El Rectificador Controlado de Silicio

I.- OBJETIVOS

• Verificar el funcionamiento del SCR
• Experimentar un circuito equivalente al SCR

II.- FUNDAMENTO TEORICO

Es un interruptor de estado sólido unidireccional que puede funcionar tanto con corriente continua como con corriente alterna. Como su nombre lo indica, el SCR es un rectificador de silicio, el cual tiene un tercer terminal llamado “GATE” (puerta o compuerta) para propósito de control.

Si no se le aplica corriente a la compuerta, el SCR se comporta como un interruptor abierto en cualquier dirección.

Para que el SCR conduzca, entre ánodo y cátodo, se precisa de un cierto nivel de corriente mínimo (pulso positivo), aplicado entre la compuerta y cátodo. Dicho nivel depende de la sensibilidad de la compuerta del SCR.

El SCR seguirá conduciendo, incluso con la corriente de compuerta suprimida, hasta que la corriente de ánodo se reduzca a un valor inferior al crítico o se invierta la polarización entre ánodo y cátodo del SCR. En este punto, el SCR se habre o bloquea nuevamente.

Cuando el SCR esta activado, el voltaje entre ánodo y cátodo es de aproximadamente 1 voltio.

 

Forma de comprar un SCR

Se solicita indicando el código o el voltaje y la corriente del dispositivo.

Prueba del SCR

Se prueba del siguiente modo:

• Entre ánodo y cátodo deberá marcar una resistencia superior a los 100K en ambos sentidos.
• Entre compuerta y cátodo debe marcar como un diodo convencional. Alta resistencia en un sentido y baja resistencia en el otro.
• Entre compuerta y ánodo deberá marcar una resistencia mayor de 1 MΩ en ambos sentidos.

III.- EQUIPO Y MATERIALES

• V: Voltímetro
• A: Amperímetro
• Fuente de poder ajustable de 0 a 10 V
• Lámpara de Incandescencia (Foco)
• Transistores : 2N3904 y 2N3906
• SCR : 2N3228
• 1 Diodo LED
• Resistores de ½ W 470Ω, 1KΩ, 10KΩ
• Resistencia de 3W de 22 Ω
• Potenciómetro de 1KΩ
• Interruptor

IV.- PROCEDIMIENTO

Circuito Experimental :

El circuito de la Fig. 2 simula un SCR. Arme el circuito de la Fig. 2 y con el interruptor abierto encienda la fuente de alimentación de 10V.

Observe el estado del LED, el cual debe estar apagado de lo contrario reduzca la tensión de la fuente a 0V y luego vuelva a los 10V. Con el LED apagado mida los voltajes de los puntos A y B del circuito y regístrelos en la Tabla Nº1 . Pulse el interruptor y observe lo que pasa con el LED. Mida nuevamente los voltajes en los puntos A y B (Tabla Nº1). Abra el circuito y el LED debe quedar encendido, reduzca la tensión de la fuente para apagarlo.

Conecte un amperímetro en el lugar que corresponda y mida la corriente en el LED.

TABLA Nº 1

Arme el circuito de la Fig. Nº 3. Colocando el potenciómetro de 1K a su nivel mínimo, encienda la fuente y varíe el potenciómetro suavemente hasta que el foquito encienda. Repita el procedimiento colocando el amperímetro para medir IG, anote en la Tabla Nº2, el valor de la corriente para la cual el SCR se dispara. Realice las demás medidas que se indican en la tabla.

TABLA Nº2

V.- CUESTIONARIO

1.- Describa el funcionamiento del conjunto de transistores y diga por que simula un SCR.

El conjunto de transistores simula un SCR porque se pueden obtener los mismos resultados. Así por ejemplo, un pulso positivo en el terminal G polarizará directamente el terminal Base-Emisor del transistor Q1, poniéndolo a conducir. La corriente de colector resultante pondrá a conducir el transistor Q2, produciendo un efecto regenerativo y el estado de conducción en el dispositivo.

2.- Cuando el LED esta encendido el voltaje en el punto A referido a tierra es cercano a......¿Por qué?

Es cercano a 0.7V, debido a que se tiene lo siguiente :

V = Voltaje de Base-Emisor de Q2 + Voltaje de Colector-Emisor de Q1.

V = 0.7V + aproximadamente 0 V

V = 0.7V

3.- Cuando el foco esta encendido cual es el voltaje VAK. ¿Por qué?

Cuando el foco esta encendido el voltaje es 1.15 V porque este dispositivo no es un interruptor ideal, generando un pequeño voltaje entre sus terminales, tal como el conjunto de transistores.

