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Aula 2 - Eletrônica Industrial

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Eletrônica de Industrial
Prof. Fábio Donati Simões
SCR e UJT – Princípios de funcionamento 
e operação
SCRs
Bibliografia:
�Barbi, Ivo; Eletrônica de potência p.9
�SEMIKRON; Application Manual Power
Semiconductors*Semiconductors*
*Disponível para download na página:
http://www.semikron.com/skcompub/en/SEMIKRON_A
pplication_Manual_Power_Semiconductors_.pdf
SCRs – Princípio de funcionamento, curvas características e principais parâmetros
�O nome tiristor engloba uma família de dispositivos
semicondutores que operam em regime chaveado, tendo em
comum uma estrutura de 4 camadas semicondutoras numa
seqüência p-n-p-n, apresentando um funcionamento
biestável.
�O tiristor de uso mais difundido é o SCR (Retificador
Controlado de Silício), usualmente chamado simplesmente
de tiristor. Outros componentes, no entanto, possuem
basicamente a mesma estrutura: LASCR (SCR ativado por
luz), TRIAC (tiristor triodo bidirecional), DIAC (tiristor diodo
bidirecional), GTO (tiristor comutável pela porta), MCT
(Tiristor controlado por MOS).
SCRs – Princípio de funcionamento, curvas características e principais 
parâmetros
�Princípio de funcionamento
O tiristor é formado por quatro camadas semicondutoras, 
alternadamente p-n-p-n, possuindo 3 terminais: anodo e 
catodo, pelos quais flui a corrente, e a porta (ou gate) 
que, a uma injeção de corrente, faz com que se estabeleça 
a corrente anódica. A figura 2.1 ilustra uma estrutura 
simplificada do dispositivo.simplificada do dispositivo.
Se entre anodo e catodo tivermos uma tensão positiva, as 
junções J1 e J3 estarão diretamente polarizadas, enquanto 
a junção J2 estará reversamente polarizada. Não haverá 
condução de corrente até que a tensão Vak se eleve a um 
valor que provoque a ruptura da barreira de potencial em 
J2.
SCRs – Princípio de funcionamento, curvas características e principais parâmetros
Desta forma, a junção reversamente polarizada tem sua diferença de
potencial diminuída e estabelece-se uma corrente entre anodo e catodo,
que poderá persistir mesmo na ausência da corrente de porta.
Quando a tensão Vak for negativa, J1 e J3 estarão reversamente
polarizadas, enquanto J2 estará diretamente polarizada. Assim, o tiristor
bloqueará o fluxo de portadores enquanto não for superada a tensão de
ruptura das duas junções.
SCRs – Princípio de funcionamento, curvas características e principais parâmetros
É comum fazer-se uma analogia entre o funcionamento do tiristor e o de uma 
associação de dois transistores, conforme mostrado na figura abaixo
Quando uma corrente Ig positiva é aplicada, Ic2 e Ik crescerão. Como Ic2 = Ib1,
T1 conduzirá e teremos Ib2=Ic1 + Ig, que aumentará Ic2 e assim o dispositivo
evoluirá até a saturação, mesmo que Ig seja retirada. Tal efeito cumulativo ocorre
se os ganhos dos transistores forem maior que 1. O componente se manterá em
condução desde que, após o processo dinâmico de entrada em condução, a
corrente de anodo tenha atingido um valor superior ao limite IL, chamado de
corrente de "latching".
SCRs – Princípio de funcionamento, curvas características e principais parâmetros
Para que o tiristor deixe de conduzir é necessário que a
corrente por ele caia abaixo do valor mínimo de
manutenção (IH), permitindo que se restabeleça a barreira
de potencial em J2. Para a comutação do dispositivo não
basta, pois, a aplicação de uma tensão negativa entre
anodo e catodo. Tal tensão reversa apressa o processo de
desligamento por deslocar nos sentidos adequados osdesligamento por deslocar nos sentidos adequados os
portadores na estrutura cristalina, mas não garante,
sozinha, o desligamento.
Devido a características construtivas do dispositivo, a
aplicação de uma polarização reversa do terminal de gate
não permite a comutação do SCR.
SCRs – curvas características
SCRs – Princípio de funcionamento, curvas características e principais parâmetros
�Tensão de disparo (Vbo):
É a tensão que podemos ter entre A(anodo) e K(catodo)
para que o dispositivo não conduza quando não há
disparo. Caso a tensão Vbo exceda o limite, o SCR
conduzira mesmo sem pulso no gate.
