APOSTILA ELETRÔNICA GERAL MÓDULO - 3 O SCR - SILICON CONTROLLER RECTIFIER

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1 POSTIL RL MÓDULO - 3 UL 6 SCR - UJT - CRISTL QURTZ SCR - polarização e características SCR - trabalhando em DC e C (meia onda e completa) - acionamento trifásico UJT: polarização - caracteristicas e aplicações Cristal a quartz: características e aplicações O SCR - SILICON CONTROLLR RCTIFIR O SCR (Silicon Controller Rectifier) é um stas junções PNPN, figura 1d semicondutor que como o próprio nome diz é formam basicamente dois formado a partir do silício. Seu funcionamento é transistores, sendo o semelhante a um diodo retificador comum, e por primeiro PNP e o segundo isso ele conduz apenas num sentido de corrente, NPN, numa configuração sendo a grande diferença, um terceiro terminal que série de auto polarização irá disparar este estado de polarização para o como mostra a figura 2b. diodo ; seu aspecto físico é parecido com um sta configuração permite transistor, pois também possui 3 terminais: o anodo que uma vez DISPRDO o conjunto, através de () e catodo () como um diodo comum e mais o uma tensão ou pulso no gate (acima de 0,6V) em terceiro terminal que será o gate (), que relação ao catodo, o SCR permanecerá polarizado traduzindo chama-se porta, que irá liberar ou não como um diodo entre anodo () e catodo (), o disparo do SCR. Seu aspecto físico pode ser visto mesmo que a tensão (ou pulso) no gate na figura 1a, e seu símbolo é mostrado na figura 1b. desapareça. figura 1a TIC 106 Na figura 1c, podemos ver vários tipos de encapsulamento do SCR e na figura 1d, seu aspecto para maiores correntes. O SCR é fabricado a partir de 4 cristais semicondutores de silício dopados de modo a produzirem 3 junções PN, como mostra a figura 2a. figura 1c figura 1b figura 2a figura 2b Podemos resumir o funcionamento do SCR, quando polarizado diretamente (anodo positivo em relação ao catodo) como uma chave aberta, enquanto a tensão do gate-catodo permanecer abaixo de 0,5V, como mostra a figura 3a. Nela, o SCR está representado por 2 transistores, sendo que externamente foram acrescentados dois resistores: o 1 ligado à uma fonte de tensão e o 2 ligado do gate ao catodo, que estará aterrado; o SCR permanecerá sem ser disparado, ou como uma chave aberta entre anodo e catodo, apesar do anodo apresentar uma tensão mais positiva que o catodo. Se elevarmos a tensão no gate em forma de um pulso acima de 0,6V em relação ao catodo, fará com que o transistor NPN seja polarizado, indo à MPLIFICDORS, B, C, B - OSCILDORS - SISTMS D TRNSMISSÃO RCPÇÃO 57

2 POSTIL RL MÓDULO - 3 figura 3a 0V Um teste rudimentar para encontrar a junção gate- catodo do SCR, pode ser vista na figura 5. identificação do terminal, pode ser feita com um ohmímetro. Como a conexão interna entre gate e catodo é uma junção PN simples, um multímetro poderá indicar a continuidade entre esses terminais com a ponta de prova vermelha no gate e ponta de prova preta no catodo. saturação e ao mesmo tempo, polarize o transistor PNP, fazendo-o também saturar. Considerando agora o transistor PNP saturado, a base do transistor NPN permanecerá polarizada independente de tensão externa no gate; mesmo que o pulso que disparou o gate não exista mais, o SCR se comportará como um diodo mantendo uma tensão de aproximadamente 0,6V entre anodo e catodo, como mostra a figura 3b. Nela, temos a representação do SCR pelos transistores que agora são chaves fechadas. O SCR permanecerá gatilhado, funcionando como um diodo retificador comum, enquanto existir tensão no seu anodo e corrente circulando entre anodo e catodo. Para cortar o SCR depois que ele foi disparado por um pulso no gate, devemos tirar a tensão de polarização do anodo, ou torna-la mais baixa que a tensão de catodo; sendo assim, o SCR voltará a condição inicial de chave aberta. rede elétrica, com sua inversão de polaridade é o meio ideal para trabalhar com o SCR, pois permite o corte do componente em todo semiciclo negativo, como veremos adiante. Para exemplificar um circuito com SCR, temos a figura 4, que mostra um circuito de monitoramento para sobretensão. figura 4 ntrada R2 de tensão 1,5kW variável 0V 0,4V 1kW +12V 11,4V Led1 SC 150W figura 3b ste é um circuito auxiliar que pode ficar ligado a qualquer fonte de tensão; sua função é indicar se por algum motivo a tensão da fonte subiu acima do projetado, podendo causar algum dano ao aparelho. O gate do SCR está ligado a um divisor resistivo que o manterá com uma tensão abaixo de 0,6V BC V 0V BC 548 O led permanece apagado enquanto a tensão esiver até 5V. Quando a tensão ultrapassar os 5V o led acenderá e permanecerá aceso mesmo que a tensão retorne aos 4 ou 5V, indicando que houve um pico de sobre-tensão. 