Laboratorio de electrnica de potencia

DISPARO DEL TIRISTOR CON CIRCUITOS CON CIRCUITOS INTEGRADOS UJT y PUT

PROFESOR:

Robinson Arvalo Macedo

ALUMNOS:

Arone Huamani Americo Barrios Gamonal Udi Miranda Pereira Pietro Pumacay Huallpa Wilbert VIllodas Mayta Cesar

20080040I 20087004H 20082007I 20082001K 20047015I

FECHA DE PRESENTACIN:

01/06/2011

LIMA PERU 2011

LABORATORIO N 3: Disparo del tiristor con circuitos con circuitos integrados ujt y put. I. OBJETIVOS Disear circuitos de disparo de tiristores usando circuitos integrados UJT y PUT. Usando los circuitos diseados disparar un tiristor que activa una carga.

II.

Fundamento terico

DISPARO POR UJT.El Transistor Uniunin, UJT es un popular dispositivo usado en los osciladores de relajacin para el disparo de Tiristores. El UJT est constituido por una resistencia de silicio tipo N, terminada en dos electrodos o bases denominadas B1 y B2. El valor de esta resistencia est comprendido entre 4 y 9 K. En un punto de ella se crea un diodo PN que realiza la funcin de emisor del UJT.

Circuito de regulacin de voltaje eficaz aplicado a la carga

Para que el UJT trabaje correctamente, es necesario polarizarlo de forma adecuada. Si los terminales B1 y B2 estn polarizados en directo con una tensin VBB, se crea un divisor de tensin entre el contacto de la regin P y los terminales B1 y B2, tal que el voltaje entre la regin P y el terminal B1 ser:

Donde:

El valor tpico del coeficiente, lo suministra el fabricante y est comprendido entre 0.5 y 0.8

Esquema de polarizacin y circuito equivalente del UJT.

Si con esta configuracin se aplica una tensin VE < VC, el diodo se polariza en inverso y no conducir. Pero si por el contrario, se aplica una tensin VE tal que se verifica que VE VP, (siendo VP = VC + VD y VD la tensin directa de saturacin del diodo), el diodo quedar polarizado en sentido directo, circulando una corriente entre el emisor E y la base B1. Esta corriente inyecta en la zona de resistencia R1 una corriente de portadores (huecos). La nueva concentracin de portadores en esa zona hace que la resistencia R1 disminuya haciendo a su vez que baje el voltaje VC, con lo que aumentar la intensidad IE. De esta manera, se crear una zona de resistencia negativa inestable. Si se disminuye la tensin VEB1, entonces disminuye IE. Cuando el dispositivo alcance un valor inferior a la corriente de valle, IV aumentar el valor de VEB1 pasando a polarizar el diodo en sentido inverso.

Caracterstica V-I del UJT

La secuencia de trabajo del oscilador de relajacin con UJT se puede comprender mejor observando la figura. El condensador se carga a travs de la fuente hasta alcanzar un valor que depende de la constante de tiempo aproximada del circuito, T

La frecuencia del oscilador depende del valor del condensador, CT y de la resistencia, RT Cuando la tensin del condensador se iguala al valor VE (VE = VC + VD), se llega a la tensin de pico

VP. La resistencia entre el emisor y la base B1 baja rpidamente descargndose el condensador a travs de la resistencia R1, apareciendo un pulso en la puerta del Tiristor. Cuando el UJT no conduce la tensin en extremos de R1 debe ser menor que la tensin de disparo del SCR

Circuito y formas de onda de un oscilador de relajacin con UJT

Es importante escoger una tensin VBB de alimentacin adecuada, y un UJT con la suficiente capacidad de impulso VOB1. Si el pulso cae hasta alcanzar un valor cero, el UJT recupera el estado de bloqueo, volviendo el condensador a cargarse para repetir de nuevo el ciclo. La resistencia R2 se incluye para mejorar la estabilidad del UJT frente a la temperatura. En la mayora de los casos, el valor de esta resistencia puede ser calculado aproximadamente utilizando la siguiente expresin: El UJT es un dispositivo muy utilizado para el disparo de los Tiristores.

