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• César Ramiro Alburquerque Martinez

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INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO “SAN FRANCISCO DE ASÍS” LIMA - PERÚ Creación Resolución Ministerial Nº 1693-91-ED Revalidado con Resolución Directoral Nº 0462-2006-ED VISIÓN: Aspiramos ser una Institución Educativa de nivel superior, líder en Lima Sur con capacidad para ser el eje del progreso social y fuente de profesionales altamente calificados técnica y humanísticamente en el mediano plazo que responden a las necesidades del ámbito local, regional y nacional.

Curso:

Electrónica de Potencia aplicada Docente: César Ramiro Alburquerque Martínez

MISIÓN: Somos una Institución dedicada a la formación de profesionales técnicos, con una educación humanística, científica, tecnológica y artística; valoramos la investigación y la búsqueda permanente del conocimiento; el desarrollo de valores; la consolidación de la identidad nacional y el compromiso para lograr una sociedad justa, soldaría y sostenible. INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO “SAN FRANCISCO DE ASÍS” ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

SEMANA 12

Tema : PUT, TRIAC, circuitos de aplicación

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OBJETIVO

Utilizar equipos y sistemas de control electrónico, para el control de energía eléctrica en diversas aplicaciones industriales. INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO “SAN FRANCISCO DE ASÍS” ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

PUT (TRANSISTOR DE MONOUNIÓN PROGRAMABLE) Aunque son parecidos en el nombre, la construcción y el modo de operación del transistor de monounión programable (PUT) son muy diferentes de los transistores de monounión. El hecho de que las características y las aplicaciones I-V de cada uno sean parecidas sugirió la elección de los nombres. Como se indica en la figura, el PUT es un dispositivo pnpn con una compuerta conectada directamente a la capa tipo n intermedia. El símbolo para el dispositivo y la configuración de polarización básica aparecen en la figura: Como el símbolo lo sugiere, es en esencia un SCR con un mecanismo de control que permite duplicar las características del SCR típico. El término programable se aplica porque a RBB, ƞ y VP tal como se definieron para el INSTITUTO DE EDUCACIÓN UJT los pueden controlar los SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO resistores RB1, RB2 y el voltaje “SAN FRANCISCO DE ASÍS” ELECTROTECNIA INDUSTRIAL de alimentación VBB.

PUT (TRANSISTOR DE MONOUNIÓN PROGRAMABLE) En la figura, aplicando la regla del divisor de voltaje, cuando IG = 0 𝑅𝐵1 𝑉𝐺 = 𝑉 = 𝜂𝑉𝐵𝐵 𝑅𝐵1 + 𝑅𝐵2 𝐵𝐵 Donde:

𝑅𝐵1 𝜂= 𝑅𝐵1 + 𝑅𝐵2

de la misma manera que se definió para el UJT

Las características del dispositivo aparecen en la figura (curva característica), como se observa en el diagrama, el estado “apagado” (I baja, V entre 0 y VP) y el estado “encendido” (I ≥ 𝐼𝑣 , 𝑉 ≥ 𝑉𝑣 ) están separados por la región inestable como ocurrió para el UJT; es decir, el dispositivo no puede permanecer en el estado INSTITUTO DE EDUCACIÓN inestable; simplemente cambiará SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO al estado “apagado” o al estado “SAN FRANCISCO DE ASÍS” ELECTROTECNIA INDUSTRIAL “encendido” estable.

