LEVANTAMENTO DA CURVA CARACTERÍSTICA DO SCR

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Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho
Câmpus de São João da Boa Vista
Laboratório de eletrônica de potência
Relatório nº 5
LEVANTAMENTO DA CURVA CARACTERÍSTICA DO SCR
Número Nome Completo Assinatura
161490514 João Victor Caldeirão
171490223 Jean Zanella Correia
Turma A / grupo 3
São João da Boa Vista
18 de novembro de 2021
Sumário
1 Objetivos 2
2 Introdução 2
3 Materiais e métodos 4
4 Resultados 5
5 Conclusões 7
Referências 7
Relatório nº 5:Levantamento da curva características do SCR
1 Objetivos
O principal objetivo desse experimento é estudar e compreender o funcionamento de
um tiristor, através da análise do circuito retificador controlado de silício (SCR). Variando
a tensão aplicada para determinar a forma de onda característica do SCR, com a chave
fechada, e por fim, comparar ela com a curva encontrada com a chave aberta.
2 Introdução
O tiristor é um dispositivo de quatro camadas e membro da família dos semi-condutores
que tem dois estados estáveis de operação: um estado apresenta corrente aproximada-
mente igual a zero, e o outro tem uma corrente elevada, limitada apenas pela resistência
externa.
O tiristor pode ser considerado uma chave unidirecional que substitui, com vantagens,
por exemplo, contatores e relés de grande capacidade.
O dispositivo SCR (Sillicon Controlled Rectifier ou Retificador Controlado de Silício)
é um diodo controlado de silício.O SCR é construído por quatro camadas de material
semicondutor: PNPN ou NPNP. Ele possui três terminas, chamados anodo, cátodo e
gatilho. A Figura 1 mostra o símbolo usado para representá-lo.
Figura 1: Símbolo do SCR
Fonte: feg-UNESP
Para entendermos o funcionamento, vamos utilizar o circuito equivalente de 2 tran-
sistores, conforme a figura 2.
Aplicando-se uma tensão E [(+) no anodo (A) e (-) no catodo (K)] veremos que o
transistor PNP e o NPN não conduzem porque não circula a corrente I2 e a corrente I1.
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Relatório nº 5:Levantamento da curva características do SCR
Figura 2: Funcionamento do SCR
Fonte: feg-UNESP
Aplicando agora um pulso positivo no gate (G) em relação ao catodo, (o pulso deve
ter amplitude maior que 0,7 V, pois entre G e K existe uma junção PN formando um
diodo), vamos fazer circular a corrente I1 que fará o transistor NPN entrar em condução.
Com isso I2 também irá circular fazendo com que o transistor PNP conduza.
Assim, sendo, o pulso no gate não é mais necessário pois o transistor PNP mantém o
NPN conduzindo e vice-versa.
Esse estado de condução permanecerá indefinidamente. A única maneira de desligar
o SCR é fazer a tensão E (entre anodo e catodo) igual a zero.
Figura 3: Curva característica do disparo
Fonte: feg-UNESP
Quanto a curva característica temos:
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Relatório nº 5:Levantamento da curva características do SCR
• IL– Latching Current: para entrar em condução o SCR deve conduzir uma corrente
suficiente. O SCR não entrará em condução se a Corrente de Gatilho IGK for
suprimida antes que a Corrente de Ânodo IA atinja esse valor;
• IH - Holding Current: uma vez retirada a corrente de gatilho, a mínima Corrente
de Ânodo IA para manter o SCR em condução é chamada Corrente de Manutenção;
• VBR – Tensão de Breakdown, é a tensão reversa máxima que o SCR suporta;
• VBO - Tensão de Breakover, é a tensão direta que faz o SCR conduzir, sem que haja
sinal no gate;
• IAMAX - Máxima corrente de anodo que não danifica o SCR, pode ser dada como
valor RMS, médio, de pico ou instantâneo;
3 Materiais e métodos
Para o experimento utilizamos o seguinte circuito montado no Multisim:
Figura 4: Circuito utilizado
Fonte: Elaborado pelas autores
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Relatório nº 5:Levantamento da curva características do SCR
Os componentes presentes no circuito utilizado são:
• Fonte de corrente contínua; Resistores de 1k e 330;
• SCR;
• Chave;
• Lâmpada de 5V e 50W.
O roteiro apresentado tem como principal objetivo estudar e compreender o funci-
onamento de um tiristor, através da análise do circuito retificador controlado de silício
(SCR). Variando a tensão aplicada para, posteriormente, determinar a forma de onda ca-
racterística do SCR, com a chave fechada, e por fim, comparar ela com a curva encontrada
com a chave aberta.
