Dispositivos Semicondutores TIRISTORES de Almeida

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Capítulo 1 - INTRODUÇÃO 
O SCR, Rápido e Rasteiro 
;2. O Gatilho 
Exercício Propostos 
Autor- Você sabe o que é um tiristor? Talvez saiba o que é um SCR? 
, Pois é, às veze$ os dois nomes se confundem, pois estão relacionados com o mesmo componente . 
.. Tiristor é o nome de uma família de componentes da qual o SCR faz parte. O SCR é um díodo controlado, muito utilizado em equipamentos de 
controle industrial. 
Neste livro, serão estudados vários tiristores e suas aplicações em diversos equipamentos utilizados na indústria . 
1.1 O' SCR, Rápido e Rasteiro 
O SCR (Silicon Controlled Rectifier ou Retificaâor Controlado de Silício) é um dispositivo de três terminais, chamados a nodo (A), catodo (K) , 
e gatilho (G), como mostra a figura 1.1. Os nomes anodo (positivo) e catado (riegativo) vieram acompanhando a evolução dos dispositivos eletrônico 
desde as válvulas, e estão relacionados com o sentido de condução decorrente no SCR. Já, o terminal de gatilho será melhor entendido quando for 
explicado o funcionamento detalhado deste dispositivo. 
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G:-
G 
(Gatilho) 
A (Anodo) 
K (Catodo) 
Figura 1.1 - Símbolo do SCR 
Leitor( a) - Parece um diodo, mas tem uma perna a mais! 
Na verdade, o SCR-é mesmo um díodo. só que controlado. Se for 
aplicada u!Tla tensão negativa no anodo e positiva no catodo, o SCR não vai 
conduzir:No circuito da figura 1.2, a lâmpada L permanece apagada. 
Lâmpada(12V/6W) 
12V 
+ G-~---J 
1k!l 
A(-) 
SCR 
_ TIC 106 
K(+) 
Figura 1.2 - SCR Polarizado Reversamente 
!-f!itor(a)- O que este resistor de lk!2 está fazendo no gatilho? 
Autor-Calma, ele é necessário para garantir que o SCR não dispare 
quando a gente não quiser! Devagar vamos entender. E os valores dos 
componentes já foram colocados porque, se uocê quiser, já pode ir 
montando os circuitos para ganhar confiança. 
No caso da figura 1.2, o SCR comporta-se como um diodoreversamente 
polarizado, não conduzindo e deixando a lâmpada L apagada. 
2 
E agora. se a fonte de 12V fosse invertida? A lâmpada acenderia? 
A resposta é não! Aqui ~ que aparece a diferença em relação a um 
diodo. Mesmo polarizado diretamente. ou seja, anodo positivo em relação 
ao catodo, o SCR ainda não conduz. É necessário algo mais! 
( ( 1.2 O Gatilho )] 
Esse algo mais. é um pulso ou tensão positiva aplicada no gatilho. 
conforme pode ser visto na figura 1.3. 
+ 
12v-'-
10kQ 
Làmpada(12V/6W) 
e> 
1kOI I R c;K 
Figura 1. 3 -SCR Polarizado Diretamente 
Estando a chave CH 1 aberta. ainda que u fonte de 12V tenha sido 
invertida, o SCR oloquew a condução de corrente e a lâmpada L ficiJ 
apagada. Isto é que dá a característica de controle. Quando for desejado. 
a lâmpada pode ser acesa. fechando CH 1. 
Leitor( a)- A lâmpada acendeu e afastou as trevas da ignorância. 
Agora já sabemos como funciona um SCR! 
Autor · Mas, .. . ainda não! f-àlta alguma coisa, muito importante. 
Após acender a lâmpada, ou seja. após disparar o SCR, a chave 
CH 1 pode ser aberta sem fazer com que a lâmpada se apague. 
Essa é uma característica de destaque dos tiristores, em geral. 
O gatilho serve só para disparar o SCR e, posteriormente, perde função. 
Para bloquear o SCR, é necess.."'·~o que a corrente que ele conduz entre anodo 
Introdução 3 
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e catodo seja anulada. No circuito da figura 1.3, isso só é possível se a fonte 
de 12V for desligada. 
Exemplo: 
- O SCR TIC 1068 tem as seguintes características básicas: 
Tensão de Pico Reversa I VRRM = 200V 
' 
Corrente Média (até T c=80°C) l lnAVJ = SA para corrente continua 
~!AVJ = 3,2A para senóide retificada 
(180o de condução) 
Queda de Tensão em Condução I v™ = 1, 7V @ ITM = SA 
Verificar se este SCR podes~ . ..- aplicado nas condições dos circuitos das 
1 
figuras 1·.2 e 1.3. 
I No circuito da figura 1. 2, como não há corrente, a tensão sobre a lâmpada é nula. Assim. toda a tensão da fonte de 12V aparece como tensão 
reversa sobre o SCR. Como o mesmo suporta até 200V de tensão reversa I 
(V RRM), não há problema. I 
I 
Uma lâmpada de 12V e 6W •em uma corrente nominal de: 
p 6 
I = -= -=05A v 12 I 
No circuito da figura 1.3, quando o SCR conduz e a lâmpada acende, 
o SCR apresenta uma queda de tensão de 1 ,7V (V™). Desta forma, sobram 
10,3V para a lâmpada, que terá, portanto, uma corrente menor que O,SA 
Como o SCR suporta até SA 0-n.t), não haverá problema. 
.·-
1.1 Quais são as semelhanças e diferenças básicas entre um diodo e um 
SCR, quando polarizados direta e reversamente? 
1.2 Qual o significado dos parâmetros do SCR: VRRM, IT(AV)t v™. e 11M? 
4 
~(~ );; 
i".. ~ Capítulo 2 - DI O DOS E TRANSISTORESO> ·~ 
~~~======================~ 
·~!'. ;• 
·~ 2. 1 Diodo " 
~~ 2.2 Transistor 
j - Exercícios Propostos 
~~ 
Autor · Agora que você já sabe como funcíona o SCR, deve es tar 
curioso para saber como ele é por dentro. Para isso, vamos ver, rapidamente, 
alguns conceitos sobre diodos e transistores. Depois, você vai ver que 
existe até um jeito de fazer uma montagem com dois trans1stores. 
funcionando como um SCR. 
( ( 2. 1 Díodo ) ) 
A figura 2.1 mostra um diodo. simbolizando as camadas de silic10 tipo 
P e tipo N que o compõem. 
Diodos e Transistores 5 
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Ano~ 0 0 I 0 0 G e I e e Catodo 
I I (-) e e : 0 0 e e : e e (+) 
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p 
I I 
RC:E I 
X., 
Símbolo do Diodo 
~ 
(~) 
N 
· (b) Após a Estabilização da Polarização Reversa 
Figura 2.2 · Díodo em Polarização Reversa 
À figura 2.2(a) mostra o instante em que é aplicada a tensão reversa. 
Essa tensão soma se à barreira de potencial existente, deixando o lado N mais 
positivo e o lado P mais negativo. Assim. aumenta o número de íons 
descobertos na região de carga espacial (RCE), cuja largura aumenta (de x 1 
para x2). 
Neste caso, o díodo não conduz. Existe, no entanto, uma pequena 
corrente reversa (da ordem de )lA nos diodos de baixa corrente, chegando à 
o rdem de mA nos diodos de potência). Essa corrente é constituída tanto por 
e létrons, que estão no lado P e vão para o lado N, como por lacunas, que estão 
no lado Nevão para o lado P. 
leitor(a) - Espere aí! Eu não en tendi mais nada! Existem elétrons 
no material P e lacunas no material N? 
Autor · Sim, veja lá. 
Em um material semicondutor qualquer, o aumento progressivo da 
temperatura pode fazer com que elétrons ganhem energia para libertarem-se 
da órbita dos átomos e passarem a transitar pela rede. No lugar onde eles 
estavam ficam lacunas. Esse fenômeno chama-se geração térmica, que 
produz o aparecimento de pares e létron-lacuna. 
· .. 
Desta forma, no material N, por exemplo, existem lacunas. Como elas 
estão em número menor em relação aos elétrons livres, são chamadas de 
portadores minoritários . É por isso que a corrente dos diodos polarizados 
reversamente é baixa, pois é produzida pelo movimento dos portadores 
minoritários. Sendo esse valor quase desprezíve l, considera-se, no caso ideal. 
que o díodo está aberto. 
Como os portadores minoritários são produzidos termicamente. a 
corrente reversa dos diodos depende muito da temperatura. 
Díodo em Polarização Direta 
Polarizando o díodo diretamente . ou seja, lado P positivo em relação 
ao lado N, haverá um desequilíbrio na estrutura existente. A barreira de 
potencial é diminuída (de x 1 para x2). o que faz com que muitos portadores 
possam movimentar-se, como mostra a figura 2 .3. 
I I 
8 I I e 0 I~ 
I 
Anodo 8 I 0 I e Catodo . 0 0 
(+ ) 8 I 0 I e (-) . I 0 I 
8 I 0 0 I e -
p RCE N 
x, 
(a) Início da Polarização Direta 
Diodos e Transistores 9 
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8 
8 
(b) Díodo em Condução 
N 
Fig ura 2.3- Díodo em Polarização Direta 
Catado 
(-) 
Lacunas do lado P seguem para o lado N e elétrons do lado N seguem 
para o lado P. Como esses portadores estão em maior número, a corrente será 
elevada e será apenas limitada pe!a carga. colocada em série com o diodo. 
A queda de rensào V.
1 
em um diodo polarizado diretamente varia de O.SV 
a.l.OV. sendo muitas vezes usado o valor de 0,7V como referência. Em circuitos 
onde as censões envolvidas são bem matares que este valor, pode-se assumir, 
por simplicidade, que o diodo está em curto-circuito, ou seja, Vy = OV . 
Exemplos: 
. . r Calcular a corrente nos diodos dos circuitos a seguir: 
R, 
a) 
..v 
10 
---- 1'~1 
Como o positivo da bateria está aplicado ao catodo do díodo, a I 
polarização é reversa e, portanto, o díodo está aberto e a corrente que passa 
por ele é zero. 
~~--~ I 
b) 
O díodo está polarizado diretamente, podendo ser substituído por um 
curto-circuito. Portanto, a corrente pode ser calculada como segue: 
12 
1o = 560 
c) 
0.021- 2lmA 
12V2.i_ 
R, 
3300 
R, 
2200 
Como o positivo da bateria está aplicado ao anodo do díodo. ele 
conduz. A corrente no díodo é, portanto, a soma das correntes dos 
resistores R
1 
e R2 (Lei de Kirchho(0. 
12 - 36mA e 1
Rl = 330 -
Portanto: 
12 = 55mA 
1R2 = 220 
lo = IRl + lR2 = 36 + 55= 9lmA 
Oiodos e Transistores 
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Um transistor é um dispositivo de três camadas P-N-P, como mostra a 
figura 2.ll. 
J , J2 
E c 
~ ~ p I N I p -v v 
Emissor Coletor 
I 
I 
B 1 Base 
Símbolo do Transistor PNP 
·~c 
E 
Figura 2 . .J - Estrutura Simbólica de um Transístor PNP 
Autor- É parecido com dois diodos de frente, certo? Mas não é1 A 
grnnrie diferença é a largura da região de base, como mostrada na figu ra 
2.4. Logo veremos o porquê. 
E"<istem três situações de funcionamento de um transistor em relação às 
polaridades das tensões das junções J 1 e J2. 
a) J1 e J2 Reversamente Polarizadas (Corte) 
Nessa situação, os "diodos" das duas junções estão reversamente 
polarizados, não havendo, portanto, fluxo de corrente. É dito que o transistor 
está cortado, pois as correntes são nulas. É como se os terminais estivessem 
abertos. 