0,5V enquanto a fonte estiver com tensão de até 5V. Se a tensão da fonte tiver algum pico de tensão e sua tensão ultrapassar 5V a tensão do gate do SCR ultrapassará também os 0,5V disparando o SCR, que irá polarizar o LD ligado ao seu anodo para o terra, fazendo o mesmo acender e mantendo uma corrente sobre o SCR. Mesmo que a tensão da fonte volte aos seus 5V normais o SCR permanecerá polarizado pela corrente do LD, que ficará aceso indicando que houve um pico de sobre tensão na fonte. Para haver o apagamento do LD indicador de sobretensão, devemos desligar o equipamento, para que a tensão de anodo do SCR, fique igual à tensão de catodo, cortando-o. Identificação dos terminais gate-catodo figura 5 nsaio para teste de SCR s medições de continuidade para os outros terminais do SCR, anodo para gate e anodo para catodo, serão mostradas como se estes estivessem abertas. utilização da escala ôhmica deve ser entendida como um teste bruto e apenas para a verificação do terminal do gate-catodo, não devendo ser aplicada aos componentes ligados ao circuito. pesar disto, ainda com o componente fora do circuito há formas de verificação de seu funcionamento, como mostra a figura 6. Nela, podemos ver que a chave ligada ao anodo, é do tipo normalmente fechada, enquanto que a 58 MPLIFICDORS, B, C, B - OSCILDORS - SISTMS D TRNSMISSÃO RCPÇÃO

3 POSTIL RL MÓDULO - 3 ligada ao gate é do tipo normalmente aberta. figura 6 Podemos dizer que da forma apresentada o SCR está cortado, pois mesmo apresentando potencial positivo no anodo, proveniente do resistor ele não será disparado, pois o gate não recebe polarização. Quando pressionarmos a chave ON, ligada ao gate, permitimos polarizar o terminal com um potencial positivo, que produzirá o gatilhamento do SCR, levando seu anodo a um potencial de 0,6V acima do catodo. Com isso, praticamente toda a tensão da fonte acaba ficando sobre o resistor. Veja que para o disparo, foi necessário somente um pequeno toque na chave ON. SNSIBILIDD DO SCR nteriormente havíamos falado sobre o resistor que fica entre o gate e o catodo do SCR. Na verdade, TBL 1 TBL 2 esse resistor servirá como um ajuste de sensibilidade do componente, pois quanto menor o valor do resistor, mas tensão (ou corrente) será necessária para disparar o SCR. lguns SCR s saem de fábrica com o valor muito alto deste resistor de sensibilidade, deixando para o projetista colocar o valor conforme a necessidade. Caso o projetista não saiba deste detalhe, acabará havendo o disparo do SCR por ruídos eletromagnéticos, que podem ser derivados de rede elétrica, abertura de interruptores ou por faiscamentos provocados pelo acionamento de motores de pequeno ou grande porte. O TI06 é um SCR de altíssima sensibilidade; devido a isso, devemos colocar um resistor que reduza a sensibilidade deste componente. Na tabela 1 abaixo, podemos ver algumas características do TI06: - Repetitive peak off-state voltage: máxima tensão de pico desligado = 400 à 800V (veja a letra no final). - Repetitive peak reverse voltage: máxima tensão de pico reversa = 400 à 800V (veja a letra no final). - Continuous on-state current at (or below) 80ºC case temperature: corrente constante na temperatura de até 80ºC = 5 - verage on-state current (180º conduction angle) at (or below) 80ºC case temperature: Média de corrente com ângulo de condução de 180º - meio ciclo = 3,2 Na tabela 2, podemos ver outras características do mesmo SCR TI06D: - Repetitive peak off-state current: corrente de pico desligado = 400 u (0,4m) - Repetitive peak reverse current: corrente de pico com polarização reversa = 1m - IT ate trigger current: corrente para gatilhamento do gate = 5 (típico) 200 u (máximo) - VT ate trigger voltage: tensão de gatilhamento do gate = 0,4 à 1V; 0,6V (típico) Na figura 7, podemos ver uma situação de teste do SCR para o caso de acionamento de motores. Neste caso, a incidência de ruídos e tensões reversas é muito maior, pois dentro do motor, a ligação da tensão externa para o rotor é feita por escovas de ferrite, que no processo de liga e desliga muito rápido, gera irradiações de interferências de alta intensidade. O funcionamento é igual ao circuito anterior, quando a chave off está na MPLIFICDORS, B, C, B - OSCILDORS - SISTMS D TRNSMISSÃO RCPÇÃO 59

