Eletronica Industrial 1

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 CAPITULO 1 - TIRISTORES 
 
 
 
 
 São todos os dispositivos de 4 camadas tais como o diodo unilateral de 4 camadas, o 
SCR, o TRIAC, DIAC,PUT e outros. Neste capítulo, apesar de não ser considerado da mesma 
família estudaremos o UJT que é usado principalmente para disparar um tiristor. 
 
 1. – TRANSISTOR UNIJUNÇÃO (UJT) 
 
É um dispositivo semicondutor com três terminais e uma junção, Fig1.1. 
 
 
 
 Fig1.1: Transistor unijunção 
 
 
O emissor é de material tipo P. Entre os termina
resistência ôhmica chamada resistência interbases ( R
5K e 10K. Entre B2 e a junção existe uma resistên
resistência Rb1. A soma dessas duas resistências é 
equivalente e a polarização do UJT estão indicados na F
 
 
VE
 
 
VE
VBB
 
 
 
 
 
 
 ( a ) 
 
 Fig1.2Polarização e circuito equivalente do
Símbolo 
is B2 e B1 o dispositivo apresenta uma 
BB) cujo valor está compreendido entre 
cia Rb2 e entre a junção e B1 uma 
igual a RBB = Rb1 + Rb2. O circuito 
ig1.2. 
D
VBB
Rb2
Rb1
0,7V
+ +
+
VRb1 
IE 
( b ) 
 UJT 
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Na Fig1.b enquanto VE < 0,7 + VRb1 o UJT estará cortado, pois o diodo está reversamente 
polarizado. 
 VRb1 = 
21
1.
bb
BBb
RR
VR
+
 = η.VBB onde η = 
21
1
bb
b
RR
R
+
 é outro parâmetro do UJT 
chamado de razão intrínseca de disparo. Tipicamente o valor de η (eta) está compreendido 
entre 0,5 e 0,8. 
 
 Quando VE = 0,7 + η. VBB = VP = tensão no ponto de pico, o diodo fica polarizado 
diretamente e o UJT dispara. O termo disparo é usado por analogia ao disparo de uma arma, 
significando uma mudança brusca de condição. A explicação física para o disparo é dada pela 
realimentação positiva interna. Após Ter disparado o UJT só voltará a cortar novamente 
quando a tensão de emissor cair abaixo de um valor crítico chamado tensão de vale, VV. Abaixo 
da tensão de vale a junção volta a ficar polarizada reversamente novamente. A Fig1. mostra a 
curva característica de um UJT, indicando os principais pontos. 
 
 VE 
 
 VP 
 
 
 
 
 
 
 
 VV 
 
 IE 
 IV 
 
 
Fig1: Curva característica de entrada 
 
Uma das principais aplicações do UJT é como oscilador de relaxação. Na Fig1.4 quando 
a alimentação é ligada a 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 τ = R.C. 
Quando VC = VP = o UJT dispara, fazendo o capacitor se descarregar através do UJT e da 
resistência RB1. Quando VC cair abaixo de VV o UJT corta e C volta a se carregar , e ciclo se 
repete. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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R
C
+Vcc
RB2
RB1
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig1.4: Oscilador de relaxação – Circuito e formas de onda 
 
 
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O período das oscilações é calculado por : T = R.C. ln
η−1
1 
 
 
1.1. - GERADOR DENTE DE SERRA 
 
 Da teoria de circuito sabemos que se um capacitor se carrega através de uma corrente 
constante I, a tensão em C varia linearmente com o tempo de acordo com a expressão 
 
 VC = 
C
I .t. 
Quanto maior o valor da corrente (fixado C), mais rapidamente se carregará o capacitor. Por 
outro lado se aumentarmos o valor de C levará mais tempo para carregar C. A inclinação da 
reta na Fig1.5b depende da relação entre a corrente que carrega o capacitor e o valor do 
mesmo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ( a ) ( b ) 
 
 VC = 
C
I .t 
II
VcC
VC 
t 
 
 
 
