Electronica Industrial Basica II

M% ffiffi$Wd#',tr?

sgRtr/rcro r{Aci'o}{Al DE ADIESTRAl\ttENro EN rRAItA.,o IFiDUsTRTAL

Elti*lQr

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Nivel Oper:ativo.

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AUTORIZACIÓN Y DIFUSIÓN

MATERTAL DInÁcTICo ESCRrro

FAM. OCUPACIONAL

:

METALMECÁNICA.

OCUPACION

uecÁNICo DE MANTENTMTENTo.

NIVEL

rÉcNICo OPERATIVo.

Con la finalidad de facilitar el aprendizaje en el desarrollo de la formación y capacitación en la ocupación del VÍECÁNICO DE MANTENIMIENTO a nivel nacional y dejando la posibitidad de un mejoramiento y actualización permanente,- se autoriza la APLICACIÓN Y DIFUSIÓN ¿e material didáctico escrito referido a ELECTRÓNICA INDUSTRIAL (PARTE II) .

Los Directores Zonales

y

Jefes de Unidades Operativas son los responsables de su difusión y

aplicación oportuna.

DOCUMENTO APROBADO POR EL cERENTn rÉcxtco DEL SENATT No de

Página.

155...

: Jorge Saavedra G

Registro de derecho de autor:

,.r

trTUAN

ELECTRÓNICA EASlcN INDUSTRIAL PARTE

II

INDICE I

Presentación2.Tarea5-,fu MONTAJE DE CIRCUITOS CON TRANSISTORES {.

3. Tarea 6_

&

3

4-28

_

Zg4Z

MONTAJE DE CIRCUITO AMPLIFICADOR CON TRANSISTOR

4. Threa 7 I

,

Ó

I

I I I

s. T¡rea

r*r .6.Tarea

#i

MONTAJE DE FUENTE DEALIMENTACION CON ESTABILIZADOR DE TENSION

I

62-77

---------

MONTAJE DE TIRISTORES Y TRIAC

9__

*_

78-136

MONTAJE DE COMPONENTES SEMICONDUCTORES ESPECIALES

7, Tarea l0

{*

43-61

137-148

-

MONTAJE DE CIRCUITOS INTEGRADOS

8, Hoja de

Trabajo

149-152

g.ltlledio Ambiente

10.

Bibliografía

MECANICO DE MANTENIMIENTO a'

4 ñ,A I \,t\,

,rl trTUAN

ELEcTRÓNICA gASICn INDU$TRIAL pARTE

II

PRESENTACION El presente rnanual de aprendi zaie*orr**Oonde al módulo formativo ELECTRÓNICA BASICN INDUSTRIAL. Por la cantidad de tareas se ha dividido en dos parte$, este manual se denomina ELEGTRÓHn¡ nASnn ll.lDUsTRlAL PARTE ll. Este módulo

formativo

es de aplicación en la

especialidad

de

MECANIGO DE

MAHTE}IIifiIENTO. Hl presente manualestá estructurado por las siguientee tareas:

MONTAJE DE CTRCUTTOS CON TRANSTSTORES"

,Íijr

_

ff;ít MONTAJE DE CIRCUITCI AMPL|FICADCIR CoN TRANSISTOR. i:,;if fvIONTAJE DE FUENTE DE ALIMENTACION CON ESTABILIZADCIR DE TENSION.

f¡íi

MONTAJE DE TIRISTORES Y TRIAC.

trfi MONTAJE

DE COMPONENTE$ $EMTCONDUCTORES ESPECIALES.

gA

MONTAJE SON CIRCUITO$ INTEGRADOS.

Este rnanual incluye también con $u hoja de trabajo, protección del medio ambiente, precauciones de uso de los cornponentes.

MECANICO DE MANTENIMIF|\¡TO a'

3

Jt SNAN

ELEcTRÓNICA gASlcn INDUSTRIAL PARTE II

mmffiffi MONTAJE DH CIRCUITO$ CON TRAN$ISTORES

MECANICO DE MANTENIMIENTO a"

4

Multimetro Digital

I

12V

N"

OPERACIONES

01

02

I

nstala rAnrplifi cador con Transistor NPN

I

nsta

la

MATERIALES / I NSTRUMENTOS

[ [ [ [

rAmp lificad or con Transístor PN P

f [

01

01

PZA.

CAN"f

rrA*

srutrl PERU

DENOMINACION NORMA

01 Protoboard

0l transistor BC5488 01 Mr"rltímetro digital

05 resistencias 1 k, 100 r, 4,7 k,47 47Ak 01 fuentedealimentación DC 0lTransistor BC558B

DIMENSIONES

'

MONTA.JE DE CIRCUITOS CON TRANSI,STORES

MECANICO DE MANTENIMIENTO

k,

OBSERVACIONES HT

05

TIEMPO: ESCALA:

REF

H0J/r: 2005

111

,-l tr[uAn

OPE RA

C IÓN

ELECTRÓNICA EASrcA INDUSTRIAL PARTE

;

T.ISTA LA R ATII P LIF ICADO R

C

ON TRA NS ISTO

R

IrI P

II

N.

Paeo ,l : ldentificar transistores: Con el código de cada transistor buscar en el manual de ECG sus caracterfsticas y anotarlos en elancho mostrado.

Transistor

V"*o

lc

hfe

F

BC548B BC558B

o401 8D135 8D136

Paso 2l Verificarestado de transistores

a) Mida la resistencia entre el emisor y el colector del tra nsistor la

resistencia

B

debe ser

extremadamente alta (centenas de Megaohms) en cualq uier posición.

b) Mida las resistencias

directa e inversa del diodo base-emisor y del diodo colector - base, para los dos

iodos la razén entre

las y resistencias inversa directa debe

d

ser por ld menos de 1000/1

MECANICO DE MANTENIMIENTO a'

6

Po

Aplicación

,t ffifUAn

ELECTRóN¡cA eÁstcn rNDusrRrAL pARrE

n

OPERACIÓN: MONTAJE DE ctRcutro DE PoLARtzAcÉN DE TRANst$ToR NpN Paso I :Armar el circuito rnostrado y medir con el multímetro elvoltaje en la base (VB), voltaje en el colector (VC) y el voltaje en el emisor (VE), a estos valores les llamamos valores medidos.

Paso 2: Calcular teÓricamente los valores VB, VC, VE, a estos valores les llamamos valores teóricos. Paso 3: Comparar los valores teóricos con los valores medidor y hallar los errores.

VT VB

VC VE

MECANICO DE MANTENIMIENTO

VM

ERR

VT VM

= Valor teórico = Valor medido

ERR = Error

ERR ='YLYn- xlaaa/o VT

7

JAT

SN¡TN

ELEcTRóNrcA gA$cn INDUSTRIAL PARTE

opERAcÉN: moNtnJE

DE

ctRcumq

DE

n

poLARtzAcÉN DETRANstsroR PNP

Paso l:Armar el circuito mostrado y medir con el multímetro el voltaje en la base (VB), voltaje en et colector (VC) y elvoltaje en el emisor (VE), a estos valores les llamamos valores medidos.

Paso 2: Calcular teóricamente los valores VB, VC, VE, a estos valores les llarnamos valores teóricos. Paso 3: Comp

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los valores teóricos con los valores medidory hallar los errores,

VT

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ERR

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VB

= Valor teórico = Valor medido

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Í'/IECAN ICO DE MANTEN I MIENTO a"

I

bJ" V,

x 1oo%

JAt

SENAN

ELECTRÓNICA EÁSICN INDU$TRIAL PARTE

II

EL TRAN$ISTOR BJT El transistor es un elemento semiconductor qu* ti*ne la propiedad de poder gobern ar a voluntad la intensidad de corriente que cireula entre dos de sus tres terminales (emisor y colector), mediante la circulación de una pequeña corriente aplicada en el tercer terminal (base). Este efecto $e conoce con el nombre de amplificación de corriente,

$e utilizan fundamentalmente en circuitos que realizan funciones de amplificación, control, prCIce$o de datos, gtc. El funcionamiento interna se puede describir a partir de lo ya explicado para los r1iodos, con

la diferencia de que este último posee dos unione$ semiconductoras, esto es: eltransistor po$ee dos zonas semiconductoras, que pueden ser N o P, y entre ambas una muy delgada del tipo P o N respectivarnente,

Este conjunto formará dos uniones : una N-P, entre el emisor y la ba$e, y la otra P-N entre la base y el colector (si las dos zonas exteriores son del tipo N y la interior tipo P, es decir un transistor NPN" $i las regiones exteriores son del tipo Py la interiordel tipo N el transistor será deltipo PNP).

g b

Si le aplicamos una tensión externa a la unión N-P de forma que quecle polarizada en directa, se producirá una circulación de corriente entre ambas regiones, Aplicando una segunda tensión externa a la otra unión, de modo que ésta quede en inversa (el terminal positivo de la fuente conectado alcolectory el negativo a la base), la corriente generada en la o"tra uniÓn. será atraída por la diferencia de potencial positiva aplicada al coleetor, generando que prácticamente toda la corriente proveniente del emisor llegue al colector, salvo una pequeña cantidad de corriente que saldrá por la base. Y es justamente esta pequeñísima corriente de base la que nos permite gobernar la corriente circutante desde el emisor al colector.