Caracterstica interbase del UJT para distintos valores de IE

Nomenclatura del UJTA la hora de manejar las hojas de caractersticas para aplicaciones prcticas y durante el desarrollo de problemas, es muy importante conocer la nomenclatura especfica usada para determinar los parmetros principales del UJT IE Corriente de emisor. IEO Corriente inversa de emisor. Medida entre el emisor y la base 2 para una tensin dada y la base 1 en circuito abierto. IP Intensidad de pico de emisor. Mxima corriente de emisor que puede circular sin que el UJT alcance la zona de resistencia negativa. IV Intensidad de valle de emisor. Corriente que circula por el emisor cuando el dispositivo est polarizado en el punto de la tensin de valle. rBB Resistencia interbase. Resistencia entre la base 1 y la base 2 medida para una tensin interbase dada. VB2B1 Tensin entre la base 2 y la base 1, tambin llamada tensin interbase. VP Tensin de pico de emisor. Mxima tensin vista desde el emisor antes de que el UJT alcance la zona de resistencia negativa. VD Cada de tensin directa de la unin de emisor. Tambin llamada VF(EB1) VF. VEB1 Tensin de emisor en al base B1. VEB1(sat.) Tensin de saturacin de emisor. Cada de tensin directa entre el emisor y la base B1 con una corriente mayor que IV y una tensin interbase dada. VV Tensin de valle de emisor. Tensin que aparece en el punto de valle con una V B2B1 dada. VDB1 Tensin de pico en la base B1. Tensin de pico medida entre una resistencia en serie y la base B1 cuando el UJT trabaja como un oscilador de relajacin. Relacin intrnseca. rBB Coeficiente de temperatura de la resistencia interbase. Variacin de la resistencia B2 y B1 para un rango de temperaturas dado y medido para una tensin interbase y temperatura con emisor a circuito abierto dadas.

DISPARO POR PUTEl Transistor Uniunin Programable, PUT es un dispositivo de disparo muy usado en los circuitos de disparo por puerta para los Tiristores. Tiene tres terminales que se identifican como: ctodo (K), nodo (A) y puerta (G). El PUT, es un pequeo Tiristor con puerta de nodo, presentando unas caractersticas de disparo parecidas a las del UJT, cuando es utilizado en los osciladores de relajacin, pero

presenta la ventaja de poder ser programado para determinar el valor de los parmetros , V P e IV mediante un sencillo circuito externo de polarizacin. Una vez fijada la tensin de alimentacin tambin es cte; IV es cte.) El PUT permite variar estos parmetros y por tanto se pueden obtener periodos de mayor duracin.

Montaje y circuito equivalente de un PUT

La operacin del PUT, depende de la tensin que se tenga aplicada entre el nodo y la puerta del Dispositivo. El voltaje de puerta es fijado por un divisor de tensin que es utilizado para programar el disparo del dispositivo. Si el voltaje de puerta es mayor que el voltaje de nodo, el PUT queda en estado de corte. Si se incrementa el voltaje de nodo hasta un punto alrededor de 0.7V (Voltaje de barrera de la unin P-N), el voltaje de puerta hace que el PUT pase a conducir en un periodo de tiempo muy corto (menos de 1s). La tensin de nodo (V P) que hace que el dispositivo se dispare, es ajustada cambiando el voltaje de puerta, es decir, alterando la relacin:

