I. INTRODUCCION Este reporte de práctica detallará el procedimiento para operar un Opto-SCR (también llamado foto-SCR), del cual para poder comprender mejor su funcionamiento es necesario contemplar fundamentos del SCR. Como lo sugiere su nombre, el SCR es un rectificador, por lo que pasa corriente sólo durante los semiciclos positivos de la fuente de CA. El semiciclo positivo es el semiciclo en que el ánodo del SCR es más positivo que el cátodo. Esto significa que el SCR no puede estar encendido más de la mitad del tiempo tiempo.. Durante la otra mitad del ciclo, la polaridad de la fuente es negativa, y esta polaridad negativa hace que el SCR tenga polarización inversa, evitando el paso de cualquier corriente a la carga. Como todos los componentes de electrónica el SCR tiene varias características de funcionamiento que deben comprenderse y conocerse para lograr un alto desempeño de la aplicación al que será aplicado.
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II Marco teórico En el siguiente marco teórico se explicara cómo funcionan losd compoentes del SCR y del Opto-Scr para poder entender el circuito que se realizara.
2.1 SCR Un rectificador controlado de silicio (SCR, rectificador controlado de silicio) es un dispositivo de tres terminales usado para controlar corrientes más bien altas para una carga. El símbolo esquemático del SCR se muestra en la figura 2.1.
Figura 2.1 Símbolo del SCR. Un SCR actúa a semejanza de un interruptor. Cuando esta encendido (ON), hay una trayectoria de flujo de corriente de baja resistencia del ánodo al cátodo. Actúa entonces como un interruptor cerrado. Cuando está apagado (OFF), no puede haber flujo de corriente del ánodo al cátodo. Por tanto, actúa como un interruptor abierto. Dado que es un dispositivo de estado sólido, la acción de conmutación de un SCR es muy rápida.
2.2 Características de los SCR Un SCR es disparado por un pulso corto de corriente aplicado a la compuerta. Esta corriente de compuerta (IG) fluye por la unión entre la compuerta y el cátodo, y sale del SCR por la terminal del cátodo. La cantidad de corriente de compuerta necesaria para disparar un SCR en particular se simboliza por IGT. Para dispararse, la mayoría de los SCR requieren una corriente de compuerta entre 0.1 y 50 mA (IGT = 0.1 - 50 mA). Dado que hay una unión pn estándar entre la compuerta y el cátodo, el voltaje entre estas terminales (VGK) debe ser ligeramente mayor a 0.6 V. En la figura 2.2 se muestran las condiciones que deben existir en la compuerta para que un SCR se dispare.
Figura 2.2 Voltaje del SCR 2
2.3 Foto-SCR Los foto tiristores son como los fototransistores o FET muy similares a sus correspondientes convencionales, excepto en la adición de una ventana o lente para enfocar la luz en un área apropiada. Tienen tres terminales, y por tanto, el umbral del disparo óptico puede controlarse electrónicamente. La ventaja principal del fototiristor es que es un excelente conmutador, con una capacidad de gobernar potencias muy superiores a otros fotodetectores. Con refrigeración apropiada, algunos fototiristores pueden trabajar a unos cientos de voltios con un ampere. La Figura 2.3 muestra un corte de un foto-SCR típico. Con polarización apropiada los fotones entrantes crean pares electrón-hueco en la vecindad de la segunda unión y estos portadores libres son atraídos a través de las uniones produciendo una corriente ánodo-cátodo. A un cierto nivel de radiación, la ganancia neta de corriente del dispositivo excede a la unidad y la corriente ánodo-cátodo sólo viene limitada por la impedancia exterior.
Figura 2.3 Forma interna y símbolo del foto-SCR
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La salida de un foto-SCR no es proporcional a la radiación incidente como en el caso otros fotodetectores. El foto-SCR está CORTADO (baja corriente de ánodo) antes que una irradiancia adecuada lo dispare (Figura 2.4) y CONDUCE en cuanto se supera el umbral óptico. La corriente de ánodo no varía prácticamente con el nivel de luz. Como los fototiristores se aproximan a los conmutadores, sus aplicaciones principales son para sistemas ópticos lógicos, tales como contadores clasificadores y funcionamiento como relés.