MTCANICO DE

MANTñNIMIENTO

9

t'r SN¡M

ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE

II

El sentido de circulación de la corriente adoptado haeta ahora es el de circulación de los electrones, y como la convención utili/ada toma el sentido opuesto entonces en un transistor del tipo NPN la corriente será entrante por el colector y la base, y saliente por el

emisor.

c

c

c

En la figura c tenemos una regla mnemotécnica para recordar la relación entre las corrientes que atraviesan el transistor, Debido a gue la corriente de emisor será siempre un múltiplo de la base obtendremos los resultados deseador de amplificación. $upongamos que dicha coniente de colector (lc) es . 100 veces la corriente de emisor (le), entonces si lb = 5 mA; le = 500 mA. Si ahora lb * 2 mA; le = 200 rnA. Donde se puede apreciar que una pegueña variación en la corriente de base (-3 mA), produce una gran variación en la de emisor (300 mA). Dicho factor de amplificación es denominado generalmente con la letra griega B (Beta). Ya hemos hecho notar que existen transistores del tipo NPN segrln sea los dopados de las tree regiones, pero entre ambos tipos no existe ninguna diferencia en cuanto a lo funcional, salvo que todos los sentidos de circulación de las corrientes son opuestos en uno y otro, por lo tanto, para polarizar un transistor PNR de igual manera que uno NPN, se deberán utilizartensiones opuestas en uno y otro. Los transistores tienen una característica rnuy interesante que es la capacidad que tienen éstos de entregar una intensidad de corriente constante una resistencia, independientemente del valor de ésta, es decir gue las variaciones de corriente obtenidas por la acción de la base, producirán en la resistencia una variación de la tensión, la cual $erá, según la ley de OHM: V = lx R Hntonces v dependerá del valor de la corriente de base y d ela resistencia en el colector, siendo V mayor cuando mayor es R, estando fijado el límite por el valor de la tensión extema a plicada al circuito" Este efecto resulta en una "amplificación de tensión" que es una de las caracteristicas más importante de los transistores y el motivo por el cuál son de uso casi imprescindible en los montajes electrónicos^ Esta amplificación de tensión se calcula como la relación entre el voltaje en la resistencia de carga y la tensión aplicada entre las junturas base*emisor, Los transistores según sea la tecnología de fabricación, se clasifican en grandes grupos con diferentes características: Bipolares, fet MOSFET, Ut¡t UNION, Hasta elmomento nos hemos referido alprimergrupo de ellos

a

MECANICO DE MANTENIMIENTO a'

10

10

JAI

ffTUAN

ELECTRÓNICA BÁSICA INDUSTRIAL PARTE

II

El estudio y análisis de los transistores se realizan medÍante el empleo de las "curyas características" del mismo, con las cuales se puede caracterizar completamente el comportamiento o funcionamiento eléctrico de transistor, siendo esta expresada en relaciones gráficas de las corrientes lb, lc e le, en función de las tensiones externas y para las distintas configuraciones: emisor común (EC), base común (BC) y colector común

(cc).

{ EMISOR COMUN

BASE COMUN

COLECTOR COMUN

Las curvas describen el comportamiento de los transistores, pero como estos no se comportan de igual manera, éstas varían según el tipo de transistor, y, si bien difieren de un tipo a otro, son muy semejantes en la forma. Además no se refieren a uno en concreto, sino que son un promedio de un gran nÚmero de unidades. Estas gráficas son proporcionadas por el fabrícante, y como el montaje más común es la de emisor común, y además los fabricantes no$ suministran las curva$ basadas en este tipo de configuración, nos centraremo$ en el análisis de las curvas referidas a este tipo de montaje. También es importante conocer los valores máx, min típico de las características más importantes, para poder emplear, en los cálculos, el valor que resultará más desfavorable a fin de asegurarno$ que el funcionamiento de cualquier unidad de la muestra estará dentro de lo estipulado. Las curvas caracteristicas más importantes son las características de entrada y la de salida. En las de entrada, se expresan las gráficas de la relación entre la corriente de base (lb) y la tensiÓn base-emisor (Vbe) para la tensión colector-emisor (Vce) constante. A partir de ellas podemos calcular la corriente que circula por la base cuando se aplica una tensión externa entre ésta y elemisor. Zona 6e Saturación

12345V,', MECANICO DE MANTENIMIENTO a'

11

11

ñ

trNAN

ELECTRÓNICA BASrcA INDU$TRIAL PARTE II

Como el transistor en montaje en emieor cornún tiene comportamiento similar al de un diodo polarizado en directa, las curvas son de igual forma. es decir, que existe una determinada tensión umbral por debajo de la cual la corriente es prácticamente nula. También de las caracterlsticas de entrada podemo$ deducir la resistencia de entrada del transistor, que es la variación de la tensión base-emisor (Vbe) con respecto a la corriente de base (lb).

I

T

)

En las curvas de salida se gráfica la corriente de colector lc en función d ela tensión colector emisor Vce cuando mantenemos constante lb. Generalmente se dibuja una familia de curva$ para distintas lb. En esta gráfica se observa gue por encima de un valor de tensión colector emisor.

Vce 1 la corriente se mantiene prácticamente constante, independienternente delvalor de Vce. Por debajo de este valor todo lo contrario, lb varla rápidamente con las variaciones de Vce. Este valorde Vce 1 es aproximadamente 0,5 V. Aesta zona de funcionamiento donde lc es casi constante, se denomina región activa y es en la que se desea que funcione el transistor cuando se lo usa en amplificadores. En este caso lc solamente depende de lb.

MECANICO DE MANTENIMIENTO a"

12

12

tát trTUAN

ELECTRÓNICA BASICA INDU$TRIAL PARTE II

En la gráfica podemos observar una recta denorqinada Rs, que delimita una de las 3 posiblea regiones de trabajo de los transistores. El transístor trabajará en alguna de las 3 regiones dependiendo de las polarizaciones que reciban cada una de las uniones P-N que lo componen. Las tres regiones son: Región de saturac¡óni El trans¡stor se @mporta como un interruptor entre emisor y colector. Región de corte: El transístor se comporta como un interruptor abierto entre emisor y colector. Región lineal (o activa): se comporta como un dispositivo amplificador de corriente de entrada (corriente de base).

Algunos de los parámetros importantes de los transistores y que generalmente son suministrados por el fabricante son: Vce (sal) =f6fisión máxima entre colector y emisor trabajando en saturación.. Vceo cTensión máxima entre colector y emisor. Vcbo = Tensión máxima entre colector y base. Vebo = Tensión máxima entre emisor y base.

lcmáx = Corriente máxima de colector (valor pico) lbmáx = Corriente máxima de base (valorpico) Ptot = Potencia disipable total. De la misma manera que en las características de entrada podemos deducir la resistencia de entrada, en las características de salida podemos deducir la re$istenc¡a de salida de la forma: Variacíón de la tensión Vce con respecto a lc. otro factorque podemos deducir es lá ganancia de corriente del transistor (B).

De las curvas se deduce, al ser casi horizontal, que la resistencia de salida será muy elevada.

Es conveniente fijar el punto oe trau4o del transistor, dependiendo de la tarea que

queremos que éste realice en un circuito y utilizando las curvas antes vistas. Para ello se ha de polarizar al transístor con algunos de los circuitos de polarización que veremos a continuación, pero antes de ello hafemos referencía a la recta de carga de un transistor. Para obtenerla deberemos volver a la familia de curyas de salida ya vista. La recta de carga es útil dado que nos muestra, en forma gÉfíca, todos los puntos de trabaio posibles deltransistor para una polarización dada MECANICO DE

MANTENIMIEr.¡TO ' 13

13

JAt

sEf{An

ELEcTRÓNIcA EASIcn INDUSTRIAL PARTE

II

En la figura podemos ver la recta de carga superpuesta a la familia de curvas de salida, en la que vemos puntos de interés, los gue pasamos a explicar a continuación: Para el cálculo de la recta de carga consideraremos al transistor en dos de sus estados: corte y saturación. En el estado de corte lc es prácticamente cero,-entonces podemos concluir que Vc * Vce, la que en nuestro ejemplo es de 12 V. Entonces con lc * 0 V y Vce 12V obtenemos el primer punto de la recta de carga, al que llamamos P 1 en la gráfica.

que entonce$ podemos calcular En el estado de saturación tenemo$ que Vce ^,0 V con lo el valor de lc =VclRc que en nuestro ejemplo da 1 2V I 2000 = 6 mA. Al punto Vce = 0, lc = 6 mA lo llamamos P2 en la gráfica. Si unimos P1 y Pzobtendremcs la recta de carga buscada, Para obtener el punto de.trabajo {A) del transistor necesitamos saber lb, de esta forma el punto Q es el punto de intersección de la recta de carga con la curva correspondiente al valor de la corriente que opera el transistor én ese instante (lb)" La recta de carga puede ser diferente con cada transistor y cada punto de polarización. Proyectando al punto Q sobre los ejes coordenados de la gráfica obtendremo$ los valores de lc y Vce, denominados en elgráfico como lc1 y Vce1. comenzaremos hora si con los circuitoi para polarizar a los transistores. ta tarea de estos polarizadores no es otra que la de hacer que a las distintas patas del transistor le lleguen diferentes tensiones, pero a partir de una única fuente de alimentación, intentando, además hacer gue el parámetro B sea lo más estable posible, es decir, gue no varíe con los diversos factores extremos que pueden llegar a alterar al mismo.

