaciones de conmutación, normalmente se utiliza la configuración de imagen, cuya curva característica de entrada de corriente de colector (IC) contra voltaje colector-emisor(VCE) En la imagen podemos observar las 3 regiones de operación de un transistor :
Corte
Activa
Saturación
En la región de corte el transistor esta desactivado debido a que la corriente en su base no es suficiente.
En la región activa el transistor amplifica la corriente del colector de voltaje colector-emisor disminuye con la corriente de base.
En la región de saturación la corriente de base es tan alta que hace que el voltaje colector-emisor se haga bajo y el transistor actué como interruptor.
MOSFET DE POTENCIA:
Es un dispositivo controlado por voltaje que requiere solo de una pequeña corriente de entrada .Su velocidad de conmutación es elevada, pueden ser de dos tipos:
MOSFET DE ENRIQUESIMIENTO.
MOSFET DE AGOTAMIENTO.
….IMAGEN SIMBOLOGÍA
Simplifica los circuitos ya que se controlan por voltaje, teniendo una impedancia de entrada prácticamente infinita (40 micro ohm) Remplaza los terminales de MOSFET
Colector D=DRENADOR
Emisor S=Surtidor
Base G= Gate (Compuerta)
En su interior presenta un diodo el cual tiene polaridad que debe ser respetada.
Si se aplica la tensión y corriente adecuada en la compuerta se logra la colección entre el drenador y surtidor.
Debido que a la impedancia de entrada es elevada no fluye corriente por la compuerta y la ganancia de corriente es elevada.
TRANSISTORES IGBT
Es un semiconductor de potencia ideal capaz de conmutar corriente elevada, con un mínimo de perdidas, a una velocidad moderada.
Contiene 3 terminales controlados por tensión, requiere un mínima corriente de entra. Elevada impedancia de entrada baja resistencia de salida. No contiene diodo interno
CLASIFICACIÓN:
Lentos :Trabajan desde DC hasta 1kHZ, presentan baja calidad de voltaje en estado de saturación
Rápido: Trabajan en el rango de 3KHZ a 10KHZ.Tienen una baja caída de voltaje y baja perdidas de conmutación
Ultrarrápidos: Trabajan en el rango de 10KHZ a 100KHZ,Se caracterizan poer su baja perdidas de conmutación
ESTRUCTURA Y FUNCINAMIENTO
Son dispositivos compactos, aunque un 25% más grande que los MOSFET, existen más grandes pero estos son de terminales roscados.
Este dispositivo consta de 3 terminales COLECTOR, EMISOR Y COMPUERTA.
Dependen de su polaridad podemos encontrar NPN y PNP
VERIFICACIÓN DE ESTADO DE UN TRANSISTOR.
• Realizar pruebas cuando conoces la base, el emisor y el colector:
1 Determina cual es la base, el emisor y el colector.
2. Sujeta la sonda negra a la base del transistor.
3. Toca el emisor con la sonda roja. Lee la pantalla del multímetro y fíjate si la resistencia es alta o baja.
4. Ahora toca el colector con la sonda roja. La pantalla debería dar la misma medición que cuando tocaste el emisor con la sonda roja.
5. Retira la sonda negra y ahora sujeta la base con la sonda roja.
6. Toca el emisor y el colector con la sonda negra. Compara la medición del multímetro con las mediciones que obtuviste anteriormente.
• Si ambas mediciones previas eran altas y ahora ambas mediciones son bajas, el transistor está en buenas condiciones.
• Si las mediciones previas eran bajas, y las mediciones actuales son altas, el transistor está en buenas condiciones.
• Si ambas mediciones que obtienes con la sonda roja no son iguales, ambas mediciones con la sonda negra no son iguales o las mediciones no cambian cuando cambias de sonda, el transistor está dañado.
• Realizar pruebas cuando no conoces la base, el emisor y el colector:
1. Sujeta uno de los terminales del transistor con la sonda negra.
2. Toca los dos terminales restantes con la sonda roja.
• Si la pantalla muestra alta resistencia cuando tocas cada uno de los terminales, has encontrado la base (y tienes un transistor NPN en buenas condiciones).
