eletronica industrial

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Eletrônica Industrial
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Me. Alexandre Leite Nunes
Revisão Textual:
Prof. Esp. Claudio Pereira do Nascimento
Dispositivos Semicondutores Controlados 
e Retificadores Mono Controlados por Tiristores
• Introdução;
• TRIAC;
• DIAC;
• Circuitos de Disparo (Gatilhamento);
• Gerador de Pulsos Sincronizado com a Alimentação;
• Análise de Blocos e Funcionamento.
• Estudar o funcionamento dos tiristores.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
Dispositivos Semicondutores Controlados 
e Retifi cadores Mono Controlados por Tiristores
Orientações de estudo
Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem 
aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua 
formação acadêmica e atuação profissional, siga 
algumas recomendações básicas:
Assim:
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e 
horário fixos como seu “momento do estudo”;
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo;
No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos 
e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam-
bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua 
interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados;
Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus-
são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o 
contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de 
aprendizagem.
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Determine um 
horário fixo 
para estudar.
Aproveite as 
indicações 
de Material 
Complementar.
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
Não se esqueça 
de se alimentar 
e de se manter 
hidratado.
Aproveite as 
Conserve seu 
material e local de 
estudos sempre 
organizados.
Procure manter 
contato com seus 
colegas e tutores 
para trocar ideias! 
Isso amplia a 
aprendizagem.
Seja original! 
Nunca plagie 
trabalhos.
UNIDADE Dispositivos Semicondutores Controlados 
e Retificadores Mono Controlados por Tiristores
Introdução
Nesta unidade trataremos dos dispositivos semicondutores controlados e retifi-
cadores mono controlados por tiristores. Iniciaremos falando dos dispositivos se-
micondutores e logo em seguida trataremos de sua larga aplicação no mundo da 
eletrônica de potência.
Os dispositivos semicondutores controlados tiveram início com a criação do SCR 
(retificador controlado de silício), no final de 1957. O SCR funciona como um diodo re-
tificador, mas não precisa apenas estar polarizado diretamente para conduzir como um 
diodo comum, precisa também receber um sinal elétrico no terminal chamado gate, 
para que inicie a condução. Em breve trataremos com detalhes deste componente.
Ao passar dos anos, em 1970 uma grande gama de novos componentes semi-
condutores de potência foram lançados no mercado, como os diodos de potência, 
tiristores, transistores bipolares, MOSFETs de potência, IGBT, entre outros.
Vamos iniciar nossa caminhada pelos semicondutores de potência falando sobre 
os Tiristores, Tiristor é o nome genérico dado à família dos componentes compos-
tos por 4 camadas semicondutoras (PNPN), conforme Figura 1. Um tiristor possui 
três terminais designados como Anodo, Catodo e Gate, este componente conduz 
quando recebe uma pequena corrente que circula do Gate para o Catodo e seu 
Anodo deve estar conectado a um potencial maior que o conectado ao Catodo. 
Após entrar em modo de condução, o Gate não exerce mais controle sobre o mes-
mo. Para que seja possivel cortar a condução, o potencial do Anodo precisa estar 
igual ou menor que o potencial do Catodo, ou mesmo que desligada alimentação do 
circuito. Quando esse componente está operando em tensão alternada, a própria 
característica da tensão alternada que passa pelo ponto 0 de tensão antes de alter-
nar para o semiciclo negativo corta o tiristor, por esse motivo, quando trabalhamos 
com um SCR (Figura 2) em corrente alternada, precisamos utilizar um sistema de 
disparo contínuo (pulsante) no Gate, que trataremos em breve, e a queda de tensão 
na junção do Tiristor não ultrapassa 3V.