MECANICO DE MANTENIMIENTCI

14

a"

14

JfrT trruAn

ELECTRÓNICA BÁSICA INDUSTRIAL PARTE II

En la figura podemos vervarias de las configdraciones para polarizar al transistor.

El primer diagrama (A) muestra una configuración denominada polarización por división de tensiÓn. Las resistencias R1 y R2 forman un divisorde tensión, to cual le da el nombre a la configuración. Este tipo de polarización es uno de lo más idóneos y el mejor para trabajar en la zona activa deltransistor. En al parte B de la figura vemos otra forma de polarizador, denominada "polarización de basg". . Ahora la corriente de base se obtiene a través de R 1 . Este tipo de polarizacién se utiliza en circuitos que trabajan en conmutación, no siendo acon$ejable su uso en transistores a los que se desea trabajen en la zanaactiva. La polárización gue se muestra en C es denominada "polarización por realimentación de emisor"y por medio de ésta logramos una mayorestabilidad del punto e. A la configuración en D se le llama "polarización por realimentación de colectof'.

Aplicaciones más usuales de los transístores Ya comentamos que al transistor se lo puede montar en emisor común (EC), la base común (BC) o colector común (CC). Cada una de estas configuraciones posee ventajas y desventajas una respecto de las otras, siendo la de emisorcomún la más recurrida alavez que es la de mejor respuesta en la mayor parte de las aplicaciones. Cada configuraciÓn obtiene diferentes coeficientes de ganancias en tensón (GV), así como diferentes impedancias tanto de entrada como de salida A continuación vemos un resumen de las principales características de cada uno de los tres posibles m ontajes. MONTAJE

G.V

E. C. B. C.

Alta Alta

c. c.

, consistente en una combinación de letras y números.

De acuerdo al sistema PRO ELECTRON, los elementos semiconductores se designan con tres letras y dos números. Como una derivación de este sistema, los tipos gue son usados en su mayoría en aparatos de radio, de televisión y grabadores de cintas se identifican con dos letras y tres números.

Diseño de transistores

La primera letra inforna sonre el material inicial. Estas letras tienen los siguientes significados:

inicialgermanio inicialsilicio C = Material inicialarseniuro de galio, etc. R = material inicial para fotosemiconductores y generadores Hell

A = Material B = Material

MECANICO DE MANTENIMIENTO a'

16

16

*

EEf{AN

ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE

II

La segunda letra designa la función principaldelcomponente. Las letras significan:

A = Diodo rectificadorde pequeñas u*0",*.; diodo de conmutación B = Diodo cle capacitancia variable (varicap) C = Transistor LF (baja frecuencia) D = Transistor LF de potencia E = Diodo Túnel F = Transistar HF (alta potencia) G = iodos osciladores para aplicaciones HF

H = $onda de campo Hall{Capítulo 5) L = Transistor HF de potencia N * Opfo transistor aislador (optoacoplador ) (Capítulo 6) P * Fotodiodo, celda fotovoltáica {Capítulo 5)

.

Q r Diodo emisorde luz (CapÍtulo 6) R = Tiristor (Capítulo B) S = Transistorde conmutación T = Tiristor (Capítuto B) U = Transistor de conmutación de potencia X = Diodo multiplicador Y = Diodo de potencia Z = Diodo Zener

Como tercera letra se utiliza solamente X, Y y Z. Estas letras indican solamente el uso comercial de estos tipos. Los siguientes dos o tres número$ representan únicamente un número de registro, y no tienen ning ún significado técrrico particutar. De acuerdo al sistema JEDEC, los diodos serán designados por una combinación Ejemplo: En la fig, se muestra al transistor BC 237 Aoperado en un circuito de colector común. Este transistortiene un punto de trabajo Ur, = 5 Vi lc=2 mA; Urr= 0,62 V y tiene los ' sig uientes datos: lrr, = 2,7 k{t,$ = 22Ai tce * 55,6 kf,¿ , B = ¿Cuáles son los valores [6¡¡, r¡¡r Au, A,y A, gue tiene este circuito con y sin resistencia de

17A.

U'- U"' t? | \E = I lE

=

lfr - u", _ lc

10v-5v * 2,5 kO 2mA

Escogido : el valor normalizadg R,

IrBB =t rf =

Ifi1.

=

* 2,7 k{l

2 rnA 1'l ,77 pA 170 =

,,9* ;. p,,qr;JJ-eL

lB

;l,QP,Y,:-lv = to.v 11'77 pA

Escogido : el valor normalizado R, = 390 MECANICO DE MANTEHIMIENTO

= 322 ko

kll 40

40

-=F

dt ffifuAn

ELECTRONICA BÁ$ICA INDUSTRIAL PARTE

Resistencia de entrada de corriente alternE

II

rnn,

a) $in resistencia de carga funr

F {rr, + fJ' R, )

rn,"

= 235

ll

R

,= (2,7

k{l

+ 220 - 2,7 .k{¿} ll 390

kf)

k()

b) Con resistencia de carga R, = 1 kf )

p.(R* llRL) ll R,= {2,7k{¿ +22a (2,7 kn ll 1kr)) lt3g0 kr) fu,,,r i 15 kl) funr= {ro* +

Amplificación de tensión A a) $in resistencia de carga

AAL'= 4,.,

*

F'Ro

[l'4+u=

=

224 . 2,7 k{2 220 ' 2,7 kd:z + 2,7 k{2

0.995

b) Con resistencia de carga

AAi)4,,

=

fl .(R*ll

ftml

RL)

FJ+ rpo

= 1ko 22A (2,7 k{2il 1 kf)) 22A (2,7 ko-ll 1 kf¿) + 2,7 kl", R,

0.983

Amplificación de corriente

,4,

A, = {) x 220 (valor aproxim arlol U*

Valor más preciso:

= 'r'19 Y

rro. (1* fl) 55,6 k() {t + 22A} A*-Elr,''.¿*-ffi

^'

4,, = 210,8

Amplificación de potencia A,

carga

a) Sin resistencia de ' Ao = Au" A,= 0,995 ' 210,8

100 s) R'

f-*^..___o*__**

I

U.,,t

R,

f,,

Ao= 2A9 '7

b) Con resistencia de carga R. = 1kf) Ar, = Au ' A, * 0,983 ' 21A,8

1k

Elapa cle amplificaCión con circuito de colector connún

Ar,= 2A7,2 MECANICO DE MANTENIMIEN.TO

41

41

ñ

ffiN¡M

ELEcTRÓNIcA gASEn INDUSTRIAL PARTE

comparación

$umario y En la figura están listadas

II

¡

y

cornparadas las fórmulas de cálculo circuitos básicos del transistor. tres característicos típicos de los

y los valores

Circt. de colec{or

Circt. de emisor

Circuito

Resistencia Ecuación de entrada de corriente_ Valores tfpicos

f.n,= fsr 'ml

0,4

alterna

Resistencia de salida de coniente alterna Arnplificación de tensión

f*,* Valores

1

... 5

ka

200

fc

ko ... 10 ko

100

r"u' R" nu-rBE ^ - fl ffi

Au'

^" - F'R" fe.

Au=

Valores típicos

100.,.1000 -

R4 = 560 f) (valor comercial)

R5*ffi=ffi= ==> RS

* 910 e

*fu3seoe

(valor comerciat)

Circuito regulador de tensión cqn lirnitador de intensidad de corriente

' -

Los reguladores en serie en los capítulos anteriores no cuentan con alguna protección contra circuitos. Si accidentalmente se realiza un cortocircuito en los terminales de la carga, se tendrá como respuesta una corriente de salida (lO) muy e.levada que destruirá al transistor o a los diodos de la fuente no regulada porsobrepasar sus valores límites de FD.

