Unidade 6 - DIAC

Prévia do material em texto

ELETRÔNICA 
DE 
POTÊNCIA
Julia Beust da Silva
 
DIAC
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste capítulo, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Diferenciar o DIAC do TRIAC.
 � Interpretar a curva característica de um DIAC.
 � Analisar a operação do DIAC.
Introdução
Neste capítulo, você vai estudar o DIAC, um tiristor bidirecional acionado 
por tensão. A invenção dos tiristores foi responsável por um salto de 
evolução tecnológica, proporcionando a implantação da eletrônica de 
potência em escala industrial. A importância dos tiristores reside em sua 
capacidade de controlar uma grande quantidade de energia, permitindo 
sua aplicação no controle de potência e conversão de energia. Geralmente 
dispositivos de três terminais controláveis, os tiristores são formados 
por camadas alternadas de materiais tipo P e tipo N, responsáveis por 
conduzir a corrente principal entre os terminais quando o componente 
está em condução.
Reconhecendo o DIAC e o TRIAC
Os DIACs e TRIACs são dispositivos utilizados em circuitos de chaveamento, 
capazes de conduzir elevadas correntes e suportar grandes tensões aplicadas 
entre seus terminais. 
O DIAC, abreviação para Diode for Alternating Current, é um tiristor 
de apenas dois terminais, não controlável, conhecido também como chave 
bidirecional de silício (MALVINO; BATES, 2016). Como o termo bidirecional 
sugere, o DIAC é capaz de conduzir em ambos os sentidos. Sendo um dis-
positivo de dois terminais (MT1 e MT2), sem o terminal de gate geralmente 
presente nos tiristores, o DIAC é um dispositivo sem controle. Com uma alta 
impedância em seu estado de bloqueio, a condução do DIAC ocorre a partir de 
uma tensão de disparo VBO fixa, estabelecida por sua construção e fornecida 
por seu fabricante na folha de especificações. As tensões de disparo para 
DIACs variam entre 20V e 40V, com valor típico de 30 V (RÊGO SEGUNDO; 
RODRIGUES, 2015).
O símbolo para o DIAC e sua estrutura interna podem ser vistos na Figura 1.
Figura 1. Símbolo e estrutura interna do DIAC.
Fonte: Rashid (2017, p. 73).
O símbolo do DIAC reproduz dois diodos de quatro camadas posicionados 
em antiparalelo, com dois terminais (MT1 e MT2). Externamente, os DIACs 
possuem um encapsulamento muito semelhante ao dos diodos. A estrutura 
interna do DIAC é composta por quatro junções PN. Como pode ser observado 
na Figura 1, a primeira junção é dada por p1n1, a segunda por p2n1, a terceira 
por p2n2 e a quarta por p1n3. O DIAC permanece em corte enquanto a tensão 
aplicada sobre ele é inferior à tensão de disparo em qualquer sentido.
Os DIACs são, basicamente, dispositivos sem polaridade utilizados em 
circuitos de corrente alternada, que conduzem em ambas as direções a partir 
de uma tensão de disparo pré-determinada . Uma aplicação muito comum dos 
DIACs é seu uso em circuitos de acionamento para TRIACs.
DIAC2
O TRIAC, do inglês Triode for Alternating Current, é um tiristor de três 
terminais (MT1, MT2 e gate) conhecido também como tríodo para corrente 
alternada. A Figura 2 apresenta o símbolo e a estrutura interna do componente.
Figura 2. Símbolo e estrutura interna do TRIAC.
Fonte: Adaptada de Rashid (2017, p. 74).
Enquanto o DIAC reproduz um comportamento similar ao de um diodo, 
porém com condução bidirecional, o TRIAC é uma chave eletrônica bidirecional 
com disparo controlado. Externamente, os DIACs possuem um encapsula-
mento muito semelhante ao do diodo controlado de silício (SCR), um outro 
componente da família dos tiristores. O circuito equivalente de um TRIAC 
consiste em dois tiristores SCR conectados em antiparalelo. Seu símbolo é 
muito similar à representação do DIAC, com a adição do terminal de gate (G), 
através do qual se pode controlar a condução do dispositivo. Devido à conexão 
em antiparalelo, o TRIAC se comporta como um tiristor SCR bidirecional.
3DIAC
Corrente alternada: A corrente alternada CA, também conhecida como AC, do inglês 
alternating current, é uma corrente elétrica cujo sentido varia ao longo do tempo. 