12 
b) J 1 e J 2 Diretamente Polarizadas (Saturação) 
Nesse caso, os·· diodos" das duas junções estão diretamente polarizados. 
havendo fluxo de corrente. Como a queda de tensão entre os terminais é 
pequena, os terminais estão praticamente em curto-circuito. 
c) J 1 Diretamente e J 2 Reversamente 
Polarizadas (Região Ativa) 
Com J 1 diretamente polarizada, haverá injeção de portadores (lacunas. 
neste caso) do emissor para a base (do lado P para o lado N). 
A tendência seria que os portadores saíssem pelo termin<:ll de base. 
Entretanto, a base é estreita e, construtivamente. é feita para apresentar um 
caminho mais longo para os portadores mjerados. Com isso. as lacunas 
caminham pela base e atingem a região próxima de J 2. Nas proximidades da 
junção J2 a polarização reversa criou uma barreira de potencial que é favorável 
às lacunas que vêm do emissor. Isso faz com que as mesmas sejam ·'varndns" 
para o terminal de coletor 
O efeito transistor ocorre JUstamente em função de a bélse ser estreita 
e pelo fato da maioria dos portadores injetados serem · coletados'' . Assim, vale 
para as correntes: 
onde: 
I Ic =a.IE I 
lc = corrente de coletor 
lc = corrente de emissor 
a = ganho de corrente entre coletor e emissor 
O ganho de corrente a é sempre menor do que um. Entretanto, é 
sempre muito próximo de um. 
Além dessa corrente principal, e~iste uma corrente de fuga, na junção 
J2, devido à polarização reversa. Assim, a expressão da corrente deveria ser 
modificada para: 
Diodos e Transistores 13 
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a:= 
Ç!}de leso é a corrente de polarização reversa da junção J 2, entre base 
e coletor. 
A figura 2.5 mostra, esquematicamente, um resumo dos fluxos de 
corrente em um transistor PNP na região ativa. 
I e 
(1 -cx)le 
.J.. 
v 
la 
a le 
I c 
Fig ura 2 .5- Resumo dos Fluxos de Corrente em um Transistor PNP 
na R egião Ativa 
Para expressar a corrente de coletor, apenas em função da corrente de 
base, será usada a Lei àe Kirchhoíí para as correntes do transistor: "a soma 
das correntes que convergem para um nó é nula''. 
II E-= I c_+ Is I 
Substituindo-se na expressão da corrente de coletor, tem-se: 
le = a .(Ic +la)+ leso 
Resolvendo, resulta: 
(l 1 
lc =--Is +--leso 
1-a 1-a 
Definindo-se o ganho de corrente entre coletor e base como ~ : 
14 J 
I 
I 
I 
Assim, a expressão de lc toma-se: 
I c= ~-Is+(~ '""1). Ieso 
Como normalmente leso é desprezível. costuma-se usar somente: 
[ lc = ~. 1 8 ! 
Exemplo: 
Calcular a corrente de coletor do circuito abaixo: 
1k!'l 
v •• =2V1 
Iv~·m 
Dados do Transistor: 
~=200 
lcoo"' O 
I Ot · t' ·- I' · r V I '( · rans1stor es a na reg1ao a 1va n(w::"' nr'l te naco oca o po o negauvo 
Figura 2 . 6 - Polarização de Transi.<:tor PNP 
na base N Uunçã9 base-emissor diretamente polarizada) e a fome V cc coloca 
o pólo negativo no coletor P (junção coletor-base reversamente polarizada). 
Como a junção E-B está diretamenre polarizada, a queda de tensão é 
0,7V. 
Assim: 
VEB = 0,7V 
Usando a lei das malhas na malha de emissor-base, tem-se: 
-VEB- Rs.ls + Vas =O~ 
~ I 
Dio dos e Transis tores 15 
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~ 
~ 
2.1 Calcular a corrente nos diodos: 
R=1lúl 
a) 
.. -
Q 
12Vr~ ~ ... ,~ ~ b) 
2. 2 Calcular V, no circuito abaixo: 
+SV 
R=1lúl 
;_- +---vs 
2.3 Mostrar que o circuito do exercício 2.2 é uma porta lógica ANO . 
2.4 Calcular o resistor Rc para saturar o transistor do circuito a seguir 
quando v. =5V. 
18 
\ 
'· 
Vcc=SV 
V e = SV ----c:::J----{ 
Vs 
Dados do Transistor: 
~= 100 
VCE$At=0,2V 
2.5 Mostrar que a união dos circuitos dos exercícios 2.2 e 2.4 
implementa uma porta lógica NANO. conforme mostra o circuito abaixo: 
+ SV 
I 
o, 
Q1kn 
s. 
s, 
Diodos e Transistores 19 
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i 
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Tanto no díodo como no SCR, quando a tensão é negativa (polarização 
reversa), ocorre o bloqueio e a corrente é nula para qualquer tensão. 
No díodo, quando a tensão tende a ficar positiva, o díodo entra em 
condução e a corrente aumenta. O díodo polarizado diretamente é equivalente 
a um curto-circuito, sendo a tensão sempre zero e a corrente limitada apenas 
pela carga colocada em série. 
No SCR, apesar da tensão ser positiva, o mesmo ainda permanece 
bloqueado (corrente nula). Só quando for aplicado um pulso no gatilho. é que 
o SCR passará a conduzir corrente, comportando-se como um curto-circuito. 
Leitor(a) - Quer dizer então que, com tensão positiva , depois de 
. aplicado o pulso, o SCR é igual a um díodo? 
Autor· É isso aí! A grande vantagem do SCR é que você controla o seu 
d isparo enquanto o díodo conduz logo que a tensão torna-se positiva. 
Leítor(a) · Se o SCR só dispara com pulso de gatilho, qual deve ser 
essa corrente e quanto tempo deve durar o pulso? 
Autor · Calma! Primeiro precisamos entender o processo de 
~isparo. Depois veremos: tudo a seu tempo! 
( (i2 c-urv-;;Re-;doscR~ - ~ 
A curva real do SCR é mostrada na figura 3 .2. Na verdade, são várias 
curvas que dependem da corrente de gatilho aplicada.o 
22 
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IL 
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Figura 3.2 · Curva Real do SCH. 
A 
K 
... -;- __ _...,;, 
~~:-:.,.....,...: ____ ! 
Observando-se a curva real, pode-se distinguir três regiões: de 
po larização reversa, de polarização direta em bloqueio e dep:>larização 
direta e m condução. 
N~ região de polarização reversa . para vAK<O, praticamente não há 
condução. A corrente, que na curva idP.al é nula. aqui tem um valor muito 
baixo, que depende do tipo de SCR Nos SCRs de ba1xa corrente, a corrente 
reversa é da ordem de dezenas a centenas de l-IA . Nos de alta corrente, a 
corrente reversa pode chegar a centenas de mA. 
Na região de polarização dire ta em bloqueio. há várias curvas 
parametrizadas pela corrente de gatilho lc. Quando lc=O, o SCR permanece 
bloqueado, desde que a tensão seja inferior a V 80 (breakover voltage ou tensão 
de disparo). Quando v,,K=V80, o SCR dispara e a corrente cresce. sendo 
limitada pela resistência de carga, colocada em série com o SCR. 
Esta é a região de polarização di reta em condução. Para que o SCR 
permaneca em condução. é necessário que a corrente de unodo atinja um 
valor mínimo de dis paro IL (latching current ou corrente de disparo). Caso 
esse valor não seja atingido. após o disparo. o SCR volta ao estado de 
bloqueio. 
Pela figura 3.2, vê-se que, quanto maior o valor da corrente de 
gati lho, tanto menor a tensão v"K necessária para disparar o SCR. isso é 
verdade até o limite de lc= IGT (gate trigger current ou corrente de gaulho 
com disparo). A curva correspondente a IGT está desenhada tracejada ria 
figura 3.2. lGT é a mínima corrente de gatilho que garante o disparo do 
SCR com tensão direta de condução VT. Com lGT aplicada, é como se o 
SCR fosse um díodo. 
Na região de polarização direta em condução, a queda de tensão 
no SCR é igual a VT. Esta tensão tem um valor típico de l,SV. 
Após o disparo, sendo estabelecida a condução (i">lL), a corrente de 
gatilho poderá ser removida, que o SCR permanecerá em condução. O 
SCR só voltará ao bloqueio se a corrente iA cair abaixo de lH (holding 
current ou corrente de manutenção). ou se v AK<O (anodo negativo em 
relação ao catodo). 
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f{ 3.3 Analogia com Dois. Transistores ). 
Um recurso muito utilizado para explicar o processo de disparo do SCR 
é a analogia com dois transistores complementares (PNP e NPN), mostrada 
na fígura 3.3. 
A A A 
~ -
J , T, 
J , J, 
G o---f3 P I G G J, J, 
1 
K K K 
(a) Estrutura do SCR (b) Estrutura de dois Transistores (c) Conexão de dois Transistores 
Figura 3 .3- Analogia entre as Estruturas de um SCR e de dois 
Transistores Interligados como SCR 
Com vAK<Ü, o SCR está polarizado reversamente. Vê-se na figura 3.3. 
que isto ocorre porque há duas junções polarizadas reversamente (J 1 e J3) e 
uma junção polarizada diretamente (J2). A corrente é nula em toda a faixa útil 
da tensão reversa. 
A figura 3.4(a) mostra a distribuição de tensões na polarização reversa. 
A A 
F.4J,) 
•. G~J,~ lvAK G VAIC 
J,~ 
r 
K K 
{a) Polarização Reversa (b) Polarização Direta 
Figura 3.4 - Distribuição das Tensões nas Junções do SCR 
24 
~ 
Na polarização reversa, não adianta aplicar pulso de gatilho. [sso 
nem é aconselhável, pois faria fluir uma corrente de fuga de anodo de valor 
aprox imadamente igual ao da corrente de gatilho, causando um 
superaquecimento da junçao. Como conseqüência, pode-se danificar o 
compo_nente. 
Na polarização direta, como é ilustrada na figura 3.4(b), existem duas 
junções polarizadas diretamente (J 1 e J3). Entretanto. ainda n5o é possível fluir 
corrente pelo SCR, pois a junção J 2 está polarizada reversamente. Há, apenas, 
uma corrente de fuga de baixo valor. 
Porém, se for aplicado um pulso de corrente no gatilho. os 
portadores injetados causarão um fenômeno de avalanche na junção J
2
, 
levando o SCR ao disparo. 
Para entender melhor o processo de disparo de um SCR, a analogia com 
dois transistores está desennada na figura 3.5. incluindo as fontes externas e 
detalhando as correntes nos transistores. 
RL 
A 
! le•=la 
! lu=le1 = IK 
K 
Figura 3.5- Analogia com dois Transistores Incluindo Fontes Externas 
e Correntes 
Equacionando as corrent~ dos transistores a partir da expressão 
completa de Ic em função de 18 , ~ e leso, chega-se à seguinte equação: 
SCR 25 
li 
I 
.I 
:j 
>, 
.;..1: 
= I -'· '.:::11 
' ;j 
i 
. I 
)! 
,i 
I 
-.1 
I 
) 
) 
) 
i 
onde: 
'" = corrente no ?nodo do SCR formado por dois transistores 
~1 = ganho de corrente do transistor T1 
~2 = ganho de corrente do tiãnsistor T2 
lcso1 = corrente de fuga do transistor T 1 
lc6o2 = corrente de fuga do transistor T 2 
Autor· Observando a expressão de IA , você, que já conhece bem o 
transistor, vai gritar: 
Leítor(a) - Isso não é possível! O {3 de um transistor é um número 
elevado. Assim, o produto {3 1. {3 2 dá um número muito maior do que 1 e, 
portanto, a subtração no denominador dá negativa, isto é, a corrente I, é 
negativa . 
Autor· Mas é aí que está o pulo do gato! 
O ~ de um transistor varia com a corrente de coletor, da manetr<:l 
mostrada na figura 3.6. 