 Fig1.5: Carga de capacitor por corrente constante 
 
 
O circuito é basicamente o mesmo da Fig1.4a, a diferença é que a corrente que carrega 
o capacitor nesse caso é constante, sendo igual à corrente de coletor (IC). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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R1
R2
R
C
RB1
+Vcc
C RB1
+Vcc
I
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig1.6: Gerador dente de serra 
 
No circuito da Fig1.6.a, o transistor, R1,R2 e R simulam uma fonte de corrente constante, 
desta forma a carga de C é linear. Quando VC atingir Vp, o UJT dispara e C se descarrega 
bruscamente. A Fig1.7 é a forma de onda correspondente 
 
 
 
 
T VC 
 
 
 
 
VP 
 
 
 
 
 
 
VV 
 
 
 
 
Fig1.7: Dente de serra 
 
 
 
 
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O periodo das oscilações é dado por : T = 
I
CVV VP ).( − onde I = 
R
U )7,0( 1 − e U1 = 
21
1.
RR
VR CC
+
 
 
 
 
 
 EXERCICIOS PROPOSTOS 
 
1. Para o circuito pede-se : a) Desenhar os gráficos de VC(t) e VRB1(t) b) frequência de 
oscilação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 η = 0,67 VV = 3V 
+12V
15K
0,47uF
33
 
2. Com relação ao circuito pede-se : Valor da razão intrinseca de disparo b) Valor de R c) 
Frequencia de oscilação 
 
 
 
 
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3. Dado o circuito e a forma de onda no capacitor, pede-se: 
a) Razão intrinseca de disparo b) Valor de R que faz o circuito oscilar em 15KHz. 
 
 
 3v 
9,1v 
VC 
 +12V
0,1uF
R
33
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3K
12K
1K
10nF
+15V
47
 
 
 
4. Para o circuito calcular o periodo, 
 a frequência de oscilação e desenhar 
 o gráfico de VC(t). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2 – DIODO DE QUATRO CAMADAS UNILATERAL 
 
 
Ë um diodo construido com quatro camadas PN alternadas 
 
 
 
 
 A(Anodo) IA 
 A(Anodo) 
 
 P 
 
 N UBK 
 IA 
IA P 
 
 
 N 
 
 K(Catodo) K(Catodo) 
IH U
UH UBO 
 
 Fig1.8: Diodo de quatro camadas unilateral 
 
 
 Com polarização reversa o diodo se comporta como um diodo comum, apresentando 
altíssima resistência. Se a tensão reversa exceder a tensão de breakdown (UBK) o diodo será 
destruido. Com polarização direta o diodo apresenta alta resistência enquanto a tensão for 
menor do que um valor chamado de tensão de breakover (UBO). Acima destre valor o 
dispositivo dispara passando a conduzir, somente voltando a cortar quando a tensão ( corrente ) 
e de anodo cair abaixo de um valor chamado de tensão de manutenção , UH (corrente de 
manutenção, IH ). Qualquer mecanismo que provoque um aumento das correntes internas pode 
levarao disparo ( aumento de temperatura, luz, injeção de corrente). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3 – RETIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO (SCR) 
 
3.1 - INTRODUÇÃO 
 Um SCR é basicamente um diodo de 4 camadas unilateral no qual foi colocado um 
terceiro eletrodo chamado de gate ( G ) usado para controlar o disparo do diodo. 
 
 A(Anodo) 
 IA 
 P 
 
 N 
 
 P G(Gate) UBK IH 
 
 N UH 
 
A
G
K UA 
 
 
 K(Catodo) 
 
Fig1.9: Retificador controlado de Si. 
 
 
O SCR tem tres regiões de operação, consideradas a seguir, com IG = 0 : 
 
Bloqueio reverso : O anodo é negativo em relação ao catodo, nessas condições o SCr se 
comporta exatamente como um diodo comum. Se a tensão reversa aumentar além da da 
tensão de breakdown(UBK) ), o SCR será destruido pelo efeito avalanche. 
 