Apesar de existirem diferentes formas de onda, a forma usual da corrente CA em um 
circuito de potência é a senoidal.
Entenda melhor a corrente alternada com o vídeo:
https://goo.gl/DyVVm2
De maneira geral, tanto o DIAC como o TRIAC são dispositivos feitos 
para trabalhar com corrente alternada, dadas suas características de condu-
ção bidirecional. Enquanto a tensão de disparo do DIAC não é controlada, o 
disparo do TRIAC é controlado através do terminal de gate. Uma aplicação 
usual consiste em conectar um DIAC ao gate de um TRIAC para gerar seus 
pulsos de disparo. Os TRIACs, por sua vez, são encontrados no controle de 
ventiladores e dimmers, dispositivos de controle de intensidade para iluminação.
Os DIACs são componentes de dois terminais com encapsulamento similar ao utilizado 
em diodos. Os TRIACs possuem um encapsulamento de três terminais, típico de 
tirístores e de alguns transistores.
Figura 3. DIAC e TRIAC.
Fonte: Adaptada de a_v_d/Shutterstock.com e Digi Key (2018).
DIAC4
https://goo.gl/DyVVm2
Interpretando a curva característica do DIAC
Para compreender a curva característica do DIAC é importante conhecer o 
circuito equivalente do dispositivo. Um DIAC corresponde a dois diodos de 
quatro camadas em sentidos opostos conectados em paralelo, como mostrado 
na Figura 4(a). Dessa maneira, o DIAC é uma chave para circuitos de corrente 
alternada que pode manter-se em condução em ambos os sentidos (BOYLES-
TAD; NASHELSKY, 2013). 
Figura 4. Circuito equivalente do DIAC.
Fonte: Malvino e Bates (2016, p. 545). 
+
-
v
(a) (b) (c)
Enquanto a tensão V aplicada sobre os terminais do DIAC não excede o 
valor da tensão de disparo VBO, o dispositivo se comporta como um circuito 
de duas chaves abertas, Figura 4 (b). Nesse momento, o DIAC está em corte. 
Quando |V| > |VBO|, ou seja, a magnitude da tensão aplicada sobre os terminais 
é maior que a tensão de disparo, o DIAC passa a conduzir e assim permanece 
até que a tensão sobre o dispositivo seja igual zero.
Se tomarmos como referência a polaridade de V indicada na Figura 4, 
quando V for maior que a tensão de disparo, o diodo da esquerda vai conduzir 
enquanto o da direita permanece em corte. Caso a tensão aplicada fosse de 
mesma magnitude, mas sinal contrário, o diodo da esquerda entraria em corte 
e o da direita passaria, então, para o estado de condução.
Agora, podemos aplicar estes conhecimentos para analisar a curva VI 
de tensão por corrente entre os terminais do DIAC apresentada na Figura 5.
5DIAC
Figura 5. Curva VI característica do DIAC.
Fonte: Adaptado de Boylestad e Nashelsky (2013, p. 720).
I V V
I
V I
BO
BO
BO
BO
A Figura 5 mostra claramente que há uma tensão de disparo VBO em am-
bas as direções. Analisando qualquer um dos quadrantes da curva podemos 
observar que enquanto o valor de V é inferior a tensão de disparo VBO, a 
corrente do dispositivo é muito pequena, inferior à corrente de disparo IBO 
especificada pelo fabricante. Essa pequena corrente que circula no dispositivo 
bloqueado é análoga à corrente de polarização reversa de um diodo. Para 
ambas as direções, o DIAC permanece bloqueado até que a tensão atinja a 
tensão de disparo VBO; no momento em que passa a conduzir, a tensão sobre 
os terminais do dispositivo cai para um valor próximo de zero, devido à 
característica quase ideal de baixa resistência interna do dispositivo, e uma 
corrente passa a circular entre os terminais.
 No primeiro quadrante temos que a tensão de referência é positiva em 
relação ao terminal MT1 e negativa em relação a MT2, conforme a polaridade 
indicada na Figura 5. Para o terceiro quadrante, temos que a tensão aplicada 
é positiva em relação ao terminal MT2 e negativa em relação a MT1.
DIAC6
Operação do DIAC
Quando conectado a uma fonte de tensão contínua, um DIAC se comporta 
exatamente da mesma maneira que um diodo Shockley. Em outras palavras, 
quando submetido a uma tensão constante, o DIAC conduz se Vfonte > VBO, 
onde VBO é a tensãode disparo do dispositivo. No entanto, quando conectado 
a uma fonte de tensão alternada, o comportamento do DIAC é diferente do 
observado nos diodos.