• Si la pantalla muestra dos mediciones diferentes para los otros dos terminales, cambia de lugar la sonda negra sujetando otro plomo y repite la prueba.
• Si luego de sujetar los tres terminales con la sonda negra no obtienes la misma medición de alta resistencia cuando tocas los otros dos plomos con la sonda roja, se debe a que tienes un transistor en malas condiciones o un transistor tipo PNP.
3. Retira la sonda negra y sujeta uno de los terminales con la sonda roja.
4. Toca los otros dos terminales con la sonda negra.
a. Si la pantalla muestra mediciones de alta resistencia cuando tocas cualquiera de los otros dos terminales, has encontrado la base (y tienes un transistor PNP en buenas condiciones).
b. Si la pantalla muestra dos mediciones diferentes por cada uno de los otros dos terminales, sujeta otro terminal con la sonda roja y vuelve a repetir la prueba.
c. Si luego de sujetar los 3 terminales con la sonda roja y no tienes la misma alta resistencia cuando tocas los otros dos terminales con la sonda negra, entonces tienes un transistor PNP en malas condiciones.
VERIFICACIÓN DE ESTADO DE UN TRANSISTOR.
• Realizar pruebas cuando conoces la base, el emisor y el colector:
1 Determina cual es la base, el emisor y el colector.
2. Sujeta la sonda negra a la base del transistor.
3. Toca el emisor con la sonda roja. Lee la pantalla del multímetro y fíjate si la resistencia es alta o baja.
4. Ahora toca el colector con la sonda roja. La pantalla debería dar la misma medición que cuando tocaste el emisor con la sonda roja.
5. Retira la sonda negra y ahora sujeta la base con la sonda roja.
6. Toca el emisor y el colector con la sonda negra. Compara la medición del multímetro con las mediciones que obtuviste anteriormente.
• Si ambas mediciones previas eran altas y ahora ambas mediciones son bajas, el transistor está en buenas condiciones.
• Si las mediciones previas eran bajas, y las mediciones actuales son altas, el transistor está en buenas condiciones.
• Si ambas mediciones que obtienes con la sonda roja no son iguales, ambas mediciones con la sonda negra no son iguales o las mediciones no cambian cuando cambias de sonda, el transistor está dañado.
• Realizar pruebas cuando no conoces la base, el emisor y el colector:
1. Sujeta uno de los terminales del transistor con la sonda negra.
2. Toca los dos terminales restantes con la sonda roja.
• Si la pantalla muestra alta resistencia cuando tocas cada uno de los terminales, has encontrado la base (y tienes un transistor NPN en buenas condiciones).
• Si la pantalla muestra dos mediciones diferentes para los otros dos terminales, cambia de lugar la sonda negra sujetando otro plomo y repite la prueba.
• Si luego de sujetar los tres terminales con la sonda negra no obtienes la misma medición de alta resistencia cuando tocas los otros dos plomos con la sonda roja, se debe a que tienes un transistor en malas condiciones o un transistor tipo PNP.
3. Retira la sonda negra y sujeta uno de los terminales con la sonda roja.
4. Toca los otros dos terminales con la sonda negra.
a. Si la pantalla muestra mediciones de alta resistencia cuando tocas cualquiera de los otros dos terminales, has encontrado la base (y tienes un transistor PNP en buenas condiciones).
b. Si la pantalla muestra dos mediciones diferentes por cada uno de los otros dos terminales, sujeta otro terminal con la sonda roja y vuelve a repetir la prueba.
c. Si luego de sujetar los 3 terminales con la sonda roja y no tienes la misma alta resistencia cuando tocas los otros dos terminales con la sonda negra, entonces tienes un transistor PNP en malas condiciones.
Video de youtube relacionados a los temas tratados:https://youtu.be/Tbw1jeRtRE