100 t ~-------- -- ------
10 
0,1 
-t--t------'1-----il--__;---+- --+-_. 10 (mA) 
0,1 10 10
2 10
3 
10
4 
Figura 3. 6 - Variação de f3 com a Corrente de Coletor 
26 
::. \ . 
\ Assim, de volta à analogia com dois transistores, quando não há pulso 
no gatilho, só flui uma corrente pequena pelo SCR. Isso significa que os 
valores de Ic de T 1 e T 2 são baixos e, portanto, o produto ~1 . ~2 é pequeno 
e bem menor do que 1. 
Quando for aplicado o pulso no gatilho, após fechar CH2, a corrente 
na base de T2 082) aumentará. Isso fará com que 10 também aumente 
Oc2 = ~.1 6 ), o mesmo ocorrendo com 181 • Aumentando 1131 , aumenta lç1 , o 
que torna a aumentar 162 , e assim sucessivamente. 
Esse processo é uma realimentação positiva e as correntes vão 
aumentando até que os dois transistores saturam. 
Ocorrendo a saturação, os terminais dos transistores ficam curto 
circuitados e toda a tensão V" da fonte recai sobre a carga RL. 
Esta analogia é boa também para mostrar como o SCR cominua 
conduzindo, mesmo sem pulso no gatilho. Após a saturação, a corrente de 
um transistor mantém o outro saturado. Assim. qualquer aumento de correm e 
de gatilho não irá alterar as correntes dos transistores. Apenas IE2 va1 absorver 
esse aumento. 
Desta forma. a corrente de gatilho pode ser retirada. sem que o SCR 
pare de conduzir. 
Desafio 1: 
A analogia com dois transistores é incrível porque, além de servir para 
explicar o funcionamento do SCR, ela funciona' 
Para testar seus conhecimentos, pegue uma lâmpada de 12V/6W 
como carga e monte o circuito da figura 3.5 com os transistores pares 
complementares TIP29 e TIP30. Em seguida, faça os seguintes testes: 
a) Feche CH1 e, com a chave CH2 aberta, meça as tensões e as 
correntes nos transistores e na lâmpada. 
b) Feche a chave CH
2 
e verifique se a lâmpada acende. Em seguida, 
meça as tensões e correntes nos transistores e na lâmpada. 
.J, 
SCR 27 
: 
'I 
#'- .... i 
' 
•J 
I 
1! 
I 
Jj 
:i 
'! 
Ji 
. l 
Jl 
I 
~ ~ 
), 
·, 
~ I ' ', ' 
1' 
c) Torne a abrir CH2 e verifique que a lâmpada permanece acesa. Meça 
as tensões e correntes nos transistores e na lâmpada e compare com as 
medidas do item (b). 
Observação: 
• Os medidores de correm e devem estar conectados antes de começar 
o processo, caso contrário, se a lâmpada acender e for aberto 
qualquer terminal de T 1 e T 2 , a lâmpada apagará e os transistores 
cortarão. 
( ( 3.4 Outros Métodos de Disparo do SCR ) J 
Além da aplicação de pulso no gatilho, o SCR pode ser disparado de 
outras formas. Normalmente, esses disparos são indesejados pois, em alguns 
casos. podem destruir o dispositivo. 
Disparo por Sobretensão 
Oaumento da tensão v AK' quando o SCR está polarizado diretamente, 
reflete diretamente na junção J 2 que se encontra polarizada reversamente, 
pois J 
1 
e J
3 
estão polarizadas diretamente, conforme mostrou a figura 3.4(b}. 
A corrente do SCR é muito pequena e formada pelos portadores 
minoritários, já que trata-se de uma corrente de fuga da junção polarizada 
reversamente. Com o aumento de v AK' esses portadores são acelerados na 
junção J2, podendo atingir uma energia tão grande que provocarão o 
fenómeno de avalanche. 
Esse fenómeno faz com que muitos elétrons choquem-se e saiam das 
órbitas dos átomos da rede. Estando disponíveis para condução, esses 
elétrons permitem que a corrente de anodo cresça. 
Aumentando a corrente de anodo, estabelece-se a realimentação entre 
T1 e T2 , mantendo o SCR disparado . 
. .28 
:i.::. 
~-,... \ ·· ' r 
Esse processo de disparo, nem sempre destrutivo, raramente é utilizado 
na orática. Para o gatilho aberto, ou seja, IG=O, a tensão na qual o SCR passa 
ao estado de condução é chamada tensão de breakover 0-/pr). 
Disparo por Variação de Tensão (dv/ dt) 
Autor · Você se lembra da característica de um capacitar? Armazenar 
carga elétrica, não? Pois é! 
Um capacitar armazena carga elétrica e a corrente que carrega o 
capacitar relaciona-se com a tensão pela expressão: 
~ 
CEJ 
Ou seja, para haver variação de tensão no capacitar (6 V) , em um 
intervalo de tempo (6t), é necessário circular uma corrente 1 pelo capacitar. 
Quando a variação de tensão é muito pequena e o intervalo de tempo 
muito pequeno, essa expressão muda para: 
I i = C~~ I 
Leitor(a) · E o que isso tem a uer com um SCR? 
Em um SCR polarizado diretamente, a junção J2 está reversamen.te 
polarizada. Nessa junção, existe carga armazenada: íons positivos de um lado 
e íons negativos do outro. Isso é como um capacitar carreq<1do. Veja a 
representação simbólica na figura 3. 7. 
SCR 29 
'ii ., 
's 
' 1: 
,I 
d 
) 
) I 
:I 
._) 
) 
-~ 
) 
]1: 
~ 
.... 
A 
vt-
K 
Figura 3. 7 - Capacitância da Junção J2 
Assim, mesmo não havendo pulso no gatilho, fechando-se a chave CH 1, 
a capacitância da junção J2 fará com que circule uma corrente de gatilho. 
Como a variação é muito grande (de zero para V), a corrente resultante será 
muito grande. Essa corrente poderá ser suficiente para estabelecer o processo 
de realimentação da analogia com dois transistores, que mantém T1 e Tz 
saturados, fazendo com que o SCR entre em condução. 
Esse disparo, normalmente indesejado, pode ser evitado pela ação de 
um circuito de proteção chamado snubber. Esse circuito é formado por um 
resistor em série com um capacitar, colocados em paralelo com o SCR, como 
mostra a figura 3.8. 
I 
c 
Circuito de proteção 
contra dv/dt 
(Snubber) 
Figura 3.8- Proteção Contra dv/dt 
Disparo por Aumento de Temperatura 
Conforme já comentado, a corrente que circula por uma junção 
polarizada reversamente é extremamente dependente da temperatura. Ela é 
composta por portadores minoritários gerados termicamente. 
30 
Na expressão da corrente de anodo, na analogia com dois transistores, 
aparece um termo (lcso1+1cs02). Quando houver um aumento considerável na 
temperatura, haverá um aumento também em lcao1 e lcao2 . Isso possibilita o 
estabelecimento da realimentação, que faz com que o produto ~1 - ~2 tenda 
a 1 e leve o SCR ao estado de condução. 
Disparo por Luz ou Radiação 
A incidência de energia radiante sob a forma de fótons (luz), raios gama. 
nêutrons, prótons, elétrons ou raios X, sobre uma janela adequadamente 
colocada no SCR, pode dispará-lo. A justificativa para esse disparo é que a 
radiação incidente provoca o aparecimento de pares elétron-lacuna, que irão 
aumentar a corrente de fuga que já circula pela junção do SCR. Isso faz o 
produto ~1 - ~2 tender a 1, estabelecendo a realimentação que mantém o SCR 
em condução. 
Um dispositivo com esse modo de disparo é chamado LASCR (Ughr 
Activared Silicon Controlled Rectifier). Além do disparo por luz, esse dispoSitivo 
também pode ser acionado pelo gatilho. uma vez que o dispositivo tem um 
terminal com essa finalidade. 
[}.i Métodos de Comutação de um SCR ) } 
Leitor(a)- Depois que o SCR disparou, como é que ele bloqueia? 
Bloquear ou comutar um SCR, significa cortar a corrente que ele 
conduz e impedir que ele retom e à condução. Ou seja, a comutação estará 
completa, quando a corrente no sentido direto for anulada e a reaplicação 
de tensão direta, entre anodo e catodo, não provocar o retomo do SCR ao 
estado de condução. 
Naturalmente, leva um certo tempo para que o SCR possa assumir essa 
condição de bloqueio. Isso pode ser explicado, ainda, através da analogia com 
dois transistores. 
í \ 
, 
' 
SCR 31 
.., 
' ' I 
I 
I 
>: 
! 
) 
' 
Com o SCR em condução, os dois transistores estão saturados. Dessa 
forma, haverá muitos portadores armazenados na base de cada um deles. Para 
que q SCR bloqueie, é necessário que ambos os transistores cortem. 
Para levar um transistor ao corte, é preciso remover toda a carga 
armazenada na base. A reaplicação de uma tensão positiva, entre anodo e 
catado, antes de se completar esse processo de descarga dos transistores, 
permite que se reinicie o processo de realimentação, que mantém os 
transistores saturados e, conseqüentemente, o SCR em condução. 
Existem três formas principais de bloqueio de um SCR, analisadas a 
seguir: 
Comutacão Natural 
> 
.Quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de !H, chamada 
corrente de manutenção (ho lding current). o SCR é bloqueado. 
A corrente de manutenção tem um valor baixo, normalmente cerca de 
1000 vezes menor do que a correme nominal do dispositivo. 
Em um circuito CA, a corrente passa pelo zero em algum ponto do ciclo. 
Isso já leva o SCR ao bloqueio. 
Exemplo: Bloqueio pelo Zero da Rede 
No circuito da figura 3. 9, o SCR a tua como chave para ligar e desligar 
uma lâmpada. 
32 
CH, 127V/100W 
I ,/-®-
Lâmpada I 
Rede 
127 Vac 
' CH, 
220.0H , TIC 106 
1 k.Cl R, 
Figura 3.9- Comutação Natural do SCR 
-J,.. 
1' 
Com CH1 aberta, mesmo com CH2 fechada, o SCR está bloqueado. 
pois não há corrente -de gatilho. 
Fechando CH1, pelo resistor R1 (220!1) circula uma corrente de 
gatilho, que é suficiente para disparar o SCR no semiciclo positivo da tensão 
da rede. 
Quando a tensão da rede passa por zero, a corrente da lâmpada 
anula-se e o SCR bloqueia. Só haverá novo disparo no próximo 
semiciclo. 
Comutacão Forcada 
> > 
Em circuitos CC, uma vez que a tensão entre a nodo e catado permanece 
positiva. deve-se fazer um ·'truque" para zerar a corrente de anodo. 
Em vez de aguardar a corrente passar por zero (o que niío aconrece 
neste caso), pode-se provocar o bloqueio através dos métodos de comutação 
fo rçada. 
Desviando-se a corrente por um caminho de menor impedância, 
a corrente que passa pelo SCR irá cair abatxo de IH, provocando o 
bloqueio. 
Pode-se, também, aplicar tensão reversa nos terminats do SCR, 
forçando-o a operar na região de polarização reversa de sua curva 
característica. Com isso, a corrente no SCR torna-se baixa e o SCR ficará 
bloqueado. 
Após o bloqueio, deve-se garantir que a tensão não seja reaplicada ao 
SCR imediatamente. Isto restabeleceria o processo de realimentação necessário 
para o disparo do SCR. A tensão reaplicada deve aumentar segundo um 
parâmetro dv/dt, definido nas folhas de dados do SCR. 
Tudo isso ficará mais claro após os exemplos seguintes: 
SCR 33 
\ 
I 
r 
I 
jl' 
I 
j'' 
... . 
Q-
Exemplo: Bloqueio por Chave 
No circuito da figura 3.10, como se explica o bloqueio do SCR? 
