I.- OBJETIVO:

1) Familiarizarse con el TRIAC, DIAC y SCR.

2) Determinar experimentalmente algunas de sus características.

II.- CUESTIONARIO:

1).- Haga una introducción teórica del TRIAC y del DIAC.

DIAC

DIAC o Diode Alternative Current. Es un dispositivo bidireccional simétrico, o sea, sin polaridad con dos electrodos principales: MT1 y MT2, y ninguno de control. Es un componente electrónico que está preparado para conducir en los dos sentidos de sus terminales, por ello se le denomina bidireccional, siempre que se llegue a su tensión de cebado o de disparo.

Funcionamiento: 

Figura 1. Curva característica del DIAC 

En la curva característica tensión-corriente se observa que: -V(+ ó -) < Vb0 , el elemento se comporta como un circuito abierto. -V(+ ó -) > Vb0 , el elemento se comporta como un cortocircuito.

Hasta que la tensión aplicada entre sus extremos supera la tensión de disparo Vb0; la intensidad que circula por el componente es muy pequeña. Al superar dicha tensión la corriente aumenta bruscamente, disminuyendo como consecuencia la tensión.

Aplicaciones

Se emplea normalmente en circuitos que realizan un control de fase de la corriente del triac, de forma que solo se aplica tensión a la carga durante una fracción de ciclo de la alterna. Estos sistemas se utilizan para el control de iluminación con intensidad variable, calefacción eléctrica con regulación de temperatura y algunos controles de velocidad de motores.

Figura 2. El DIAC se puede usar para activar un TRIAC

La forma más simple de utilizar estos controles es empleando el circuito representado en la Figura, en que la resistencia variable R carga el condensador C hasta que se alcanza la tensión de disparo del DIAC, produciéndose a través de él la descarga de C, cuya corriente alcanza la puerta del TRIAC y le pone en conducción. Este mecanismo se produce una vez en el semiciclo positivo y otra en el negativo. El momento del disparo podrá ser ajustado con el valor de R variando como consecuencia el tiempo de conducción del TRIAC y, por tanto, el valor de la tensión media aplicada a la carga, obteniéndose un simple pero eficaz control de potencia.

TRIAC

Un TRIAC o Triodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la familia de los tiristores. La diferencia con un tiristor convencional es que este es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna.

Su nombre viene del término TRIode for Alternating Current = Triodo Para Corriente Alterna.

Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dos SCR en direcciones opuestas. Posee tres electrodos: MT1, MT2 (en este caso pierden la denominación de ánodo y cátodo) y puerta (G). El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al electrodo de puerta.

Funcionamiento del TRIAC

 El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente a la patilla puerta. Un pulso (corriente) en la puerta y el triac funcionará como un conductor. Conducirá corriente en una u otra dirección. Veamos porqué.

Figura 3. El triac puede pasar corriente en los 2 sentidos

 Fíjate cuando tenemos polarizado el MT1 al positivo y el MT2 al negativo (representado en la imagen de color rojo). Hemos llamado a los dos tiristores SCR1 y SCR2. Podemos pensar también que son dos diodos aunque sean dos tiristores.

 Si pensamos como si tuviéramos dos diodos (scr1 y scr2), resulta que el scr2 está polarizado directamente y conduce, el scr1 está polarizado inversamente y no conduce o no permite el paso de la corriente a través de él. En este caso el sentido de la corriente de salida será hacia arriba, representada de color rojo.

Si ahora cambiamos la polaridad del triac, es decir ponemos el - en MT1 y el + en MT2 (de color azul) ahora el que conduce es el scr1 y scr2 no conduce. La corriente de salida tendrá el sentido hacia abajo o la representada de color azul.

 Como ves, cualquiera que sea la dirección (o polaridad) de la corriente de salida que intenta pasar por el triac, esta puede pasar.

 Cualquiera que sea la dirección de la corriente que intenta pasar por el triac, si el triac está activado, se comportará como un conductor, dejando que esta fluya. Se comporta como un interruptor cerrado.

 Si trabajamos con una corriente alterna, la polaridad del triac irá cambiando según el ciclo de la onda senoidal de la ca, pero en ambos casos el triac funciona. Por este motivo es ideal para utilizar en c.a.

Figura 4. Funcionamiento del triac

Como ves en la imagen el triac conduce en las zonas marrones de la gráfica. Al principio no conduce ya que al ser dos scr o tiristores necesitan una corriente mínima para que se comporten como conductores. Ojo esta corriente mínima no tiene nada que ver con la de activación (Igt). Es una corriente que necesita el tiristor para comportarse como conductor. Recuerda que la onda de corriente alterna senoidal tiene una frecuencia (se repite) de 50Hz, es decir se repita 50 veces cada segundo, por lo que ese pequeño espacio que no conduce casi no se nota.