En la figura se representa un circuito oscilador con PUT. Las resistencias R 1, R2 y el condensador C, actan ajustando el retraso del voltaje de pico VP. En el paso de corte a conduccin, aparece un pulso de tensin VG (mayor de 6 V) en el ctodo del PUT. Este ser el pulso que apliquemos a la puerta del Tiristor. El condensador se descargar a travs de la resistencia de ctodo haciendo que la corriente caiga hasta cero, cortando de esta manera al PUT. En este momento el voltaje de nodo se hace menor que el voltaje de puerta, comenzar a cargarse de nuevo el condensador hasta alcanzar un voltaje VP, repitindose de nuevo el ciclo. Cuando la tensin de nodo, VA es superior a VG + VGA, comienza a conducir y tiene una caracterstica similar a la del UJT como se puede observar en la curva caracterstica V-I del PUT Tanto IP como IV dependen del valor de las resistencias RA y RB, es decir, del valor de RG, siendo:

Es especialmente importante el hecho de que IP pueda reducirse hasta valores muy bajos usando valores grandes de RG. Esta caracterstica es muy til en circuitos con tiempos de retardo largos. (No hay que olvidar que se vio en el caso del UJT que R mx dependa de IP). Los lmites de resistencia de carga del condensador R T se determinan de la misma forma que para el UJT. En el problema siguiente se tratar de disear el oscilador de relajacin con PUT a partir de las caractersticas dadas por el fabricante y para una determinada frecuencia.

Oscilador de relajacin con PUT. Curva caracterstica V-I del PUT

III.

Equipos y materiales Osciloscopio digital Multmetro digital 01 PROTOBOARD 01 foco o motor monofsico 01 diodo zener de 30V.

PUT 2n6027

UJT 2n2646

Resistencias cuyos valores determin en el diseo 01 potencimetro de 100K para 2W Condensadores electrolticos de 0.1, 0.2, 2, 5, 30, 50 uF a 50V 01 tiristor BT 151

IV.

Procedimiento UJT

1. Disear e implementar el circuito de disparo de la figura para VZ=24V Observamos que el circuito de acoplamiento solo permite que el zener funcione la mitad del periodo por lo cual se rediseara para un voltaje de Vz=15VR12(2)

FocoR1332

R1210k

R1110k

D3DIODE

R810k

RV2 D41N5364BRL54%

R910k

100k

Q1UJT

C222nF

U1BT151

R10100

Circuito esquematico

Circuito implementado

2. Para C=50uF cerrar el interruptor SW1 y anote lo que ocurre, luego cierre el interruptor SW2 anotando lo sucedido, luego variar RP observe y anote. 3. Cambiar el valor de C por 30, 5 uF y repita el paso 3. 4. Para los pasos 3 y 4 colocar el osciloscopio entre los terminales del condensador y grafique la forma de onda.

UJT1. Disear e implementar el circuito de la figura para V Z=30V.FocoR6(2)

R732

R610k

R510k

D1DIODE

R43300

R2 RV149%

15k

D2

100k

1N5364BRL

Q22N6027

R333k

U2 C110nF BT151

R150

Circuito esquematico

Circuito implementado

2. Para C=50uF cerrar el interruptor SW1 y anote lo que ocurre, luego cierre el interruptor SW2 anotando lo sucedido, luego variar RP observe y anote.

Voltaje en el capacitor

Voltaje en el capacitor al aumentar la resistencia

Voltaje de disparo

V.

Cuestionario1. Qu sucede con la lmpara cuando aumenta el valor de C en ambos circuitos?

Al aumentar el valor de la capacitancia C del condensador se observa que disminuye la luminosidad del foco, esto debido a que se est variando el ngulo de disparo.

Una forma de explicar esto es la siguiente:

El tiempo que se demora el disparo del PUT o UJT depende del tiempo en que se carga el condensador. (t1 en la figura) Si se dispone de un condensador de alta capacitancia este tiempo ser grande (mayor tiempo en cargarse), por lo que es tiristor se disparar luego (ngulo de disparo grande), mientras que si se dispone de dispone de uno de baja capacitancia se tendr el efecto

contrario, y la luminosidad ser mayor (se deja pasar ms potencia).

