Informe DIODOS, RECTIFICADORES Y SCR EN DC PDF

Preview

Summary

INFORME SOBRE DIODOS, RECTIFICADORES Y SCR EN CORRIENTE CONTINUA...

Description

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

INFORME DIODOS, RECTIFICADORES Y SCR EN DC Trabajos desarrollados en laboratorio de Electrónica de Potencia I

NOMBRE: CARRERA: ASIGNATURA: ELECTRÓNICA DE POTENCIA I PROFESOR: FECHA:

ÍNDICE ¿Qué es un diodo?

1.1

Diodo semiconductor

1.2

Diodos semiconductores de potencia

1.3

Tipos de diodos de potencia

1.4

Rectificador monofásico de media onda

2.1

Usos más frecuentes

2.2

¿Qué es un tiristor?

3.1

Características de un tiristor

3.2

Tiristor en corriente continua

3.3

Aplicaciones de los SCR

4.1

Usos más frecuentes

4.2

LABORATORIO 1: EL DIODO

5.1

COMPORTAMIENTO DEL DIODO

5.2

CURVA CARACTERÍSTICA DE UN DIODO

5.3

LABORATORIO 2: RECTIFICADORES DE ½ ONDA Y ONDA COMPLETA

6.1

LABORATORIO 3: TIRISTOR (SCR) EN CORRIENTE CONTINUA

7.1

INTRODUCCIÓN: EL DIODO 1.1) ¿Qué es un diodo? Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos.

1.2) Diodo semiconductor Un diodo semiconductor moderno está hecho de cristal semiconductor como el silicio con impurezas en él para crear una región que contenga portadores de carga negativa (electrones), llamada semiconductor de tipo n, y una región en el otro lado que contenga portadores de carga positiva (huecos), llamada semiconductor tipo p. Las terminales del diodo se unen a cada región. El límite dentro del cristal de estas dos regiones, llamado una unión PN, es donde la importancia del diodo toma su lugar. El cristal conduce una corriente de electrones del lado n (llamado cátodo), pero no en la dirección opuesta; es decir, cuando una corriente convencional fluye del ánodo al cátodo (opuesto al flujo de los electrones). Al unir ambos cristales, se manifiesta una difusión de electrones del cristal n al p (Je). Al establecerse una corriente de difusión, aparecen cargas fijas en una zona a ambos lados de la unión, zona que recibe el nombre de región de agotamiento. A medida que progresa el proceso de difusión, la región de agotamiento va incrementando su anchura profundizando en los cristales a ambos lados de la unión. Sin embargo, la acumulación de iones positivos en la zona n y de iones negativos en la zona p, crea un campo eléctrico (E) que actuará sobre los electrones libres de la zona n con una determinada fuerza de desplazamiento, que se opondrá a la corriente de electrones y terminará deteniéndolos. Este campo eléctrico es equivalente a decir que aparece una diferencia de tensión entre las zonas p y n. Esta diferencia de potencial (VD) es de 0,7 V en el caso del silicio y 0,3 V para los cristales de germanio.

1.3) Diodos semiconductores de potencia Un diodo de potencia es un dispositivo de unión PN de dos terminales, por lo general una unión PN está formada por una estructura de silicio con portadores mayoritarios de cargas negativas si es N (electrones) y cargas positivas o huecos. Cuando el potencial del ánodo es positivo con respecto al cátodo se dice que el diodo tiene polarización directa y el diodo conduce. Un diodo en conducción tiene una caída de voltaje directa relativamente pequeña a través de sí mismo; la magnitud de esta caída de voltaje depende del proceso de manufactura. Cuando el potencial del cátodo es positivo con respecto al ánodo se dice que el diodo tiene polarización inversa. Bajo condiciones de polarización inversa, fluye una pequeña corriente inversa (corriente de fuga) en el rango de los micro o miliamperes, cuya magnitud crece lentamente en función del voltaje inverso, hasta llegar al voltaje de avalancha. En la siguiente figura se muestran las características V-I de un diodo en régimen permanente:

Las características de V-I se pueden expresar mediante una ecuación conocida como la ecuación de Schockley de diodo, y está dada por:

I D =I S (e

VD nV T

−1)

Donde:

ID

Corriente a través del diodo, A.