4 POSTIL RL MÓDULO - 3 figura 7 SCR sob teste paralelo com a carga. O objetivo do circuito é em caso de sobretensão (tensão acima do previsto), que pode ser ocasionada por uma elevação momentânea da rede elétrica, acionar o gate do SCR e com ele entrando em polarização, aumentar drasticamente a corrente do circuito até a interrupção do fusível. Nestes casos, será necessária a intervenção de técnicos que deverão trocar o fusível, pois mesmo que ele seja acessível ao usuário, o valor do fusível terá grande importância no circuito. Podemos analisar o funcionamento do circuito, partindo de uma tensão DC retificada e filtrada de +150V, logo após os filtros. Vemos que existe uma malha divisora de tensão que possui um resistor de 100k e outro de 8,2k, resultando em uma tensão de 11,4V entre os resistores. Vemos que existe um zener de 12V, ligado com seu catodo ao divisor e o anodo ao gate do SCR, que ainda possui um resistor de sensibilidade entre o gate e o catodo. Podemos afirmar que enquanto a tensão de entrada for inferior à +165V, o SCR manter-se-a cortado. Mas quando a tensão da rede apresentar uma variação acima de +165V, o SCR será disparado e o fusível aberto, inibindo a polarização para a carga. ste circuito é melhor empregado nas modernas fontes chaveadas, onde uma corrente maior, desarma a fonte sem que para isso seja necessário queimas de fusíveis. ssim, o mesmo circuito com SCR, seria utilizado e quando a tensão da fonte subisse por algum motivo, o SCR seria disparado, levando a tensão de saída à 0,6V e com isso aumentando em muito o consumo, desarmando a fonte chaveada. Para reiniciar o circuito, será posição normalmente fechada, há tensão positiva no anodo, mas o SCR estará inoperante devido à falta de pulso de disparo no gate. Quando o SCR for de alta sensibilidade, e dependendo do local onde está sendo feito o teste, poderá disparar o motor, sem que tenha sido pressionada a chave on normalmente desligada. Nos testes de sensibilidade, sem o acionamento do SCR, como mostra a figura 7, devemos provocar uma série de situações de interferência, sendo que uma das melhores é acionar um equipamento que possui motor de escovas, como um liquidificador, furadeira, batedeira, etc. Devemos aproximar o mais possível este equipamento do SCR em teste, para saber se ele não acionará a carga sem o acionamento da chave ON. Caso ocorra o acionamento, deve-se colocar um resistor entre gate e catodo, até que a interferência não incida mais sobre o circuito. pós acionado, o SCR manter-se-a nesta condição, até que o anodo seja polarizado com uma tensão igual ou abaixo do catodo ou que a corrente anodo-catodo caia abaixo de 1m. Veja que a maioria dos SCR s manter-se-ão necessário desligar a fonte da rede elétrica, polarizados desde que a corrente entre anodo e voltando o SCR ao corte. catodo mantenha-se entre 1 até 50m. Desta forma, podemos dizer que a utilização do SCR na configuração de proteção contra sobre- CIRCUITO D PROTÇÃO DSRM tensões, com transformadores de rede ou com retificações diretamente na rede, será mais comum figura 8, mostra a configuração de um SCR sendo em máquinas industriais. m circuitos de menor utilizado na saída de uma fonte de alimentação, custo, o SCR para proteção de sobretensão, será ficando ele em paralelo com a carga. Note que há utilizado em conjunto com fonte chaveadas, para um fusível entre a tensão da fonte e o SCR em que não haja a interrupção de fusíveis. figura 8 circuito de gatilhamento foi omitido para simplificar o circuito elétrico 60 MPLIFICDORS, B, C, B - OSCILDORS - SISTMS D TRNSMISSÃO RCPÇÃO

5 POSTIL RL MÓDULO - 3 pesar de termos até agora tratado do SCR em corrente contínua, suas maiores aplicações são em corrente alternada, principalmente ligado á rede elétrica, como mostra a figura 9. figura 9 UTILIZÇÃO DO SCR M FONTS D CORRNT LTRND (Carga) Na figura 11, podemos ver como o dimmer mais básico funciona. Quando começa o semiciclo positivo da rede, o anodo do SCR recebe também a tensão mais positiva; mas, como o capacitor colocado entre gate e catodo, está começando sua carga, é como se fosse um curto, não permitindo que o SCR seja gatilhado. pós um determinado tempo, quando o semiciclo positivo da rede vai chegando ao meio, a tensão sobre o capacitor figura 11 Nela vemos que uma determinada carga fica em série com o SCR, sendo necessário que o SCR, além de possuir um potencial mais alto no anodo em relação ao catodo, ainda necessitará de um pulso positivo no gate. figura 10 mostra que, à partir do momento que a rede elétrica vai colocando o anodo do SCR mais positivo que o catodo, é gerado um pulso positivo no gate, via diodo, e com isso o SCR é quase imediatamente disparado, levando os semiciclos positivos da rede para a carga. (corrente carga) figura 10 chega a 1,2V, tensão