 ¿Cuándo dejará de circular corriente por el triac? Solo cuando la corriente que pasa por los diodos caiga por debajo de un cierto valor llamado corriente umbral o de mantenimiento, o si de alguna forma somos capaces de cortar la corriente totalmente. Esta segunda forma se podría hacer colocando a la salida del triac un pulsador o interruptor cerrado y al pulsarlo que se abra y corte la corriente por el triac (como en la siguiente imagen).

Figura 5. Configuración de un circuito con un triac

¡OJO! Aunque ahora dejemos otra vez el interruptor cerrado, en su posición inicial, ya no circulará corriente por el triac hasta que de nuevo volvamos a meter la corriente de activación por la puerta.

 Entonces tenemos una corriente de activación, necesaria para activar el triac a través de la puerta. Esta corriente se suele llamar Igt.

También tenemos una corriente de salida que pasa por el triac, que puede ser en un sentido o en otro. Esta corriente se suele llamar Ih, positiva o negativa en función de su sentido. Esta se suele llamar corriente normal de trabajo.

 Estos valores dependen de cada triac y se pueden ver en la hoja de datos proporcionada por el fabricante.

 Es importante conocerlas y saber las corrientes máximas que puede soportar el triac para no sobrepasarlas ya que podríamos quemar el triac. También conocer las patillas sin son el ánodo 1, el 2 o la puerta.

 Aquí puedes ver un triac real.

Figura 6. Forma de un TRIAC real

Todo esto que hemos dicho para corrientes podría trasladarse de idéntica manera para las tensiones. Por ejemplo, corriente mínima de activación, se podría trasladar a tensión mínima de activación entre la puerta y otro de los dos terminales del triac o que el triac dejará de conducir cuando la tensión entre los dos ánodos baje por debajo de un umbral.

 Fíjate en la curva de disparo para tensión y corriente en un triac:

Figura 7. Curva de disparo de un TRIAC

Lógicamente un triac no tiene solo una tensión de disparo, a partir de la mínima podemos activarlo con cualquier otra tensión o corriente por gate.

 Pero todo esto explicado con las tensiones lo puedes ver mucho mejor explicado en el video de la parte de abajo.

Aplicaciones del TRIAC

El triac es fácil de usar y ofrece ventajas de coste sobre el uso de dos tiristores para muchas aplicaciones de baja potencia. Cuando se necesitan potencias superiores, casi siempre se utilizan dos tiristores colocados en "anti-paralelo".

 Son múltiples los usos del triac, pero por citar algunos:

 - Para reguladores de luz.

 - Para controles de velocidad de un ventilador eléctrico.

 - Para los controles de motor pequeños.

 - Para el control de pequeños electrodomésticos.

 - Para el control de temperatura, control de iluminación, control de nivel de líquido, los circuitos de control de fase, interruptores de potencia, etc.

2).- Simule con Multi Sim cada uno de los circuitos de esta experiencia, y presente resultados; para así saber que es lo que observará en la práctica.

3).- Armar el circuito de la Fig.1.

Figura 8. Circuito esquemático 1

4).- Aumentar la tensión de alimentación empezando de cero voltios, tomar datos de corriente y tensión a través del diac aumentar la tensión de alimentación de 2 en 2 voltios hasta llegar a 50 voltios. Tomar los datos de corriente y tensión.

Figura 9. Circuito esquemático 1 en Multisim

A continuación, se muestra una tabla con los valores de la corriente y tensión del diac según se aumenta la tensión de alimentación.

5).- Invierta el diac y repita el paso anterior.

Figura 10. Circuito esquemático con el diac invertido

Ahora cambiamos de estados los switches para invertir el diac.

A continuación, se muestra una tabla con los valores de la corriente y tensión del diac según se aumenta la tensión de alimentación.

6).- Diseñe el circuito de la Fig.2.

Figura 11. Circuito esquemático 2.

7).- Considerando las características del Triac que va a usar, determine R CARGA (de 3 a 5 watios), R1 y R2

• Calculo teórico del Angulo de disparo del Triac

Tenemos que el voltaje Vrms de la fuente es de 6.7v, además nos piden una potencia en la carga de entre 3 a 5 w, razón por la cual escogemos Rcarga=10 Ω. 