12Vr 
12V/6W 
TIC 106 CH, CH, 
1kn 
Figura 3.1 O - Bloqueio do SCR por Chave em um Circuito de 
Corrente Contínua 
Com todas as chaves abertas, o SCR está bloqueado e a lâmpada 
apagada. Fechando-se CH?, o circuito da lâmpada e do SCR estará 
energizndo. Como não há corrente de gatilho, o SCR continuara bloqueado 
e a lâmpada apagada . 
Quando CH
1 
fechar, circulará pelo reststor R: (4k7Q)uma corrente 
suficiente para alimentar o gatilho do SCR. que disparara e acenderá a 
lâmpada. 
Com a lâmpada acesa, CH
1 
pode ser novamente nberta. sem que o · 
SCR bloqueie e a lâmpada se apague. 
.. Autor- E agora? O que fazer para desligar o SCR? 
Leitor( a) - É fácil! É só desligar CH2! 
Autor- Bem, essa não vale. É a alimentação do circu ito que está em 
jogo. Tente outra ... Que tal fechar CH/ 
Fechando-se CH
3
, naturalmente a lâmpada não se apagará, pois a 
chave curto-circuitará o SCR ficando a lâmpada alimentada diretamente 
pe!a tensão da fonte. Como o SCR real não é exatamente um curto-circuito, 
toda a corrente da lâmpada irá passar pela chave CH3 e a corrente do SCR 
cairá a zero. O SCR, então, irá bloquear. 
Com o SCR bloqueado, abrindo-se a chave CH3, a lâmpada apagará. 
Assim, só será outra vez acesa se CH 1 for novamente fechada, provocando 
a corrente de gatilho no SCR. 
34 
· ... 
Exemplo: Bloqueio por Capacitor 
O circuito~a figura 3.11 utiliza um processo de bloqueio por capacitor. 
+ 
12V · 
CH2 
Figura 3.11 - Bloqueio do SCR por Capacitor em um Circuito de 
Corrente Contínua 
Com CH 
1 
e CH
2 
abertas, o SCR está bloqueado, a lâmpada está 
apagada e o capacitor descarregado. 
Fechando-se CH1, alimenta-se o circuito de gatilho. O SCR dispam e 
a lâmpada acende. 
Além da corrente da lâmpada, o SCR conduz também a corrente de 
carga do capacitor cl' conforme ilustra a figura 3.12. 
q 
~~R 12V +j_ + ~ 
I c 
A C,=3,3~F 
IA!l K 
Figura 3.12 - Correntes no SCR em Condução e de Carga do Capadtor 
O capacitor C
1 
carrega-se de forma exponencial, com uma constante 
de tempo '= R1. C1 , conforme ilustra a figura 3.13. 
-v 
SCR 35 
;I 
'l _, 
• Jl 
J 
~ 
,_) 
,) 
~~· 
") 
l 
~ .. 
~ 
·rn 
1' 
1 00% + ----------------------- ' 
63~{, 
-r= R,C, St 10t 
Figura 3.13 - Carga Exponencial do Capacitor 
Ou seja, passado o período correspondente a uma constante de tempo 
t, o capacitar carrega-se, aproximadamente, com 63% da tensão final de 
12V. 
Passadas duas constantes de tempo (t = 2-r}. o capacitar carrega-se 
com cerca de 86%da tensão finaL Assim, após t = 10't . pode-se considerar 
o capacitar totalmente carregado. 
No caso do circuito da figura 3 .11, como -r= 12kx3,3!l = 0,04s, 
i'1!1ÓS 0,4s do fechamento de CH!, o capacitar cl já estará totalmente 
carregado. Desta forma, a chave CH1 poderá ser aberta sem que o SCR 
bloqueie e a lâmpada apague, mas o circuito estará preparado para o 
bloqueio do SCR. 
Le;tor(a) - Como isso é possível? 
Na figura 3.12, pode-se ver que a placa do capacitar carregada 
negativamente, está ligada ao terminal de anodo (A) do SCR. 
Quando CH
2 
for fechada, o terminal positivo do capacitar será 
aterrado. Como o catodo (K) do SCR também está aterrado, o capacitar fica 
em paralelo com o SCR e aplica uma tensão reversa ao mesmo, bloqueando-
o, como Mostra a figura 3.14. 
-v 
36 
· ... 
1' 
CH2 
Figura 3.14 -Bloqueio do SCR por Aplicação de Tensão Reversa pelo 
Capacitor 
Desafio 2: 
O circuito da figura 3 .11 foi modificado, substituindo-se CH2 por um 
outro SCR, com o circuito de disparo correspondente. A figura 3. 15 mostra 
o resultado: 
CH, C H a 
+ 
12V1 TIC 106 R, 
Rs 
Figura 3.15 - Circuito Alternativo de Bloqueio do SCR por Capacitor 
Mostre que o circuito da figura 3.15 tem funcionamento idêntico ao da 
figura 3.11. Comece com todas as chaves abertas e, em seguida: 
a) Feche CH 1 e veja que a lâmpada acende; 
b) Tome a abrir CH 1 e veja que a lâmpada permanece acesa; 
c) Feche CH2 e observe que a lâmpada apaga (lembre-se que quando 
o ·capacitar estiver carregado com 12V, a corrente que o atravessa será 
nula). 
SCR 37 
I 
I 
·' ) I 
l 
j 
•: .. 
' )I 
Ji 
, ! 
·--' ' ' \: 
~ I 
,_~, 
~ I ! 
~r~ ~· ·I 
o 
~.:-,---... 
~~~;;.;~ 
Desafio 3: 
Substitua o resistor de 12k.Q do circuito da figura 3.15 por uma 
lâmpada de 12V/6W, igual a Ll. Explique por que esse circuito biestável 
é uma réplica de um fl ip-ílop. 
Leitor(a) · Se o SCR é um retificador, por que a maioria dos 
exemplos dados foram para corrente contínua? 
Autor- Você tem razão! Vamos uer quais as aplicações do SCR em 
corrente alternada. 
[C 3.6 O SCR em Corrente Alternada ) J 
Exemplo de Aplicação: SCR como Retificador 
de Meia-Onda 
A ftgura 3.16 representa um circuito retificador de meta-onda por 
SCR: 
V 127V/100W .... 
127V 
Características do TIC 1168: 
1N4003 lc1 =20mA @ V AJ<=6,0Vdc 
TIC 1168 
Figura 3 .16 - Retificador de Meia-Onda por SCR 
Naturalmente, com CH1 aberta, a lâmpada estará apagada. 
-!.-
39 
1' 
Pelas características dadas pelo fabricante, o SCR TIC 1168 precisa de 
2Üf'0A de COrrente de gatilho para disparar garantidamente, QUandO V,\K for 
de 6 VCC. 
A junção gatilho-catodo não deixa de ser um diodo que aparece em 
paralelo com o resistor R2 (1kn) . Desta forma, logo no início do semiciclo 
positivo, a junção gatilho-catodo curto-circuita R? e a tensão da rede atinge 
um valor suficiente para o disparo do SCR, que conduzirá e acenderá a 
lâmpada. 
A tensão da rede em que o disparo ocorre pode ser calculada como I 
segue: , 
I == Vreae ~ 20xl0-3 = Vrcde ~ V · ,. 3 6V 
G R 180 'C<ll! • 
Como a~ condições de disparo fixam dois valores (V,,K = 6V e ler = j 
20mA), com certeza. entre 3,6V e 6V. a corrente necessaria será aling•da 1 
para garantir o disparo do SCR. I 
Uma vez que o valor de 6V é atingido logo no início do semicic:o 
positivo, aproximadamente 2" (dois graus) para tensão eficaz da rede igual 
a 127V. praticamente todo o semiciclo positivo é aplicado à lâmpada, como 
mostra a figura 3.17. 
"" 
·, 
! ' 
li I 
j I 
iii 
I 
t 
••• 
-----+----~~~------~~-----4--------r---__. o 
vt(V) 
==127/2 
6 
' 
----r-- -- --- -- ~ - -- · 
Bloqueio 
do SCR 
Bloqueio 
doSCR 
----~~----~~------~------~--------~--__. a 
Disparo 
do SCR 
' ' " 
I 
I 
1' 
Figura 3.17 - Formas de Onda no Circuito Hetificador de Meia-Ond. 
com SCH 
No semiciclo negativo, o SCR não conduzirá e o díodo em série com 
o resistor R1 (180.Q) , estando reversamente polarizado, evitará que circule 
corrente no gatilho. Além de desnecessária, essa corrente produziria 
dissipação no gatilho. 
Desta forma, a tensão na lâmpada estará retificada em meia-onda, ou 
seja, ela conduzirá corrente somente nos semiciclos positivos. 
40 
Neste circuito, qual a real potência fornecida à lâmpada? 
Normalmente, com tensão alternada, a potência da lâmpada seria: 
~ 
... - .... ~----
1' 
~ OJ 
onde: 
V é o valor eficaz da tensão da rede que é aplicada totalmente à 
lâmpada 
R é a resistência elétrica da lâmpada 
Com apenas meia-onda, o quadrado do valor eficaz da tensão aplicada 
à carga cai à metade e , portanto. a expressão da potência é: 
vz 
PL= -
2.R 
Como a lâmpada é de lOOW. a potência real fornecida à lâmpada é 
de, aproximadamente. 50W. 
Exemplo de Aplicação: Retificador de Onda-
Completa com SCR 
Para fornecer potência total à lâmpada, podem ser uti lizados os 
circuitos das figuras 3. 18, 3.19 e 3.20. 
127V/ 100W 
v ..... 
127V - - ----t-----1 TIC 1168 
Figura 3.18 - Controle Liga-Desliga com SCH em Onda-Completa com 
Carga no Lado CC 
~ 
SCR 41 
I 
.I 
! 
li 
:I 
i 
i 
· I 
I 
1 
···I· 
,. 
I 
I 
I 
' • 
I 
! 
.1 11 -li .. ' 
( ( Exercícios Propostos J] 
3.1 Explique de fonna objetiva a curva ideal de um SCR. 
3.2 Quais são as três regiões que podem ser destacadas na curva real 
de um SCR? 
3.3 Qual o significado dos parâmetros do SCR: far, IH, !L, VT e Vao? 
3.4 Descreva, de fonna objeliva, os vários métodos de disparo do SCR 
que não utilizam corrente de gatilho. 
3.5 No circuito da figura 3.9, usado para explicar a comutação natural, 
quando o SCR dispara e quando ele bloqueia? 
3.6 No circuito da figura 3.10, usado para explicar a comutação 
forçada com bloqueio por chave. qual a função de CH3 e em que condições 
o SCR dispara e bloqueia? 
3. 7 No circuito da figura 3.11. usado para explicar a comutação 
forçada com bloqueio por capacitar, deque fonna o capacitar atua no SCR? 
3.8 No circuito da figura 3.16 {SCR c0mo retificador de meia-onda), 
qual o maior valor de R
1 
que garante o disparo do SCR no semiciclo positivo? 
3.9 Desenhe as fonnas de onda das tensões na lâmpada nos circuitos 
retificadores de onda completa com SCR das figuras 3.18, 3.19 e 3.20. 
44 
'I' 
~ '\:_ 
c. ~- r· IC Capítulo 4 - TRIAC ~ ;"* AJt'~ r _;,i.' 
;:..! .... ; ( 
-%" . 4.1 Características Gerais ,· •; 
c-: 4.2 Modos de Disparo do TRIAC 
.. 4.3 O TRIAC em Corrente Alternada 
-
' . 
Exercícios Propostos 
-. 
(C 4.1 Características Gerais - ) J 
Para evitar a necessidade de utilização de dois SCRs em anriparalelo, foi 
desenvolvido um dispositivo, chamado TRIAC. 
O nome vem de TRI (Triode ou Triodo, de três terminais) e AC 
(Alterna te Current ou Corrente Alternada). Ou seja. o TRIAC é um triodo que 
permite o controle de corrente alternada . Sua caracteristica estática e seu 
símbolo podem ser vistos na figura 4. 1. 