Figura 2.4 Características de disparo (por luz) de un foto-SCR
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III Objetivo El objetivo de esta práctica es conocer las funcionalidades de los opto SCR, así como su funcionamiento, comportamiento y aplicaciones. Aplicando conocimientos previos del SCR y optoSCR, se deberá crear un circuito (Figura 3.1 ) tanto simulado como de manera fisica, mediante el cual utilizando las prestaciones del optoSCR se pueda hacer que un SCR trabaje como switch capaz de activar una carga (en caso físico de revisión se utilizará un bulbo de 75w).
Figura 3.1 Diagrama del circuito del OptoSCR expuesto en clase.
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IV. MATERIAL Y EQUIPO En la tabla 4.1 se muestran los elementos que se utilizarán para realizar la práctica y también se ve una breve descripción de ellos. Tabla 4.1 Material utilizado con su breve descripción Componente
Descripción
Imagen
Es un rectificador controlado de silicio SCR 2N6397
común
con
la
característica de que su funcionamiento se ve afectado por la potencia en longitudes de onda efectiva que excita sus uniones pn.
OptoSCR
opera como el SCR normal, solamente que es activado por
H11C4
medio de energía luminosa que incide
sobre
una
de
las
junturas PN. Es un elemento en el que se hacen los prototipos de los Protoboard
circuitos
para
verificar
su
funcionamiento. Fotorresistencia
Componente
electrónico
cuya resistencia disminuye con el aumento
de
intensidad
de luz incidente.
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Resistencias
Dispositivo que se opone al flujo de corriente
Material que permite conectar un elemento del circuito con otro Cable Es un elemento que tendrá la función Bombilla de 75w
de
representarnos
la
carga que puede activar el SCR.
con roseta
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En la tabla 4.2 está el equipo el equipo requerido para realizar la práctica, se hace uso de estos para comprobar las señales, también se anexa una breve descripción de su función. Tabla 4.2 Equipo utilizado y su descripción Componente
Descripción
Imagen
Dispositivo para enviar señales de CD Fuente de voltaje
Dispositivo en el cual se apoyó para realizar Computadora Laptop
la simulación
Software
de
simulación en el cual Multisim 12
realizamos el circuito de la práctica para poder darnos respaldo sobre lo teórico
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V. METODOLOGIA La comprobacion de las funciones de los componentes H11C4 (optoSCR) y el 2N6397 (SCR) van a llevarse a cabo de acuerdo a la siguiente metodologia. a) Haciendo uso de la figura 3.1 , se debe armar en físico el circuito (figura 5.1 ), haciendo uso de los datasheets correspondientes ubicados en el apendice de este reporte.
Figura 5.1 Evidencia de circuito armado en fisico. b) Armar el circuito de la figura en Multisim. Debido a que el software no cuenta con alguna librería existente donde se encuentre el opto-SCR, se coloca en su lugar un fototransistor.
Figura 5.2 Circuito del Opto SCR 9
VI. DESARROLLO Una vez que el circuito se encuentra armado, se procede a comprobar el funcionamiento de los componentes optoSCR y el SCR, dicha comprobación se reflejara en las bombillas de 100w. Observando la figura 6.1, notese que se remplazo el fotoSCR por un fototransistor activado por un switch (el switch cubre la funcion de la fotoresistencia). Al estar abierto el switch significa que en la fotoresistencia hay presencia de luz, lo cual provoca que la bombilla se encuentre apagada ya que la corriente no fluye a travez de ella,
caso inverso indica que cuando la fotoresistencia no tiene
presencia de luz, desactiva el optoSCR haciendo que la corriente pueda fluir a travez de la bombilla provocando que se encienda.
