Tiristores e Diacs: Dispositivos Semicondutores de Potência, Resumos de Banco de Dados Dedutivos

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TIRISTORES

São dispositivos semicondutores de potência utilizados principalmente em circuitos de controle de energia elétrica. Eles operam como interruptores controlados por corrente ou tensão e são projetados para lidar com altas correntes e altas tensões. O tiristor pode ser considerado uma forma bastante incomum de componente eletrônico porque consiste em quatro camadas de silício dopado de forma diferente, em vez das três camadas dos transistores bipolares convencionais. Enquanto os transistores bipolares convencionais podem ter uma estrutura p-n- p ou n-p-n com os eletrodos denominados coletor, base e emissor, o tiristor possui uma estrutura p-n-p-n com as camadas externas com seus eletrodos denominados ânodo (tipo n) e cátodo (p- modelo). O terminal de controle do SCR é chamado de porta e está conectado à camada tipo p que é adjacente à camada catódica.

Polarização Inversa

Em condições de polarização inversa (ânodo negativo em relação ao cátodo), o tiristor apresenta uma impedância interna muito alta, sendo apenas atravessado por uma corrente inversa de baixo valor. Esta corrente mantém-se num valor muito baixo, e por conseguinte o tiristor fica bloqueado até que se atinja a tensão inversa limite. Neste ponto dá-se um fenómeno idêntico ao efeito zener nos díodos; a corrente aumenta rapidamente, ocorrendo normalmente a destruição do componente. O valor da tensão inversa capaz de destruir o tiristor varia com o tipo de SCR, sendo de uma maneira geral superior em cerca de 100v à tensão de rutura direta. Em condições de polarização direta, a tensão de rutura pode ser controlada ou variada pela aplicação de um impulso de corrente ao terminal de comando (GATE), conforme pode ser visualizado na fig.2. Em função do aumento da amplitude do impulso de controle, a tensão de rutura direta diminui, até que a curva se aproxima da característica de um rectificador. Em condições normais de operação o tiristor é usado com tensões inferiores à da rutura direta, sendo a condução comandada por impulsos de controle de amplitude suficiente para assegurar a passagem à condução no instante desejado. Após o tiristor ter sido disparado pelo impulso de controle, a corrente que o atravessa é independente da tensão ou corrente de controle. O SCR manter-se-á no estado de condução até que a corrente através dele seja reduzida ao valor necessário para manter a condução ( corrente de manutenção ). A figura 3 mostra detalhes de construção de um tiristor típico.

Caraterísticas técnicas de um tirístor

 IGT: Corrente máxima de disparo na gate;

 VGT: Tensão máxima de disparo na gate;

 VTM: Queda de tensão máxima em condução;

 IH: Corrente de manutenção;

 ITSM: Corrente máxima transitória;

 VDRM: Tensão máxima repetitiva em estado de não

condução;

 ITRMS: Corrente eficaz máxima em condução.

DIAC

Um diac é um comutador de onda completa ou bidirecional que dispara nos dois sentidos e ambas as polaridades. Conduz corrente apenas quando a tensão atinge o valor de disparo e não conduz quando a corrente elétrica é menor que o valor característico, denominada corrente de corte. Tem o mesmo comportamento em ambas das direções. Diac significa (diode AC switch - diodo comutador AC). Usa-se normalmente para ativar um Triac ou um Tiristor. É composto por três camadas (PNP), a sua construção assemelha-se a de um transístor bipolar, porém difere na dopagem do cristal N. O circuito equivalente de um diac é um par de díodos de quatro camadas em paralelo. É colocado tipicamente em série com a porta (GATE) de um TRIAC. Os Diacs são usados frequentemente em conjunto com TRIAC porque estes dispositivos não disparam simetricamente em consequência das ligeiras diferenças entre as duas partes do dispositivo. O DIAC é um diodo de avalanche bidirecional, composto por três camadas e possuindo dois elétrodos, que pode passar do corte para a condução para ambos os sentidos da tensão aplicada. A figura mostra o diagrama da estrutura e a característica tensão-corrente. Estruturalmente o diac assemelha-se a um transistor bipolar. A principal diferença consiste em que no diac a concentração de impurezas é idêntica em

TRIAC

E um componente formado por dois SCRs (Silicon Controled Rectifier) internos ligados em paralelo, um ao contrário do outro. Tem três terminais: No seu funcionamento básico, o triac ao receber uma tensão na GATE, permite condução entre o MT1 e MT2 de Corrente Alternada.O triac tal como o SCR possui três terminais, que são designados por terminal principal nº1 (MT1), terminal principal Nº2(MT2) e o terminal de controle ou comando (gate). O diagrama indica, o triac apresenta características idênticas aos do SCR para polarizações os dois sentidos.

Funcionamento do TRIAC É utilizado para comutar(chavear) corrente alternada. O TRIAC pode ser disparado tanto por uma tensão positiva quanto negativa aplicada no eletrodo de disparo (gate). Uma vez activado, continua a conduzir até que a corrente eléctrica caia abaixo do valor de corte. Utilização do triac É utilizado para controlar dispositivos de corrente alterna, permitindo um controle de activação de potências elevadas a partir de correntes na ordem dos miliamperes. Substitui com grandes vantagens os relés na maior parte dos casos. O TRIAC de baixa potência é utilizado em diversas aplicações como controlo de potência para lâmpadas “dimmers”, controlo de velocidade para ventiladores, interruptor de comando de dispositivos de AC, entre outros. Quando usado com cargas indutivas, como motores eléctricos, tem de se assegurar que o TRIAC desligue correctamente no final de cada semi-ciclo de alimentação eléctrica. Exemplos de utilização: Interface de ligação de triac a um sinal de um circuito externo Se existir um sinal positivo na entrada da R1, o fotoacoplador envia um sinal para a porta(gate) do triac que, assim, conduz. Este circuito usa um TIC226 mas podem ser usados outros triacs.

Control TRIAC com corrente contínua

Um triac pode ser controlado por corrente contínua, uma pilha ou bateria por exemplo, permite que, com tensões baixas 3 volts, 6 volts, 9 volts controlar dispositivos que funcionem a 220 V com corrente alternada.

Conclusão

Os tiristores representam uma peça vital na eletrônica de potência, capacitando o controle eficiente de grandes quantidades de energia em diversas aplicações industriais e comerciais. Sua capacidade de regular a potência em sistemas como motores, iluminação e energia renovável os torna indispensáveis para o funcionamento eficaz de muitos dispositivos e infraestruturas modernas. À medida que avançamos, é esperado que a evolução contínua dos tiristores contribua significativamente para a melhoria da eficiência energética e para a expansão de tecnologias sustentáveis, impulsionando assim um futuro mais promissor e ambientalmente consciente.