suficiente para o gatilho do SCR, levando seu anodo ao potencial negativo e com isso colocando a tensão sobre a carga, como mostra a forma de onda. Veja que durante um tempo, a onda permanece no eixo zero, e após o gatilho, vai para praticamente a tensão da rede, que permanece assim, até que o semiciclo positivo termine, o que também causa o corte do SCR (tensão no anodo mais baixa que no catodo). Podemos alterar a quantidade de energia levada à carga, controlando o tempo em que o SCR é gatilhado, como mostra a figura 12. Se diminuirmos o valor do potenciômetro que está em série com o (tensão da rede C) Podemos observar que a cada início do ciclo positivo, há uma pequena demora para que a tensão apareça sobre a carga. sta é a somatória da tensão necessária para o gate, mais a tensão de queda no diodo de polarização. lém disso, note que a figura apresenta uma tensão um pouco menor sobre a carga, em relação a senoide que está ocorrendo na rede elétrica, isto se deve à pequeníssima diferença de 0,6V que cai sobre o anodo e catodo do SCR. Uma outra observação quanto à figura é que para a carga, somente estão indo os semiciclos positivos figura 12 limiar da tensão de gatilho capacitor de carga, iremos carregar o capacitor mais rápido e com isso gatilhar também mais rápido o SCR, que colocará um pouco mais do semiciclo do sinal, sendo bloqueados os semiciclos positivo sobre a carga. Se a carga for uma lâmpada, negativos. Mas, o aluno deve estar se perguntando: acenderá um pouco mais. Mas para que um SCR se um diodo comum levaria Já na figura 13, aumentamos o valor do também somente pulsos positivos para a carga? a potenciômetro de ajuste do tempo de carga do resposta é que poderemos controlar o ponto em que capacitor, e agora, levará mais tempo para que o o SCR é disparado no semiciclo positivo e assim, SCR seja gatilhado e com isso, haverá menor controlar a quantidade de energia disponível para a porção do semiciclo positivo sendo entregue à carga, criando o que se chama no mercado de carga. dimmer ou controlador de potência entregue à figura 14, mostra a comparação entre a senoide carga. MPLIFICDORS, B, C, B - OSCILDORS - SISTMS D TRNSMISSÃO RCPÇÃO 61

6 POSTIL RL MÓDULO - 3 figura 13 figura 16a SC SCR2 figura 14 (tensão sobre o capacitor) da rede elétrica e o que ocorrerá com a carga do capacitor de tempo. Inibindo completamente ruídos aleatórios: a figura 15, mostra uma configuração em que o gate do SCR poderá ser gatilhado a partir de um pulso induzido em um secundário de um pequeno transformador. O secundário do transformador terá uma resistência ôhmica muito baixa, impedindo assim, que qualquer ruído ou interferência, mesmo muito intensa, possa gatilhar aleatoriamente o SCR. rede começa a subir (em tracejado) a tensão sobre a carga (linha cheia) é de zero volt. Um pouco antes do pico positivo, acontece um pulso de disparo no gate do SC, fazendo com que ele passe a ser um curto (fica uma tensão de 0,6V entre anodo e c a t o d o ), e c o m i s s o a t e n s ã o s o b e instantaneamente para quase 130V. Notem que mesmo que o pulso de acionamento do gate termine, como mostra a figura, o SC ainda continuará em polarização até que a tensão de anodo caia para zero volt. Quando começa o semiciclo negativo, que corresponde a inversão da polaridade de tensão da senoide da rede tensão levada à carga pulsos de disparo para o gate do SC pulsos de disparo para o gate do SCR2 nível de disparo para o SCR2 figura 16b nível de disparo para o SC rede elétrica, começa a subir a tensão no anodo do SCR2, sendo que ele mantem-se cortado, gerando zero volt sobre a carga. Quando dizemos que a tensão começa a subir no anodo e a forma de onda figura 15 apresenta um tracejado que cai de amplitude, entenderemos que o eixo zero será a referência de tensão, sendo que tudo que for acima do eixo, será aumento de tensão, e o que for abaixo do eixo, também será aumento de tensão, somente com INVRSÃO D POLRIDD. ssim, com o aumento da tensão do semiciclo UTILIZNDO SCR S CONFIURDOS PR OS negativo, antes de chegar ao pico máximo negativo, DOIS SMICICLOS D RD haverá o disparo do SCR2, com um pulso em seu gate, fazendo-o uma chave fechada e com isso Podemos utilizar dois SCR s para acionar um levando a tensão da rede à carga. Mesmo com a controle de potência para a carga utilizando os dois parada do pulso do gate, o SCR2 continuará semiciclos da rede elétrica, como mostra a figura polarizado até que a tensão da 16a. Quando houver o semiciclo de tensão positiva, rede volte a ser zero volt. Logo, figura 17 o SC será gatilhado permitindo a circulação de teremos um controle de corrente pela carga (esquerda para a direita). potência ou tensão para a Quando houver a inversão da polaridade da rede, o carga nos dois semiciclos da SCR2 será gatilhado, permitindo assim a circulação rede. de corrente em sentido inverso ao anterior (da O TRIC, mostrado na figura direita para a esquerda). 17, com sua forma física e seu Considerando agora, a forma de onda da figura 16b, símbolo, nada mais é do que podemos dizer que quando o semiciclo positivo da d o i s S C R s n o m e s m o 62 MPLIFICDORS, B, C, B - OSCILDORS - SISTMS D TRNSMISSÃO RCPÇÃO