Ânodo
Gatilho
A
G
J1
J2
J3
KCátodo
P
N
P
N
 
Ânodo
Gatilho
A
G
KCátodo
Figura 1 – SCR com suas camadas e junções | Figura 2 – Símbolo eletrônico do SCR
8
9
Como foi possível observar, o SCR (tipo de tiristor) funciona como uma chave 
eletrônica, que pode ser acionada pelo terminal do Gate e desligado retirando-se 
a alimentação do Anodo, este processo de ligar e desligar o SCR é chamado de 
comutação, que pode ocorrer de duas formas como segue:
Comutação natural: neste tipo de comutação, a corrente do anodo cai natural-
mente abaixo do valor mínimo chamado de corrente de manutenção IH (Holding 
Current). Esta corrente é o que dá início à comutação quando o SCR trabalha em 
aplicações CA (corrente alternada), isso ocorre automaticamente nas passagens por 
zero da forma de onda corrente alternada.
Comutação forçada: neste tipo de comutação, o tiristor é reversamente pola-
rizado por um circuito auxiliar ou pelo próprio circuito de potência. O processo de 
bloqueio é parecido com o que ocorre com os diodos, dependendo das necessida-
des da aplicação. Existem vários tipos de SCRs no mercado, como segue:
SCRs de frequência de rede: são conhecidos por “phase control SCRs”, bas-
tante utilizados em retificadores controlados e como chave eletrônica CA. Devemos 
levar em consideração na hora de um projeto os parâmetros mais importantes 
como capacidades de tensão e corrente e a queda de tensão direta. Este tipo de 
SCR pode ser encontrado para operar em tensões de até 5-12kV e correntes de até 
3-4kA. Estes dados podem ser encontrados nas folhas de dados do componente 
na internet.
SCRs rápidos: são também conhecidos por “inverter type SCRs”, foram pro-
jetados para utilização em choppers e inversores, pois possuem um tempo de co-
mutação reduzido (2 a 50µs). Apesar desta característica, este tipo de tiristor é 
rapidamente substituído pelo IGBT e MOSFET de potência devido à performance 
muito superior.
Os tempos de ligamento e desligamento dos SCRs são bastante elevados, o que 
produz perdas por comutação. Devido a isso, a utilização de SCRs é melhor quan-
do se trabalha com frequências não muito elevadas, esta característica e a necessi-
dade de circuitos de comutação forçada são desvantagens dos SCRs.
Devido aos avanços na tecnologia dos transistores MOSFET e IGBT, o SCR 
está restrito a circuitos retificadores de linha, relés de estado sólido, conversores de 
altíssimas potências e acionamento de grandes motores.
Temos abaixo uma tabela com as características de alguns SCRs de mercado e 
em seguida o significado de algumas siglas.
Tabela 1 – Dados Básicos do SCR
Código VRRM/VDRM ITAV VT tq
Tiristores de linha 300TPS16
180RKI80
ST1230C16
1600V
800V
1600V
20 A
180 A
1745 A
1,3 V
1,35 V
1,62 V
110µs
100µs
200µs
9
UNIDADE Dispositivos Semicondutores Controlados 
e Retificadores Mono Controlados por Tiristores
Código VRRM/VDRM ITAV VT tq
Tiristores Rápidos
IRFK7212
SKFH150/8
1200V
800V
71 A
150 A
2,45V
2,45V
25µs
20µs
VDRM − Tensão direta repetitiva
VRRM − Tensão reversa repetitiva
VRSM − Tensão de surto reversa não repetitiva
VR − Tensão reversa contínua
VT − Queda de tensão direta com o SCR em condução
(dv/dt)cr − Máxima taxa de crescimento da tensão
TRIAC
Anode 2
(MT2)
Anode 1
(MT1)
Gate
Figura 3 – Simbologia eletrônica do TRIAC
Figura 4 – Modelo físico do componente TRIAC
Fonte: Wikimedia Commons
10
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O TRIAC – “Thyristor AC”pode ser interpretado como dois SCRs ligados 
invertidos um ao outro, trabalhando como um SCR para corrente alternada.
O TRIAC possui três terminais de carga MT1, MT2 e Gate (MT = “Main 
Terminal”), ele apresenta um “problema” que é sua capacidade de dv/dt (Máxi-
ma taxa de crescimento da corrente) muito baixa, entre 5 a 20V / µs, enquanto 
o SCR está entre 100 a 1000 V/ µs e trabalham com correntes de no máximo 
aproximadamente 40 Arms.