MECANICO DE MANTENIMIENTO a'

55

,rr trN¡[l

ELEcTRóNrcA gAstcn TNDUSTRTAL pARTE u

Para evitar esta posibilidad se coloca un limitador de corriente como parte del circuito de estas fuentes reguladas.

La R6 se calcula para gue produzca una caída detensión de0,6 aA,7 V al valorde límite de coniente (lOmáx) para así poder polarizar al transistor T3, ponerlo en eaturación y derive una cantidad importante de corriente para gue no siga aumentando l82 y como consecuencia no aumente lO. Ejemplo: La coriente de salida de una fuente regulada lO se necesita limitar a 0,5 A ¿cuáles serán los componentes a seleccionar? a) Se selecciona un transistor de pequeña potencia, en este caso se ha seleccionado un NPN más especlficamente al BC 108C este transistor trabajará en conrnutación o sea que cada vez gue existÍa un cortocircuito o un consumo mayor a 0,5 A entonces el transistor estará conduciendo y mientras la corriente sea mayor a 0,5 A el transistor permanecerá en estado de bloqueo

b) La R5 se selecciona en función a la lO que se reguiere limitar, para este caso tenemos lO máx* 0,54.

*=>RS

= UglL = to

Y- E 1,4t¿

0,5 A

Luego, R5 será de 1,5 O (valor comercial)

57

MECANICO DE MANTENIMIENTO a"

56

JAT

SENAN

ELECTRÓNICA BÁSICA INDU$TRIAL PARTE

II

Circuitos osciladores y conformadores de onda Conceptos Un oscilador e$ un circuito o componente que proOuce una señal de salida permanente y que varía de amplitud con el tiempo, por esto comúnmente se le llama Generador de señal, y su salida puede ser: sinusoidal, cuadrada, de impulso, trÍangular o en diente de sierra. Cuando la señal producida e$ una onda sinusoidal de amplitud y frecuencia constante, el circuito oscilador recibe el nombre de "Generadorde onda sinusoidal".

(a) Onda sinusoidal

(d) Diente de síerra

h (e) CInda triangular

(b) Onda cuadrada

(c) Tren de impulsos

;'ff]::|1:r

Periodo

+

Estos circuitos se emplean en todo tipo de equipos electrénicos desde radios, trasmisores y receptores de televisiÓn, computadora$, osciladores, generadores de señal a medidores

de frecuencias

d ig

itales

Partes de un oscilador En osciladores sinusoidales a reacción se encuentran bien definidas las siguiente* partes: El amplificadol la r*alimentación y los componentes quddeterminan la frecuencia. IvIECANICO DE

MANTEN|M|ENIO

58

ST

trru¡trI

ELECTRÓNICA BASEA INDUSTRIAL PARTE II

^

Reguladore$ de tensión

integrados

r

Todas las fuentes de tensión constante q¡le emplean técnicas de circuitos integrados son ofrecidas por diferentes fabricantes bajo las descripciones regulador de tensión frja y regulador de tensión variable, estas contienen alrededor de 20 funciones de transistor, varios diodos zener y aproximadamente 20 resistencias. integrada$, y trabajan baio el principio de las fuentes de tensión constante con amplificador diferencial. El practicante no necesita estar familiarizada con la técnica del circuito interno, ni con el trabajo de los tra nsistores ind ividua les.

lI

i F

Estos reguladores de tensión integrados generalmente tienen tres terminales, para la tensién de entrada Uent, para la tensión de salida Usal y para masa o tensión de referencia. Consecuentemenle a estos se les denomind reguladores de tres pines. Debido a la limitación de corriente y protección térmica integradas, estos reguladores son muy inseniibles a cortocircuitos o sobrecargas. Dichos reguladores permiten una construcción simple de las fuentes de alimentación de potencia. Mediante la circuitería apropiada con componentes adicionales, se'pueden construir rápida mente ,para propósitos especiales, fuentes de alimentación de potencia con buenas características a bajo costo. Reguladore$ de tensión fiia de las series 78xx y 79xx Aparte de un gran número de tipos individuales de regutadores de tensión fija, dos series de reguladores de tensión son hoy en día de uso generalizado. Estos los producen varios fabricantes con los mismos datos y se ofrecen como la serie 78xx y la serie 79xx. La serie T$xxesta diseñada para tensiones de salida positivas con valores fijos entre + 5 V y 24V, mientras que la serie 79xx es para tensiones de salida negativas con valores fijos entre - 5 V y 24Y. El número que aparece en el lugar representado por xx en el número de serie indica la tensión de salida. Por ejemplo, el número de serie 7805 indica una tensión de salida de + 5 V, y el número de serie 7915 una tensión de salida de - 15 V. Los reguladores de tensión fija se aplican para corrientes de carga desde 0,1 A hasta 5 A. $e producen diferentes diseños de capsulas, de acuerdo a la carga. La resistencia interna dinámica de los reguladores de tensión fija, en las series 78xx y 79xxes del orden de n = 20 m Valores.de G = 500 a G = 5000 se pueden determinarcomo factores de alimento (G = Uent / Usal), dependiendo del modelo de la serie. Existen circuito básicos y sencillo$ para la instalación de los reguladore's, sin importar sus

lr-,

l"

I

{'0v

l-

MECANICO DE MANTENIMIENTO at

58

l"-

{r0V

*

SENAN

ELECTRÓNICA BASrcA ¡NDUSTRIAL PARTE II

En todos los reguladores, la tensión de entrada U,", debe $er por lo rnenos 2 V rnás alta gue la tensión de salida Uu,,. Los dos condensadores Cu", v C,ur también necesitan ser

conectados externamente. Para el condensador C.", son nonnales valores entre 47A pF y 22AA pF. Si la distancia física de los reguladores hasta elcondensadorCentes grande.

Reguladore$ de tensión ajustable La necesidad detenerfuentes detensión ajustable resulta inevitable. Los reguladores de tensión fija no ofrecen la mejor manera de conseguir esto. Por lo tanto, se utilizan reguladores de tensión ajustable, tales como, los tipos LM 31 7, LM 337 o aún el L200. El módulo LM 317 suministra una tensión de salida positiva, el módulo LM 337 una tensión de salida negativa. Con una tensión de entrada Uent = 40 V, ajustando el divisor de tensión, la tensión de salida se puede regular a algún valor entre Usal = 't ,ZS V y Usal = JT V."Para que el regulador de tensión trabaje satisfactoriamente, la tensión de entrada debe ser al menos 3 V mayor que la tensión de salida. La figura 4.16 muestra el circuito básico de los dos reguladores de tensión.

+40V

LM 317

-40v

+ 1.25 ... + 37 V

,1,?5...

MECANICO DE MANTENITUIENTO at

- 37 V

59

59

fr trN¡M

ELECTRÓNICA BASlcA INDUSTRIAL PARTE II

La tensión de salida se ajusta utilizando el potenciómetro R2. Para la resistencia R1 los fabricantes especifican un valor de R 1 > 120f,l . Con elobjeto de minimizar la corriente que pasa a través deldivisorde tensión, ugualmente se selecciona un valormayor. La tensión de salida se obtiene a partir de la relación de R, y R, como:

Usal

E 1,ZS

1*#

V

Para el trabajo óptimo del regulador es conveniente ordenar las resistencias R1 y R2 a la

distancia más cort¡a posible del médulo regulador" para el condensador de entrada adicional, colocado directamente en el módulo, se requiere un valor C, = 0,1 ¡rF. La coniente nominal de ambos módulos €$ l*0, = 1,5 A. La limitación de corriente

integrada limita la corriente de carga I l, = 2,2 A. La potencia de pérdida perrnisible es P*n" = 20 W, Debido a esta potencia de pérdida permisible, la coniente de carga permisible l*0, $e especifica como una función de U"n,y U*"r. Porlotanto, la tanto, la limitación integrada de coniente para 1.",n, = 2,2 A no brinda, en todos los CaSos, protección del módulo en la eventualidad de un circuito de la salida, debido a que no existe una protección de sobreca rga té rm ica presente.

Otro regulador ajustable es el tipo L200 (fabricado por SG$ -ATES). Este tiene cinco terrninales. Consecuentemente existe la posibilidad de programación de tensión y corriente. Para el L200 son ceracterfsticos los siguientes datos: Tensión de entrada máxim a Máxima diferencia de tensión entrada/salida Tensión de salida ajustable Corriente de salida ajustable

40v 32V 3... 37 V

0....24

La desconexión térmica a 150'C y el control de potencia del transistor de salida internoi son medidas adicionales de protección contra cortocircuitos. La figura muestra la circuiterla estándar, cuando se utiliza el módulo como un regulador de tensión, junto con la identificación de terminales.