7 POSTIL RL MÓDULO - 3 invólucro, sendo excitado por uma única porta, que gatilhará os dois SCR s internos. No módulo 7 e 8 da CT eletrônica falaremos mais sobre este componente. UTILIZÇÃO DO SCR M RTIFICÇÃO M OND COMPLT Uma outra forma de utilização do SCR é retificar a tensão de rede, controlando o nível da tensão que vai para a carga. Na figura 18, podemos ver uma retificação em onda completa, onde a carga receberá uma corrente contínua variável podendo alterar o tempo de disparo dos SCR s. mesmo circuito, mas agora com nos pulsos de disparo dos SCR s. Neste caso, a senoide será disparada após determinado tempo, entregando pouco menos de 1/3 de energia para a carga. O controle do disparo dos SCR s ou TRIC s é muito utilizado no dimmer para chuveiros, onde à partir de um potenciômetro podemos controlar a temperatura da água. figura 18c senoide da rede tensão levada à carga pelo SCR 4 e SCR2 tensão levada à carga pelo SCR 3 e SC figura 18 pulsos de disparo para o gate do SCR4 e SCR2 pulsos de disparo para o gate do SC e SC Vamos acompanhar o funcionamento da figura 18 através das formas de onda da figura 18b. Quando a rede elétrica estiver no semiciclo positivo, todos os quatro SCR s estarão cortados, mas SCR2 e SCR4 estarão polarizados diretamente, mas ainda não gatilhados. Quando surgir os pulsos de disparos nos gates do SCR2 e SCR4, estes serão polarizados, levando tensão á carga, cuja energia sobre a carga pode ser visto como cinzas. Quando a tensão da rede se inverte, o SCR2 e SCR4 cortam, começando novo semiciclo. Novamente todos os SCR s estarão cortados, mas o SC e SC, estarão com seus anodos recebendo potencial positivo. Quando chegam pulsos de acionamento para estes SCR s eles são polarizados levando tensão à carga. Podemos ver que a indicação da tensão sobre a carga, para o semiciclo positivo ou negativo é sempre no mesmo sentido, indicando que temos uma corrente contínua variável. figura 18b senoide da rede tensão levada à carga pelo SCR 4 e SCR2 tensão levada à carga pelo SCR 3 e SC O modo de disparo destes SCR s mostrados nas figuras anteriores, pode ser visto na figura 19 e 20. Na figura 19, temos o acionamento dos gates dos SCR2 e SCR4, sendo o ponto comum do circuito de gatilhamento o lado positivo da carga. Neste caso, o circuito não funcionaria, pois considerando que temos um determinado pulso positivo do catodo para o gate do SCR4, o catodo do SCR2 será lançado em um potencial bem negativo, tendo o gate que ser de somente 0,6V acima do catodo. ssim, fica muito complicado excitar os dois SCR s simultaneamente. figura 19 Uma das melhores formas encontradas de acionamento de circuitos desse tipo é utilizar pequenos transformadores de pulsos, onde nos primários, temos um enrolamento que vai ligado ao gerador dos pulsos de gatilhamento e os secundários, são independentes e isolados entre sí, para poder acompanhar as variações da tensão do pulsos de disparo para o gate do SCR4 e SCR2 pulsos de disparo para o gate do SC e SC Na figura 18c, temos outras formas de onda para o figura 20 MPLIFICDORS, B, C, B - OSCILDORS - SISTMS D TRNSMISSÃO RCPÇÃO 63

8 POSTIL RL MÓDULO - 3 catodo, visto que os pulsos para os gates, sempre indução deste transformador. Quando o transistor terão relação com o catodo. Q1 satura momentaneamente, o lado de baixo do pesar de na figura os transformadores serem primário é levado à massa, significando que o ponto independentes, poderemos usar um único primário onde está o círculo, fica com potencial positivo. No e quatro enrolamentos independentes para acionar secundário, onde estão posicionados os círculos os 4 SCR s da malha, como mostra a figura 20b. pretos, terão a criação de uma potencial positivo e Nela temos um circuito eletrônico formado por 3 com isso permitirão o gatilhamento dos quatro transistores, que trabalham na formação e no SCR s. pesar disto, e de acordo com o semiciclo dos pulsos de gatilhamento. da rede, somente dois SCR s estarão em condições rede elétrica, além de ir á ponte de SCR s, de