�Tensão máxima reversa (Vbr).Tensão máxima reversa (Vbr).
É a tensão que pode ser aplicada entre A e K sem causar
dano no componente.
�Corrente máxima de condução (Iak):
É a corrente máxima que o SCR pode conduzir. Nesse
caso temos de dividir esse parâmetro em outros três:
corrente máxima direta em RMS, corrente média direta e
corrente de pico;
SCRs – Princípio de funcionamento, curvas características e principais parâmetros
�Temperatura máxima de operação (T max):
É a temperatura limite de operação normal do SCR. Caso
ela seja ultrapassada, poderão ocorrer disparos indevidos
(não comandados), ou ainda ter início o processo de
"avalanche", com a queima do componente.
�l² t:l² t:
Essa característica descreve a capacidade máxima de
corrente, num determinado intervalo de tempo, onde o
componente atinge a máxima potência dissipável. O l² t é o
resultado da integral do quadrado da corrente do anodo
nesse intervalo de tempo.
Essa também é uma característica fundamental para o
técnico ou engenheiro de desenvolvimento, pois é através
dela que podemos dimensionar os dispositivos de proteção
( fusíveis, disjuntores, etc.) do projeto.
SCRs – Princípio de funcionamento, curvas características e principais parâmetros
Exemplo:
Suponha que o surto máximo previsto seja 6KA, isto é,
Ip=6000 A. .
O valor de l² t, adotando 6 ms como tempo máximo
admissível, será:
I=Ip/(2^1/2)=4255,3 AI=Ip/(2^1/2)=4255,3 A
Portanto:
l² t=(4255,3) ² . 6 . 0.001 = 108645 A².s
A proteção eficaz para o SCR deve atuar em um tempo
menor que meio ciclo de senóide ( t<8,33 ms) . Na prática,
esse tempo é limitado a 6 ms (tipicamente).
Isso significa que o valor de I2t deve ser superior ao do
fusível a ser utilizado como proteção nesse circuito.
SCRs – Princípio de funcionamento, curvas características e principais parâmetros
�Taxa máxima de crescimento da tensão direta Vak (dv/dt):
Quando o SCR atua no chaveamento de cargas indutivas,
picos de tensao podem surgir nos terminais de anodo e
catodo. A amplitude da tensão de pico, juntamente com a
velocidade que essa tensão surge podem danificar o
componente, caso esteja acima da especificação.
�Taxa máxima de crescimento de corrente ( di/dt) :
Analogamente, o SCR é sensível as variações de corrente
assim como as tensões. Esse é outro conceito que vale ser
explorado. Quando o SCR inicia o processo de condução, a
corrente surge ao redor do gate e, então, espalha-se
radialmente até preencher toda a área do cátodo. Nos SCR’s
antigos, por facilidade construtivas, o gate era colocado na
periferia da estrutura cristalina.
SCRs – Princípio de funcionamento, curvas características e principais parâmetros
Dependendo da velocidade de crescimento da corrente Iak
(di/dt), ocorria uma dissipação de potência muito grande
próxima ao gate, antes da corrente ocupar toda a área
disponível do ânodo (seção condutora do SCR). Esse
fenômeno danificava o componente. Atualmente, os SCR’s
são construídos com uma estrutura denominada
"interdigital", isto é, o gate é colocado no centro do cristal e"interdigital", isto é, o gate é colocado no centro do cristal e
ocupa uma área maior que os antigos .
�Corrente de manutenção ( IH):
Uma vez disparado, o SCR necessita de uma corrente
mínima para manter seu estado de condução, após a
retirada do pulso de disparo. Essa corrente é chamada de
"corrente de manutenção".
SCRs – Princípio de funcionamento, curvas características e principais parâmetros
�Corrente mínima de disparo (Igk):
É a corrente mínima necessária, entre o gate e cátodo,
para levar o SCR ao estado de condução.
�Tensão máxima entre gate e cátodo (Vgk):
Esse é uma parâmetro muito importante no
desenvolvimento de circuitos com SCR’s,pois o excessodesenvolvimento de circuitos com SCR’s, pois o excesso
de tensão entre o gate e o cátodo pode danificar o
componente. Normalmente a tensão de disparo encontra-
se entre 0,7 V e 2,0 V.