Figura 6.1 Reemplazo de Opto-SCR por Opto-transistor
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En la figura 6.2 se muestra el circuito en funcionamiento, la fotoresistencia tiene presencia de luz (switch cerrado) por lo tanto se activa el optoSCR, mismo que activa el SCR y permite que la carga encienda.
Figura 6.2 Circuito con presencia de luz en fotoresistencia (switch cerrado).
En el caso del circuito fisico se obtendra una respuesta como la que muestra la figura 6.3, la fotorresistencia recibe el destello de luz, por consiguiente el optoSCR acciona el SCR y como resultado final se obtiene que la carga es desactivada.
Figura 6.3 Circuito armado con precencia de luz en fotorresistencia.
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Cuando la fotoresistencia no resive señales de luz (switch abierto) el SCR permite que la tencion pase a la carga lo que permite que esta encienda. Figuras 6.4 y 6.5
Figura 6.4 Circuito con ausencia de luz en fotoresistencia
Figura 6.5 Circuito fisico con ausencia de luz en la fotoresistencia
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Para tener un mayor entendimiento de lo que esta practica debe obedecer en cuestion de su funcionamiento, la tabla 6.1 explica la secuencia por la que el circuito debe operar, describiendo las reacciones que presenta el circuito de manera simulada y en fisica. Tabla 6.1 Comparativa de reacciones en simulación y físico Secuencia Simulación
Físico
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Para activar el circuito es necesario
El switch activa y desactiva el
aplicar
opto
un
switch
previo
al
SCR
simulando
la
optotransistor, de esta manera se
presencia y ausencia de luz de
hace la sustitucion de presencia de
la fotoresistencia sustituida
luz. 2
El circuito obedece al activar el
El
circuito
inicia
por
optotransistor (5v. es su tension
activacion del OptoSCR
la
nominal) 3
El optotransistor activa el SCR y
Utiliza el OptoSCR para poder
manda una corriente a la carga por activar el SCR, sucendiendo el lo cual se pone una resistencia
mismo
efecto
que
en
la
moduladora de corriente.
simulacion;
aplicar
una
resistencia
moduladora
de
corriente. 4
La carga se alimenta a una tensión
Mismo
caso
de 110V, por lo cual el SCR funciona
simulacion.
que
en
la
como un switch, hasta que no se desactiva el optoSCR la carga no se enciende.
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VII. RESULTADOS Una vez hecha ya la comparativa de reacciones, se es posible confirmar que el circuito desempeñe la función deseada cuando esta energizado y se aplican cambios de presencia de luz en el optoSCR. La tabla 7.1 muestra los resultados que el circuito debe de hacer al estar en un correcto funcionamiento, deben de coincidir las acciones que se presenten tanto en simulación y físico al momento que el opto genere una reacción a la presencia de luz. Tabla 7.1 Resultados de acción del circuito. Aplicación de luz
Simulación
Físico
en el optoSCR ON
La carga no se enciende
La carga no se enciende
OFF
La carga esta encendida
La carga esta encendida
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VIII. CONCLUSIONES En esta práctica se comprende muy bien los fundamentos de operación de estos elementos de la familia de los tiristores. Un opto SCR ofrece un total aislamiento eléctrico entre la fuente de disparo luminoso y el dispositivo de conmutación de un convertidor de potencia. La práctica conlleva a deducir que el opto SCR es un dispositivo electrónico muy utilizado, ya que está presente en aparatos electrónicos como alarmas antirrobo, detectores de presencia en puertas y ascensores, relevadores, control de motores y una gran variedad de aplicaciones en computadoras.
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Bibliografía Boylestad, 2003 Electrónica: teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. Editorial Pentice Hall. Octava edición FotoSCR http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r90570.PDF Disponible 11/06/2013
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Anexo A. Datasheet OPTO-SCR H11C4
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Anexo B. Datasheet SCR 2N6397
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