O sistema de comutação (disparo/bloqueio) é similar ao do SCR, podendo o 
TRIAC receber um disparo no Gate com correntes positivas ou negativas, desde 
que este sinal seja em relação a MT1. Devido ao fato de trabalhar em CA, a sua 
recuperação entre bloqueio e abertura tem que ser muito rápida e por este motivo 
trabalha com maior confiabilidade em frequências de até 60HZ.
Nas aplicações em que seja necessário controlar cargas indutivas, onde existe 
um atraso da corrente em relação a tensão, devemos ter cuidado especial, pois 
quando a corrente cai abaixo da corrente de manutenção IH e o TRIAC bloqueia, 
teremos nos terminais do TRIAC um dado valor de tensão. Se esta tensão subir 
muito rápido, o TRIAC retoma o estado de condução e o controle é perdido, para 
evitar este transtorno devemos utilizar um “snubber” (circuito RC série ligada aos 
terminais do TRIAC, na Figura 5).
 
Gate
Snubber
Fase
240 VAC
FaseCarga
Figura 5 – TRIAC com snubber ligado em paralelo
DIAC
O DIAC é um dispositivo comutador de dois terminais e três camadas conforme 
mostrado na Figura 6, juntamente com seu símbolo.
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UNIDADE Dispositivos Semicondutores Controlados 
e Retificadores Mono Controlados por Tiristores
Anode 1 Anode 1
or
Anode 2
Anode 2
or
P
P
P
n
n
n
Figura 6 – Símbolo do DIAc e seu equivalente interno
O DIAC possui seus dois terminais ligados em duas regiões P, ele funciona da 
mesma forma quando polarizados nos dois sentidos. Quando aplicamos ao DIAC 
uma tensão baixa, uma das junções no sentido inverso é polarizada, mas pouca 
corrente circula pelo DIAC. À medida que a tensão vai aumentando, a corrente 
circulante aumenta até que é atingida a tensão de ruptura da junção que está pola-
rizada inversamente. A partir deste ponto, o DIAC entra em condução e sua resis-
tência cai, ocorrendo a circulação de uma corrente intensa pelo DIAC, conforme 
podemos observar na Figura 7. O disparo ocorre com a polarização em qualquer 
quadrante (sentido), pois as duas junções são iguais. Para que o DIAC deixe de con-
duzir a tensão, precisa chegar a 0V.
+I
+V–V
–I F
30..40V
F
IBO
VBO
IB
VF
10mA
A1
0,5V
5..10V
BO
A2
Figura 7 – Curva característica do DIAC
Os DIACS são amplamente utilizados no disparo de TRIACS para controles de 
potências entre outras aplicações. Devido as propriedades dos DIACS já tratadas 
aqui, são colocadas como principal componente no disparo dos TRIACS, conforme 
12
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podemos observar na figura 8. Em um circuito de um dimmer, a tensão de disparo 
do DIAC está entre 27 e 37 com correntes bastante pequenas entre 10 e 20 mA.
ENTRADA CARGA
POT
R1
D1
DIAC
1
2 1
2
C1
Figura 8 – Circuito padrão do DIMMER controle de luminosidade
Circuitos de Disparo (Gatilhamento)
Para que um Tiristor como, por exemplo, o SCR funcione, precisamos fa-
zer o disparo do Gate como visto anteriormente. Em algumas situações este 
disparo precisa ser contínuo e para isso utilizamos os circuitos de disparo. 
O transistor unijunção (UJT) é frequentemente utilizado nos circuitos para 
este fim, conforme Figura 9.