'· 
A,(MT2) 
-v84 lo=O 
Ío=O 
G 
Vao VAtU 
,,-;;,---~ /I 
A,(MT,) 
(a) CaracterísliC3 EstátiC3 (b) Símbolo 
Figura 4.1 · Curva Característica e Símbolo do TRIAC 
TRIAC 45 
I 
Úl 
) 
I 
l 
III 
I 
,-> 
q 
~j i 
"\ 
) 
~ 
) 
• t .} 
) 
\ 
~ 
..) 
3·· 
-
Como pode ser visto na sua curva caracteristica, o TR1AC pode conduzir 
nos dois sentidos de polarização. Ele entra em condução de modo análogo 
ao SCR, isto é, quando for ultrapassada a tensão de breakover 0J60} sem pulso 
no gatilho ou quando for aplicada uma corrente de gatilho. Em condução, o 
TRJAC apresenta-se quase como um curto-circuito. A queda de tensão entre 
anodo e catodo situa-se entre 1 e 2V. 
Le itor(a) · Mas, e o pulso de gatilho? É negativo ou positivo? 
Autor· Bem lembrado! Essa é uma grande característica do TRIAC. 
Veja lá! 
Além de conduzir em ambos os semidos, o TR!AC pode ser disparado 
tanto por pulso positivo quanto por pulso negativo . 
Uma visão simplista do TRIAC é a de uma associação em antiparalelo 
de'dois SCRs. Isso, porém, não consegue explicar por que o TR!AC dispara 
com pulso negativo. 
A figura 4.2 mostra a estrutura de um TRJAC, adequada para a 
explicação dada a seguir. 
G 
A, 
P, ~ I N, I 
N, 
P,l N. I ~ 
A. 
Figura 4.2- Estrutura de um TRIAC 
Como o TRIAC é bidirecional, as palavras anodo e catado ficam sem 
sentido. Os terminais do TRIAC são chamadosanodo 1 (A1) , anodo 2 (A2) 
e gatilho (G). A terminologia tenninal principal 1 (MT1} e terminal 
principal 2 (MT 2) também é utilizada para os anodos. 
46 
• 
'· 
(( 4.2 Modos de Disparo do TRIAC jJ 
Costuma-se dizer que o TRIAC opera emqua tro quadrantes. Tornando-
se o terminal A1 como referência. os quatro·quadrantes são definidos pelas 
polaridades de A2 e G, segundo o gráfico e a tabela da figura 4.3. 
Quadrante A. G 
v"" 
I >0 >O ll 
II > 0 <O 
lll <0 <O I 
IV < 0 >O I 
IV 
---+-- - va 
III 
Figura 4.3- Quadrantes de Operação do TRIAC 
A sensibilidade ao disparo varia de quadrante para quadrante. em 
função das diferenças nos ganhos de amplificação. em cada caso. 
Exemplo: 
j Para observar o disparo do TR!AC nos diversos quadrantes. conside~ 
I se o drcuito da figura 4.4. j 
I 12V/6W I 
L A. 
+ 
V,=12V TIC 2268 
A, + 
V0 = 5V 
Figura 4. 4 - Circuito para Verificação dos Quadrantes de Dispara 
do TRIA C 
O disparo em cada quadrante depende do valor de~ e dascaracteristicas 
do TRIAC. 
~ 
TRJAC 47 
.,1, ' 
il 
'1 
1 
'J 
J 
J 
1' 
t.baixo, tem-se as características do TRIAC utilizado: 
Tensão da Fonte Tensão de Gate Quadrante JGTI\1 Típico IGTI\1 Máximo 
(V) (V) (mA) (mA) (mA) 
- · 
+12 +5 I +15 +50 
+12 ·5 11 -25 ·50 
-12 ·5 llJ ·30 -50 
·12 +5 IV +75 
Tensão da Fonte Tensão de Gate Quadrante VGAl Típico VGAl Máximo 
(V) (V) (V) (V) (V) 
-,.12 +5 I +0.9 T2.5 
+ 12 ·5 II -1,2 ·2,5 
-12 ·5 III · 1.2 ·2.5 
.J? +5 IV + 1.2 
lmMS =8A@ Te = ss·c TC = ss ·c 
--
RL = lOQ . tp(g) ~ 20!-!S 
Tensões medidas em relacão ao termmal A, (M!,l 
(a) 
IGTM é, por exemplo, de SOmA no quadrante I. Porque foi dito que essa 
corrente era mínima? 
Autor- Claro! A dúvida é normal. 
O valor de Icrn-.1 é o mínimo valor de corrente que deve ser aplicado no 
gatilho, para garantir o disparo do TRIAC. 
Porém, esse valor varia de uma amostra para a outra de TRlACs do 
mesmo tipo. Considerando-se um lote de TRIACs TIC226B, o valor típico 
para Icrn-.1 é lSmA (no quadrante 1}. Pode ser que, neste lote, haja TRlACs 
que precisem de 20mA para disparar, entretanto, não haverá nenhum que 
precise de mais do que SOmA, que é o valor máximo dado pelo fabricante. 
Desta forma, garantindo SOmA, é certeza que todos os TRlACs dispararão. 
~ 
48 
I 
I 
1' 
Voltando ao exemplo, deve-se calcular o valor de R, para o disparo do 
TRIAC nos quatro quadrantes: -
a) Para o primeiro quadrante, considerando Ver\1=2,SV, tem-se: 
JG::: Vç - VGAI::: 5-2,5 =~ 
R1 + R2 22 + R2 22 + R2 
A corrente mínima, que garante o disparo é SOmA. Assim: 
SOm = 
2
·
5 ~ R2 = 2·5 - 22 = R2 = 28n 22+R2 SOm 
b) Para os quadrantes II e III. o resultado será igual, pois a corrente 
mínima é a mesma. 
c) Para o quadrante IV, a corrente mín1ma que garante o disparo é 
7SmA / 
75m = 
5
- 1.
2 ~ R2 = 3'8 -22 = R2 = 28.67n 22+R2 75m 
Desafio: 
-, 
a) Monte o circuito da figura 4.4. Instale um miliamperimetro no 
circuito de gatilho. Varie o valor de R2, até obter o disparo (lâmpada 
acende). Anote o valor da corrente de gatilho no instante do disparo. 
b) Para cada quadrante, observe a polaridade necessária para as fontes 
1 de 12V e SV. Inverta-as, quando necessário, para determinar o quadrante 
desejado. 
c) Em cada caso, desligue o circuito após o disparo e meça o valor de 
R2. Compare-os com os valores calculados no exemplo anterior. 
Observe que poderá haver divergências, em função das discrepâncias 
observadas e pelo fato da corrente de disparo variar de componente para 
componente. O fabricante dá o valor de IGT apenas como um parâmetro de 
referência. A corrente IGT é o mínimo valor de corrente de gatilho que 
garante, a zs·c neste caso, o disparo de qualquer componente do tipo 
TIC226B. 
\ 
TRJAC 49 
I 
~~;I f' 
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I 
1, 
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I 
I 
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I -· 
~-
.. 
:E;=_-_t 
Leitor(a)- Mas, o que é isso' De novo falou-se apenas em corrente 
contínua! O TRIAC não é para corrente alternada? 
Autor - Calma, amigo(a). Veja os exemplos seguintes. 
( ( 4.3 O TRIAC em Corrente Alternada ) ) 
Exemplo de Aplicação: Controle em Onda-
Completa com TRIAC 
O circuito da figura 3 .20, estudado no Capítulo 3. que utiliza dois SCRs I 
para o controle da tensão na carga nos dois semiciclos da tensão da rede, 
1 
pode ser implementado utilizando um único TRIAC. como mostra a figura I 
1 4.5. 
127V/100W r------~ 
, 6() r I i I 
v ..... 
127V 
TIC ; Rs 
226 B I 
1 Cs 
I 
1 
I 
I 
I 
1Circuito 
1Snubber 
I 
0,111F I 
I 
__________ ....._ __ --;-.~-~- - - - j 
Figura 4.5- Circuito de Controle de Onda-Completa com TRIAC 
Este circuito mostra, adicionalmente, o circuito snubber de proteção 
contra dv/dt. Normalmente, a ordem de grandeza R, e C, é esta apresentada 
no circuito. Quando o fabricante fornece maiôres dados, é possível calcular 
o valor de R, e Cs por fórmulas ou gráficos. 
50 
Exemplo de Aplicação: Controle de Potência 
numa Carga 
O circuito da figura 4.6 possui uma chave rotativa CH de três posições: 
127V/100W 
CH 
v, ... 
127V 
470 
TIC 
2268 
I 
Figura 4.6- Circuito de Controle de ?otência com TRIAC I 
I 
a) Na posição central (0), o circuiro de ~atilho fica sem tensão. Neste I 
I caso. o TRIAC encontra-se bloqueado e a lâmpada apagada. , 
I b) Mudando-se a chave para a posição (1). o diodo permite aplicar a 
corrente de gatilho no semiciclo positivo da rede. Entretanto, o mesmo 
diodo abre o circuito no semiciclo negativo da rede. Assim, a lâmpada é I 
acionada somente nos sem i ciclos positivos, funcionando com meia potência. I 
c) .~om a ch~ve n~ posição (2)_. have.r~_corrente de gatilho em ambos I 
os semlclclos, aphcz.;-.uo plena pv,~nc..ad •ampada. , 
( ( Exercícios Propostos ) J 
4.1 Qual a vantagem do TRIAC em relação ao SCR quanto ao sentido 
de condução? 
4.2 Qual a vantagem do TRIAC em relação ao SCR quanto ao disparo 
pelo gatilho? 
4.3 Esboçar as formas de onda de tensão na lâmpada do circuito da 
figura 4.6 com a chave rotativa nas posições O. 1 e 2. 
TRIA~ 51 
'. 
- 'J-
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Anotações 
-=··· \ · . - . . 
;....;!.~----
l""" 
.. .. ~ 
t- Capítulo 5 - CONTROLE DE FASE COM SCRs E TRIACs · i r ! 
~ - ~ ' -r 'lí.' r •. ; 
:r~ 
·s.1 Controle de Fase com SCR ~r; -~ : ~·' ,~ 
~.-. , 
5.2 Controle de Fase com TRIAC ~: \';' i,. • ' ,., 
'~- Exercícios Propostos 't.: - ..--. .·I 
' l:.~~~ ~ 
~- ~M ?J 
Leitor(a) ·Já entendi tudo! Os tiristores SCR e TRJAC são como 
chaves que podem ser controladas eletronicamente. Quando há corrente 
de gatilho, as chaues fecham, quando não há. as chaues não fecham. Além 
disso, tanto o SCR quanto o TR/AC, só deixam de conduzir no instante 
em que a corrente cai a zero. 
Autor-Belo resumo! Mas, não é tudo o que o SCR e o TRIAC podem 
fazer. Ve;amos o que mars é possível fazer com o SCR e o TRIAC. 
( ( 5.1 Controle de Fase com SCR ) J 
Com um circuito adequado, é possível fazer com que o SCR dispare em 
instantes diferentes em relação ao sinal alternado de entrada (tensão da rede) 
através do controle de fase , ou seja. é possível controlar a tensão 
fornecida à carga e, portanto, controlar a sua potência. 
Exemplo de Aplicação: Controle de Fase numa 
Carga Resistiva 
Na figura 5.1, a carga RL está representada por um resistor de 100n 
e o SCR escolhido tem IGT=20ffit e VGT=0,6V. Calcular os valores do 
resistor fixo R1 e do potenciômetro R2, para disparo do SCR em 
2" ,15" ,30" ,60" e 90" (ângulos de disparo em relação à tensão da rede). 
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Controle de Fase com SCRs e TRJACs 53 
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Vrede 
127V 
··{ t-----' 
TIC 1068 
Figura 5.1 - Controle de Fase com SCR 
1' 
O circuito gerador-resistor de gatilho pode ser simplificado, utilizando 
um circuito equivalente de Thevenin. 
