LAB2 disparo de tiristor con circuitos UJT y PUT

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Abril de 2016

Laboratorio 2: DISARO DEL TIRISTOR CON CIRCUITOS INTEGRADOS U!T " UT

ELECTRONICA DE POTENCIA ML839B DOCENTE: HUAMANI HUAMANI EDILBERTO

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LABORATORIO Nº2: DISPARO DEL TIRISTOR CON CIRCUITOS INTEGRADOS UJT Y PUT

LABORATORIO N° 2 DISPARO DEL TIRISTOR CON CIRCUITOS INTEGRADOS UJT Y PUT

I. Objetivos.

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Comprobar experimentalmente el disparo de un tiristor con elementos discretos y este está conectado a una carga. Diseñar circuitos de disparo de tiristores usando circuitos integrados UJT y PUT. Armar circuitos de activación de un tiristor y observar las ventaas y desventaas de cada uno de ellos.

II. Equios ! "#te$i#%es ! "sciloscopio digital

! #ult$metro digital

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! Tiristor %T!&! '&((.

! Protoboard

! )oco con su soc*et +carga,

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Condensadores electrol$ticos de (.-- (.& ! & !( /( y &(u) a &(0

'esistencias cuyos valores determinó en el diseño



! Potenciómetro de !((1

y -2

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III. &u'(#)e'to Te*$i+o ,. E% t$#'sisto$ (e U'iju'tu$# -UJT

3ste dispositivo se utili4a 5undamentalmente como generador de pulsos de disparo para 6C' y T'7ACs. 3l UJT es un componente 8ue posee tres terminales9 dos bases y un emisor tal como se muestra en la siguiente 5igura9

3n la 5igura se puede apreciar la constitución de un UJT 8ue en realidad está compuesto solamente por dos cristales. Al cristal P se le contamina con una gran cantidad de impure4as presentando en su estructura un n:mero elevado de ;uecos. 6in embargo al cristal < se le dopa con muy pocas impure4as por lo 8ue existen muy pocos electrones libres en su estructura. 3sto ;ace 8ue la resistencia entre las dos bases '%% sea muy alta cuando el diodo del emisor no conduce. Para entender meor cómo 5unciona este dispositivo vamos a valernos del circuito e8uivalente de la 5i gura siguiente9

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'! y '- e8uivalen a la resistencia de los tramos de cristal < comprendidos entre los terminales de las bases. 3l diodo D e8uivale a la unión 5ormada por los cristales P=< entre el terminal del emisor y el cristal <.

#ientras el diodo del emisor no entre en conducción la resistencia entre bases es igual a9

6i en estas condiciones aplicamos una tensión de alimentación 0%% entre las dos bases la tensión 8ue aparece entre el emisor y la base será la 8ue corresponda en el circuito e8uivalente a '!> es decir en el divisor de tensión se cumplirá 8ue9

6i llamamos ?@' !'%% la ecuación 8ueda9 0 ! @ ? 0%%. 3l tBrmino ? representa la relación intr$nseca existente entre las tensiones 0 ! y 0%%.

As$ por eemplo si un UJT posee una relación intr$nseca caracter$stica igual a (& y 8ueremos determinar la tensión 8ue aparecerá entre el terminal de emisor y la base ! al aplicar !-0 entre bases bastará con operar de la siguiente 5orma9

Al valor de 0 ! se le conoce como tensión intr$nseca y es a8uBlla 8ue ;ay 8ue aplicar para 8ue el diodo comience a conducir. 3n nuestro eemplo si aplicamos una tensión de 0 al emisor Bste no conducirá ya 8ue en el cátodo del diodo D existe un potencial positivo de !(-0 correspondiente a la tensión intr$nseca por lo 8ue dic;o diodo permanecerá polari4ado inversamente. 6in embargo si aplicamos una tensión superior a !(0 +los !(-0 de 0! más (E0 de la tensión de barrera del diodo D, el diodo comen4ará a conducir produciBndose el disparo o encendido del UJT. 3n resumen para conseguir 8ue el UJT entre en estado de conducción es necesario aplicar al emisor una tensión superior a la intr$nseca.

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Una ve4 8ue conseguimos 8ue el diodo condu4ca por e5ecto de una tensión de polari4ación directa del emisor respecto a la base ! los portadores mayoritarios del cristal P +;uecos, inundan el tramo de cristal de tipo < comprendido entre el emisor y dic;a base +recordar 8ue el cristal P está 5uertemente contaminado con impure4as y el < dBbilmente,. 3ste e5ecto produce una disminución repentina de la resistencia ' ! y con ella una reducción de la ca$da de tensión en la base ! respecto del emisor lo 8ue ;ace 8ue la corriente de emisor aumente considerablemente.

#ientras la corriente de emisor sea superior a la de mantenimiento +7 v, el diodo permanecerá en conducción como si de un biestable se tratase. 3sta corriente se especi5ica normalmente en las ;oas de caracter$sticas y suele ser del orden de &mA.

