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El Triac - Electrónica, Ciencia y tecnología
Índice
El triac es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa paracontrolar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad deque conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensióno al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El triacpuede ser disparado independientemente de la polarización de puerta, es decir,mediante una corriente de puerta positiva o negativa. Cuando el triac conduce, hay una trayectoria de flujo de corriente de muybaja resistencia de una terminal a la otra, dependiendo la dirección de flujode la polaridad del voltaje externo aplicado. Cuando el voltaje es mas positivoen MT2, la corriente fluye de MT2 a MT1 en caso contrario fluye de MT1 a MT2. Enambos casos el triac se comporta como un interruptor cerrado. Cuando el triacdeja de conducir no puede fluir corriente entre las terminales principales sinimportar la polaridad del voltaje externo aplicado por tanto actúa como uninterruptor abierto. Debe tenerse en cuenta que si se aplica una variación de tensión importante al triac (dv/dt) aún sin conducción previa, el triac puede entrar en conducción directa. CONSTRUCCION BASICA, SIMBOLO, DIAGRAMA EQUIVALENTE 
FIG. 1 FIG. 2 La estructura contiene seis capas como se indica en la FIG. 1, aunquefunciona siempre como un tiristor de cuatro capas. En sentido MT2-MT1 conduce através de P1N1P2N2 y en sentido MT1-MT2 a través de P2N1P1N4. La capa N3facilita el disparo con intensidad de puerta negativa. La complicación de suestructura lo hace mas delicado que un tiristor en cuanto a di/dt y dv/dt ycapacidad para soportar sobre intensidades. Se fabrican para intensidades dealgunos amperios hasta unos 200 A eficaces y desde 400 a 1000 V de tensión depico repetitivo. Los triac son fabricados para funcionar a frecuencias bajas,los fabricados para trabajar a frecuencias medias son denominados alternistoresEn la FIG. 2 se muestra el símbolo esquemático e identificación de lasterminales de un triac, la nomenclatura Ánodo 2 (A2) y Ánodo 1 (A1) pueden serreemplazados por Terminal Principal 2 (MT2) y Terminal Principal 1 (MT1)respectivamente. El Triac actúa como dos rectificadores controlados de silicio (SCR) enparalelo Fig. 3 , este dispositivo es equivalente a dos latchs
FIG. 3 CARACTERISTICA
TENSION – CORRIENTE
FIG. 4 La FIG. 4 describe la característica tensión – corriente del Triac.Muestra la corriente a través del Triac como una función de la tensión entrelos ánodos MT2 y MT1. El punto VBD ( tensión de ruptura) es el punto por el cual eldispositivo pasa de una resistencia alta a una resistencia baja y la corriente,a través del Triac, crece con un pequeño cambio en la tensión entre los ánodos. El Triac permanece en estado ON hasta que la corriente disminuye por debajode la corriente de mantenimiento IH. Esto se realiza por medio de ladisminución de la tensión de la fuente. Una vez que el Triac entra en conducción,la compuerta no controla mas la conducción, por esta razón se acostumbra darun pulso de corriente corto y de esta manera se impide la disipación de energíasobrante en la compuerta. El mismo proceso ocurre con respecto al tercer cuadrante, cuando la tensiónen el ánodo MT2 es negativa con respecto al ánodo MT1 y obtenemos la característicainvertida. Por esto es un componente simétrico en cuanto a conducción y estadode bloqueo se refiere, pues la característica en el cuadrante I de la curva esigual a la del III Como hemos dicho, el Triac posee dos ánodos denominados ( MT1 y MT2) y unacompuerta G. La polaridad de la compuerta G y la polaridad del ánodo 2, se miden conrespecto al ánodo 1. El triac puede ser disparado en cualquiera de los dos cuadrantes I y IIImediante la aplicación entre los terminales de compuerta G y MT1 de un impulsopositivo o negativo. Esto le da una facilidad de empleo grande y simplificamucho el circuito de disparo. Veamos cuáles son los fenómenos internos quetienen lugar en los cuatro modos posibles de disparo. 1 – El primer modo del primer cuadrante designado por I (+),es aquel en que la tensión del ánodo MT2 y la tensión de la compuerta sonpositivas con respecto al ánodo MT1 y este es el modo mas común (Intensidad decompuerta entrante). La corriente de compuerta circula internamente hasta MT1, en parte por launion P2N2 y en parte a través de la zona P2. Se produce la natural inyecciónde electrones de N2 a P2, que es favorecida en el área próxima a la compuertapor la caida de tensión que produce en P2 la circulación lateral de corrientede compuerta. Esta caída de tensión se simboliza en la figura por signos + y -. Parte de los electrones inyectados alcanzan por difusión la unión P2N1 quebloquea el potencial exterior y son acelerados por ella iniciándose la conducción. 