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APOSTILA ELETRÔNICA GERAL MÓDULO - 3

57ELETRÔNICA AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO

AULA

6

SCR - polarização e características

SCR - trabalhando em DC e AC (meia onda e

completa) - acionamento trifásico

UJT: polarização - caracteristicas e aplicações

Cristal a quartz: características e aplicações

SCR - UJT - CRISTAL QUARTZ

O SCR - SILICON CONTROLLER RECTIFIER

O SCR (Silicon Controller Rectifier) é um Estas junções PNPN, 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 Esta configuração permite transistor, pois também possui 3 terminais: o anodo que uma vez DISPARADO o conjunto, através de (A) e catodo (K) como um diodo comum e mais o uma tensão ou pulso no gate (acima de 0,6V) em terceiro terminal que será o gate (G), que relação ao catodo, o SCR permanecerá polarizado traduzindo chama-se “porta”, que irá liberar ou não como um diodo entre anodo (A) e catodo (K), 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.

Na figura 1c, podemos ver vários tipos de encapsulamento do SCR e na figura 1d, seu aspecto para maiores correntes.

Podemos resumir o funcionamento do SCR, O SCR é fabricado a partir de 4 “cristais” quando polarizado diretamente (anodo positivo em semicondutores de silício dopados de modo a relação ao catodo) como uma chave aberta, produzirem 3 junções PN, como mostra a figura 2a. 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

TIC106

K A G

KA

G

A

K

G

A

G

K

A

K

G

figura 2afigura 2b

figura 1d

figura 1a

figura 1b

figura 1c

58 ELETRÔNICAAMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO


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 LED 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 LED, que ficará aceso indicando que houve um pico de sobre tensão na fonte.Para haver o apagamento do LED indicador de sobretensão, devemos desligar o equipamento, para que a tensão de anodo do SCR, fique igual à tensão de catodo, cortando-o.saturação e ao mesmo tempo, polarize o “transistor

PNP”, fazendo-o também saturar. Considerando Identificação dos terminais gate-catodoagora o “transistor PNP” saturado, a base do

“transistor NPN” permanecerá polarizada Um teste rudimentar para encontrar a junção gate-independente de tensão externa no gate; mesmo catodo do SCR, pode ser vista na figura 5. A que o pulso que disparou o gate não exista mais, o identificação do terminal, pode ser feita com um SCR se comportará como um diodo mantendo uma ohmímetro. Como a conexão interna entre gate e tensão de aproximadamente 0,6V entre anodo e catodo é uma junção PN simples, um multímetro catodo, como mostra a figura 3b. Nela, temos a poderá indicar a continuidade entre esses terminais representação do SCR pelos transistores que com a ponta de prova vermelha no gate e ponta de agora são chaves fechadas. O SCR permanecerá prova preta no catodo.“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. A 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.

Ensaio para teste de SCR

As medições de continuidade para os outros terminais do SCR, anodo para gate e anodo para catodo, serão mostradas como se estes estivessem abertas. A 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.

Este é um circuito auxiliar que pode ficar ligado a Apesar disto, ainda com o componente fora do

qualquer fonte de tensão; sua função é indicar se circuito há formas de verificação de seu

por algum motivo a tensão da fonte subiu acima do funcionamento, como mostra a figura 6.

projetado, podendo causar algum dano ao Nela, podemos ver que a chave ligada ao anodo, é

aparelho. O gate do SCR está ligado a um divisor do tipo normalmente fechada, enquanto que a

resistivo que o manterá com uma tensão abaixo de

A

G

K

+12V

0V

0,6V

A

G

K

+12V

11,4V

0V

R1150W

R21,5kW

0,4V

R31kW Led1

SCR1

0V

O led permanece apagado en-quanto 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.

Entradade tensãovariável

BC558

BC548

A

A

K

K

G

G

figura 4

figura 3a figura 3b

figura 5



ligada ao gate é do tipo normalmente aberta. 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.Alguns 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 TIC106 é um SCR de altíssima sensibilidade; Podemos dizer que da forma apresentada o SCR devido a isso, devemos colocar um resistor que está cortado, pois mesmo apresentando potencial reduza a sensibilidade deste componente.positivo no anodo, proveniente do resistor ele não Na tabela 1 abaixo, podemos ver algumas será disparado, pois o gate não recebe polarização.características do TIC106:Quando pressionarmos a chave ON, ligada ao gate, - Repetitive peak off-state voltage: máxima tensão permitimos polarizar o terminal com um potencial de pico desligado = 400 à 800V (veja a letra no positivo, que produzirá o gatilhamento do SCR, final).levando seu anodo a um potencial de 0,6V acima do - Repetitive peak reverse voltage: máxima tensão catodo. Com isso, praticamente toda a tensão da de pico reversa = 400 à 800V (veja a letra no final).fonte acaba ficando sobre o resistor. Veja que para - Continuous on-state current at (or below) 80ºC o disparo, foi necessário somente um pequeno case temperature: corrente constante na toque na chave ON.temperatura de até 80ºC = 5A- Average on-state current (180º conduction angle) SENSIBILIDADE DO SCRat (or below) 80ºC case temperature: Média de corrente com ângulo de condução de 180º - meio Anteriormente havíamos falado sobre o resistor que ciclo = 3,2Afica entre o gate e o catodo do SCR. Na verdade,