polarização, pois os anodos estarão positivos também vai a outra ponte de diodos retificadores de em relação ao catodo. ssim, o SC, que em pequena corrente, que criarão a forma de onda determinado instante, recebe polarização positiva mostrada, que são semiciclos positivos. À partir de em seu anodo, bem como o SC, que recebe, vamos filtrar estes semiciclos em, formando polarização negativa em seu catodo, criarão uma tensão de 12V estabilizada por ZD1, que condições para circulação de corrente pela carga. polarizará todo o circuito. ssim, quando surgir o pulso de disparo, que incide través de R2, as variações dos semiciclos sobre os 4 SCR s, somente os dois anteriores serão positivos, formarão uma variação parecida com a gatilhados. dente-de-serra, que chega até a base do transistor Quando a tensão de rede inverter, o anodo de SCR4 Q2. Temos o transistor Q3, que recebe uma tensão receberá potencial positivo no anodo, enquanto o fixa na base, mas que através de um ajuste manual, SCR2 receberá potencial negativo em seu catodo, esta tensão pode ser aumentada ou diminuída. À levando corrente à carga. partir da tensão da base, será definida a tensão de corrente que circulará pela carga, terá sempre o emissor e caso a tensão de base esteja baixa, o mesmo sentido, apesar de não ser uma contínua transistor Q3 estará saturado, ou seja, a tensão de pura (filtrada ou constante), mas variável de acordo coletor será a mesma do emissor. Com a variação com os semiciclos retificados da rede elétrica. da tensão de base de Q2 para nível positivo, chegará um instante em que a tensão de base SCR M RD TRIFÁSIC conseguirá ser maior do que a tensão de base de Q3, levando este ao corte, elevando a tensão de Poderemos ainda utilizar os SCR s em tensões de coletor para 12V e com isso produzirá a excitação rede trifásicas, ou seja, com 3 fases para gerar uma para a base do transitor Q1, que saturará muito alimentação para a carga mais constante e com rapidamente. maior poder de corrente. Na figura 21 Podemos notar que o transformador T, apresentamos a rede trifásica (3-phase source), apresenta um pequeno círculo preto, do lado de que terá 220Vac em cada fase em relação a um cima do transformador, que representará a fase de neutro. Na rede normal bifásica, quando fazemos RD LÉTRIC figura 20b SC D4 D1 T D2 D3 + SCR2 SC Q1 ZD1 C2 Q1 R2 Q2 C3 R4 Q3 R5 R6 P1 R7 - SCR4 64 MPLIFICDORS, B, C, B - OSCILDORS - SISTMS D TRNSMISSÃO RCPÇÃO

9 POSTIL RL MÓDULO - 3 figura 22: sta figura apresenta uma rede trifásica sendo retificada com 6 diodos comuns, gerando um menor ripple para a carga. figura 23: sta figura apresenta uma rede trifásica sendo retificada com 6 SCR s, que através dos pulsos de controle poderão controlar a enrgia entregue à carga. uma retificação em onda completa, a tensão de cada um dos semiciclos chega a zerar a tensão, o que dá a eles um defasamento de 180º; somente após isso novo ciclo começa. Nas redes trifásicas, zero grau (0º) 120 graus as três fases da rede trifásica 240 graus a retificação da rede trifásica cada fase possui um defasamento de 120º, ou seja, antes de uma das fases zerar, outra fase já apresentará pouco mais de 50% de sua tensão. Isto é altamente vantajoso se considerarmos um motor que deve ser alimentado pela figura 23a figura 23b ripple figura 23c rede elétrica C, onde na rede comum, há a interrupção da alimentação para que outra fase comece, ou se ligado à rede elétrica trifásica, onde não há uma interrupção nesta alimentação. Isto diminui a corrente geral consumida. Na figura 23a, podemos ver que a rede trifásica também pode ser retificada, usando-se 6 diodos retificadores, resultando em uma tensão DC variável, mas com um ripple inferior a 50% da tensão total de pico e sem capacitores de filtro. Já na figura 23b, podemos ver uma rede trifásica utilizando retificação em onda completa com SCR s e estes podendo ser disparado em um determinado tempo. Na figura 23c, podemos ver como ficaria a energia aproveitada, como os SCR s sendo disparados em um determinado tempo. Os SCR s utilizados na rede trifásica, podem gerar um controle de tensão e corrente para uma carga do tipo motor trifásico, com partidas muito mais suaves destes motores que chegam a consumir 6 vezes mais corrente na partida. stes dispositivos são chamados de SOFT-STRTers e serão vistos em detalhes no módulo 7 do Curso da CT letrônica. Por enquanto, o aluno poderá pesquisar sobre o assunto na internet, digitando nos buscadores a palavra soft-start. MPLIFICDORS, B, C, B - OSCILDORS - SISTMS D TRNSMISSÃO RCPÇÃO 65