PUT (TRANSISTOR DE MONOUNIÓN PROGRAMABLE) El potencial VP o voltaje necesario para “encender” el dispositivo, lo da:

𝑉𝑃 = 𝜂𝑉𝐵𝐵 + 𝑉𝐷 como fue definido para el UJT; sin embargo, VP representa la caída de voltaje VAK en la figura (la caída de voltaje en directa a través del diodo conductor). Para silicio, por lo general VD es de 0.7 V ; por consiguiente, se tiene:

𝑉𝐴𝐾 = 𝑉𝐴𝐺 + 𝑉𝐺𝐾 𝑉𝑃 = 𝑉𝐷 + 𝑉𝐺

Silicio

𝑉𝑃 = 𝜂𝑉𝐵𝐵 + 0.7 V Anteriormente observamos, sin embargo, que VG = ƞVBB con del resultado de que:

𝑉𝑃 = 𝑉𝐺 + 0.7 𝑉

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PUT (TRANSISTOR DE MONOUNIÓN PROGRAMABLE) Recuerde que para el UJT, 𝑅𝐵1 y 𝑅𝐵2 representan la resistencia de masa y los contactos óhmicos de base, ambos inaccesibles.

En el desarrollo, observamos que 𝑅𝐵1 y 𝑅𝐵2 son externos al dispositivo, lo que permite ajustar ƞ y VG. En otras palabras, el PUT permite controlar el nivel de VP requerido para encender el dispositivo. Aunque las características del PUT y el UJT son semejantes, las corrientes del pico y del valle del PUT son en general más bajas que las de un UJT de valor nominal semejante, además, el voltaje mínimo de operación también es menor para un PUT. INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO “SAN FRANCISCO DE ASÍS” ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

PUT (TRANSISTOR DE MONOUNIÓN PROGRAMABLE) Si consideramos un equivalente de Thévenin de la red a la derecha de la terminal de compuerta, obtenemos la red de la figura. La resistencia resultante RS es importante porque se suelen incluir en las hojas de especificaciones pues afecta el nivel de IV. Haciendo referencia a la operación básica del dispositivo. Un dispositivo que se encuentra en estado de “apagado” no cambiará de estado hasta que se alcance el voltaje VP definido por VG y VD. El nivel de corriente hasta que se alcanza IP es muy bajo, lo que da por resultado un equivalente de circuito abierto puesto que: R = V(alto) / I(baja) que originará un nivel de alta resistencia, lo que representa de forma aproximada un equivalente de circuito abierto. Cuando se alcanza VP, el dispositivo cambiará a través de la región inestable al estado de “encendido”, donde el voltaje es menor pero la corriente mayor, con el INSTITUTO DE EDUCACIÓN resultado de una resistencia terminal R = V(bajo) / I(alta), bastante baja, SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO lo que representa de forma aproximada un equivalente de cortocircuito. “SAN FRANCISCO DE ASÍS” ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

PUT (TRANSISTOR DE MONOUNIÓN PROGRAMABLE) El dispositivo, por consiguiente, ha cambiado de ser en esencia un estado de circuito abierto a un estado de cortocircuito en un punto determinado por la elección de 𝑅𝐵1 , 𝑅𝐵2 y VBB. Con el dispositivo en el estado “encendido”, la eliminación de VG no apagará el dispositivo. El nivel de voltaje VAK debe reducirse lo suficiente para disminuir la corriente por debajo de un nivel de mantenimiento.

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PUT (TRANSISTOR DE MONOUNIÓN PROGRAMABLE) Ejemplo:

Determinar 𝑅𝐵1 y 𝑉𝐵𝐵 para un PUT de silicio si está determinado que ƞ = 0.8 , 𝑉𝑝 = 10.3 𝑉 y 𝑅𝐵2 = 5 𝐾Ω Solución: 𝑅𝐵1 = 0.8 Aplicamos la ecuación siguiente: 𝜂 = 𝑅𝐵1 + 𝑅𝐵2