Na tabela 2, podemos ver outras características do mesmo SCR TIC106D:- Repetitive peak off-state current: corrente de pico desligado = 400 uA (0,4mA)- Repetitive peak reverse current: corrente de pico com polarização reversa = 1mA- IGT Gate trigger current: corrente para gatilhamento do gate = 5 (típico) 200 uA (máximo)- VGT Gate 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

TABELA 1

TABELA 2

figura 6



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,

posição normalmente fechada, há tensão positiva partindo de uma tensão DC retificada e filtrada de no anodo, mas o SCR estará inoperante devido à +150V, logo após os filtros. Vemos que existe uma falta de pulso de disparo no gate. Quando o SCR for malha divisora de tensão que possui um resistor de de alta sensibilidade, e dependendo do local onde 100k e outro de 8,2k, resultando em uma tensão de está sendo feito o teste, poderá disparar o motor, 11,4V entre os resistores. Vemos que existe um sem que tenha sido pressionada a chave “on” zener de 12V, ligado com seu catodo ao divisor e o normalmente desligada. anodo ao gate do SCR, que ainda possui um Nos testes de sensibilidade, sem o acionamento do resistor de sensibilidade entre o gate e o catodo. SCR, como mostra a figura 7, devemos provocar Podemos afirmar que enquanto a tensão de uma série de situações de interferência, sendo que entrada for inferior à +165V, o SCR manter-se-a uma das melhores é acionar um equipamento que cortado. Mas quando a tensão da rede apresentar possui motor de escovas, como um liquidificador, uma variação acima de +165V, o SCR será furadeira, batedeira, etc. Devemos aproximar o disparado e o fusível aberto, inibindo a polarização mais possível este equipamento do SCR em teste, para a carga.para saber se ele não acionará a carga sem o Este circuito é melhor empregado nas modernas acionamento da chave “ON”. Caso ocorra o fontes chaveadas, onde uma corrente maior, acionamento, deve-se colocar um resistor entre desarma a fonte sem que para isso seja necessário gate e catodo, até que a interferência não incida queimas de fusíveis. Assim, o mesmo circuito com mais sobre o circuito. SCR, seria utilizado e quando a tensão da fonte Após acionado, o SCR manter-se-a nesta subisse por algum motivo, o SCR seria disparado, condição, até que o anodo seja polarizado com levando a tensão de saída à 0,6V e com isso uma tensão igual ou abaixo do catodo ou que a aumentando em muito o consumo, desarmando a corrente anodo-catodo caia abaixo de 1mA. Veja fonte chaveada. Para reiniciar o circuito, será 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 50mA. Desta forma, podemos dizer que a utilização do

SCR na configuração de proteção contra sobre-CIRCUITO DE PROTEÇÃO E DESARME tensões, com transformadores de rede ou com

retificações diretamente na rede, será mais comum A figura 8, mostra a configuração de um SCR sendo em máquinas industriais. Em 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.

SCRsob teste

circuito de gatilhamentofoi omitido para simplificar

o circuito elétrico

figura 8

figura 7



Apesar de termos até agora tratado do SCR em Na figura 11, podemos ver como o dimmer mais corrente contínua, suas maiores aplicações são em básico funciona. Quando começa o semiciclo corrente alternada, principalmente ligado á rede positivo da rede, o anodo do SCR recebe também a elétrica, como mostra a figura 9. 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. Após um determinado tempo, quando o semiciclo positivo da rede vai chegando ao meio, a tensão sobre o capacitor

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. A figura 10 mostra que, à partir do momento que a rede elétrica vai colocando o anodo

chega a 1,2V, tensão suficiente para o gatilho do do SCR mais positivo que o catodo, é gerado um SCR, levando seu anodo ao potencial negativo e pulso positivo no gate, via diodo, e com isso o SCR é com isso colocando a tensão sobre a carga, como quase imediatamente disparado, levando os mostra a forma de onda. Veja que durante um semiciclos positivos da rede para a carga. 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

Podemos observar que a cada início do ciclo positivo, há uma pequena demora para que a tensão apareça sobre a carga. Esta é a somatória da tensão necessária para o gate, mais a tensão de queda no diodo de polarização. Além 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. capacitor de carga, iremos carregar o capacitor Uma outra observação quanto à figura é que para a mais rápido e com isso gatilhar também mais rápido carga, somente estão indo os semiciclos positivos 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 A figura 14, mostra a comparação entre a senoide carga.