VD

Voltaje del diodo con el ánodo positivo con respeto al cátodo, V.

IS

Corriente de fuga (corriente de saturación inversa), típicamente en el rango entre 10-6 y 10-15

n

Constante empírica conocida como coeficiente de emisión o factor de idealidad, cuyo valor varía de 1 a 2. Depende del material y de la construcción física del diodo. Para el caso del Si se considera un valor n=2, para efectos matemáticos. Para diodos reales n cae entre 1,1-1,8.

VT

K∗T −19 . Donde q=2,6∗10 q −23 j T =° K =273+° C y K=1,38∗10 (carga condensador), (constante de K Bolteman). A una temperatura específica la corriente de fuga I S es una constante para Constante llamada voltaje térmico. Dado por

VT=

un diodo dado.

La característica de un diodo de potencia se puede dividir en tres regiones:   

Región de polarización directa, donde Región de polarización inversa, donde Región de ruptura, donde V D ← V ZK

V D >0 V D 0) En este caso, el diodo permite el paso de la corriente sin restricción. Los voltajes de salida y de entrada son iguales, la intensidad de la corriente puede calcularse mediante la ley de Ohm.

Polarización inversa (Vi < 0) En este caso, el diodo no conduce, quedando el circuito abierto. No existe corriente por el circuito, y en la resistencia de carga R L no hay caída de tensión, esto supone que toda la tensión de entrada estará en los extremos del diodo:

Vo = 0 Vdiodo = Vi I=0

2.2) Rectificador monofásico de onda completa Un rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir una señal de corriente alterna de entrada (Vi) en corriente de salida (Vo) pulsante. A diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una señal positiva o negativa de corriente continua.

Tensión de entrada positiva: El diodo 1 se encuentra en polarización directa(conduce), mientras que el 2 se encuentra en polarización inversa (no conduce). La tensión de salida es igual a la de entrada. Nota: los diodos en posición directa conducen altas corrientes, en posición inversa alta tensiones.

Tensión de entrada negativa: El diodo 2 se encuentra en polarización directa (conduce), mientras que el diodo 1 se encuentra en polarización inversa (no conduce). La tensión de salida es igual a la de entrada, pero de signo contrario. El diodo 1 ha de soportar en inversa la tensión máxima del secundario.

INTRODUCCIÓN: TIRISTOR O SCR 3.1) ¿Que es un tiristor? El tiristor es uno de los tipos más importantes de dispositivos semiconductores de potencia. Se utiliza de forma extensa en los circuitos electrónicos de potencia. Se operan como conmutadores biestables pasando de un estado no conductor a un estado conductor. Para muchas aplicaciones se puede suponer que los tiristores son interruptores o conmutadores ideales, aunque los tiristores prácticos exhiben ciertas características y limitaciones.

3.2) Características de un tiristor Un tiristor es un dispositivo semiconductor de cuatro capas de estructura PNPN con tres uniones PN. Tiene tres terminales: ánodo, cátodo y compuerta (gate). Cuando el voltaje del ánodo se hace positivo con respecto al cátodo, las uniones J1 y J3 tiene polarización directa o positiva. La unión J2 tiene polarización inversa (pequeña corriente de fuga de AK). Se dice entonces que el tiristor está en condición de bloqueo directo o en estado desactivado. Si el voltaje AK (V AK) se incrementa a un valor lo suficientemente grande, J2 entra en ruptura. A esta tensión se le denomina voltaje de ruptura directa (V BO). Se dice entonces que el dispositivo está en conducción o activado. La corriente de ánodo debe ser mayor que un valor conocido como corriente de enganche (I L) a fin de mantener el flujo de portadores, caso contrario el dispositivo regresa a condición de bloqueo. Una vez que el tiristor se activa, se comporta como un diodo en conducción y ya no hay control sobre el dispositivo. El tiristor sigue conduciendo, sin embargo, si se reduce la corriente de ánodo por debajo de un nivel conocido como corriente de mantenimiento (I H), el tiristor entrará en estado de bloqueo. Esta corriente es del orden de los mA y es menor que la corriente de enganche,

IH...