𝑅𝐵1 = 0.8𝑅𝐵1 + 0.8𝑅𝐵2

𝑅𝐵1 = 0.8 𝑅𝐵1 + 𝑅𝐵2

0.2𝑅𝐵1 = 0.8𝑅𝐵2

𝑅𝐵1 − 0.8𝑅𝐵1 = 0.8𝑅𝐵2 𝑅𝐵1 𝑉𝑃 = 𝜂𝑉𝐵𝐵 + 𝑉𝐷

9.6 V = (0.8)𝑉𝐵𝐵

0.8(5𝐾Ω) = 0.2

10.3 V = (0.8)𝑉𝐵𝐵 + 0.7 V 𝑉𝐵𝐵

9.6𝑉 = 0.8𝑉

𝑅𝐵1

0.8𝑅𝐵2 = 0.2

𝑅𝐵1 = 20 KΩ 10.3 V – 0.7 V = (0.8)𝑉𝐵𝐵

𝑉𝐵𝐵 = 12𝑉

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PUT (TRANSISTOR DE MONOUNIÓN PROGRAMABLE) OSCILADOR DE RELAJACIÓN Una aplicación más del PUT es el oscilador de relajación que se muestra en la figura: En el momento en que se conecta la fuente, el capacitor comenzará a cargarse hacia VBB volts puesto que no hay corriente en el ánodo en este momento. La curva que carga aparece de la figura: El periodo T requerido para alcanzar el potencial de encendido VP lo da aproximadamente 𝑉𝐵𝐵 𝑇 ≅ 𝑅𝐶 log 𝑒 𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝑝 o, cuando 𝑉𝑝 ≅ 𝜂𝑉𝐵𝐵 , 𝑅𝐵1 𝑇 ≅ 𝑅𝐶 log 𝑒( 1 + ) 𝑅𝐵2 INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO “SAN FRANCISCO DE ASÍS” ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

PUT (TRANSISTOR DE MONOUNIÓN PROGRAMABLE) OSCILADOR DE RELAJACIÓN En el momento en que el voltaje a través del capacitor es igual a VP , el dispositivo se encenderá y se establecerá una corriente IA = IP a través del PUT.

Si R es demasiado grande, no se puede establecer la corriente IP y el dispositivo no se encenderá. En el punto de transición: 𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝑝 𝐼𝑝 𝑅 = 𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝑝 y 𝑅𝑚á𝑥 = 𝐼𝑝 Se incluye el subíndice para indicar que cualquier R mayor que Rmáx producirá una corriente menor que IP. El nivel de R también debe ser tal que la corriente sea menor que IV para que ocurran las oscilaciones. En otras palabras, deseamos que el dispositivo entre a la región inestable y que luego vuelva al estado “apagado”. Con un razonamiento similar al anterior, obtenemos:

𝑅𝑚í𝑛

𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝑉 = 𝐼𝑣

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PUT (TRANSISTOR DE MONOUNIÓN PROGRAMABLE) OSCILADOR DE RELAJACIÓN El análisis anterior requiere que R se limite a lo siguiente para un sistema oscilatorio:

𝑅𝑚í𝑛 < 𝑅 < 𝑅𝑚á𝑥 Las formas de onda de vA, vG y vK aparecen en las figuras. Observe que T determina el voltaje máximo a que vA puede cargarse. Una vez que el dispositivo se enciende, el capacitor se descargará de inmediato a través del PUT y RK y se tendrá la caída mostrada, por supuesto, vK alcanzará su valor pico al mismo tiempo debido a la breve pero intensa corriente, el voltaje vG se reducirá de inmediato desde VG hasta un nivel un poco mayor que 0 V. Cuando el voltaje del capacitor caiga a un nivel bajo, el PUT se encenderá de nuevo y se repetirá el ciclo de carga, el efecto en VG y VK se muestra en las figuras. INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO “SAN FRANCISCO DE ASÍS” ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