Na alimentação alternada, a corrente e a tensão são repetidamente inver-
tidas de direção. Como é sabido, os diodos conduzem apenas no semiciclo 
positivo. A característica bidirecional do DIAC faz com que o componente 
conduza independente do sinal da tensão aplicada. Para compreender melhor 
a operação de condução do DIAC, observe a Figura 6.
Figura 6. Operação de condução do DIAC.
Corrente no DIAC
Fonte alternada de tensão
VBO
VBO
+127
-127
A senoide em cinza representa a fonte alternada de tensão que alimenta o 
dispositivo. A linha tracejada marca a tensão de disparo do DIAC. Você pode 
perceber que enquanto a tensão fornecida pela fonte é inferior à tensão de 
disparo, o DIAC está bloqueado e não existe corrente fluindo entre seus termi-
nais. Quando a tensão da fonte ultrapassa VBO, o dispositivo passa a conduzir 
e assim permanece enquanto existir tensão aplicada. Quando a polaridade da 
tensão se inverte, a tensão é igual a zero e o DIAC entra novamente em seu 
estado de bloqueio até que a tensão de disparo, agora em sentido contrário, 
seja novamente atingida.
7DIAC
Como já foi mencionado, um dos principais usos de DIACs dentro de circuitos é o 
disparo de TRIACs. Em consequência de pequenas diferenças construtivas entre as duas 
metades do dispositivo, TRIACs não disparam com a mesma tensão quando polarizados 
pelo semiciclo positivo e negativo da fonte. O disparo não simétrico e as formas de 
onda resultantes dão origem à geração de harmônicos indesejados nos circuitos.
Para eliminar os problemas resultantes da operação não simétrica, um DIAC é fre-
quentemente colocado em série com o gate do TRIAC, como mostra a Figura 7.
DIAC
TRIAC
MT2
MT1
Figura 7. DIAC colocado em série com o gate do TRIAC.
Essa prática torna a comutação do TRIAC mais uniforme para as duas metades do 
ciclo, resultado da característica de comutação simétrica do DIAC. Como o DIAC impede 
que qualquer corrente de gate flua até que a tensão de disparo seja alcançada, em 
qualquer direção, o ponto de disparo do TRIAC se torna uniforme em ambas as direções. 
1. O DIAC é: 
a) um diodo.
b) um transistor.
c) um tiristor.
d) um oscilador.
e) um amplificador.
2. Quantas junções PN 
existem em um DIAC?
a) 1.
b) 2.
c) 3.
d) 4.
e) 5.
3. O DIAC é um semicondutor: 
a) unidirecional.
b) controlável.
c) de três terminais.
d) acionado por corrente.
DIAC8
e) bidirecional.
4. O valor típico de disparo dos DIAC é: 
a) 0,7V.
b) menor que 10V.
c) de 20 a 35 V.
d) de 50 a 100V.
e) maior que 100V.
5. Os terminais do DIAC são: 
a) anodo e catodo.
b) anodo, catodo e gate.
c) MT1, MT2 e gate.
d) MT1 e MT2.
e) anodo e gate.
BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. São Paulo: 
Pearson Prentice Hall, 2013.
DIGI KEY. DB3-TPMSTR-ND. 2018. Disponível em: <https://www.digikey.com/product- 
detail/en/micro-commercial-co/DB3-TP/DB3-TPMSTR-ND/806097>. Acesso em: 22 
jul. 2018.
MALVINO, A.; BATES, D. J. Eletrônica. 8. ed. Porto Alegre: AMGH, 2016. v. 1.
RASHID, M. H. (Ed.). Power eletronics hand book. 4. ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 
2017. 
RÊGO SEGUNDO, A. K.; RODRIGUES, C. L. C. Eletrônica de potência e acionamentos 
elétricos. Ouro Preto, MG: IFMG, 2015. Disponível em: <https://www2.ifmg.edu.br/
ceadop3/apostilas/eletronica-de-potencia-e-acionamentos-eletricos/@@download/
file/PROF_03__eletronica_de_potencia.pdf>. Acesso em: 22 jul. 2018.
Leitura recomendada 
HART, D. W. Eletrônica de potência: análise e projetos de circuitos. Porto Alegre: AMGH, 
2011.
9DIAC
https://www.digikey.com/product-
https://www2.ifmg.edu.br/
 
Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para 
esta Unidade de Aprendizagem. Na Biblioteca Virtual 
da Instituição, você encontra a obra na íntegra.