C1
RV1
R1
CARGA
U1
R2
Q1
UJT
S6010LS3
E
B1
B2
Figura 9 – Circuito de disparo do SCR utilizando o UJT, conhecido como circuito de relaxação
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UNIDADE Dispositivos Semicondutores Controlados 
e Retificadores Mono Controlados por Tiristores
Ao ligarmos o circuito, o capacitor C1 começa a se carregar através de RV1, 
aumentando sua tensão, formando uma constante de tempo RC e objetivando 
alcançar o valor de potencial VBB. Quando a tensão de disparo é alcançada, a 
resistência entre E e B1 fica muito baixa, descarregando o capacitor rapidamente 
através de E para B1 e R2. Esta descarga de C1 vai gerar um pulso rápido em B1 
que está conectado ao Gate do SCR, com amplitude e duração adequadas para 
disparar o SCR. Logo após a descarga total de C1, o UJT corta novamente e C1 
inicia um novo processo de carga, gerando outro pulso, em um certo intervalo de-
finido pela constante de tempo RV / C.
Gerador de Pulsos Sincronizado 
com a Alimentação
Quando utilizamos tiristores ou triacs em corrente alternada para, por exemplo, 
o controle de uma carga qualquer, conforme tratamos anteriormente, é necessário 
que o circuito de disparo esteja sincronizado com a rede elétrica que alimenta o 
circuito (Figura 10). Se não houver este sincronismo, o triac dispara em um ângulo 
de fase diferente, sendo impossível definir uma corrente específica na carga.
RZ
V1
DZ
C
RV1 R2
CARGA
Q1
B1
U1
D
VSINE
1k
100nF
TRANS F0 HF 4/4
S6010LS3
1N44007
100k
UJT
VZ VE
Vl
VTH
Figura 10 – Gerador de Pulsos Sincronizados com a Alimentação
O funcionamento do circuito é descrito como segue. Inicialmente o capacitor C 
está descarregado, durante os semiciclos positivos a tensão aplicada ao conjunto 
RC é igual a VZ e o capacitor inicia sua carga até que a tensão em E (emissor do 
UJT) atinja o valor de disparo. Neste momento o capacitor se descarrega, geran-
do um pulso que é aplicado ao Gate do SCR através do transformador de pulso 
B1, com isso, o SCR inicia a condução e uma corrente circula na carga (RL), esta 
condução ocorre até que a tensão de anodo chegue a zero, em 180º, quando o 
SCR desliga por comutação natural. Este processo se repete enquanto o circuito 
estiver alimentado.
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Disparo Através do Circuito Integrado TCA 780/785
Devido à grande evolução tecnológica, ocorrida no período entre as décadas de 
70 e 80, e a necessidade da diminuição dos circuitos eletrônicos, foram criados 
os circuitos integrados TCA 780 e o TCA 785 (Figura 11), capaz de atender a 
maioria das aplicações industriais no ramo de eletrônica e controle de potência.
Figura 11 – Pinagem do CI TCA 785
Fonte: Wikimedia Commons
O TCA foi desenvolvido para controlar o ângulo de disparo de tiristores, triacs e 
transistores entre 0º e 180º. Para o ajuste do ponto de chaveamento são necessá-
rios alguns componentes que, ligados externamente aos seus pinos, permitirão um 
grande número de configurações de funcionamento, em espaço reduzido.
Características do TCA 780/785, destacam-se:
• Largo campo de aplicações devido à possibilidade de controle externo;
• Operação em circuitos trifásicos empregando 3 CIs;
• Compatível com LSL – (lógica digital de elevada imunidade a ruídos);
• Duração de pulso de disparo controlado por apenas um capacitor externo;
• Detecção de passagem de tensão por 0 volts;
• Indicado para aplicação de conversores tensão – frequência (VCO);
• Possibilidade de inibição de pulsos de disparo;
• Tensão de alimentação de 8 a 18V;
• Consumo interno de corrente baixo (5mA).
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UNIDADE Dispositivos Semicondutores Controlados 
e Retificadores Mono Controlados por Tiristores
DETECTOR DE PASSAGEM POR ZERO
FONTE
MONITOR DE DESC. DE
REG.