P1=V2R=6.7V-0.7V210= 3610=3.6 W

En primer lugar, consideramos que la resistencia interna del Triac es 0Ω.

Sabemos (por el datasheet) que la corriente mínima para que el Triac 2n6073BG se active es de:

I=3mA

• La corriente Igate del circuito será:

Igate=Vfuente-VgateRcarga+R1+Rpot=6.72-1.5v10+10+Rpot

• Hallamos  R1 en base al valor Igate máxima (Rpot=0):

Igate=Vfuente-VgateRcarga+R1+Rpot=6.72-1.5v10+10+0=398mA

Por el terminal gate circulara una corriente máxima de 398mA, suficiente para activar la Triac.

• Hallamos el valor de Rpot cuando Igate es mínima, recordar que la corriente mínima es de 3 mA:

Igate=Vfuente-VgateRcarga+R1+Rpot=6.72-1.5v10+10+Rpot=3mA

Resolviendo la expresión nos resulta un valor de Rpot aproximado de 2.65 K Ω, para poder visualizar una corriente mucho menor que 3 mA y que para algunas condiciones no se active el Triac (comparar experimentalmente cuando se activa o no el Triac), utilizaremos un valor mayor para Rpot que en este caso será de 5 K Ω.

8).- Indicar el propósito de R1 y R2.

La resistencia R1 nos representa nuestra carga que alimentara la fuente y delimitara la corriente que consuma nuestro circuito, si no es colocada circulara una gran corriente entre el ánodo y el cátodo del Triac dañándolo.

La resistencia R2 se pone por una cuestión de proteger al TRIAC. En el caso que no exista esta resistencia y si el potenciómetro se pone a 0% (Rpot=0), pasaría mucha corriente (sobrecarga) por el gate del SCR. Si teniendo en cuenta las características del tiristor no está diseñado para recibir tanta corriente que podría dañarse. 

Además, existe otra cuestión: sin el R2 y si el potenciómetro se encuentra en 0% (Rpot=0) el SCR aparte de dañarse no se activaría, ya que la corriente pasaría por el gate hasta el cátodo (ya que este camino no presenta resistencia).

7).- Haciendo uso del osciloscopio obtenga las ondas de V A2A1 ,V GA1 y V CARGA , para 3 valores diferentes de R2. 

Esta pregunta se junta con la pregunta 8.

8).- Explicar las ondas obtenidas.

A continuación, se presentan tres gráficas de Vak para diferentes valores de R2.

• Para Rpot=700 Ω (14%) : 

Figura 12. Voltaje entre ánodo-cátodo del Triac para R2=700 Ω.

• Para Rpot=2500 (50%) : 

Figura 13. Voltaje entre ánodo-cátodo del Triac para R2= 2500Ω .

• Para Rpot=4000 (80%) : 

Figura 14. Voltaje entre ánodo-cátodo del Triac para R2= 4000Ω .

Se acaba de mostrar 3 graficas de los voltajes entre ánodo y cátodo del Triac para distintos valores de R2. Como se aprecia la onda cada vez que se aumenta el valor de R2 va tomando mayor área, esto se debe a que según R2 sea mayor, la corriente que ingresa por el Gate (Igt) disminuirá, esto hace que se necesite un mayor valor de Vak para activar el Triac, razón por la cual la onda Vak se hace cada vez más grande (ocupa mayor área).

A continuación, se presentan tres gráficas de Vak para diferentes valores de R2

• Para Rpot=700 Ω (14%) : 

Figura 15. Voltaje en la carga para R2=700 Ω.

• Para Rpot=2500 (50%) : 

Figura 16. Voltaje en la carga para R2=2500 Ω.

• Para Rpot=4000 (80%) : 

Figura 17. Voltaje en la carga para R2=4000 Ω.

Se acaba de mostrar 3 graficas de los voltajes en la carga para distintos valores de R2. Como se aprecia la onda cada vez que se aumenta el valor de R2 va tomando una menor área, caso contrario al Vak que aumentaba, esto se debe a que estas señales son complementarias, mientras el Vak sea bajo todo el voltaje caerá en la carga o viceversa.

Vfuente = Vak + Vcarga.

A continuación, se presentan tres gráficas de Vgate para diferentes valores de R2.

• Para Rpot=700 Ω (14%) 

Figura 18. Voltaje en terminal “Gate” para R2=700 Ω.

• Para Rpot=2500 (50%) : 

Figura 19. Voltaje en terminal “Gate” para R2=2500 Ω.

• Para Rpot=4000 (80%) : 

Figura 20. Voltaje en terminal “Gate” para R2=4000 Ω.