3n la 5igura de la derec;a se muestra el aspecto de una de las curvas caracter$sticas de un UJT. 0p +punto F!, nos indica la tensión pico 8ue ;ay 8ue aplicar al emisor para provocar el estado de encendido del UJT +recordar 8ue 0 p @ 0! G (E,. Una ve4 superada esta tensión la corriente del emisor aumenta +se ;ace mayor 8ue 7 p, provocándose el descebado del UJT cuando la corriente de mantenimiento es in5erior a la de mantenimiento 7v +punto F-,.

A%i+#+io'es (e% UJT

Una de las aplicaciones del UJT más com:n es como generador de pulsos en diente de sierra. 3stos pulsos resultan muy :tiles para controlar el disparo de la puerta de T'7AC6 y 6C'.

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3n la siguiente 5igura se muestra el es8uema de uno de estos circuitos .

6u 5uncionamiento es como sigue9 Al aplicar una tensión 0CC al circuito serie '=C 5ormado por la resistencia variable '6 y el condensador C6 dic;o condensador comien4a a cargarse. Como este condensador está conectado al emisor cuando se supere la tensión intr$nseca el UJT entrará en conducción. Debido a 8ue el valor ó;mico de la resistencia ' ! es muy pe8ueño el condensador se descargará rápidamente y en el terminal de % ! aparecerá un impulso de tensión. Al disminuir la corriente de descarga del condensador sobre el emisor del UJT por debao de la de mantenimiento Bste se desceba y comien4a otro nuevo ciclo de carga y descarga del condensador. As$ se consigue 8ue en el terminal de la base ! apare4ca una señal pulsante en 5orma de diente de sierra 8ue puede utili4arse para controlar los tiempos de disparo de un 6C' o de un T'7AC. Para regular el tiempo de disparo es su5iciente con modi5icar el valor ó;mico de la resistencia variable ' 6 ya 8ue de Bsta depende la constante de tiempo de carga del condensador.

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3n la siguiente 5igura se muestra una t$pica aplicación del generador de pulsos de diente de sierra con UJT para controlar el disparo de un 6C'. #ediante este circuito controlamos la velocidad de un motor serie +o de cual8uier otro tipo de carga9 estu5as lámparas etc., gracias a la regulación de la corriente 8ue reali4a sobre medio ciclo del 6C'. Para controlar la velocidad del motor basta con modi5icar la 5recuencia de los pulsos en dientes de sierra lo cual se consigue variando el valor del potenciómetro ' 6.

2. Dis#$o Co't$o%#(o (e ti$isto$es )e(i#'te t$#'sisto$es U'iju'tu$# P$o/$#)#b%es -PUT 3l Transistor Uniuntura Programable +Programable Uniunction Transistor PUT, es un dispositivo compuesto de H capas semiconductoras similar a un 6C'. 6in embargo el disparo del mismo es respecto del ánodo en ve4 del cátodo. #ediante un divisor de tensión resistivo se establece precisamente la tensión de disparo +tensión de pico 0p del PUT,. Ios PUTs se utili4an casi exclusivamente para control de 5ase en circuitos de recti5icación controlada y en algunos casos se los utili4a como osciladores. Oe$#+i*' (e% PUT0 3l PUT tiene / terminales un ánodo +A, un cátodo +1, y una compuerta +,. 3l s$mbolo elBctrico del PUT y su correspondiente circuito e8uivalente se ven en la 5igura !.

)igura !

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3n la 5igura puede verse 8ue el PUT es como un 6C' disparado por ánodo esto es si la compuerta se ;ace negativa respecto del ánodo el dispositivo pasará del estado de blo8ueo +o de corte, al estado de conducción. Una caracter$stica interesante 8ue presenta este dispositivo es 8ue tiene una región o 4ona de trabao de resistencia negativa. Cuando la tensión entre ánodo y cátodo 0a* supera a la tensión de pico 0p +la cual es programada mediante el divisor resistivo> '! '-, el dispositivo entra en conducción con lo cual cae la tensión 0a* y aumenta la corriente. 3sto ocurre ;asta 8ue se llega a la tensión de valle +0v, el cual es un punto estable de operación. De esta 5orma se obtiene la región de resistencia negativa delimitada entre los puntos de pico y de valle. 3sto puede verse claramente en la 5igura -.

)igura Ia tensión de pico 0p es esencialmente la misma 8ue la tensión de re5erencia del divisor de tensión excepto por la ca$da de tensión en la untura de la compuerta. Una de las aplicaciones t$picas de este dispositivo es en un oscilador de relaación como el de la 5igura /. Para anali4ar más 5ácilmente como 5unciona este circuito es conveniente ;ablar del e8uivalente de T;evenin para la 5uente de tensión externa y el divisor resistivo aplicado en la compuerta. 3stos parámetros 8uedan de5inidos9

Ias corrientes de pico 7p y de valle 7v dependen de la impedancia e8uivalente en la compuerta 'g y de la tensión de alimentación 0s. Por lo tanto la curva caracter$stica del PUT es sensible respecto de variaciones en 'g y 0s.