10 POSTIL RL MÓDULO - 3 UJT -TRNSISTOR UNIJUNÇÃO No começo da apostila estudamos o transistor tensão de emissor não ultrapassar a tensão do bipolar de junção (TBJ) ou simplesmente transistor, meio das bases (catodo do diodo), não haverá que tinha suas características próprias como de corrente entre emissor e as bases. Já, entre base 1 funcionar como amplificador de corrente ou como e base 2, existirá uma resistência intrínseca ao uma chave eletrônica. Verificamos também seu material semicondutor representada pela soma de funcionamento em diversos circuitos e aplicações Rb1 com Rb2 (que são fixas) e RV que depende da diferentes. corrente emissor-base1; portanto mesmo sem Vamos agora estudar outro tipo de transistor, que corrente emissor-base haverá condução de uma funciona completamente diferente do transistor pequena corrente entre Base1 e Base 2. Para bipolar e tem sua aplicação principal na área de melhor visualizar o que estamos falando vamos controle de equipamentos ou motores. avaliar o circuito da figura 26. Seu simbolo pode ser visto na figura 24b e seu aspecto físico é mostrado na figura 24a, que é igual figura 26 figura 27 aos transistores bipolar. +12V +12V R2 B2 B1 B2 MISSOR BS 2 BS 1 B1 figura 24a figura 24b ste circuito é um oscilador, que tem como base de Podemos ver pelo símbolo da figura 24b que o tempo a carga e descarga de. Para explicar seu transistor unijunção é realmente como o nome diz, funcionamento vamos substituir T1 (UJT) pelo seu uma única junção, pois ele possui apenas base e modelo baseado em resistores e diodo da figura 27. emissor, apesar de possuir 3 terminais. Sua Inicialmente, quando ligamos o circuito com tensão constituição interna pode ser vista na figura 25a, de 12Vdc, o capacitor está descarregado e portanto onde podemos ver que o UJT tem apenas dois comportar-se-á como um curto, mantendo blocos semicondutores: o primeiro é um cristal (inicialmente) 0 volt sobre ele e o transistor dopado com polaridade N, de onde tiraremos a cortado (sem corrente emissor-base1 como Base 1 e Base 2; o segundo, um cristal de menor mostra a figura 28a). Neste instante inicial temos dimensão dopado com polaridade P, incrustado no praticamente 0V em B1, e 12V em B2; começa primeiro cristal, formando a junção emissor-base então a circular por uma forte corrente I1 (igual a um transistor comum). começando a carga de. Para entendermos melhor o funcionamento deste transistor vamos substitui-lo por um modelo +12V +12V figura 28a baseado em resistores e diodo, como mostra a figura 25b. R2 12V figura 25b I1 B2 figura 25a 6V B1 missor Base 1 N Rb1 Rv 6V T1 R2 B2 B1 B1 Rv 10kW 0V T1 B2 B1 I1 vai diminuindo, mas continua sendo carregado, e sua tensão ainda não conseguiu polarizar diretamente a junção baseemissor de T1 e com isso T1 permanece cortado e a tensão na Base 1 continua baixa. Rb2 Com o passar do tempo, vai se carregando e a tensão de emissor de T1 vai aumentando e I1 diminuindo gradativamente enquanto se Base 2 B2 carrega; mas, enquanto a tensão do emissor () de T1 não ultrapassar a tensão da junção emissor- Nesta figura temos a junção emissor-base base (aproximadamente a média da tensão entre representado por um diodo; portanto enquanto a Base 1 e Base 2) o transistor T1 permanecerá 66 MPLIFICDORS, B, C, B - OSCILDORS - SISTMS D TRNSMISSÃO RCPÇÃO

11 POSTIL RL MÓDULO - 3 cortado (figura 28b). Quando a tensão sobre ultrapassar (em 0,6V) a 0V tensão da junção base-emissor começará a circular uma corrente entre emissor e Base 1 alterando o equilíbrio entre lacunas e elétrons do material da Base 1 fazendo a resistência Rv diminuir bruscamente (de aproximadamente 10k para 10 ou 100 ohms) e com isso, circulará também entre Base 1 e Base 2 uma corrente I2 fazendo o transistor saturar ; começa então a descarga de mantendo a corrente emissor-base1 e fazendo a tensão da Base 1 subir e a tensão da Base 2 cair, como mostra a figura 28c. Quando o capacitor descarregar, T1 volta a cortar e recomeça o ciclo com nova carga de. figura 28c 7V I1 +12V +12V R2 B2 B1 +12V +12V Ie I2 I2 12V 6V Rv 10kW 7V Rv 10W 0V 6,4V 6V figura 28b Capacitor descarregado e T1 cortado, o emissor está polarizado com tensão reversa mantendo T1 cortado e consequentementa a corrente entre Base 1 e Base2 é muito baixa, praticamente 0. Começa a carga de com a corrente I1. Quando atinge uma tensão 0,6V acima da junção da base com o emissor T1 dispara como um SCR. Com a corrente emissor-base1 a resistência equivalente Rv da base1 irá cair rapidamente gerando uma forte corrente entre Base 2 e Base1 fazendo a tensão da Base 1 subir e começando a descarga de. Quando descarregar T1 voltará a cortar e