COMPARADOR DE DISPARO
TENSÃO DE
CONTROLE
16
1
CR
8
CB
Vccint
CR
T1
VC C12
RR
9 10
5
V8 (TENSÃO DE
ALIMENTAÇÃO
DO TCA 785)
REGISTRADOR
DE SINCRONISMO
LÓGICA
DE
FORMAÇÃO
DE
PULSOS
DPZ
A1
V0
Q1
Q2
Q1
Q2
QU
QZ
7
3
4
2
15
14
–
+
A2
11 6 13 12
–
+
Figura 12 – Configuração interna do TCA
Análise de Blocos e Funcionamento
Vamos explicar a seguir o funcionamento do TCA 785 para que seja possível 
fixar o conceito do disparo por pulsos, pois este conhecimento ajudará a entender 
os circuitos de disparo e seus devidos sistemas de proteção. Como sabemos, o 
circuito de disparo para retificadores controlados (pois trabalham em AC) deve ser 
sincronizado com a rede ou os tiristores serão disparados aleatoriamente, o ponto 
de referência para sincronismo é a passagemda rede por zero, que ocorre a cada 
180º, para isso o TCA 785 possui um detector de passagem por zero (bloco DPZ, 
pode ser visto na Figura 12), que gera um pulso de sincronismo toda vez que a 
tensão da rede passa por zero. Para que este sistema funcione, devemos injetar a 
tensão de referência no pino 5, conforme esquema da Figura 13. 
D2
16
vs
GND VREF
TCA785
U1
VSYNC
V11
INHIBIT
L
C12
C10
R9
Q1
Q1
Q2
Q2
QU
QZ
1
5
11
6
12
10
9
13
14
4
15
2
7
8
3
D1
R1
Figura 13 – Circuito de referência
16
17
Os circuitos internos são alimentados por uma fonte interna de 3,1V, regulada 
pelo próprio TCA785, a partir da tensão de alimentação (Vs), que está também dis-
ponível no pino 8, podendo ser filtrada por C8 para reduzir a ondulação na tensão, 
o circuito integrado pode ser alimentado com tensões entre 8V a 18V.
O sincronismo é baseado em um gerador de rampa, os valores desta rampa são 
ajustados por RR e CR (pode ser visto na figura 12), nos pinos 9 e 10, respectiva-
mente, gerando uma tensão que varia linearmente com o tempo, ou seja, a tensão 
dobra se o intervalo de tempo dobrar. 
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UNIDADE Dispositivos Semicondutores Controlados 
e Retificadores Mono Controlados por Tiristores
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Livros
Robótica
CRAIG, J. J. Robótica. 3. ed. São Paulo: Pearson, 2012. (e-book)
Eletrotécnica Geral: Teoria e Exercícios Resolvidos
FRANCISCO, F. Eletrotécnica Geral: Teoria e Exercícios Resolvidos. 2. ed. 
São Paulo: Ed. Manole, 2006. (e-book)
Projetos de Circuitos Analógicos
FRANCO, S. Projetos de Circuitos Analógicos. 1. ed. New York: Ed. McGraw 
Hill, 2016. (e-book)
MATLAB com Aplicações em Engenharia
GILAT, A. MATLAB com Aplicações em Engenharia, 4. ed. Porto Alegre: Ed. 
Bookman, 2006. (e-book)
Análise de Circuitos
MARIOTTO, P. A. Análise de Circuitos. 1. ed. São Paulo Ed. Prentice-Hall, 
2003, (e-book)
Análise de Circuitos Elétricos
MARIOTTO, P. A. Análise de Circuitos Elétricos. 2. ed. São Paulo: Ed. Prentice 
Hall, 2003. (e-book)
 Vídeos
TRIAC e DIAC - Tiristores - O que são e como funcionam! Parte 2
https://youtu.be/GBxwM8ROV7k
Controle de potência AC com TRIAC e Arduino - Parte 1
https://youtu.be/h5QpmV4AqAk
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Referências
AHMED, A. Eletrônica de Potência. São Paulo: Ed. Pearson Prentice Hall, 2009.
RASHID, M. H. Eletrônica de Potência: Circuitos, Dispositivos e Aplicações. São 
Paulo: Makron Books do Brasil, 1999.
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