2 – El Segundo modo, del tercer cuadrante, y designado por III(-)es aquel en que la tensión del ánodo MT2 y la tensión de la compuerta sonnegativos con respecto al ánodo MT1 (Intensidad de compuerta saliente). Se dispara por el procedimiento de puerta remota, conduciendo las capasP2N1P1N4. La capa N3 inyecta electrones en P2 que hacen más conductora la unión P2N1.La tensión positiva de T1 polariza el área próxima de la unión P2N1 máspositivamente que la próxima a la puerta. Esta polarización inyecta huecos deP2 a N1 que alcanzan en parte la unión N1P1 y la hacen pasar a conducción. 3 – El tercer modo del cuarto cuadrante, y designado por I(-) esaquel en que la tensión del ánodo MT2 es positiva con respecto al ánodo MT1 yla tensión de disparo de la compuerta es negativa con respecto al ánodo MT1(Intensidad de compuerta saliente). El disparo es similar al de los tiristores de puerta de unión. Inicialmenteconduce la estructura auxiliar P1N1P2N3 y luego la principal P1N1P2N2. El disparo de la primera se produce como en un tiristor normal actuando T1 depuerta y P de cátodo. Toda la estructura auxiliar se pone a la tensiónpositiva de T2 y polariza fuertemente la unión P2N2 que inyecta electroneshacia el área de potencial positivo. La unión P2N1 de la estructura principal,que soporta la tensión exterior, es invadida por electrones en la vecindad dela estructura auxiliar, entrando en conducción. 4 – El cuarto modo del Segundo cuadrante y designado por III(+) esaquel en que la tensión del ánodo T2 es negativa con respecto al ánodo MT1, yla tensión de disparo de la compuerta es positiva con respecto al ánodoMT1(Intensidad de compuerta entrante). El disparo tiene lugar por el procedimiento llamado de puerta remota. Entraen conducción la estructura P2N1P1N4. La inyección de N2 a P2 es igual a la descrita en el modo I(+). Los quealcanzan por difusión la unión P2N1 son absorbido por su potencial de unión,haciéndose más conductora. El potencial positivo de puerta polariza máspositivamente el área de unión P2N1 próxima a ella que la próxima a T1,provocándose una inyección de huecos desde P2 a N1 que alcanza en parte la uniónN1P1 encargada de bloquear la tensión exterior y se produce la entrada enconducción. El estado I(+), seguido de III(-) es aquel en que la corriente de compuertanecesaria para el disparo es mínima. En el resto de los estados es necesariauna corriente de disparo mayor. El modo III(+) es el de disparo más difícil ydebe evitarse su empleo en lo posible. En general, la corriente de encendido de la compuerta, dada por elfabricante, asegura el disparo en todos los estados.
La relación en el circuito entre la fuente de voltaje, el triac y la carga se representa en la FIG.7. La corriente promedio entregada a la carga puede variarse alterando la cantidad de tiempo por ciclo que el triac permanece en el estado encendido. Si permanece una parte pequeña del tiempo en el estado encendido, el flujo de corriente promedio a través de muchos ciclos será pequeño, en cambio si permanece durante una parte grande del ciclo de tiempo encendido, la corriente promedio será alta.
Un triac no esta limitado a 180 de conducción por ciclo. Con un arregloadecuado del disparador, puede conducir durante el total de los 360 del ciclo.Por tanto proporciona control de corriente de onda completa, en lugar delcontrol de media onda que se logra con un SCR. Las formas de onda de los triacs son muy parecidas a las formas de ondade los SCR, a excepción de que pueden dispararse durante el semiciclo negativo.En la FIG.8 se muestran las formas de onda tanto para el voltaje de carga comopara el voltaje del triac ( a través de los terminales principales) para doscondiciones diferentes. En la FIG.8 (a), las formas de onda muestran apagado el triac durante losprimeros 30 de cada semiciclo, durante estos 30 el triac se comporta como uninterruptor abierto, durante este tiempo el voltaje completo de línea se cae através de las terminales principales del triac, sin aplicar ningún voltaje ala carga. Por tanto no hay flujo de corriente a través del triac y la carga. La parte del semiciclo durante la cual existe seta situación se llama ángulode retardo de disparo. Después de transcurrido los 30 , el triac dispara y se vuelve como uninterruptor cerrado y comienza a conducir corriente a la carga, esto lo realizadurante el resto del semiciclo. La parte del semiciclo durante la cual el triacesta encendido se llama ángulo de conducción. La FIG.8 (b) muestran las mismas formas de ondas pero con ángulo de retardode disparo mayor.