MECANICO DE MANTENIMIENTO :

60

60

ñ

ffitUAn

ELEcTRóNrcA BÁsrcA rNDU,srRrAL pARrE

n

I

La tensión de salida se calcula utilizando la fórmula:

Para que el transistor de salida interno conmute adecuadamente la resistencia R1 debería se RT1 < 1 k . La corr¡ente de salida se limita por medio de la ¡esistencia R3. Su dimensionam iento se realiza de acuerdo a la fórmula:

para R3 = 0 , la corriente de salida máxima lsalmáx = 2,s A. Los reguladores de tensión tienen inclinación a oscila¡ debido a que su método de trabajo se basa en el proceso de la técn ica de regulación,. Por lo tanto, para prevenir las oscilaciones, se conectan condensadores adicionales entre la entrada y masa y entre la salida y masa.

se puede requerir de mayor compensación dependiendo de la aplicación y de la

naturaleza de la construcción del c¡rcuito. se debe hacer referencia a los cuáles del fabricante.

MECANICO DE MANTENIMIENÍO

.,

61

61

Jt *NAN

ELEcTRÓNICA AASrcA INDUSTRIAL PARTE

II

wffiffiffiffiw MONTAJE DE TIRISTORES YTRIAC

MECANICO DE MANTENIM}ENTO a"

62

62

Osciloscopio

0,1 1rF/600V

224 {)

OPERACIONES

NO

lnstalar circuito de tiristor

01

01

y

MATERIALES / I NSTRU

[ [ [ I [ [ [ [ I

triac

01 TRTAC

ME

NTOS

600V/10A

01 D/AC

02condensadores0,l pF/600V O2resistencias 22Ar,1 K 01 potenciómetro 01 lampara 22AV

0l osciloecopio 01 protoboard Puntas de osciloscopio 10:l

01

PZA. CANT.

Jt sNrm PERÚ

DENOMINACIÓN NORMA I DIMENSIONES MONTAJE DE TIRISTORES Y TRIAC MECANICO DE MANTENIMIENTO

OBSERVACIONES HT

08

TIEMPO: ESCALA:

REF.

HOJA:

111

?o5

63

63

ñ

trlu¡fil

ELECTRÓNIcA gASICe INDU$TRIAL PARTE

II

OPERACIÓN: INSTALAR CIRCUITO CON NRÉTOR Paso I : Verificar componentes, equipos y accesorios a utilizar. Paso 2: Armar el circuito mostrado y conectar el osciloscopio,

0,1 pFl600V

0,1 t¡F/600V

Paso 3: Graficar la onda que apare@ en elosciloscopio.

MECANICO DE MANTENIMIENTO a"

64

64

ñ

SEfUAn

ELECTRóNIcA BÁsrcA TNDUsTRTAL pARrE

'

OPERACIÓN: INSTALAR CIRCUITO CON TRIAC Paso I : Verificar componentes, equipos y accesorios, Paso 2: Armar el circuito mostrado y conectar el osciloscopio.

Lámpara 0,1 nF/600V

220

#

0.1¡tF/600V

Paso 3: Graficarlaonda que aparece en elosciloscopio,

IL'IECANICO

DE MANTENIMIENTO a

65

65

*

trTUAN

ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

TIRISTORES

lntroducción

A diferencia de los transistores

bipolares

y de los FETS, que operar como

amplificadores lineales o como interruptores. Los tiristores sólo pueden trabajar como interruptores. Estos son dispositivos semiconductores de cuatro capas gue mediente retroalimentación interna produce un enclavamiento o enganche.

$us principales aplicacione$ son de controlar grandes conientes de carga en motores, calefactores, sistemas de iluminación, etc. y asl mismo como elementos auxiliares de disparo de otros tiristores.

Glasificación Existen diferentes tipos de tiristores como se indica a continuación: Diodo de cuatro capa$ (SHOCKLEY) Tiristo r d iodo bidireccional

TIRISTOR DIODO DIAC TIRISTOR SCR TRIAC El

Tiristortriodo Tiristor triodo bidirecciona

I

tiristor Diodo o Diodo Shockley

También recibe el nombre de diodo de cuatro capas, se le clasifica como diodo porque sólo tiene dos terminales de salida, por tener cuatro regiones dopadas a veces se le llama también: diodo PNPN. Este elemento puede ser visualizado separando en dos mitades como en elgráfico siguiente; una mitad es un transistor PNP y la otra mitad un NPN. Por lo tanto el diodo de cuatro capas es equivalente a dos transistores en una

AT

A

.* P

P

N

N

N

p

P

P

N

N

K

K

MECANICA DE MANTENnIIENTO

.,

66

66

*

SETUAN

ELECTRÓNICA BÁSICA INDUSTRIAL PARTE

Funcionamiento del diodo

$hockley

II

r

Cuando se aplica una tensión inverga a este diodo, las dos uniones PN exteriores quedarán al norte, osea, polarizando en sentido inverso y por el diodo solo circulara una débil corriente inversa. Cuando se le aplica una tensión en sentido directo sólo quedará alcorte la unión PN central. Mientras la tensión aplicada sea menor que la tensión de encendido circulará también una corriente de poca intensidad de igual valor que la inversa" Cuando se sobrepasa la tensión de encendido (UE) el efecto de avalancha provocará la aparición de un gran número de portadores de carga libres en la unión PN polarizada inversamente, con lo que eldiodo se cuatro capas se pondrá a conducir. Una vez que un diodo de cuatro capas comienza a conducir (tensión de ruptura) la tensiÓn a través de él cae a un valor pequeño, dependiendo de que tanta corriente este circulando por é1.

bloquea

bloquea

----,>

bloguea

---{'

--->

Polarización directa

Palarización inversa

Los diodos SHOCKLEY seguirán conduciendo mierrtras circula una corriente mayor a la corriente de corte o corriente mínima de mantenimiento, no siendo necesario llegar a (0A) para que deje de conducir. (1.)

Símbolo

AN-l

K

MECANICO DE MANTENIMIENTO a'

ot 67

f¡

fr

I :

JAT trNAN

ELEcTRÓNICA EASICN INDU$TRIAL PARTE

II

¡

: I

Curva de caracterfsticas A O ANODO

lF

l*/ mNSA

ZONA DE BLCIOUEO EN SENTIDO DIRECTO

0,05 / 0,2 ps

t5/35

ZONA DE BLOOUEO EN

¡uA

U *nn. 0,51 1,2 v

Uoo***

uo

2OI2AAv

En la curva de caracterfsticas se nota une zona de bloqueo en sentido inverso y una zona de bloqueo y conducción en sentido directo notándose también el punto de tensión de encendido o conmutación y la corriente de mantenimiento.

EL DIAC El DIAC es un elemento simétrico que no posee por tanto polaridad. Su estructura es prácticamente la unión de dos diodos SHCKLEY en antiparalelo. I

_m*' -=-

L,

LI P N

P

-l

2

Los DIAC son muy utilizados para realizar circuitos de disparo del $CR y TRIAC permitiendo obtener, con condensadores de poia capacidad y volumen corrientes elevadas de disparo, Estos elementos tienen el mismo principio de funcionarniento que el diodo se cuatro capas con la única diferencia que el DIAC puede disparar y conducir hacia ambos sentidos Las tensiones de disparo $uelen darlo los fabricantes entre 20V MECAN tCO DE MANTET.IIMIENTo

y

32 V. 68

68

dAs

SE¡UAN

ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE

II

Símbolo

',-ffi-', Curva de características

Zana de conducción deldiodo de cuatro capa$ izquierdo

Zana de conducción del diodo de cuatro capa derecho

ELSCR Estos elementos pueden considerarse como una evolución de los diodos de cuatro capas, a los que se les ha añadido un electrodo de mando, también denominado puerta. Cuando el electrodo de mando o puerta no está conectado el SCR se comporta como un diodo de cuatro capas Este elemento actúa comCI interruptor de alta velocidad y se utiliza generalmente en circuitos que funcionan con potenciales de varios cientos de voltios y por que puedan pa$ar hasta varios cientos de amperios. Siendo su mayor uso en regulación de velocidad de motores de corriente continua. "Principio

de funcionamiento del $CR

A un transistor $CR puede hacérsele trabajar como circuito abierto

(dejándolo blogueado en sentído directo) o puede hacérsele disparar a un estado de conducción 'en sentido directo, aplicando un impulso corto de potencia relativamente bajo el

J:::'-1::::11;

MECAN ICO DE'VIANTEFIIMIENÍCI

7A

69

*

trN¡trI

ELECTRÓNICA BASrcA INDUSTRIAL PARTE II

Una de las ayudas para entender mejor su'funcionamiento es utilizado el circuito equivalente de dos transistores. Dividiendo el tiristor en dos transistores uno PNP y el otro NPN como se muestra en elsiguiénte gráfico. Terminal de Ánodo

Terminal

de Fuerta

Elfuncionamiento puede dividirse de la siguiente manera: Polarización inversa.- La polarización negativa del ánodo respecto del cátodo, el tiristor se encuentra en estado de bloqueo inverso y solamente pasa una corriente de fuga de valor bajo. en estas condiciones las uniones J1 y J3 están polarizadas en seritido inverso. Polarización directa.- La polarización positiva del ánodo respecto del cátodo, pero sin señal de puerta. En este caso se dice que el SCR está bloqueado en sentido directo, puesto que se comporta como una resistencia elevada. Solamente pasa una pequeña corriente de fuga. Puede verse también que aunque J1 y J3 estén polarizadas en sentido directo la unión central J2 está invertida. Por lo que respecta alcircuito equivalente, se puede explicarel bloqueo en sentido directo porque al no tener la puerta señal aplicada , TrZ se bloguea. Solamente puede pasar una corriente de fuga pequeña. Palarización en sentido directo con señal aplicada a la puerta,- Si se aplica un impulso de polarización directa entre la puerta y cátodo mientras el ánodo sea polarizando en forma positiva respecto delcátodo, eISCR estará obligado a conducir.

y

El tiempo de conmutación es

r"¿p¡Ao (microsegundos) puede pasar por el componente una corriente grande, limitada solamente por la resistencia externa. La tensión de ánodo a cátodo cae a un valor bajo, normalmente 1 V.