4 Resultados
Para a primeira parte do experimento, a simulação com a chave S2 fechada forneceu
as medidas conforme fomos variando a voltagem de 0 à 20V conforme a tabela 1. Com
os dados obtidos, utilizou-se o Excel para a análise dos dados,assim foi plotada a curva
característica do tiristor, com a corrente no eixo y (It) e a queda de tensão anodo-catodo
no eixo x (Vt ).
Figura 5: Curva característica do SCR
Fonte: Elaborado pelas autores
Podemos observar que o tiristor é acionado e começa a conduzir somente se a tensão
sobre ele for maior que 10V. Dessa forma, quando a tensão da fonte é 11V, já é possível
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Relatório nº 5:Levantamento da curva características do SCR
notar que a lâmpada acende, pois, a corrente já circula pelo circuito. Basicamente, essa
alteração do circuito ocorre já que o potencial positivo no gatilho e, consequentemente, sua
corrente foi suficiente para que o transistor NPN fosse polarizado diretamente. Com isso,
o transistor PNP também entra em condução e, portanto, os dois transistores conduzem
e ocorre o processo regenerativo. De modo geral, o processo regenerativo ocorre pois o
coletor do transistor PNP está ligado na base do NPN e vice-versa.
Pela tabela 1,é possível observar a alteração dos valores na tensão sobre o tiristor.
Inicialmente, a tensão proveniente da fonte recai sobre o tiristor, já que este ainda não
está conduzindo. Quando se inicia a condução, a tensão diminui para aproximadamente
0,9V, sendo o suficiente para suprir o seu potencial.
Para o experimento realizado com a chave aberta, vimos que o circuito continua
funcionando, já que o processo regenerativo mantém o fluxo de corrente e a corrente de
gatilho se torna irrelevante.Por fim, desconectando a tensão de entrada V1, foi possível
perceber que a lâmpada se apaga,pois interrompemos o fornecimento de tensão ao circuito,
fazendo com que a corrente do tiristor seja menor que a corrente de manutenção Ih,
consequentemente, bloqueando-o.
Tabela 1: Dados obtidos com a simulação
Vfonte[V] Igatilho[A] Itiristor[A] Vtiristor[V]
1 555.10x10−15 601.98x10−12 1
2 1.1111x10−12 2.601x10−9 2
3 1.1111x10−12 4.6011x10−9 3
4 2.1041x10−12 6.6031x10−9 4
5 2.1041x10−12 8.6x10−9 5
6 2.1041x10−12 10.645x10−9 6
7 4.4441x10−12 12.615x10−9 7
8 4.4441x10−12 14.6113x10−9 8
9 8.8801x10−12 16.613x10−9 9
10 4.4701x10−12 18.620x10−9 10
11 8.8811x10−12 20.120x10−9 0.92
12 4.4821x10−12 22.2210x10−9 0.9216
13 8.8282x10−12 24.110x10−9 0.94126
14 8.8281x10−12 26.320x10−9 0.9614
15 8.82791x10−12 28.0270x10−9 0.98197
16 8.8340x10−12 30x10−9 1
17 8.83146x10−12 31.9620x10−9 1.0133
18 16.83146x10−12 33.9220x10−9 1.03442
19 8.8159x10−12 35.9810x10−9 1.0561
20 8.8259x10−12 37.8610x10−9 1.0782
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Relatório nº 5:Levantamento da curva características do SCR
5 Conclusões
A partir do experimento e das simulações realizadas,obtemos a curva característica
do funcionamento do tiristor.
Observamos que quando a chave esta fechada, o divisor de tensão no gatilho do tiristor
fornece uma corrente para ativá-lo.Seu funcionamento se dá através da polarização direta
entre o Anodo e o Catodo juntamente com a corrente de gatilho, assim,concluímos que
após a sua ativação, não é necessária a corrente de ativação. Após ligar, o SCR funciona
aproximadamente como um diodo conduzindo e isso é observado a partir do valor de 11V
na fonte de alimentação.
Referências
[1] RASHID, Muhammad H. Eletrônica de Potência: Dispositivos, circuitos e aplicações.
4ª. Ed. São Paulo: Pearson, 2014.
[2] MULTISIM. Online simulator. Disponível em: https://www.multisim.com
[3] AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência. São Paulo: Prentice Hall, 2000.
[4] feg-UNESP.Retificador Controlado de Silício(SCR). Disponivel em
https://www.feg.unesp.br/. Acesado em 16.11.21.
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