recomeçar o ciclo com nova carga de. do transistor unijunção (UJT) pois ele é conhecido como oscilador de relaxação e é fortemente empregado na área industrial como controlador de equipamentos e motores. Devido a suas características o UJT não pode ser empregado em circuitos amplificadores como o transistor bipolar, sendo que também não encontramos UJT PNP ou NPN. le pode ser resumido como um SCR que dispara quando sua tensão de emissor é alta, mas a grande diferença estará no fato de que, se sua tensão de emissor voltar a cair, ele volta a ficar cortado. Já para o SCR, uma vez disparado, permanece sempre disparado (até que se interrompa a corrente entre anodo e catodo). Na figura 29, temos o circuito do oscilador com suas formas de onda no emissor e na Base 1. figura 29 Oscilador de relaxação baseado na carga e descarga de e no disparo do transistor UJT (T1). +12V +12V ste circuito (fig 29) é a configuração básica de uso do UJT onde podemos acrescentar um transistor buffer na saída da Base 1 e formarmos um oscilador; ou acrescentar um SCR e formarmos um controlador de velocidade para um motor, variando faremos a largura do pulso aumentar ou diminuir controlando o disparo do SCR, entre outros usos. Temos na figura abaixo, um oscilador formado por um unijunção, que fará variar a tensão sobre um diodo varicap, que estará ligado a um circuito modulador de FM que fará a transmissão da portadora com variações na frequência central, ste circuito é um oscilador, e resume o uso básico como veremos a partir da aula 9. T1 R2 B1 B2 Saída MPLIFICDORS, B, C, B - OSCILDORS - SISTMS D TRNSMISSÃO RCPÇÃO 67

12 POSTIL RL MÓDULO - 3 CRISTL QURTZ O cristal é um componente eletrônico desenvolvido metais, onde serão soldados os terminais, como a partir do efeito piezoelétrico dos materiais mostra a figura 31. cristalinos. Seu emprego na eletrônica está ligado Olhando para a figura 31 podemos ver que esta diretamente aos osciladores e filtros, sendo que na configuração é a mesma de um capacitor que terá figura 30a, temos seu aspecto físico e na figura 30b como dielétrico isolante o próprio cristal; ficamos seu símbolo. então, como circuito equivalente do cristal, um Um material pode ser circuito oscilador isolado por um capacitor. Veremos chamado de cristal na próxima aula, como um indutor em conjunto com q u a n d o t e m u m a um capacitor, forma um configuração estrutural circuito oscilador. Logo, figura 32 dos átomos em forma podemos substituir o de rede geométrica cristal por um circuito L bem definida, com equivalente como o C2 ligações geralmente mostrado na figura 32. covalentes, formando Pelo circuito equivalente figura 30a uma rede cristalina. podemos concluir que o Os cientistas Pierre e cristal não permite a Jacques Curie descobriram que os cristais passagem de corrente elétrica, e se colocado num possuem um efeito que foi chamado de circuito de corrente contínua funcionará com uma PIZOLÉTRICO; que consiste basicamente em chave aberta, sendo seu funcionamento ligado figura 30b produzir tensão elétrica a partir de diretamente a sinais alternados. deformações mecânicas no material O material mais usado na fabricação de cristais é o cristalino, ou seja, se o cristal for QURTZO, que dependendo do formato do corte comprimido (pressionado), produzirá pode produzir cristais que terão uma oscilação u m a d i f e r e n ç a d e p o t e n c i a l natural que poderá variar de 1kHz a 130MHz. Na proporcional à vibração das moléculas próxima aula, veremos exemplos de circuitos do cristal, gerando energia elétrica. osciladores com cristais. s t e e f e i t o é u t i l i z a d o n o s Na figura 33, podemos ver um micro circuito acendedores portáteis de fogão tipo integrado, feito especialmente para funcionar como magiclick. circuito oscilador, ligado a um cristal a quartzo. Nos O efeito contrário também é verdadeiro, se pinos 2 e 3 são ligados os pinos do cristal, sendo a submetermos um cristal a uma diferença de tensão de alimentação feita no pino 9 e a saída da potencial, suas moléculas irão vibrar (oscilar) a uma frequência do oscilador, feita pelo pino 8. frequência bem determinada, que dependerá figura 31 figura 33 CRISTL do tipo do cristal (material) MTL e da sua geometria de corte (tamanho). ste s e g u n d o e f e i t o é aproveitado na eletrônica p a r a c o n t r o l a r o s osciladores e dar maior p r e c i s ã o a e l e s. O componente eletrônico é fabricado a partir de uma lâmina de cristal presa entre duas camadas de VIST INTRN D VÁRIOS TIPOS D CRISTIS UTILIZDOS M LTRO 68 MPLIFICDORS, B, C, B - OSCILDORS - SISTMS D TRNSMISSÃO RCPÇÃO