FIG.8 CIRCUITO PRACTICO PARA DISPARO
FIG.5 En la FIG. 5 se muestra un circuito practico de disparo de un triacutilizando un UJT. El resistor RF es un resistor variable que semodifica a medida que las condiciones de carga cambian. El transformador T1 esun transformador de aislamiento, y su propósito es aislar eléctricamente elcircuito secundario y el primario, para este caso aísla el circuito de potenciaca del circuito de disparo. La onda senoidal de ca del secundario de T1 es aplicada a un rectificador enpuente y la salida de este a una combinación de resistor y diodo zener quesuministran una forma de onda de 24 v sincronizada con la línea de ca. Estaforma de onda es mostrada en la FIG. 6 (a). Cuando la alimentación de 24 v se establece, C1 comienza a cargarse hasta laVp del UJT, el cual se dispara y crea un pulso de corriente en el devanadoprimario del transformador T2. Este se acopla al devanado secundario, y el pulsodel secundario es entregado a la compuerta del triac, encendiéndolo durante elresto del semiciclo. Las formas de onda del capacitor( Vc1),corriente del secundario de T2 ( Isec) y voltaje de carga (VLD),se muestran en la FIG. 6 (b), (c),(d). La razón de carga de C1 es determinada por la razón de RF a R1,que forman un divisor de voltaje, entre ellos se dividen la fuente de cd de 24 vque alimenta al circuito de disparo. Si RF es pequeño en relación aR1, entonces R1 recibirá una gran parte de la fuente de24 v , esto origina que el transistor pnp Q1 conduzca, con unacirculación grande de corriente por el colector pues el voltaje de R1es aplicado al circuito de base, por lo tanto C1 se carga conrapidez. Bajo estas condiciones el UJT se dispara pronto y la corriente de cargapromedio es alta. Por otra parte se RF es grande en relación a R1,entonces el voltaje a través de R1 será menor que en el casoanterior, esto provoca la aparición de un voltaje menor a través del circuitobase-emisor de Q1 con la cual disminuye su corriente de colector ypor consiguiente la razón de carga de C1 se reduce, por lo que lelleva mayor tiempo acumular el Vp del UJT. Por lo tanto el UJT y el triac sedisparan después en el semiciclo y la corriente de carga promedio es menor queantes.
FIG.6 DISEŇO DEL CIRCUITO PRACTICO Para el circuito de la FIG. 5, suponga las siguientes condiciones, R1 = 5 k W, Rf = 8 kW,R2=2,5k W, C1=0,5 mF, h =0,58.Supóngase
que R1 y Rf están en serie,
El
capacitor debe cargarse hasta el Vp del UJT, que esta dado por,
El
tiempo requerido para cargar hasta ese punto puede encontrarse en
360
grados representan un periodo de un ciclo, y el periodo de una fuente de 60 HZ
es de 16.67 ms, se puede establece la proporción
el
cruce por cero y el disparo seta dado por la proporción
disparo
durante 5.55 ms, la razón de acumulación de voltaje debe ser,
de
retardo de disparo se incrementa a
proporcionalmente En la FIG.9 puede verse una aplicación práctica de gobierno de un motor dec.a. mediante un triac (TXAL228). La señal de control (pulso positivo) llegadesde un circuito de mando exterior a la puerta inversora de un ULN2803 que a susalida proporciona un 0 lógico por lo que circulará corriente a través deldiodo emisor perteneciente al MOC3041 (opto acoplador). Dicho diodo emite un hazluminoso que hace conducir al fototriac a través de R2 tomando la tensión delánodo del triac de potencia. Este proceso produce una tensión de puertasuficiente para excitar al triac principal que pasa al estado de conducciónprovocando el arranque del motor. Debemos recordar que el triac se desactiva automáticamente cada vez que lacorriente pasa por cero, es decir, en cada semiciclo, por lo que es necesarioredisparar el triac en cada semionda o bien mantenerlo con la señal de controlactivada durante el tiempo que consideremos oportuno. Como podemos apreciar,entre los terminales de salida del triac se sitúa una red RC cuya misión esproteger al semiconductor de potencia, de las posibles sobrecargas que se puedanproducir por las corrientes inductivas de la carga, evitando además cebados nodeseados. Es importante tener en cuenta que el triac debe ir montado sobre un disipadorde calor constituido a base de aletas de aluminio de forma que el semiconductorse refrigere adecuadamente.
FIG.9 VALORES MAXIMOS (2N6071A,B – MOTOROLA)
CARACTERISTICAS ELECTRICAS (2N6071A,B – MOTOROLA )
DEFINICIÓN DE LOS PARÁMETROS DEL TRIAC
EXPERIMENTO DE LABORATORIO DEL TRIAC OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA
MATERIALES UTILIZADOS EN LA PRÁCTICA:
DESARROLLO DEL EXPERIMENTO
En caso de que este método no funcione, apagar la fuente VDD y prenderla nuevamente Repetir las mediciones varias veces. Es necesario anotar el resultado de las mediciones en el momento del encendido. Repetir la medición y anotar la tensión y corriente de encendido que se obtienen.
Tabla 1: Características tensión corriente de encendido.
OBS.: no es posible medir la tensión Vf cuando el interruptor S está presionado.
Tabla 2: Características de conducción directa Obs. : la polaridad de la fuente VDD está en relación con MT1. Circuito de medición:
NOTA: los gráficos están dibujados en su forma normal y no en forma inversa como son obtenidos en la pantalla del osciloscopio.
Tabla 3: Características del Triac
Autores: gustylima@hotmail.com rdmpy@hotmail.com
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