V rede 
127V 
TIC 1068 
Figura 5.2 - Circuito do Controlador de Fase Simplificado 
Onde: 
e RcK·Rx RTh = RcK +Rx 
O objetivo é calcular o valor de R, para os diversos ângulos de disparo 
desejados. 
A corrente de gatilho é dada por: 
I 
_ VTh - Vçr I _ VTh -0,6 
G - ~ G-
RTh RTh 
Substituindo VTh e RTh nesta expressão e isolando R.. obtém-se: 
.J, 
54 
\ · 
1' 
R = v rede. RcK- 0,6. RcK 
x 0,6 + RcK ·'c 
Como V,O<Jc é o valor da tensão da rede no instante do disparo do 
liristor, para cada ângulo o. desejado, esta tensão pode ser calculada por: 
V,ede = VP .sena 
onde, a tensão de pico da rede é dada por: 
VP = Veírc3z . .J2 = 127 . .J2 = 179,6V 
}--
Considerando I0.,.=200A, a equação de R. fica: 
Rx = Vr<>de.lk- 0,6.1k 
0.6+ lk.200!1 = Rx = l250. V,cde -750 
Assim. com os valores de ü., pode-se calcular V ~ e, finalmente, R 
Tt:VC < 
para os ângulos de disparo desejados, como mostra a tabela abaixo: 
. I 
o.(graus) I v .• d. {V) R,(n) 
2. I 6,3 I 7.125 
15. 46,5 l 57.375 
30. I 89,8 l 111.500 
60° 155,5 1 193.625 
90° 179,6 I 223.750 
Desta forma, pode-se escolher um resistor R1 fixo de 6k8n em série 
com um potenciômetro R2 de 220k.n, para formarem R •. 
As tensôes sobre a carga para os diversos ângulos de disparo estão 
mostradas na figura 5.3. 
.J... 
Controle de Fase com SCRs e TRIACs 55 
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V..._M 
1;9,6t--,....... 179,6 
1' 
I 
6,3~ ~ 
46,5 
' .. e I 180" 1 360" 11 5" \ \180" I 360" e 
-179,6 
VRI.M 
179,6 
89,8 
-----------'--/ 
I 
I 
{a) a = 2' 
-179,6 --- ---- .. ---'-- / 
v ..... M 
179,6 
155,5~-
I 
I 
{b)a=JS• 
----~----~----~r-~ e 3o• ,1ao· 1360° 5o· 19o• 35o• e 
-179,6 --- ----- ---'-- / 
{c) a = 30' 
I 
I 
-179,6 
\ I 
-----------'-- / 
(d) a= 60' 
VRI.M 
179,6 
VI\ 
9~1 180° J 360° .. e 
-179,6 
\ I 
--- --- -----'-- / 
{e) a= 9()> 
/ 
I 
I 
Figura 5.3 - Tensões na Carga para os Diversos Ângulos de Disparo do 
SCR 
56 
Leitor( a)- Que interessante! Então é por isso que o SCR é chamado 
de díodo controlado? 
Autor · Exatamente! 
Além de retificar a tensão de entrada, fica claro, pelo exemplo, que o 
SCR permite controlar a tensão aplicada à carga e, portanto, a potência 
fornecida a ela. 
Exemplo de Aplicação: Tensão Média na Carga 
Calcular o valor médio da tensão na carga, para os valores de a do 
Exemplo de Aplicação anterior. 
O valor médio, para uma senóide retificada 
I ângulo de disparo a , é dado pela expressão: 
em meia-onda. com I 
I 
V P. (1 + c os a) 
V m = ---"'--'--
2
-Jt---'-
Para este exemplo. a equação fica: 
179,6.(1 t-cos o:) = 28.58.(1 r-cosa) Vm = 27t 
Com essa expressão, pode-se montar a tabela abaixo: 
o: (graus) I Vm(V) 
20 57,1 
15. 56,2 
30° 53,3 
60° 42,9 
90. 28,6 
Controle de Fase com SCRs e TRIACs 57 
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1: 
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.,.,....~ 
.. · Leitor(a) · Mas, por que calcular o valor médio/ 
Autor - É que muitas cargas (como um motor de máquina de 
costura) respondem a variações de valor médio da tensão aplicada. 
Variando-se o valor médio da tensão aplicada na carga, é variada uma 
grandeza (velocidade, por exemplo) da carga. 
Exemplo de Aplicação: Tensão Eficaz na Carga 
Calcular o valor eficaz da tensão aplicada na carga, para os valores 
de o: do Exemplo de Aplicação anterior. 
O valor eficaz, para uma se nó ide retificada em meia-onda, com ângulo 
de disparo o: , é dado pela expressão: 
1 o: · sen 2o: 
Velicaz = Vn/4- 47t +~ 
Observação: Nesta expressão, o: deve ser dado em radianos . 
Para este exemplo, a expressão fica como segue: 
1 o: sen 2o: 
Veficaz = 179,6.,/- --+--
4 41t 81t 
Com essa expressão, pode-se montar a tabela abaixo: 
o: (graus) I o:(rad) V.n.,... (V) 
20 I 1t I 90 89,8 
15° 1t/ 12 89,6 
30" n/6 88,5 
60" I 1t/3 80,5 
900 I n/2 63,5 
5~8~-------------------------
·, . 
Leitor(a)- Mos, por que calcular o valor eficaz? 
Autor-A razão é a mesma do caso do valor médio. Existem cargas, 
como uma resistência de aquecimento, cujo desempenho depende do 
valor eficaz. Variando-se o valor eficaz aplicado à resistência, obtém-se 
uma ~ar!ação da temperatura de um fomo ou da temperatura de um líquido. 
Exemplo de Aplicação: Potência na Carga 
Calcular a potência fornecida à carga, para os valores de o: do 
Exemplo de Aplicação anterior. 
A potência dissipada por uma carga resistiva é dada pela expressão: 
p = VJicaz 
R 
Para este exemplo, a expressão fica: 
2 
p = v elicaz 
100 
Com essa expressão, pode-se montar a tabela abaixo: 
o: (graus) V.ncaz (V) P(W) 
20 89,8 80,64 
15" 89,6 80,28 
30° 88,5 78,32 
60° 80,5 64,80 
90. 63,5 40,32 
Com todos estes exemplos, deve ter ficado claro como é possível 
controlar a tensão ou a potência fornecida a uma carga. 
Controle de Fase com SCRs e TRIACs 59 
I 
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I 
I 
I 
I 
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III 
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.. 
(L 5.2 Controle de Fase com TRIAC ) J 
O TRJAC também pode ser utilizado para controle de fase de tensão 
alternada. A única diferença é que o TRIAC conduz corrente em ambos os 
· sentidos, ou seja, o controle de fase pode ser feito nos semiciclos positivo e 
negativo. Por isso, em cada semiciclo deve ser aplicada corrente no gatilho, 
·no instante em que o disparo for desejado. 
Exemplo de Aplicação: Controle de Fase 
numa Carga Resistiva 
Dado o circuito abaixo, calcular R, para a = 2°,15°,30·.6o· e9o· e 
desenhar as formas de onda da tensão na carga. 
Rl 
::J-
1000 
{ TlC R~ R2 2268 V,ed. 
~ c,doo,l,,F 127V 
Figura 5.4- Controle de Fase com TRIAC 
Para garantir o disparo em qualquer quadrante, deve-se garantir a 
mínima corrente necessária para o disparo, nas piores condições. 
Considerando-se IGT=75mA e VGT=2,5V, resulta:Vp.sena-Vc-r 127.J2sena-2,5 
Rx = ~ Rx = ~ 
I~ 75m 
Rx = 2394,73.sena-33,33 
-v 
60 
1' 
Para os diversos valores de a, pode-se n.vntar a tabela abaixo: 
a(graus) I a'(graus) R..(n) 
20 I 182. 50.2 --
15° 195. 586.5 
30° 210° 1.164,0 
60° 240° 2.040,6 
90. I 270° I 2.361.4 I 
Assim, R, pode ser formado pela associação série de um resistor fixo 
R1 de 47n e um potenciómetro R2 de 3k3n . 
As formas de onda da tensão na carga estão mostradas na figura 5.5. 
v.l(V) 
179,6 
6,3 
-6,3 
-179,6 
v.l(V) 
179,6 
•r ~ .u, .... 
'' ~-.-- ' .. e ' ,. __ 360° L-- -- I i I .. e 
-46,5 
-179,6 
(a) a = 2' (b) a= JS• 
..v 
Controle de Fas~ com SCRs e TRIA.:s 61 
~~ I ,, 
o 
VRI.M 
179,6 
89,8 
-89,8 
-179,6 
-
(c) a= Jo• 
VoLM 
179,6 
-179 ,6 
I 
I 
/ 
I 
I 
e 
VRI.M 
179,6 
155,5 r--
-155,5 
-179,6 
I 
I 
(e)a=90" 
-·-
(d) a = 60" 
360° 
e 
Figura 5. 5 -.formas de Onaa aa 1 ensão na Carga 
1' 
3600 o 
Exemplo de Aplicação: Tensão Média, Tensão 
Eficaz e Potência na Carga 
Para os ângulos de disparo do Exemplo de Aplicação anterior, calcular 
os valores médio e eficaz da tensão e a potência na carga. 
As equações da tensão média, tensão eficaz e potência na carga para 
uma senóide controlada por fase nos dois semiciclos estão mostradas a 
seguir: 
.J-
62 
1' 
I Vm=Ü I 
v2 
P = eficaz 
RL Jl a sen2a V =Vp. ---+--eficaz 2 2rt 4rt 
Observação: 
• Com o TRIAC, sendo o ângulo de disparo igual nos dois semiciclos, 
a forma de onda da tensão na carga é simétrica e, portanto, seu 
valor médio é nulo. 
Para este exemplo, estas equações ficam: 
v2 
P = eficaz 
100 
V eficaz= 127.J2.J~:. _ ~ + sen 2a 
2 2rt 4rt 
Assim, pode-se montar a tabela abaixo: 
a (graus) a (rad) I vm (V) I v.ne:u (V) p {W} 
2. 1t I 90 o I 127,0 161,29 
1- I 
15. rt I 12 o I 126,8 1 160,78 
30° rc16 o 125,2 I 156.75 
6o· rc 13 o 113,9 1 129.73 
90. 1tl2 o 
---
I 89,8 I 80,64 
Comparando-se os resultados obtidos no circuito de controle de fase 
com SCR e no circuito de controle de fase com TRJAC, percebe-se que este 
último é mais eficiente. 
Nos exemplos anteriores, as cargas são iguais. No controle com TRIAC, 
é possível aplicar plena tensão à carga, já que tanto o semiciclo positivo como 
o negativo da tensão da rede são utilizados. 
Controle de Fase com SCRs e TRIACs 63 
·, 
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111 .. 
l 
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~:_~~~ 
Se a carga fosse uma lâmpada, por exemplo, com SCR, ela nunca 
estaria acesa com potência máxima. 
Outro fato bastante interessante pode ser observado ao compararem-
se as tabelas de potência. No controle com SCR, para a = 2• (ou seja, 
próximo de zero), a potência na carga é 80,64W. Na figura 5.3(a), observa-
se que praticamente meia senóide é aplicada à carga. 
No controle com TRIAC, para a = 90• , a potência na carga também 
é 80,64W. Na figura 5 .5(e), observa-se que dois trechos de 1/4 de senóide 
são aplicados à carga, o que corresponde, também, a meia senóide. 
Desta comparação, conclui-se que a potência entregue à carga depende 
dos trechos de senóide que são aplicados à mesma. Assim, o controle com 
TRIAC permite fornecer maior potência para a carga. Se houver um circuito 
que permita ao ângulo de disparo variar de zero até 180•, o controle de 
potência com TRIAC será contínuo. Neste caso, poder-se-á variar a potência 
na carga desde zero até o valor máximo. 