2. Segn su opinin cual de los circuitos integrados de disparo es el recomendable Por qu?

Ambos, UJT y PUT son usados como osciladores de relajacin, pero la

diferencia yace en el hecho de las propiedades intrnsecas. A diferencia del UJT, el PUT tiene una relacin intrnseca dependiente de las resistencias usadas en el diseo del circuito (R1 y R2 en el grfico) por lo que en los clculos es posible un diseo ms preciso, mientras que en el UJT se dispone de un rango para la relacin intrnseca, el cual viene en la hoja de datos del fabricante. Adems, debido al control que se tiene sobre la relacin intrnseca es posible variar el voltaje de pico, el cual se escoger adecuado a las caractersticas del tiristor a controlar. Por ende, es recomendable el uso de circuitos de disparo con PUT, debido a la libertad de controlar sus parmetros.

3. Qu dificultades encontr para realizar este experimento? Sugiera que cambios se podran hacer para mejorarlo.

Uno de los problemas principales fue el circuito de alimentacin para el circuito de disparo, el cul consista de un diodo zener con una resistencia que disipase potencia. El problema con este fue que aparentemente tuvo que estabilizarse luego de un tiempo. Lo que ocurri fue que en el primer intento no funcion el circuito, pero, al siguiente intento luego de 4 das el zener funcion y sin tener que hacer ninguna nueva conexin. Adems, en un primer intento con el UJT se trat de usar un puente de diodos para poder rectificar completamente la onda y tener as un voltaje constante de 30 voltios de alimentacin.

El hecho fue que no funcionaba el circuito, mientras que en otros grupos funcionaba pero con pulsaciones de encendido y apagado en el foco. Las causas de este fenmeno se explican en la parte de observaciones.

OBSERVACIONES

Un efecto interesante fue el siguiente: Al tratar de utilizar un voltaje de alimentacin constante VZ se obtena un efecto de encendido y apagado en el foco, a diferencia de un funcionamiento normal cuando la alimentacin era de 30V pero en forma de onda cuadrada peridica. La posible explicacin a este fenmeno es la siguiente: a) Supongamos que hemos aplicado un voltaje de alimentacin constante de 30V y que inicialmente configuramos al circuito de disparo para que est sincronizado con la lnea (esto es, que el periodo de disparo dado por el circuito de disparo sea igual al periodo de la alimentacin, la cual, siendo de 60 Hz de frecuencia tiene un periodo de 16.6ms) Una vez sincronizados,, y suponiendo que hayan empezado al mismo tiempo, tendremos que el tiristor se dispara cada vez que el voltaje de alimentacin es 0V en aumento (da la idea de un ngulo de disparo de 0). Ahora, si variamos la resistencia del potencimetro o la capacitancia del condensador, tendremos, para ambos circuitos de disparo, que el periodo con que llegan los pulsos vara. Suponiendo que este periodo aumenta (aumento en la resistencia o capacitancia) digamos, a 20ms, tendremos que llegan impulsos a menor

tasa (menor frecuencia) y por lo tanto habrn tiempos en que llegue el impulso cuando an el tiristor se encuentra en bloqueo inverso. Esto se ve en la siguiente grfica:

En este caso se aprecia que los pulsos llegan a menor tasa y que por lo tanto se disparan menos veces al tiristor. En este caso el foco prende y apaga.

En este caso se aprecia que llegan ms pulsos, los cuales dispararn ms veces al tiristor. En este caso el foco prende y apaga pero a mayor frecuencia, pudiendo llegar al caso en que nuestros ojos no detecten la diferencia.

b) En cambio, si la alimentacin es una onda cuadrada en fase con la alimentacin se tendr que el circuito de disparo se alimenta cada vez que la alimentacin pasa por 0 V en subida, y por lo tanto siempre los pulsos de disparo estarn dentro de la regin de bloqueo directo del tiristor, pudiendo activarlo. Ahora si tiene sentido de hablar de ngulo de disparo ya que los pulsos se dan dentro de los 16.6ms de periodo de alimentacin, pudiendo hacer que sea, por ejemplo, de 8.3ms, valor que representa un ngulo de disparo de 90.