4.- Después de que el foco ha encendido, explique que formas pueden haber para apagarlo

Se puede apagar de dos maneras:

Quitándole la tensión de la fuente de alimentación

Colocándole un pulso negativo en la compuerta.

5.- Para que se usa un SCR (proponga el esquema de un circuito de aplicación).

El SCR se utiliza como un interruptor unidireccional semiconductor, el cual se controla por un pulso de voltaje en la compuerta. Tiene múltiples aplicaciones y una de ellas se muestra en el siguiente esquema. Es un sistema de iluminación de emergencia de una sola fuente que mantendrá la carga en una batería de 6 V, para asegurar su disponibilidad y brindar también energía CD a una lámpara eléctrica si hay una interrupción eléctrica. Una señal rectificada de onda completa aparecerá a través de la lámpara de 6 V debido a los diodos D2 y D1. El capacitor C1 se cargará hasta un voltaje ligeramente menor que la diferencia entre el valor pico de la señal rectificada de onda completa y el voltaje CD en R2 establecido por la batería de 6 V. En todo caso, el cátodo del SCR1 es mayor que el ánodo y el voltaje de la compuerta al cátodo es negativo, asegurando que el SCR no conduzca. La batería se esta cargando a través de R1 y D1 a una razón determinada por R1. La carga de la batería solo ocurre cuando el ánodo de D1 es más positivo que su cátodo. El nivel CD de la señal rectificada de onda completa asegurará que la lámpara este encendida cuando haya potencia. Si la alimentación eléctrica falla, el capacitor C1 se descargará a través de D1, R1 y R3 hasta que el cátodo del SCR1 sea menos positivo que el ánodo, Al mismo tiempo, la unión de R2 y R3 se volverá positiva y establecerá suficiente voltaje de compuerta a cátodo para dispara el SCR. Una vez disparado, la batería de 6 Voltios se descargaría a través del SCR1 y energizaría la lámpara y mantendría su iluminación. Después de que se restablece la energía, el capacitor C1 se recargará y restablecerá el estado no conductor de SCR1, como se describió antes.

6.- Haga un cálculo de los valores de voltaje y corrientes en ambos circuitos y compárelos con los voltajes medidos, sustente sus concordancias y discrepancias en los valores.

CIRCUITO DE LA FIGURA Nº 2

A) LED APAGADO :

Cuando el interruptor esta abierto no existe ningún voltaje en el punto B por lo tanto:

VB = 0

(1K)IB1- VB = 0 , entonces IB1 = 0

Como no existe corriente de base tampoco habrá corriente de colector en el transistor Q1. Al no existir corriente de colector en Q1, no se tendrá corriente de base en Q2 y al no haber corriente de base en Q2 no se tendrá corriente de emisor en Q2. Por lo tanto la corriente en el LED será cero (ILED=0). Tenemos:

10V – 470(ILED)- VLED – VA = 0

10V - 0 – 0 – VA = 0

entonces, VA = 10V

B) LED ENCENDIDO

Cuando el LED esta encendido el voltaje VB se determina mediante el divisor de voltaje siguiente :

VB = (10V x 1K)/(10K + 1K)

VB = 0.9 Voltios

Luego, el Transistor Q1 esta conduciendo y el voltaje VA = 0.7V por las razones que se explican en la respuesta de la pregunta 2, por lo tanto tenemos la siguiente malla:

10V – (470)ILED – VLED – VA = 0

ILED = (10V – VLED – VA)/470

ILED = (10V – 2V – 0.7V)/470

ILED = (7.3V)/470

ILED = 15.53 mA

CIRCUITO DE LA FIGURA Nº 3

A) FOCO APAGADO :

En la malla de compuerta tenemos : que al reducir el voltaje en el punto medio del potenciómetro a 0V no tendremos corriente de compuerta (IG = 0), por lo tanto el SCR esta como un interruptor abierto entre ánodo y cátodo (IAK = 0), se presenta la siguiente malla:

10V – (Rfoco)IAK – (22)IAK – VAK = 0

10V – 0 – 0 – VAK = 0

VAK = 10 V

A) FOCO ENCENDIDO :

Cuando el punto medio del potenciómetro esta a 10 V, se tiene la siguiente malla:

10 V – (470)IG – VGK = 0

IG = (10V – VGK) / 470

IG = (10V – 0.7V) / 470

IG = 19.78 mA

Luego, la corriente de compuerta es suficiente para poner a conducción al SCR, por lo tanto se tiene la siguiente malla:

10V – (Rfoco)IAK – (22)IAK – VAK = 0

10V – (20)IAK – (22)IAK – 1V = 0

10V – (42)IAK – 1V = 0

IAK = (10V – 1V)/42

IAK = 0.22 Amperios

Considerando un foco con una resistencia de 20 Ω