Leitor(a) Muito bom! Agora já sei que posso controlar o mstante 
em· que o SCR e o TRIAC podem disparar. Portanto, tenho o domín1o 
completo sobre os tiristores! 
Autor- Espere um pouco só! Você reparou que nos exemplos vistos 
até este momento, não foram utilizados ângulos maiores do que 90• no 
semiciclo pos1tivo e 270• no semiciClo negativo? 
Leitor(a) - É mesmo! 
Autor · É isso que está faltando explicar. 
Nos circuitos até agora mostrados, o ângulo de disparo não passa de 
90• no semiciclo positivo e 270• no semiciclo negativo. Por exemplo, os 
valores do resistor R. do circuito da figura 5.1 foram calcúlados para dar o 
valor necessário de corrente de gatilho no instante desejado da tensão da rede. 
A figura 5.6 ajuda a entender melhor. 
64 
-~··w·.:. 
Vn,oEM 
179,6 
89,8 
-179,6 ... -- -- -------
V rede 
89,8V 
{a) Tensão de Disparo 
V no 
0,8V 
(b) Circuito Equivalente 
o 
TIC 
1068 
Figura 5.6- Detalhe do Cálculo do Resistor Rx para a Corrente de 
Disparo Necessária com a = 30' 
Na figura 5.6(a), é mostrado que, no instante de disparo, a tensão da 
rede é de 89,8V. Na figura 5.6(b), é mostrado o circuito equivalente, indicando 
os valores já calculados anteriormente, para o exemplo da figura 5.1, com 
a= 3o·. 
O valor da corrente de gatilho é: 
o 80- 0,60 = 202~ ' -Ic = 991,1 
que é a corrente de gatilho necessária para garantir o disparo. 
Se fosse usado o mesmo raciocínio para disparo com a = 150• , a 
tensão instantânea da rede seria: 
Controle de Fase com SCRs e TRIACs 65 
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IIJ ,,, 
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llj 
III 
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1 
' f: 
Vrede = 127. J2.sen 150" = 89,8V 
Ora, esse é o mesmo valor de tensão da rede para et = 30". Assim, um 
valor de R, ajustado com esse valor de tensão de rede, faria o disparo ocorrer 
em 30• e não em 150• . 
Portanto, com esse circuito de disparo, é impossível atingir ângulos 
maiores do que 90". A figura S. 7 ajuda a esclarecer este ponto . 
VAEDEM 
89,8 
360° 
e 
Jo• 
Figura 5. 7- Detalhe da Tensão de Disparo para a = 30' e a = 150' 
Assim, o controle sobre a tensão na carga não é amda completo com 
os circuitos de disparo mostrados. O capítulo seguinte mostrará vários 
circuitos de disparo que permitem variar Ct de o· a 180° no semiciclo positivo 
e de 180• a 360• no semiciclo negativo. 
(C Exercícios Propostos ) ) 
5. 1 Considerando o circuito de controle de fase com SCR da figura 5.1 
onde RGK = 1,5k.Q, a carga é uma lâmpada de 127V/100W e o SCR é do 
tipo TIC116D: 
'/: 
a) Calcular Rx para os seguintes ângulos de disparo do SCR: 
\20" 45. 60" ego· . 
\ J , J 
h h 
... 
b) Desenhar a forma de onda das tensões na lâmpada para cada ângulo 
de disparo do SCR; 
c) Calcular a tensão média, tensão eficaz e potência na lâmpada para 
cada ârjgulo de disparo do SCR. 
Parâmetros do TIC116D 
ler 5 mA (typ) I 20 mA (max) 
Ver 1,5 v 
5.2 Considerando o circuito de controle de fase com TRlAC da íigura 
5.4 onde a carga é uma lâmpada de 127V/100W e o TRIAC é do tipo 
TIC206D: 
a) Calcular R. para os segu1ntes ângulos de disparo do TRIAC: 
5",20 • .45",60. e9o·; 
b) Desenhar a forma de onda das tensões na lâmpada para cada àngulo 
de disparo do TRlAC; 
c) Calcular a tensão média. tensão eficaz e potência na lâmpada para 
cada ângulo de disparo do TRIAC. 
Parâmetros do TIC206D 
ler 
r 
lO mA 
Ver I 2,0 v 
5.3 Comparar o desempenho das lâmpadas dos circuitos com SCR e 
TRIAC dos exercícios anteriores. 
Controle de F::se com SCRs e TRIACs 6 7 
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........... ..-~r"!-="_............:\-·........_ .. ,..,. 
68 
'f 
'.; 
..-. ... .......... ..... . 
Anotações ;zc capítulos- DlsPosmvos DE DISPARo X' 
~ v 
'!, 6. 1 Disparo por Rede Defasadora 
.6.2 DIAC 
··: 6.3 Díodo de Quatro Camadas (Schokley) 
' 6.4 SUS - Chave Unilateral de Silício 
6.5 SBS - Chave Bilateral de Silício 
- Exercícios Propóstos 
j 
[C 6.1 Disparo por Rede Defasadora ) ) 
Uma maneira de resolver o problema de limitação no ângulo de disparo 
(o.::; 90•) é mostrado na figura 6.1. 
v .... 
Carga 
Rede 
De! asadora 
Dispositivo 
de 
r 
I Disp:uo I 
VD 
Figura 6.1 · Disparo por Rede De/asadora 
SCR 
A idéia consiste em atrasar a tensão que irá comandar o disparo do 
tiristor. Desta forma, a tensão de disparo irá ocorrer mais tarde no semiciclo. 
A figura 6.2 ajudaa entender melhor este método. 
Dispositivos de Disparo 69 
q 
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v 
v. 
/ 
r- tensão da rede 
~ 
V0 (após a 
rede detasadora) 
i 
--· · --- · --· wt 
e 
onde: 
a = ãngulo de disparo normal 
~ = atraso da rede defasadora 
e = defasagem no disparo 
a'= ângulo de disparo com rede 
defasadora 
Figura 6.2- Tensão de Disparo com Rede De/asadora 
Pelo gráfico, observa-se que o ângulo normal de disparo deveria ser a , 
que é menor que 90" . Com a rede defasadora. este sinal foi utrasado de um 
ângulo cj> ' fazendo com que o ângulo de disparo seja a' = a + e ' ou seja, 
maior que 90• em relação à tensão da rede. 
Exemplo: 
Uma forma de se obter um circuito de disparo com rede defasac;lora é 
mostrada na figura 6 .3. 
70 
l_ 
-' 
v ..... 
127V 
Carga 
SCR 
a, 
Figura 6.3 - Circuito de Disparo com Rede De/asadora 
' >: 
.,j... 
1' 
A tensão de disparo, tomada sobre o capacitar, está atrasada e m 
relação à tensão da rede, por um ângulo $ . O valor dessa defasagem 
depende do valor da constante de tempo -r= (R 1 + R2 ).C1 . Variando-se 
R
2
, consegue-se variar o ângulo de defasag~m <1> e, portanto, o ângulo a' 
de disparo do SCR. 
O díodo 0
1 
garante que só haverá corrente de gatilho no semiciclo 
positivo da tensão da rede, evitando perdas desnecessárias no gatilho do 
SCR quando este estiver bloqueado. 
O diodo 0
2 
conduz no semiciclo negativo carregando C
1 
com tensão 
negativa. Isso garante que. em cada semiciclo positivo, o capacitor comece 
sempre a se carregar a partir de uma tensão fixa, mantendo a regula ridade 
do disparo. 
(C 6.2 DfAC ~-~ )) 
Quando o TR!AC é usado como dispositivo de controle, é frequentemente 
utilizudo um DIAC como dispositivo de disparo, conforme pode ser visto na 
figura 6.4. 
Carga 
v .... 
127V 
TRIAC 
a, 
.. 
Figura 6.4 - Circuito de Controle com TRIAC Disparado por DIAC com 
Rede De/asadora 
Dispos it ivos de Disparo 71 
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Jl 
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O DIA C (Oiode Altemative Current) é uma chave bidirecional disparada 
por tensão. No11T'almente, a tensão de disparo dos DIACs ocorre entre 20 e 
40V. A sua curva característica está mostrada na figura 6.5(a) e os símbolos 
mais u5uais estão mostrados na figura 6 .5(b). 
I 
-V o 
c= ' 
V0 v 
I 
(a) Curva Característica 
(b) Símbolos 
Figura 6.5- Chave Bidireciona/- DIAC 
Com a curva característica do DIAC, fica fácil entender o funcionamento 
do circuito da figura 6 .4. A rede RI, R2 e cl defasa a tensão sobre c,. o 
capacitar carrega-se até atingir a tensão V 0 de disparo do DIA C. Quando isso 
ocorre, o DIAC entra em condução e cria um caminho de baixa impedância 
para o capacitar descarregar-se sobre o gatilho do TRIAC. A corrente de 
descarga do capacitar é suficientemente elevada para conseguir disparar 
õfRIACs de baixa potência, mesmo com valores relativamente baixos de 
capacitância (por exemplo: O,lf.LF ). 
72 
--
Um inconveniente prático do circuito da figura 6.4 é o chamado efeito 
de histerese . Esse efeito ocorre para baixos valores de ângulo de condução 
e se traduz por uma descontinuidade de controle. Isto faz com que um 
pequeno ajuste em R2 , para mais ou para menos, provoque uma variação 
brusca de tensão na carga. 
No caso de um dimmer (regulador de luminosidade), este pequeno 
ajuste provocaria uma variação muito grande na luminosidade da lâmpada de 
carga. Isto significa que, para uma mesma potência na lâmpada, o ajuste do 
potenciómetro deve ser diferente. dependendo se esteja sendo reduzida ou 
aumentada a sua luminosidade. 
O efeito histerese ocorre quando se utiliza apenas um capacitar, porque 
este não tem tempo hábil para carregar-se após o disparo. Assim, as 
condições de carga se alteram de um semiciclo para outro, fazendo com que 
no semiciclo seguinte o capacitar atinja o limiar de disparo num instante 
diferente em relação ao semiciclo anterior. 
Esse efeito pode ser corrigido com um circuito de dupla constante 
de tempo, como será visto a seguir. 
Exemplo de Aplicação: Dimmer 
A figura 6.6 mostra o circuito de um dimmer controlado por TRIAC, 
disparado por DIAC e com rede defasadora de dupla constante de tempo. 
Lâmpada L, 
v,.,.. c, 
127V 0,1J.1F 
c. 
0,1JlF 
Figura 6. 6 - Circuito de um Dimmer 
a, 
TIC 2168 
Quando C3 atingir a tensão de disparo do DIAC, C2 irá descarregar-se 
sobre C3, repondo parcialmente a carga perdida no disparo do TRIAC. Isto faz 
com que, a cada semiciclo, a carga inicial de c3 seja sempre a mesma. Assim, 
o TRIAC disparará sempre no mesmo ponto da senóide da rede. 
Dispositivos de Disparo 73 
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J 
r 6.3 Díodo de Quatro Camadas (Schokley) ) 
Embora a utilização do díodo de quatro camadas leve a circuitos de 
disparo mais complicados, é interessante apresentar as suas características. 
A figura 6. 7 detalha um diodo de quatro camadas. 
A A A 
K K K 
(a) Estrutura F1Sica (b) Cm:uito Equivalente cem Dois Transistores (c) Símbolo 
Figura 6. 7- Díodo Schockley 
Leitor(a)- Mas isso é um SCR sem gatilho/ 
Autor· Muito bem' É isso mesmo. 
O diodo Schockley ou de quatro camadas é um SCR sem gatilho 
preparado para disparar por tensão. A figura 6 .8 mostra a sua curva 
característica. 
.. ;L 
-v.,. 
v. v., 
Figura 6. 8 - Curva Característica do Díodo Schockley 
74 
'4:,-'c~· •• "::':"".-. 
\ --,~. ~ ;.;·.;.;:. ;.,.... . ·- - ,. 