Esta acción puede explicarse empleando el circuito equivalente, señalando que un impulso de polarización en sentido directo hace que Tr2 conduzca.

MECANICO DE MANTENIMIENTO a"

70

,Al

trfuAn

ELEcTRÓNIcA eAsIcR INDUSTRIAL PARTE

II

El circuito de los dos transistores tiene un taio de realimentación positiva, puesto que cada uno tiene su colector cableado a la base del otro. Por este motivo los dos

transistores conducen rápidamente y permanecerán así aún cuando se retire la señal, el conjunto solamente puede dejar de conducir por reducción de la corriente de ánodo

por debajo de un valor conocido como "corriente de retención" o corriente de mantenimiento,

En los circuitos de corriente alterna los SCR dejan de conducir todos los semiciclos, cuando la tensión de la fuente de alimentación pasa por cero y se hace negativa; esto automáticamente hace gue deje de conducir. En los circuitos de corriente continua se emplean técnicas especiales para reducir la corriente de ánodo a cero, para hacer que no cond uzca ese componente. Existen otras dos condiciones, aparte de la señal de la puerta, que harán que el $CR bloqueado en sentido directo entre en conducción. Sobrepasando la tensión directa máxima de ruptura en sentido directo. Aplicando una onda de tensiÓn de subida rápida entre ánodo y cátodo, normalmente mayor de 50 V por microsegundo. Este "efecto de rapidez" se explica porque la capacidad interna (uniÓn J2) puede alimentar una parte de una tensión de ánodo de subida brusca a través de la puerta. Esto hace que el SCR conduzca. Siendo estos dos efectos indeseables. Símbolo delSCR El símbolo del SCR es lo rnismo que el de un diodo rectificador al que se le añade un terminal llamado puerta {G).

I

.

Curvas de características del SCR En el siguiente gráfico se tiene representado la curva característica de la l, en función

de (U') donde podemos observar que conduce en el primer cuadrante conducción directa y bloquea en eltercercuadrante.

MECANICO DE

MANTENIMIENTO

71

71

,rt EEIUAN

ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE

II

directa

Tensión directa máxima de ruptura en sentido directo

Coniente de

,l Tensión lnversa

i

Tenslón Directa Region de descarga inversa

Bloque en sentido directo

Reverse current

Especificaciones técnicas del SCR Las especificaciones técnicas más importantes delSCR son:

Corriente media en directo (IFAV).- Es la máxima corr¡ente media que puede circular

porelSCR. Tensión de pico invrerso (URWM).- Es la máxima tensión de pico gue puede soportar el SCR en polarización inversa.

Así mismo, existen otros parámetros que los fabricante$ proporcionan para un mejor uso de cada tipo de SCR; entre ellos podemos citar:

rf Carriente máxima de puerta {lGT) á Tensión máxima de cebado de la puerta (UGT)

f f f

,?

/ f f

,/

/

Corriente de mantenirniento (lM) Tensión de mantenimiento (UH) Qorriente de enganche (lL) Tensión deenganche {UL} Tensión de disparo (UD). Tensión de cresta alestado bloqueado (UDWM) Tensión dlrecta de pico repetitivo (UFRM) Tensión inversa de pico no repetitivo (URSM) Carriente máxima de pico no repstitivo (IFSM)

Así mismo en la curva de caracterlsticas del SCR podemos notar regiones en

la

ausencia de corriente de comando. MECANICO DE MANTENIMIENTO a'

72

72

,As

ffiNAN

ELECTRÓNICA BÁ$ICA INDUSTRIAL PARTE

II

Región de gran impedan ciay condición de bloqueo de la estructura PNPN, siendo la unión central polarizada en inversa. ' 1

.

2. Aumentando la tensión directa $e presenta la tensión de avalancha de la unión central, esto es la tensión de disparo o ruptura con U" = 0 3. Región de resistencia negativa no observable con elosciloscopio.

4. RegiÓn de pequeiia impedancia, es la región de conducción directa Si se aplica una corriente de comando sobre la puerta, se desp laza hacía la izquierda la

tensión de ruptura (U,.).

CCRRIENTE

uE

Áruono (l')

Uorr,

1E¡.¿stóru

Áruono - cÁrcr:r:

Hoja de datos técnicos del $CR Estos datos son proporcionados por el fabricante, agrupándolos y formando catálogos con las características de cada cCImponente asi como también su forma, dimensiones ubicación de terminales.

.y

Mf;CANICO DE

MANTENIMIENÍO

T3

73

,Ar trtu¡m

ELEcTRÓNICA gASNN INDUSTRIAL PARTE

Hoja de datos de $CRs de

potencia.

II

.

THOMSOT.I $ETilICO I{ DU CTE U R$

thyristors ¿ {00Arms thyristors ¿ 100 Aeff o:'" l,?

Typ¿s (A)

1400 Arms/T,,* TN 931 Ol TN s31 02 Tr.¡ 931 04 TN 931 06 TN 931 08 TN931 10

oC = 80

T,

(A)

T, = 125 oC

ln

= 125oC máx (mA)

t=

I

máx

(v)

vr" I

dvlüo lru

e

60%

lo, máx (mA)

rnáx

m

1,S

2m0

38

2m

1.35

2m0

3(n

V''to"

Case

min

M

(mA)

{V/ps)

125 000 A? s

lm 2ú0

80r

4m 6m 8m 10m

1m

TN931 14

14m

15ffi)

3

1A

16ü

TNS3l 16 Tt't 931 'r8

18m

2ffi

TN 931 20

900 Arme/T,^* = 8O

TN 933 01 fN 93S 02 TN 933 0{ TN 933 06 TN S33 08 TN93A 10 TN 9T' 12 TN S33 1,/i

@Voo,n, v,,o

Vr**

(v)

To*= 25oQ

€}Vo"ot

10 ms

TN93t r?

1

l* l*

lr,*.o

oC Ti = 12S oC

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| = 3 I 25

OOO

Ar

s

fm 2ú 4m 1210

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8ff)

25 000

40

3

r0m 12m

14&

o@T'*1?5{C

cB -265 (MU 169)

Oele l€ad ; rirhlto C,athocla leacl : rcd Approx. Lengfi: 300 rn¡n

Hole 4.13,6 deÉh - 2.1 (anode and cathode sídes)

Los tiristores de potencia o de gran corriente, tienen que trabajar necesariamente acoplados (a) disipadores, también de grandes tamaños, para así evitar su destrucción por efecto de la temperatura.