UTILIZAÇÃO DO SCR EM FONTES DE CORRENTE ALTERNADA

(Carga)

(tensão da rede AC)

(corrente carga)

limiar da tensãode gatilho

figura 12

figura 11

figura 10

figura 9



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 SCR1, 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 SCR1 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

da rede elétrica e o atraso 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 rede elétrica, começa a subir a tensão no anodo do muito intensa, possa gatilhar aleatoriamente o SCR2, sendo que ele mantem-se cortado, gerando SCR. zero volt sobre a carga. Quando dizemos que a

tensão começa a subir no anodo e a forma de onda 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 INVERSÃO DA POLARIDADE.Assim, com o aumento da tensão do semiciclo

UTILIZANDO SCR´S CONFIGURADOS PARA OS negativo, antes de chegar ao pico máximo negativo, DOIS SEMICICLOS DA REDE 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, o SCR1 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 TRIAC, 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 do i s SCR´s no mesmo

(tensão sobre o capacitor)

SCR1 SCR2

senoide da rede tensão levadaà carga

nível de disparopara o SCR1

nível de disparopara o SCR2

pulsos de disparo para o gate do SCR1

pulsos de disparo para o gate do SCR2

figura 15

figura 17

figura 14

figura 16b

figura 13 figura 16a



invólucro, sendo excitado por uma única porta, que mesmo circuito, mas agora com atraso nos pulsos gatilhará os dois SCR´s internos. No módulo 7 e 8 de disparo dos SCR´s. Neste caso, a senoide será da CTA eletrônica falaremos mais sobre este disparada após determinado tempo, entregando componente. pouco menos de 1/3 de energia para a carga. O

controle do disparo dos SCR´s ou TRIAC´s é muito UTILIZAÇÃO DO SCR EM RETIFICAÇÃO EM utilizado no dimmer para chuveiros, onde à partir de ONDA COMPLETA um potenciômetro podemos controlar a

temperatura da água.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.

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

Vamos acompanhar o funcionamento da figura 18 lançado em um potencial bem negativo, tendo o através das formas de onda da figura 18b. Quando gate que ser de somente 0,6V acima do catodo. a rede elétrica estiver no semiciclo positivo, todos Assim, fica muito complicado excitar os dois SCR´s os quatro SCR´s estarão cortados, mas SCR2 e simultaneamente.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 SCR1 e SCR3, 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 Uma das melhores formas encontradas de tensão sobre a carga, para o semiciclo positivo ou acionamento de circuitos desse tipo é utilizar negativo é sempre no mesmo sentido, indicando pequenos transformadores de pulsos, onde nos que temos uma corrente contínua variável. 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

Na figura 18c, temos outras formas de onda para o

senoide da redetensão levadaà carga pelo

SCR 4 e SCR2

tensão levadaà carga pelo

SCR 3 e SCR1

pulsos de disparo para o gate do SCR4 e SCR2


senoide da redetensão levadaà carga pelo

SCR 4 e SCR2

tensão levadaà carga pelo

SCR 3 e SCR1


atraso

atraso

atraso

atraso


figura 19

figura 18b

figura 20

figura 18

figura 18c



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 Apesar 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. Apesar disto, e de acordo com o semiciclo atraso dos pulsos de gatilhamento. da rede, somente dois SCR´s estarão em condições A 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. Assim, o SCR3, 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 SCR1, que recebe R1, vamos filtrar estes semiciclos em C1, 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. Assim, quando surgir o pulso de disparo, que incide Através 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 A 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 EM REDE TRIFÁSICAconseguirá 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 TR1, 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

+

-

Q1

TR1

C1ZD1

R1

R2R4

R6

P1

R7R5C3R3Q1

C2

D1

D3D2

D4

Q2

Q3

REDE ELÉTRICA

SCR4

SCR3

SCR2

SCR1

atraso atrasoatraso atraso

figura 20b

uma retificação em onda completa, a tensão de cada fase possui um defasamento de 120º, ou seja, cada um dos semiciclos chega a zerar a tensão, o antes de uma das fases zerar, outra fase já que dá a eles um defasamento de 180º; somente apresentará pouco mais de 50% de sua tensão.após isso novo ciclo começa. Nas redes trifásicas, Isto é altamente vantajoso se considerarmos um

motor que deve ser alimentado pela rede elétrica AC, 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. Estes dispositivos são chamados de SOFT-STARTers e serão vistos em detalhes no módulo 7 do Curso da CTA Eletrônica. Por enquanto, o aluno poderá pesquisar sobre o assunto na internet, digitando nos buscadores a palavra “soft-start”.