Se acaba de mostrar 3 graficas de los voltajes en el terminal “Gate” del Triac para distintos valores de R2. Como se muestra en la primera imagen el voltaje presenta un pico ni bien se conecta la fuente para un valor de R2 bajo y después de presentar este pico el voltaje se establece en aproximadamente 0.7v. Según se aumenta el valor de R2, este pico se vuelve más amplio debido a que la corriente por en el “Gate” empieza a disminuir y le toma más tiempo llegar a la corriente nominal para activar el Triac.

9).- Obtener con el Osciloscopio la curva característica IA1A2 en la carga VS VA1A2 .

Figura 21. Grafica del I A1A2 en la carga VS V A1A2 .

10).- ¿Cuál es la desventaja del circuito?

La desventaja de este circuito es que solo se puede manejar un ángulo de 0°-90° en el ciclo positivo y 180°-270° en el ciclo negativo, no nos permite el disparo entre ángulo de 90°-180°, para conseguir ese ángulo de disparo se necesita acoplar un condensador entre el terminal “Gate” y tierra, que haga un adelanto de la corriente que permita este disparo.

12).- Diseñe el circuito de la Fig.3 y variando R2 mida 3 valores de ángulo de disparo del Triac, compare las ondas en la carga entre A1A2 y en el C.

Figura 22. Circuito 3

Figura 23. Circuito implementado en multisim

El TRIAC utilizado en este circuito es un 2N6073B, se hace uso del datasheet para hallar los valores mínimos y máximos de corriente y voltaje en gate así como la corriente de mantenimiento que opera este componente.

Figura 24. Especificaciones máximas y mínimas del triac

• Calcular ángulos de disparo del TRIAC

En este circuito las resistencias R1=120 Ω  y R2=2.2k Ω  y el capacitor C1=8.2u Ω  van a definir el tiempo necesario para que por R4=50 Ω  circule la corriente de polarización de la compuerta.

Figura 25. Funcionamiento del circuito con R2 sin mover

Por medio de R2=2.2k Ω  que es un potenciómetro podemos establecer el  máximo y mínimo ángulo de disparo 

• Para un R2 moviéndolo al 8% de su valor  conseguimos un ángulo de disparo de =45° 

A continuación se muestra la forma de onda que se produce en la carga  y forma de onda que se produce entre A1A2  

Figura 26. Forma de onda en la carga y entre A1A2 con R2 al 8%

A continuación, se muestra la forma de onda en que el condensador C se carga y se descarga y la forma de onda que se produce en la carga

Figura 27. Forma de onda en la carga y en condensador con R2 al 8%

• Para un R2 moviéndolo al 50% de su valor  conseguimos un ángulo de disparo de =90°

A continuación se muestra la forma de onda que se produce en la carga  y forma de onda que se produce entre A1A2  

Figura 28. Forma de onda en la carga y entre A1A2 con R2 al 50%

A continuación, se muestra la forma de onda en que el condensador C se carga y se descarga y la forma de onda que se produce en la carga

Figura 29. Forma de onda en la carga y en condensador con R2 al 50%

• Para un R2 moviéndolo al 75% de su valor  conseguimos un ángulo de disparo de =135°

A continuación se muestra la forma de onda que se produce en la carga  y forma de onda que se produce entre A1A2  

Figura 30. Forma de onda en la carga y entre A1A2 con R2 al 75%

A continuación, se muestra la forma de onda en que el condensador C se carga y se descarga y la forma de onda que se produce en la carga

Figura 31. Forma de onda en la carga y en condensador con R2 al 75%

13).- Diseñe los circuitos de la Fig.4 y Fig.5.

Figura 4

Figura 32. Circuito de la figura 4

Componentes

Zener 1N4739:

Figura 33. Diodo Zener 1N4739

UJT 2N6027:

Figura 34. Terminales del UJT 2N6027

Figura 35. Características técnicas del UJT 2N6027

Figura 36. Datos térmicos del UJT 2N6027

Figura 37. Características eléctricas del UJT 2N6027

SCR_BT151

Figura 38. Terminales del BT151

Calificación máxima absoluta:

Figura 39. Características técnicas del BT151

Figura 40. Datos térmicos del BT151

Figura 41. Características estáticas del BT151

Figura 42. Características dinámicas del BT151

Figura 5

Figura 43. Circuito 5 de laboratorio 2

Conforme se aumenta el valor del potenciómetro (R4) el ángulo de disparo del TRIAC también aumenta pasando los 90°.

Figura 44. Osciloscopio del circuito 5

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