MECANICA DE MANTENIMIENTO a"

74

74

? *

SETUAN

ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE

II

EL TRIAC

Es un elemento semiconductor de tres electrodos, perteneciente a la familia de los tiristores, urJo de sus electrodos es su terminal de control llamado puerta (G) y los otros dos son los electrodos principales de conducción. Este dispositivo puede pasar de un estado de bloqueo a un régimen de conducción, en los dos sentidos de polarización (lery 3er cuadrantes) y volver al estado de bloqueo por inversión de la tensión o por disminución de la corriente por debajo del valor de mantenimiento lH"

EITRIAC es pues la versión bidireccional del SCR, en su repre$entación eléctrica se le puede comparar con la asociación en antiparalelo de dos SCR como se indica en el gráfico

siguiente

r

r,

N

GO-

, f l.al

p

I-

lN

-

T,

El funcionamiento es similar

alde los $CR. Así el TRIAC dejará pa$ar la corriente o la bloqueará en ambas.direcciones y puede serdisparado para gue produzca, en una u otra dirección, las señales de puerta positivas o negativas. El TRIAC conduci rá carrectamente si:

a)T2 (+¡ 11 (-)

G

Primer cuadránte

(+)

blr2

(-) T1 (+¡ G (-)

Tercer cuadrante

MECANICA DE MANTENIMIENTO a"

75

75

Jrr

*N¡[1

ELEcTRÓNICA gASICR INDUSTRIAL PARTE

Slmbolo

T2

Curva de características

#

II

G

Tr

Ejemplo de aplicación del DIAC y TRIAC mando de potencia (corte por fase)

MECANICO DE MANTENIMIENTO a'

76

76

,At trfuAn

ELECTRÓI.IICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

Prueba del SCR y TRIAC

Un SCR es un diodo conmutable que en la conrJucción no activada, bloquea la corriente en ambos sentidos de circulación. Aplicando un pulso positivo de tensión al electrodo de control, elsCR pasa alestado de conducción. un circuito de prueba se basa en estas propiedades der scR. Prueba con el ohrnímetro.- El polo positivo del instrumento se conecta ánodo y el polo negativo alcátodo del $CR, Uniendo ahora momentáneamente elelectrodo de control (puerta) al ánodo (que corresponde alpolo positivo del ohmímetro), el$CR debe pa$ar al estado de conducciÓn. Este estado debe mantenerse aún interrumpiendo la conexión entre el electrodo de control y el ánodo. El SCR sólo vuelve al estado de bloqueo interrumpiendo {aunque sea momentáneamente) la conexión con el ohmímetrc.

Prueba con probador de continuidad.- En lugar del ohrnímetro, puede emplearse un probador de continuidad formado por una lámpara en serie con una batería. El procedimiento de prueba es el mismo.

Para probar'un TRIAC se pueden emplear los mismos procedimientos que para el $CR con la única diferencia de que se puede hacer con ambas polaridades de la batería, es .decir primero positiva y después negativa.

MECANICO DE

MANTENIMIEN.TO

77

77

trlNAn

rlecrnÓN¡CA NASrcR

^

INDUSTRIAL PARTE II

f-, t*n*Ln e intensidad de mando necesitarla para elencendido depende deltamaño y tipo del SCR valores que son especificados por el fabricante para cada tipo de dispositivo.

MECANICO DE MANTENIMIENTO a'

78

78

fr trluAn

ELECTRÓNICA BÁSICA INDUSTRIAL PARTE

WWW

II

ffi"trffiW,#,W ui';y,iflffi Wlft,,ffi

MONTAJE NE COMPONENTHS SEMICON DUCTORES ESPECIALE$

MECANICO DE MANTENIN/HENTO a'

7g

79

\i€NTILAI}üR -lJJ-¿*r

'+'i j.rl

22rN

MOr]3820

MATERIALES / INSTRUMENTOS

OPERACIONES

NO

I

lnstalar circuito son dispositivos sensores

01

a ? ? e ?

01

Termistor NTC cr 1M324 MOC 3020 TRIAC 8T136 Ventilador Resistencia

0l

P7A. CANT,

oENOiIINAclÓil - ]{ORMA' OIMEIiISIONES

MATERIAL HT

*ñt¡ilt

09

TIÉMPO;

MECANICO DE MANTENIMIENTO

ESCALA:

OB$ERVACIONES REF.

HOJA: lll 2005

80 80

ELECTRONICA BASICA INDUSTRI.AL PARTE II

OPERACION

T

INSTALAR CIRCUITO CON DISPOSITIVO$ SENSORES

PAS0 1 ldentificar y verificar cornponentes 01 Resistencia de47dl 01 Resistencia de220Q 0 1 Optoacloplador MOC3020 01 Triac 8t136 01 Bocina de 22AV 01 lnterruptor (ON / OFF) 0l Fuente de alimentación de bV PASO 2 ARMAR ELCIRCUITO MOSTRADCI -

ÍNTERRIJPÍOR DE PUERTÉ ( SETJSOR DÉ ALftMA l --'-'

tlti It ¡i

il

SIRENA

r-.1-J-0

* ---1

I

I I

I t

ti

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I

svl g--..1

t I

I

I

47.;¡

MOC

L-*'v1Á-

3020

t1

.. ...... ....

.!

i

rf{rAc 220v

; I

t; ltIt

+ñ T-i ti

J

lt lr

_--*o r

....,

+ PAso2Armar el circuito mostrado y verificar el optoacoplador

3

una baja resistencia.

.PASO

pAS0

4

Cerrar el inerruptor S1 y verificarque $e active la sirena

PASO 5 Abrir el interruptor $ 1 y venficar que se desactiva la sirena

MACANIC.A DE MANTENIMIET{TO

."

?"

81

81

ffiifuAn

PASO

ELECTROHICA BASICA I}IDUSTRIAL PARTE II

6 ARMAR CIRCUITO SENSOR YACTUADOR DE CCINTROL

DE TEMPERATURA

En el circuito mostrado el sensor de temperatura es un termistor NTC el cual ingresa a

r

un comparador de voltaje, según la comparación de voltaje amplificador operacional la salida esta en 0 voltios o 5 vottios.

t

en la entrada del

En el terminal? hay un voltaje fijo de 2,5 voltios y en el terminal 3 hay un voltaje gue depende del valor instantáneo del NTC.

Cuando la ternperatura sube la resistencia del NTC baja y el voltaje en el terminal 3 supera a los 2,5 voltios del tenninal 2 y en la salida del amplificador operacional aparecen 5 voltios el cual por medio del optoacoplador MOC3020 dispara al Triac y enciende el ventilador.

.

Cuando la temperatura baja el NTC sube su resistencia disminuyendo elvolkje en el terminal 3 por debajo del valor de voltaje en el terminal 2 y la salida del amplificador operacional se vuelve cero , el triac se bloquea y el ventilador se apaga, permitiendo un controlde la temperatura ambiente PASO 1.- Armar el circuito de la figura

330 t*

t

-

yql¡l"{¿.afif?

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PASO 2 .- verificar funcionamiento OBSERVACIÓN Con el pcitenciómetro de 500 ohmios se puede ajustar la sensibilidad del control.

T$ECAN ICA DE ÍUIAHTENMIEiITO

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ELECTRONICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

o PTOACOPLA DORES(OPTOA

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INTRODUCCiÓN:

Con el paso de los años la tecnología de estado sólido en la optoelectrónica ha avanzado considerablemente. lndagando en nuevos y mejorados materiales y técnicas de proceso que han permitido a los dispositivos tener mayor eficiencia, confiabilidad y disminuir su costo.

ELOPTOACOPLADOR Un optó acoplador es un componente formado por la unión de al menos un emisor (diodo LED) y un fotodetector (fototransistor u otro) acoplados a través de un medio conductor de luz, pueden ser encapsulados o de tipo discreto.

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Esquema de un optó acoplador

Cuanta mayor intensidad atraviesa el fotodiodo, mayor será la cantidad de fotones emitidos y, por tanto, mayor será la corriente que recorra el fototransistor. Se trata de una manera de transmitir una señal de un circuito eléctrico a otro. Obsérvese que no existe comunicación eléctrica entre los dos circuitos, es decir existe un lrasiego de información pero no existe una conexión eléctrica: la conexión es óptica. Las implementacionesde un optó acoplador son variadas y dependen de la casa que los fabrique. Una de las más populares se ve en la Figura 2. Se puede observar como el LED, en la parte superior, emite fotones que, tras atravesar el vidrio, inciden sobre el

fototransistor

MECANICA DE

MANTENIUIE]'¡TO

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ELECTROTTIICA BASICA IT'IDUSTRIAL PARTE II

Esquema constructivo de un optó acoplador

Obsérvesetambién elaislamiento eléctricoentre fototransistory LED ya mencionado.

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ELECTROT.IICA BA$ICA INDU$TRIAL PARTE II

ESTRUCTURA INTERNA GENERAL DE LOS OPTOACOPLADORES Estructúra La figura siguiente muestra la perspectiva interha de un optó acoplador, Una resina aloja al elemento sensitivo alaluz(fototransistor o fototransistor de salida Darlington ) que esta rodeado por otra resina que permite la transmisión de la luz.

Una señal luminosa es transmitida por un diodo emisor de luz hacia el transistor fotosensitivo a través de la resina transmisora de luz interna. La resina albergue y la resina interior tienen el mismo coeficiente de la expansión.

Él alto aíslamiento voltaje se obtiene gracias al gran área existente entre la resina externa y la interna que no es modificada por los cambios de temperatura pues los coeficientes de expansiÓn son iguales, además, si la temperatura aumenta las resinas se expanden obteniéndose como resultado una mayor área entre los e lementos cond uctores. PERSPECTIVA INTERNA DE UN OPTOACOPLADOR

RESINA

INTÉRNA

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estructura interna de un optó acoplador Diferentes tipos de Optó acopladores

Fototransistor:se compone de un opió acoplador con una etapa de salida formada por un transistor BJT. $e trata de un transistor bipolar sensible alaluz.