SCRs – Princípio de funcionamento, curvas características e principais parâmetros
�Tempo de disparo (ton) e tempo de desligamento (toff) :
Quanto maior for a capacidade de corrente do SCR, maior
a área das junções (secção condutora). Na mesma
proporção, as capacitâncias parasitas formadas por essas
junções provocam um atraso, tanto no tempo de condução
quanto no desligamento.
Portanto, o tempo necessário para o SCR sair do estado
desligado e atingir a condução (ton), e o tempo de
desligamento (toff) são fatores limitantes entre a
velocidade do circuito de comando e a carga
UJT – Transistor Unijunção - Princípio de funcionamento, curvas 
características e principais parâmetros
O UJT é um tipo de transistor que
exemplifica consideravelmente os
circuitos osciladores, disparadores e
temporizadores. O encapsulamento do
UJT tem a forma de um transistor comum,
entretanto, suas características elétricasentretanto, suas características elétricas
são completamente diferentes. Ele é um
gerador de pulsos estreitos de alta
potência e de curta duração. Assim, pode
ser usado tanto em circuitos de
chaveamento como em osciladores.
UJT – Transistor Unijunção - Princípio de funcionamento, curvas 
características e principais parâmetros
�Símbolo
�Terminais
E – Emissor
B1 – Base 1
B2 – Base 2
UJT – Transistor Unijunção - Princípio de funcionamento, curvas 
características e principais parâmetros
�Constituição Interna e
Simbologia
O UJT é constituído de uma
barra de silício do tipo N,
fracamente dopado, com uma
junção P. Possuindo trêsjunção P. Possuindo três
terminais, o emissor (E) ligado
ao cristal P e as bases (B1 e
B2) ligadas às extremidades do
material N que é levemente
dopado, o que implica numa
resistência elevada, da ordem
de KΩ.
UJT – Transistor Unijunção - Circuito Equivalente e 
funcionamento do UJT
A Fig. 3 ilustra o circuito básico de conexão do UJT e a Fig. 4
ilustra o equivalente interno do transistor
Fig. 3: Circuito básico Fig. 4: Analogia de funcionamento
UJT – Transistor Unijunção - Princípio de funcionamento, curvas 
características e principais parâmetros
Onde:
�Vd é a tensão sobre o diodo que representa a junção PN;
�Vbb é a tensão de polarização entre as base 1 e 2.
�Ve é a tensão aplicada ao emissor sendo que Vcc deve ser
maior que Ve;
�Rbb é a resistência entre os terminais B1 e B2, sendo�Rbb é a resistência entre os terminais B1 e B2, sendo
constituída pela soma de Rb1 e Rb2. Esta resistência possui
valores entre 1 kΩ e 10 kΩ. (Rbb= Rb1 + Rb2);
�ηηηη é a razão intrínseca de disparo, característica fornecida
pelo fabricante, dependendo da posição do emissor em
relação ás bases. Seu valor determina a relação entre o
valor de Rb1 a Rb2. Tipicamente, o valor de ηηηη está
compreendido entre 0,5 e 0,8.
UJT – Transistor Unijunção - Princípio de funcionamento, curvas 
características e principais parâmetros
�Na Fig. 4 quando Ve < 0,7 + VRb1 o UJT estará cortado,
pois o diodo está reversamente polarizado. Quando Ve =
0,7 + η .VBB = VP = tensão no ponto de pico, o diodo fica
polarizado diretamente e o UJT disparará.
�Se Ve for inferior a VRb1, o diodo é polarizado
inversamente e o circuito comporta-se como se o emissorinversamente e o circuito comporta-se como se o emissor
fosse um circuito aberto. Se, no entanto, Ve for aumentada
de modo que ultrapassa VRb1 por pelo menos 0,7 V, o diodo
torna-se polarizado diretamente e a corrente de emissor Ie
flui para a região da base-1. Devido a isso, o valor de Rb1
diminui. Tem sido sugerido que esta é devida à presença de
portadores de carga adicionais (lacunas) no canal N.
UJT – Transistor Unijunção - Princípio de funcionamento, curvas 
características e principais parâmetros
Um aumento adicional de Ve faz com que a corrente de
emissor para aumentar o qual, por sua vez reduz a Rb1, o
que provoca um aumento na corrente. O valor de tensão do
emissor em que isso ocorre é conhecido como o VP e tensão
de pico é dada por:
Vp = 0,7 + η .η .η .η .VBB
Os pontos dignos de nota sobre UJT são dados abaixo:
O dispositivo tem apenas uma junção, por isso é chamado
de transistor unijunção.