PUT (TRANSISTOR DE MONOUNIÓN PROGRAMABLE) OSCILADOR DE RELAJACIÓN Ejemplo: Si 𝑉𝐵𝐵 = 12𝑉, 𝑅 = 20𝐾Ω , 𝐶 = 1μ𝐹 , 𝑅𝐾 = 100Ω , 𝑅𝐵1 = 10𝐾Ω , 𝑅𝐵2 = 5𝐾Ω , 𝐼𝑃 = 100 𝜇𝐴 , 𝑉𝑉 = 1𝑉 , 𝑒 𝐼𝑉 = 5.5𝑚𝐴 . Determinar: Solución: a) Vp 𝑅𝐵1 b) R máx y R mín 𝑉𝑃 = 𝑉𝐵𝐵 + 0.7 𝑉 𝑎) 𝑉𝑃 = 𝜂𝑉𝐵𝐵 + 𝑉𝐷 c) T y frecuencias de oscilación 𝑅𝐵1 + 𝑅𝐵2 d) Las formas de onda de VA , VG, y VK 10 𝐾Ω 𝑉𝑃 = (12𝑉) + 0.7 𝑉 10𝐾Ω + 5𝐾Ω 𝑉𝑃 = 0.67 12𝑉 + 0.7 𝑉

𝑎) 𝑉𝑃 = 8.7 𝑉 INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO “SAN FRANCISCO DE ASÍS” ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

PUT (TRANSISTOR DE MONOUNIÓN PROGRAMABLE) OSCILADOR DE RELAJACIÓN

𝑏) 𝑅𝑚á𝑥

𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝑃 = 𝐼𝑃

𝑅𝑚í𝑛

𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝑉 = 𝐼𝑉

𝑅𝑚á𝑥

12𝑉 − 8.7𝑉 = 100 𝜇𝐴

𝑅𝑚á𝑥 = 33 𝐾Ω

𝑅𝑚í𝑛

12𝑉 − 1𝑉 = 5.5 𝑚𝐴

𝑅𝑚í𝑛 = 2 𝐾Ω

𝑅 ∶ 2𝐾Ω < 20𝐾Ω < 33𝐾Ω INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO “SAN FRANCISCO DE ASÍS” ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

PUT (TRANSISTOR DE MONOUNIÓN PROGRAMABLE) OSCILADOR DE RELAJACIÓN 𝑉𝐵𝐵 𝑐) 𝑇 = 𝑅𝐶 log 𝑒 𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝑃

12𝑉 𝑇 = (20𝐾Ω)(1𝜇𝐹) log 𝑒 ( ) 12𝑉 − 8.7𝑉 𝑇 = 20𝑥10−3 (1.29)

𝑇 = 20𝑥10−3 log 𝑒 (3.64)

𝑇 = 25.8 ms

1 1 𝑓= = 𝑇 25.8 𝑚𝑠

𝑓 = 38.8 Hz

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PUT (TRANSISTOR DE MONOUNIÓN PROGRAMABLE) OSCILADOR DE RELAJACIÓN d)

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TRIAC Es fundamentalmente un diac con una terminal de compuerta para controlar las condiciones de encendido del dispositivo bilateral en cualquiera de las dos direcciones. En otras palabras, para cualquier dirección la corriente de compuerta puede controlar la acción del dispositivo de una manera muy parecida a la demostrada para un SCR. Sin embargo, las características del triac en el primero y tercer cuadrantes son algo diferentes de las del diac, observe que la corriente de mantenimiento en cada dirección no aparece en las características del diac.

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TRIAC – CONTROL DE FASE (POTENCIA) Una aplicación fundamental del triac se presenta en la figura : En esta capacidad, controla la potencia de C.A. suministrada a la carga encendiéndose y apagándose durante las regiones positiva y negativa de la señal senoidal de entrada.

La acción de este circuito durante la parte positiva de la señal de entrada es muy parecida a la encontrada para el diodo Schockley. La ventaja de esta configuración es que durante la parte negativa de la señal de entrada se obtendrá el mismo tipo de respuesta ya que tanto el diac como el triac se pueden encender en la dirección inversa. Si modificamos el resistor R, podemos controlar el ángulo de conducción, existen unidades disponibles capaces de manejar cargas de más de 10 kW.

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GRACIAS INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO “SAN FRANCISCO DE ASÍS” ELECTROTECNIA INDUSTRIAL