METANICO OH MAftTENIMIÉñ¡TO

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ELECTRO}IICA BA$ICA IHDUSTRIAL PARTE II

ii¡[l* Símbolo del fototransistor

éste opera en la RAN. En esta unión se generan los pare$ eledrón - hueco, que provocan la corriente La radiación luminosa se hace incidir sobre la unión colec'tor base cuando

eléctrica. Elfuncionamiento de un fototransistor viene caracterizado por los siguientes puntos: Un fototransiitor opera, generalmente sin terminal de base (lo=O) aunque en algunos casos

hay fototransistores tienen disponible un terminal de base para trabajar como un transistor norrnal.

La sensibilidad de un fototransistor es superior a la de un fotodiodo, ya que la pequeña corriente fotogenerada es multiplicada por la ganancia deltransistor, Las curvas de funcionamiento de un fototransistor son las que aparecen en la siguiente Figura. Como se puede apreciar, son eurvas análogas a las deltransistor BJL sustituyendo la intensidad de base por la potencia luminosa por unidad de área que incide en el fototransistor.

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Curvas caracterlsticas de un fototransistor tipico

irlECAtllCO DE ItAt{TEltllftilENTO at

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ÉLECTRONICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

Fototriac: se compone de un optÓ acoplador con una etapa de salida formada por un

triac

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triac

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Fototriac de paso porcero: Optó acopladoren cuya etapa de salida se encuentra

un triac de cruce por cero. El circuito interno de cruce por cero conmuta

sólo enlos cruce por cero de la coniente alterna,

altriac

Zeiro cross

5a:, DEScRlPclÓN DE uN oPToAcopl,ADoR TíptcCI DE TEXAs IN$TRUMENTS Básicamente un optó acoplador consiste en un diodo infrarrojo de arsenuro de galio (GaAS), como la etapa de entrada y un fototransistor npn dá sificio corno etapá Oe salida (esta es.la descripción de un optó acoplador típico de Texas lnstrumenis). El medio de acople entre el diodo y el sensor es un transmisor infrarrojo (lR) de cristal. Los fotones emitidod desde el diodo (emisor) tienen ciertas tongituOes de onda establecidas . El transistor sensor responde más eficientemente d fotones cuando estos tienen la misma longitud de onda establecida, es decir el diodo emisor y el fototransistor están acoplados en el espectro para lograr un funcionamiento óptimó Ue optó acoplador. Se puede utilizar una fuente de corriente entre el colecto r y la base del sensor para representar la corriente virtual generada en la base por loé fotones incidentes,'esta corriente de base es proporcionala la cantidad de radiación desde el diodo, ái*¡i*o ljempo las capacitancias de unión entre el colector y la base son las que generan los tiempos de levantamiento (rise time) y de caída (falliime) que se obtiene ál aplicar un escalÓn de corriente a la entrada del fotodiodo. A continuación se muestran los circuitos equivalentes para el TlL1Ozffll 1 03 Y para el TlLlZ0rrll 121 se muestran tas capacitancias antes mencionadas. MECANICO DE MANTENIIIIENTO a

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ELECTROITIICA

BA$IGA IiIDUSTRIAL PARTE II

Fig.l Ternúnal conection* and aquiptrnerrt Circuit for th* TlLltlz /TlL103

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TlL1zCI/TlLl2l

CARACTERÍSTICA ELECTRICAS Existen muchas situaciones en las cuales se necesita transmitir información entre circuitos conmutadores aislados eléctricarnente uno del otro. Este aislamiento(aislamiento galvánico) ha sido comúnmente provisto por relés o transformadores de aislamiento..' Existen sin embargo en el mercado otros dispositivos capaces de proporcionar el aislamiento requerido, los cuales son rnuy efectivos para solucionar este tipo de situaciones Estoe dispositivos se llaman optoacopladores, los optoacopladores son más necesarios en situaciones donde se desea protección contra altos voltajes y aislamiento de ruidos, así como cuando el tarnaño de dispositivo es un factor a considerar. Al realizar un acople entre dos sistemas mediante la trasmisión de energla radiante (fotones), se elirnina la necesidad de una tierra cornún , es decir que am.bas partes acopladas pueden tener diferente voltajes de referencia, lo cualconstituye la principalventaja de los optoacopladores. La señal de entrada es aplicada al fotrernisor y la salida es tomada del fotorreceptor. Los optoacopladores son capaces de convertir una señal eléctrica en una señal luminosa modulada y volver a convertirla en una señaleléctrica.

UECAT{ICO DE MANTEilITIE}ITO

88

ELECTRONICA BASICA IHDU$TRIAL PARTE II

La gran ventaja de un optó acoplador reside en el aislamiento eléctrico que puede establecer$e entre los circuitos de entrada y salida"

Los fotoemisores gue se emp_le_af en los optoacopladores de potencia son diodos que

emiten rayos infrarrojos {IRED) transistores.

y los fotorreceptores pueden ser tiristores o

Cuando una tensión sobre los terninales del diodo IRED, este emite un hae dg rayos"[at*t* infrarrojo que transmite a través de una pequeña guia-ondas de plástico o cristal hacia el fotorreceptor. La energía luminosa que incide sobre el fotorreceptor hace que este genere una tensiÓn eléctrica a su salida. Este responde a las señales de entrada, que podrian ser pulsos de tensión.

Para utilizar completamente las características ofrecidas por un optó acoplador es necesário que ei diseñador tenga conocimiento de las mismas. Las diferentes características entre las familias son atribuidas principalmente a la diferencia en la construcción.

Las caracteristicas más usadas por los diseñadore$ son las siguientes:

LAislamiento de alto voltaje. El aislamiento de alto voltaje entre las entradas y las salidas $on obtenidos por el separador físico entre el emisor y el sensoi. Este aislamiento es posiblemente el más importante avance de los optoacopladores.

.

Estos dispositivos pueden resistir grandes diferencias de potencial, dgRen{endo del tipo de acople medio y la construcción del empaquetado. El vidrio lR sepa a el emisor y el sensor en el TlL1027TtL103y filtZATT\L1Z1 tienen una capacidad de aislamiento de 1000 voltios, la resistencia de aislamiento es rnayor que 1 OE 1 2 omhios,

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2' Aislarnientode ruido: El ruido eléctrico en señales digitales recibidas en la entrada de el optó acoplador es aislado desde la salida por el acople medio, desde el diodo de entrada el ruido de modo común es recha zada.

MECAI{ICO DE MAI¡TEN|M|Ef,|TO

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ELECTRO¡IIGA ÉASICA I}IDU$TRIAL FARTE II

3. Gananciade corriente:La ganancia de corriente de un optó acoplador es en gran medida determinada por la eficienbia de los sensores npn y por el tipo de transmisión media usado . Parael TlL103 ganancia de corriente es rnayor que uno, el cual en algunos ca$os elimina la necesidad de amplificadores de corriente en la salida. Sin embargo ambos el TlL102lTlL103 Y el TlL1201TlL1 21 , tienen niveles de salida de coniente que son compatibles con las entradas de circuitos integrados como 54n 4TTL. Las gráficas 3 y 4 muestran la relación entre la corriente de entrada y de salida típica proporcionado por el fabricante.

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Fig.4 Tipi ;¡l lnpulluurtpr;t f,urrent ¡eletionshin f¡r the Tll l nllTll 1n3

4. Tamaño: Las dimensiones de estos dispositivos permiten ser u$ados en tarjetas impresas estándares. Los empaquetados de los optoacopladores es por lo general deltamaño delque tienen los transistores.

Caracteristicae principeles de loe Optoacopladore$ La razón de transferencia de corriente (CTR)

La raz6n de transferencia de corriente (CTR) de un.optó acoplador es la proporción delvalorde la coniente desalida a la corrientedeentrada. EICTR es un parámetro equivalente al hFE, factorde amplificación de un transistor. El CTR es uno de las características más importantes üe islamie nto de voltaje.

bs optoacoples, así como el

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IIIECAT{ICO DE ñilANTE}IIUIEHTO a'

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ELECTRONICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

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En el diseño el CTR debe ser considerado en grimer lugar pues el CTR. 1 Es

dependiente de la corriente directa lf que fluye en el LED.

ZLo afecta los cambios en la temperatura ambiente, y conforme eltiempo pasa.

3 varía

Garacterísticas CTR vs. lF { lF: corrienüe directa que fluye

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través del diodo}

La razÓn de transferencia de corriente (CTR) depende de la magnitud de la corriente directa (l$. Cuando lf es baja o es más alta que una cierta ñragnitud, el

CTR se hace más pequeño.

Note que el CTR muy diferente conforme varia la magnitud de lf.

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