zero grau (0º)

120 graus

240 graus

as três fases da rede trifásica

a retificação da rede trifásica

ripple

figura 22: Esta figura apresenta uma rede trifásicasendo retificada com 6 diodos comuns, gerandoum menor ripple para a carga.

figura 23: Esta figura apresenta uma rede trifásicasendo retificada com 6 SCR´s, que através dos pulsos de controle poderão controlar a enrgiaentregue à carga.

figura 23a

figura 23b

figura 23c



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 aos transistores bipolar.

Este circuito é um oscilador, que tem como base de Podemos ver pelo símbolo da figura 24b que o tempo a carga e descarga de C1. 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 R1 uma “forte” corrente I1 (igual a um transistor comum). começando a carga de C1.Para entendermos melhor o funcionamento deste transistor vamos substitui-lo por um modelo baseado em resistores e diodo, como mostra a figura 25b.

Com o passar do tempo, C1 vai se carregando e a tensão de emissor de T1 vai aumentando e I1 diminuindo gradativamente enquanto C1 se carrega; mas, enquanto a tensão do emissor (E) 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

UJT -TRANSISTOR UNIJUNÇÃO

B2E

B1

B2B1

E

EMISSOR

BASE 2

BASE 1

N

Base 1

Base 2

Emissor

B1

B2

E

Rb1

Rb2

Rv

R1 R2

R3C1

T1

+12V +12V

B2

B1

EE

B2

B1

R1

R2

C1

R3

T1

E

B2

B1

R1

R2

C1

R3

+12V +12V

6V

12V

0V

6V

Rv10kW

I1

I1 vai diminuindo, mas C1 continua sendo carregado, e sua tensão ainda não conseguiu polarizar diretamente a junção base-emissor de T1 e com isso T1 permanece cortado e a tensão na Base 1 continua baixa.

figura 24a figura 24b

figura 26figura 27

figura 25a

figura 25b

figura 28a



“cortado” (figura 28b). do transistor unijunção (UJT) pois ele é conhecido Quando a tensão sobre C1 ultrapassar (em 0,6V) a 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.Ele 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

tensão da junção base-emissor começará a circular formas de onda no emissor e na Base 1.

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 C1 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 C1 descarregar, T1 volta a ”cortar” e recomeça o ciclo com nova carga de C1.

Este 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 R1 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,

Este circuito é um oscilador, e resume o uso básico como veremos a partir da aula 9.

E

B2

B1

R1

R2

C1

R3

+12V +12V

0V

12V

0V

6V

Rv10kW

I1 Capacitor C1 descar-regado 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 A. Co-meça a carga de C1 com a corrente I1.

R1

C1

+12V +12V

7V

7V

6V

6,4V

Rv10W

I2

I2

Ie

Quando C1 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 C1. Quando C1 descarregar T1 voltará a cortar e recomeçar o ciclo com nova carga de C1.

R1 R2

R3C1

T1

+12V +12V

B2

B1

E

Oscilador de relaxaçãobaseado na carga e descarga de C1e no disparo do tran-sistor UJT (T1).

Saída

figura 29

figura 28c

figura 28b



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, dos átomos em forma podemos substituir o de rede geométrica cristal por um circuito bem definida, com equivalente como o ligações geralmente mostrado na figura 32.covalentes, formando Pelo circuito equivalente 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 PIEZOELÉTRICO; que consiste basicamente em chave aberta, sendo seu funcionamento ligado

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 QUARTZO, que dependendo do formato do corte comprimido (pressionado) , produzirá pode produzir “cristais” que terão uma oscilação uma d i f e rença de po tenc ia 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.Es te e fe i t o é u t i l i zado nos 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 deter-minada, que dependerá do tipo do cristal (material) e da sua geometria de corte (tamanho). Este 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 rec isão a e les . O

componente eletrônico é fabricado a partir de uma lâmina de cristal presa entre duas camadas de

CRISTAL A QUARTZ

METAL

CRISTAL

L

C1

C2

VISTA INTERNA DE VÁRIOS TIPOS DE CRISTAIS UTILIZADOS EM ELETROELETRÔNICA

figura 31

figura 30b

figura 30a

figura 32

figura 33

apostila m3 - aula 6.pdf

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