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)igura /

Ia red 'C compuesta por 't y Ct controla la 5recuencia de oscilación unto con '! y '-. 3l periodo de oscilación T está dado en 5orma aproximada por9

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I1. P$o+e(i)ie'to P$i)e$# P#$te0 UJT

,. Diseñar e implementar el circuito de disparo de la 5igura para 13241

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-. Considerar 8ue todas las resistencias y potenciómetros deben disipar potencias de -2 o más. /. Para C@(.--u) cerrar el interruptor 62! y anote lo 8ue ocurre luego cierre el interruptor 62- anotando lo sucedido luego variar ' P observe y anote. H. Cambiar el valor de C por los demás y repita el paso /. &. Para los pasos / y H colocar el osciloscopio entre los terminales del condensador y gra5i8ue la 5orma de onda.

Se/u'(# P#$te0 PUT 2N5627

!. Diseñar e implementar el circuito de la 5igura para 0K@/(0

-. 'epetir los pasos / H y & de la primera parte.

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1. Resu%t#(os ,. Ci$+uito I'te/$#(o UJT 'p +1L,

C +M),

HH.H

(.--

C./D

!

N.H

)orma de onda en el capacitor

!(

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(

todos

2. Ci$+uito I'te/$#(o PUT

'p +1L,

C +M),

!.(E

!

!E

//

)orma de onda en el capacitor

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!.&

(.HE

(

todos

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1II. Cuestio'#$io ,. E% i'8o$)e (ebe +o'te'e$ to(os %os (#tos t9+'i+os (e% UJT: PUT: v#%o$es (e %os +o)o'e'tes uti%i;#(os: #s< +o)o %os /$=8i+os obte'i(os e' %# e>e$ie'+i#.

a, rá5icos de la experiencia9

)oco=oscilante

5oco=prendido

5oco=apagado

0oltae en el capacitor

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b, Datos del transistor una untura programable +PUT, -
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c, Datos del transistor un untura +UJT, -<-NHN

2. ?@u9 su+e(e +o' %# %=)#$# +u#'(o #u)e't# e% v#%o$ (e C e' #)bos +i$+uitos

3n el caso del circuito integrado UJT el condensador a5ectó la 5recuencia de oscilación. Al aumentar el valor del condensador de (.& a ! u) el valor de la 5recuencia de oscilación en el condensador bao de casi -( O4 a !( O4. Además el valor del condensador a5ecta el ángulo de disparo y por tanto la luminancia por lo 8ue teóricamente la luminosidad tendr$a 8ue disminuir con un C de mayor valor.

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. Se/' su oi'i*' +u=% (e %os +i$+uitos i'te/$#(os (e (is#$o es e% $e+o)e'(#b%e ?Po$ qu9

3l PUT es más 5lexible 8ue el UJT ya 8ue la compuerta se conecta a un divisor de tensión 8ue permita variar la 5recuencia del oscilador sin modi5icar la constante de tiempo 'C. Además es más 5ácil de encontrar en el mercado este tipo de dispositivos.

4. ?@u9 (i8i+u%t#(es e'+o't$* #$# $e#%i;#$ este e>e$i)e'to Su/ie$# que +#)bios se o($<#' #+e$ #$# )ejo$#$%o.

Dispositivos como el UJT no son comunes sin embargo se usa uno e8uivalente se deber$a de indicar 8ue semiconductor es e8uivalente y com:n en el mercado para utili4ar este :ltimo como dispositivo com:n para el experimento.

3n un principio los circuitos no nos 5uncionaron esto debido a 8ue uno de los cables cocodrilo proporcionados por el laboratorio no ten$a continuidad. 6e recomienda veri5icar 8ue todos los cables de conexión posean continuidad antes de armar el circuito.

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1II. Obse$v#+io'es ! Co'+%usio'es Del experimento podemos concluir 8ue se cumple la teor$a del diseño y operación de los circuitos as$ como la visuali4ación óptima del estado de la 5recuencia en el osciloscopio y estado del 5oco cuando se var$a el valor de la resistencia del potenciómetro.

Ia parte vital para correcta aplicación de los circuitos vistos es el diseño. De ser Bste mal reali4ado lo mas Qprobable es 8ue los resultados a obtener no sean los esperados. 3l uso del PUT es relativamente más 5ácil de implementar y más rápido de encontrar los componentes de su circuito.

Como estudiantes estamos listos y más 5amiliari4ados en el uso de elemento UJT y PUT como disparadores de 6C' para control de 5ase o recti5icación de señales 8ue será en un próximo experimento.

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