Aplicaciones del SCR

El SCR (Silicon Controled Rectifier) es un dispositivo de estado sólido que tiene un comportammiento muy interesante. Se conecta como un diodo, y tiene un electrodo extra llamado compuerta. Si la corriente por ese electrodo es muy pequeña, el dispositivo no conduce, si pasa de un cierto valor crítico, entra en un estado de conducción masiva, del cual solamente sale si se lo desconecta.

Los SCR, “tiristores” en la jerga de los electrónicos, tienen varias aplicaciones; se pueden construir dispositivos para rgular el brillo de lampras incandescentes o dimmers, controlar la velocidad de motores asincrónicos (de corriente alterna), y armar cierto tipo de osciladores.

Para las dos primeras aplicaciones se prefieren los TRIAC, que son montajes bidireccionales, de modo que no influye la polaridad plicada al SCR.

Los circuitos de contro e brillo y de velocidad son muy comunes y se venden comercialmente. En el Apéndice se explicará el principio de funcionamiento.

Vamos a analizar otro tipo de circuitos que pueden ser más interesantes para nosotros, los osciladores a SCR.

En el circuito de la figura, el SCR está conectado (ver la polaridad) sobre un condensador, la resistencia de 5 Ohm es solamente para protegerlo de correites intensas, puesto que cuando conduzca descargará al condensador.

El condensador se carga a través de la resistencia de 1 M, en este caso con

una constante de tiempo de 0,1 uF x 1M = 0,1 seg. La compuerta está sostenida a una tensión fija por medio del divisor de tensión formado por los resistores de 1K y 5K (este último variable). Al comenzzar la operación el capacitor está descargado, de modo que la tensión en el catodo del SCR es casi igual a la tensión del ánodo. La tensión en la compuerta es negativa con respecto al catodo y no hay disparo. Al cargarse el capacitor, la tensión del cátodo disminuye, cuando se haga lo suficientemenete pequeña, será negativa con respecto a la compuerta y comenzará a circular corriente de compuerta, superado elvalor crítico (que es pequeño) el SCR pasará al estado de conducción y descargará el condensador. Luego pasa al estado de no conducción ya que el capacitor descagado es equivalente a estar desconectado (o sea no pasa corriente apreciable por el SCR). Este proceso se repite.

Este circuito produce en la salida una suerte de “diente de sierra curvado”, ya que la carga del capacitor no es lineal sino exponencial. Para obtener un verdadero diente de sierra, se

puede cargar al capacitor por medio de la corriente de colector de un transistor, que es casi constante:

En la figura anterior se colocó un transistor en reemplazo del resistor de 1M, la base del transistor está polarizada por medio del resistor de 20K, o sea con una corriente de casi 1mA; la correinte de colector será veecs la correinte de base y por lo tanto constante.El capacitor se carga a ritmo constante, y por lo tanto la elevación de la carga es proporcional al tiempo. El diente de sierra tiene flancos casi rectos.

Una aplicación de este circuito es un chispero que funciona con una bateria:

Cada vez que el condensador se descarga a través del SCR, circula un pulso de corriente a través de la bobiba de ignición de carro y en el secundario aparece un pulso de alta tensión. Ese pulso pude producir una chispa que se puede usar para registrar la posición de un móvil en función del tiempo (se usa papel térmico de FAX).

Otro dispositivo similar, pero que no usa batería es el siguiente:

El circuito consta de un doblador de tensión, pero se lo diseña con el capacitor de entrada pequeño frente al capacitor de salida del rectificador; de esa menera se tardarán vrios ciclos de la tensión alterna en cargar al capacitor electrolítico de salida del rectificador. La lámpara de Neón L1, se “prende” cuando la tensión entre sus extremos es de unos 75Volt, en ese momento de aplica tensión a la compuerta del SCR y el capacitor se descarga a través de la bobina produciéndose la chispa.

La resistencia del lado inferior izquierdo solament es una resistencia de protección de los diodos que se diseña cococida la “surge current” y la tensión de alimentación tal como se lo hace en un rectificador de media onda.

Si el extremo superior de la lampara de Neón se conecta al punto medio de un divisor de tensión, conectado al capacitor electrolítico, se puede regular la frecuencia de la chispa, dentro de ciertos límites.

APENDICE

El circuito siguiente ilustra el principio de un control de brillo o de velocidad de un motor asincrónico. No se trata del circuito comercial, sino que ha sido elejido para mostrar didácticamente el principio de funcionamiento:

La parte inferior del circuito mustra un SCR conectado de modo que controla la correinte que circula sobre una resistencia RL. Esta resistencia podría representar a un bombillo incandescente o a un motor asincrónico (como el de una máquina de coser o un taladro).

El circuito de la parte superior está formado por un transformador con punto medio que alimenta a una resistencia en serie con un capacitor. La tensión en el punto de unión de ambos elementos está desfasada con respecto a la tensión de alimentación y ese desfasaje se puede controlar variando R. La resistencia R1 y el diodo D1 solamente cumplen funciones de protección.

En los gráficos siguientes vemos las tensiones que alimentan al SCR, la tensión aplicada a la compuerta (desfasada) y la tensión sobre la resistencia RL.

La primera de las curvas es la tensión de la línea, aplicada por medio de un trasformador al SCR. LA segunda figura es la tensión aplicada a la compuerta, vemos que está desfasada un ángulo E .

Solamente cuando la tensión de la compuerta es positiva, puede activarse el SCR. De moso que latensión sobre la resistencia RL es la parte de la tensión de entrada posterior al desfasaje E.

El semiciclo negativo no aparece puesto que el SCR no es activado en ese semiciclo. Se trata de uan control de “media onda”. Para cosntruir un circuito de “onda completa”, que aproveche ambos semiciclos se puede (a) colocar al SCR dentro de un

puente de diodos, de mod que en ambos ciclos la correte circule para el mismo lado o (b) modificar el circuito para usar un TRIAC.

Tanto el brillo de la lampara como la velocidad del motor dependen de la potencia recibida, de modo que variarán al “recortarse” parte del ciclo.