UJT – Transistor Unijunção - Princípio de funcionamento, curvas 
características e principais parâmetros
�A estrutura de um UJT é bastante semelhante ao de um
FET canal N. A principal diferença é que o material tipo-P
(gate) circunda o de tipo N (canal) no caso do FET e a
superfície de entrada do JFET é muito maior do que da
junção emissor UJT.
�Em um transistor unijunção o emissor é fortemente dopado,�Em um transistor unijunção o emissor é fortemente dopado,
enquanto a região N é ligeiramente dopada. Assim, a
resistência entre os terminais de base é relativamente alta,
tipicamente 4 a 10 KOhm quando o emissor está em aberto.
�O material tipo N da barra de silício tem uma elevada
resistência e a resistência entre o emissor e de base-1 é
maior do que entre emissor e da base-2. Isso se deve ao fato
do emissor estar mais perto da base-2 que da base-1.
UJT – Transistor Unijunção - Princípio de funcionamento, curvas 
características e principais parâmetros
�O UJT é operado com a junção emissor polarizada
diretamente, enquanto o JFET normalmente é
operado com a junção da porta em polarização
reversa.
�O UJT não tem a capacidade de amplificar, mas
tem a capacidade de controlar a alimentação de
corrente alternada grande com um sinal pequeno.
Ele apresenta uma característica de resistência
negativa e por isso pode ser utilizado como um
oscilador.
UJT – Transistor Unijunção - Princípio de funcionamento, curvas 
características e principais parâmetros
�Parâmetros do transistor 2N2646
UJT – Transistor Unijunção - Princípio de funcionamento, curvas 
características e principais parâmetros
� Curva característica de um UJT.
UJT – Transistor Unijunção - Princípio de funcionamento, curvas 
características e principais parâmetros
�Oscilador de Relaxação 
com UJT
Uma das principais
aplicações do UJT é como
oscilador de relaxação, ou
seja, o período de oscilaçãoseja, o período de oscilação
do circuito pode dividir-se em
dois intervalos. É um circuito
em que a freqüência é
controlada pela carga e
descarga de um capacitor
através de um resistor.
UJT – Transistor Unijunção - Princípio de funcionamento, curvas 
características e principais parâmetros
�No circuito anterior, o resistor R1 tem duas funções:
fornecer pulsos de tensão de saída do oscilador e limitar a
corrente de descarga do capacitor, protegendo o UJT. O R2
estabiliza termicamente o UJT por meio da variação de
tensão.
�Quando a alimentação é ligada pela primeira vez, o�Quando a alimentação é ligada pela primeira vez, o
capacitor se encontra descarregado, logo VC = VE = 0,
portanto o UJT estará cortado (IE=0).
�Nessas condições o capacitor começa a se carregar
através de R, tendendo a tensão nele para +VCC com
constante de tempo ττττ=R.C.
�Quando VC = VP = VE = 0,7V+ ττττ.VBB; o UJT
dispara fazendo o capacitor se descarregar através do UJT
e da resistência RB1.
UJT – Transistor Unijunção - Princípio de funcionamento, curvas 
características e principais parâmetros
(A) Formas de Onda no Capacitor e (B) Forma de onda entre B1 e Emissor
UJT – Transistor Unijunção - Princípio de funcionamento, curvas 
características e principais parâmetros
�Quando VC cair abaixo de VV (tensão crítica mínima do
emissor) o UJT corta e C volta a se carregar e o ciclo se
repete.
�A forma serrilhada da onda é causada pela carga
relativamente lenta do capacitor e sua descarga muito
rápida. A forma de onda de saída corresponde a um picoderápida. A forma de onda de saída corresponde a um pico de
tensão provocado pela descarga rápida de C através de R1.
�O tempo de carga pode ser calculado, aproximadamente,
por:
Tempo de carga Ton = 0,69.R.C
�Como o período de descarga é muito menor que o de
carga, podemos dizer que T = Ton e a freqüência será dada
por:
RC
F 69,0=
UJT – Transistor Unijunção - Princípio de funcionamento, curvas 
características e principais parâmetros
�Circuito de aplicação: Acionador de SCR
UJT – Transistor Unijunção - Acionador de SCR
UJT – Transformador de pulso
UJT – Transformador de pulso

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