~~ :".r-~ :"'~'"!!~.:"'";. .,._ --
Observando a curva característica, fica fácil de entender o uso do diodo 
de quatro camadas em um circuito de disparo com rede defasadora, como o 
da figura 6 . 9. 
Carga 
v,-cj. 
127Y a, 
c , 
Figura 6.9- Circuito de Disparo com Díodo Schockley 
Enquanto a tensão no capacitar V c for menor do que a tensão Vs de 
disparo do díodo SchockJey, este estará cortado e o SCR bloqueado. 
Atingido V5, o diodo SchockJey entrará em condução e se transformará 
em um caminho de baixa impedância para a descarga do capacitar pelo 
gat ilho . O capacitar provocará um pulso de corrente suficiente para disparar 
o SCR. 
Pelo controle da defasagem entre a tensão da rede e a tensão no 
capacitar, pode-se variar o ângulo de disparo do SCR. 
(C 6.4 SUS- Chave Unilateral de Silício ) J 
A chave unilateral de silício (SUS - Silicon Unilateral Switch) é 
uma versão aperfeiçoada do díodo de quatro camadas. Na verdade, esse 
dispositivo é um circuito integrado, sendo internamente construído com 
transistores, diodos e resistores. 
Um terceiro terminal de gatilho foi acrescentado para dar maior 
flexibilidade na utilização da SUS . 
A figura 6.10 mostra um exemplo de circuito equivalente de uma SUS 
e seu símbolo. 
Dispositivos de Disparo 7 5 
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A 
A 
'l---T---.,._ .... G 
G~ 
Vz 
R a 
K 
K 
(a) Circuito Equivalente (b) Símbolo 
Figura 6.1 O - SUS - Chave Unilateral de Silício 
A sua curva característica está ilustrada na figura 6 .11. Pode-se 
entendê-la, baseando-se no circuito equivalente da figura 6.10(a). 
IH t- _ _:..._ _____ ___ 
Vs v.K 
Figura 6.11 - Curva Característica de uma SUS 
Tomando-se como referência o catado, supondo que VA<Vz, ou seja, 
a tensão aplicada à SUS é menor do que a tensão zener do diodo interno, a 
tensão VEB1 será negativa e o transistor T 1 estará cortado, provocando o corte 
de T 
2
• Assim, não há corrente de gatilho e a SUS fica bloqueada. 
Aumentando-se V A• atinge-se um ponto em que há o aumento brusco 
da corrente, em processo semelhante ao disparo por tensão de um SCR ou 
DIA C. Como o transistor T 1 foi projetado para ter ganho de corrente elevado, 
a quase totalidade dessa corrente flui pelo coletor. 
76 
:::. \ 
Circulando corrente pelo coletor de T 1 e ,estando T2 cortado, irá circular 
corrente porRB, produzindo uma queda de tensão. 
Quando a queda de tensão em R6 ?tingir um valor que provoque a 
polarização di reta da junção emissor-base de T 2, este entra em condução. 
Conduzindo T2 , inicia-se o processo de disparo, que leva T 1 e T2 à saturação. 
Assim, a SUS passa a conduzir corrente e11tre anodo e catado e a queda de 
tensão entre estes terminais cai para um valor típico, em torno de l ,SV. 
Leitor( a} - Mas que novidade existe até aqui? Parece tudo igual ao 
SCR o u DIAC! 
A diferença é que no gráfico da figura 6. 11, o valor de V
5 
= Vz + Vcs
1
• 
Portanto, é o diodo zener que define o ponto de disparo da SUS. 
Outro fato interessante é que, colocando-se um díodo zener externo 
entre gatilho e catado, tal que Vz""' < V_, a nova tensão de disparo será 
Vs = Vz.,., + Vr.sl · 
Ainda, se for conectado um resistor entre anodo e gatilho e outro, de 
igual valor, entre gatilho e catado, a tensão de disparo também diminui. 
I 
Exemplo: 
A figura 6. 12 mostra uma carga controlada por um SCR disparado por 
uma SUS. 
Carga 
a, v, ... 
127V 
Figura 6.12 - Circuito de Disparo com SUS 
-v 
Dispositivos de Disparo 77 
~ui J 
a. 
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3.: 
'I 
J . 
L 
1' 
O circuito funciona normalmente no semiciclo positivo, com a SUS 
sendo disparada pela tensão do capacitar. Essa tensão é atrasada pela 
variação de R1, de modo a fixar o ângulo de disparo desejado. 
No semicido negativo, a corrente circula oor Cl' A-G e R
2
, para 
garantir a descarga do capacitar e para que, no próximo semiciclo positivo, 
o capacitar inicie a sua carga a partir do mesmo valor de tensão. Isso garante 
a manutenção do mesmo ângulo de disparo, evitãndo o efeito de histerese 
já mencionado no caso do D!AC. 
. ( ( 6.5 SBS - Chave Bilateral de Silício - )] 
A chave bilateral de silício (SBS - Silicon Bilateral Switch) é uma 
associação antiparalelo de duas SUS, como mostra a figura 6.13(a) e cujo 
símbolo está mostrado na figura 6.13{b). 
A, 
As, 
A, 
G-+--+---+----+ 
G 
'. 
R a, 
A. 
A. 
(a) Circuito Equivalente (b) Símbolo 
Figura 6.13 - SBS - Chave Bilateral de Silício 
Isto faz com que a SBS possa ser utilizada para o disparo de TRIACs. 
A figura 6.14 mostra a cuiVa característica da SBS. 
78 
I• 
·Ys 
v, v ... ~ 
Figura 6.14 - Curva Característica de uma SBS 
Tanto a SBS como a SUS são usadas como disposit ivos de disparo após 
uma rede defasadora. A vantagem àa SBS e da SUS é o gatilho, que pode 
alterar suas características, dando maior flexibilidade à escolha dos componentes 
dos circuitos . 
\ 
Exemplo: 
A figura 6.15 mostra uma carga controlada por um TRIAC disparado 
por uma SBS. 
CMga 
~---~------------------, 
v r~· a, 
127V 
c, 
Figura 6.15 - Circuito de Disparo com SBS 
..j,. 
Dispositivos de Disparo 79 
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' 
.: l 
III 
!I· 
III 
,. 
tiL.. 
·:> . ') .,. 
1' 
O funcionamento é praticamente o mesmo do circuito de disparo com 
SUS. Neste caso, não aparece o díodo, pois o controle do disparo é feito 
em ambos os semiciclos, já que o tiristor controlado é um TRIAC. 
A função de R
2 
e R
3 
é diminuir a tensão de disparo para minimizar o 
~feito de histerese. já citado. 
• ( ( Exercícios Propostos ) ) 
6.1 Quais as funções de R2, C,, 0 1 e 0 2 nocircuitodedisparocom rede 
defasadora da figura 6.3? 
6.2 Explique a função do DIAC e o efeito histerese no circuito de 
controle com TRIAC da figura 6.4. 
6.3 Como o efeito histerese foi corrigido no circuito do dimmer da 
figura 6.6? 
6.4 Qual a principal vantagem da SUS e da SBS em relação ao diodo 
Sóockley? 
6.5 Qual a principal diferença entre a SUS e a SBS em relação à 
ap!:cação em circuitos de controle com tiristores? 
80 
. ·. 
Capítulo 7 - CIRCUITOS DE DISPARO PIJLSADOS COM UJT E PUT ' ~' 
' ,<\i ··- . " 1!' ... 7.1 Transistor de Unijunção - UJT 
7.2 Oscilador de Relaxação com UJT 
. 7.3 Transistor de Unijunçáo Programável - PUT 
7.4 Oscilador de Relaxação com PUT 
- Exercícios Propostos 
Leitor(a) · Mas todos os dispositivos de disparo, DIAC, díodo 
Schockley, SUS eSBS fazem a mesma coisa? A única variação é no circuito 
de disparo? 
Autor- Muito bem! É isso mesmo. É por isso que nosso estudo de 
tiristores ainda não terminou. Tem muito circuito de disparo pela frente. 
( ( 7. 1 Transistor de Unijunção - UJT ) ) 
O UJT (Unijunction Transistor ou Transistor de Unijunção), como o 
próprio nome diz, é um dispositivo semicondutor de três terminais com 
apenas uma junção PN. 
Na verdade, o transistor de unijunção é um dispositivo de disparo , 
como os outros já estudados. Entretanto, possui algumas características que 
o tomam bastante popular. Após a análise de seu princípio de funcionamento, 
essas características ficarão claras. 
Princípio de Funcionamento do UJT 
A estrutura física do UJT, seu símbolo e circuito equivalente, são 
mostrados na figura 7 .1. 
• 
Circuitos de Disparo Pulsados com UJT e PUT 81 
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B, 
B, 
y 
B, 
E 
E--4 '"ll· 
B, B, 
E 
B, 
(a) Estrutura Física (b) Símbolo (c) Circuito Equivalente 
Figura T.l - Transistor de Unijunção - UJT 
A figura 7 .1 (a) ilustra a estrutura física do UJT, que não é exatamente 
a estrutura real, mas serve para explicar como o UJT funciona. 
Em uma barra de material N levemente dopado, é soldado um terminal 
de alumínio, que é um dopante aceitador. Forma-se então, na região próxima 
à junção, um material do tipo P de dopagem elevada, chamado de emissor 
(E). Os outros dois terminais da barra são chamados base 1 (B1 ) e base 
2 (B
2
). 
Em relação aos terminais B 
1 
e B2, a barra nada mais é do que uma 
simples resistência, cujo valor depende de detalhes construtivos, como 
dopagem e dimensões. 
Na figura T1(b), é mostrado o símbolo do UJT. A flecha indica o sentido 
de co'fidução da junção PN. O circuito equivalente do UJT é mostrado na 
figura t:l(c). O díodo representa a junção PN do emissor. A barra é dividida 
em duas partes: a primeira parte, r 
82
, equivale à resistência da parte superior 
da barra e a segunda, formada por uma resistência fixa r, e outra variável r n' 
sendo r
81 
= r, + r". A razão disso ficará clara durante a explicação da curva 
característica do UJT. 
A soma das resistências r 
88 
=r 
81 
+r 
82 
corresponde à resistência da barra 
entre os terminais 8 1 e 8 2-:-.---
82 
( ( 7.2 Oscilaéor de Relaxação com UJT ) ) 
O circuito tradicional de disparo usando UJT é chamado de oscilador 
de relaxação, mostrado na figura 7.2. 
RT 
_L 
v" I 
~I 
-
Figura 7.2 - Oscilador de Relaxação com UJT 
Sem consderar o que acontece com o capacitor, suponha-se que este 
esteja inicialmente descarregado. Pelo circuito equivalente do UJT, entre a 
base 1 e a base 2 existe um divisor de tensão, conforme pode ser visto na figura 
7.3. 
Figura 7.3- Divisor de Tensão entre BJ e B2 
Na prática, utiliza-se R82 < < r 82, fazendo com que a queda de tensão em 
RB2 seja desprezível. O mesmo ocorre em relação a R81 e r 81 • Assim, a 
corrente I e a tens?" Vx no ponto X valem, respectivamente: 
Circuitos de Disparo Pulsados com UJT e PUT 83 
' ~~------~--------~-------------------------------------------------------------------------rr 
1li j 
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M· 
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~ .. 
1 = Vss = ~'3B e 
rs1 + rsz rLJ 
v 
Vx =r si· I = -...!lli. ·r si 
rss 
A relação entre r61 e r88 é chamada 11 {lê-se "éta"). Este é um parâmetro 
do UJT que, normalmente, varia entre 0,4 e 0,9. Assim: 
~ 
~ 
A tensão V x pode ser ainda expressa como uma fração fixa da tensão 
da fonte , ou seja: 
Vx = ll· V as 
A curva característica do UJT será desenhada em duas etapas. 
Primeiramente, supondo-se que a base 8 2 esteja aberra. Desta forma. a