 
 
E
R
IG=0
IA=0
+
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig1.10: SCR Bloqueio reverso 
 
 Bloqueio Direto: O anodo é positivo em relação ao catodo, mas a tensão não é 
suficiente para disparar o SCR. Para disparar o SCR com o gate aberto (IG = 0 ) é necessário 
que a tensão de anodo atinja um valor chamado de tensão de breakover( UBO ). Se UA for 
menor do que UBO o SCR continuará cortado. 
 
 
 
 
 
 
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R
IG=0
IA=0
E<UBO+ 
 
 
 
 
Fig1.11: SCR - Bloqueio direto 
 
 
Condução ( Disparo): Quando a tensão de anodo atingir o valor UBO , o SCR dispara, isto é, a 
corrente de anodo passa bruscamente de zero para um valor determinado pela resistência em 
série com o SCR. A tensão no SCR cai para um valor baixo ( 0,5V a 2V ). 
 
 R
IG=0 E>UBO
IA=(E-UA)/R
+
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig1.12:SCR – Condução 
 
 Após disparar, o SCR passa da condição de alta resistência para baixa resistência. A 
tensão de anodo cai para um valor baixo ( 0,5V a 1,5V ). O SCR só volta a cortar quando a 
tensão( corrente) cair abaixo de um valor chamado de tensão ( corrente) de manutenção, UH ( 
IH ) cujo valor depende do tipo de SCR( Por exemplo o TIC106 tem IH ≅ 0,5mA enquanto o 
TIC116 tem IH ≅ 15mA. 
 
 Se for injetado uma corrente de gate, será possivel disparar o SCR com tensões de 
anodo bem menores do que UBO. Quanto maior a corrente de gate, menor a tensão de anodo 
que disparará o SCR. 
 Após o disparo o gate perde o controle o sobre o SCR, isto é, após o disparo o gate 
pode ser aberto ou curto circuitado ao catodo que o SCR continua conduzindo. O SCR só volta 
ao corte quando a corrente de anodo cair abaixo da corrente de manutenção. 
 A tensão máxima que pode ser aplicada entre anodo e catodo no sentido direto com IG 
= 0 como vimos é chamada de UBO, mas muitas vezes é designada de VDRM esta informação 
muitas vezes vem codificada no corpo do SCR, por exempo : 
 
 
 
 
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 TIC 106 Y - 30V MCR 106-1 - 30V 
 TIC 106 F - 50V MCR 106-2 - 60V 
 TIC 106 A - 100V MCR 106-3 - 100V 
 TIC 106 B - 200V MCR 106 –4 – 200V 
 TIC 106 C - 300V MCR 106 – 5 - 300V 
 TIC 106 D – 400V MCR 106 – 6 - 400V 
 
 
 Outra informação importante é a máxima tensão reversa que pode ser aplicada sem que 
ocorra breakdown, é designada por VRRM, tipicamente é da mesma ordem de VDRM. Os valores 
de corrente também devem ser conhecidos , IT, é a máxima corrente que o SCR pode manipular 
e pode ser especificada em termos de valor continuo ou eficaz(RMS) e depende da 
temperatura e do ângulo de condução (θF). Por exempo, o TIC 106 pode conduzir uma corrente 
continua de até 5A. 
 A corrente de gate necessária para disparar o SCR é designada IGT e pode ser da ordem 
de µA no caso do TIC 106. 
 
 
3.2 - CIRCUITOS COM SCR EM CC. 
 
 
Em CC deve ser previsto circuito de reset após o SCR disoparar. 
 
 
 1) ALARME1 
As chaves CH1,CH2 e CH3 pode ser relés Reed switch que ao serem acionadas abrem 
disparando o SCR que liga o relé, que aciona um alarme. 
Para desativar o alarme a chave de reset deve ser acionada. 
 
 +12V
 
 
 2K2
CH1
CH2
CH3
Reset
Relé 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2) ALARME2 
 +12V 
Relé 100K 
33K 
LDR 
 
 
 
 
 
 
 
 Reset 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Funcionamento: Enquanto o LDR estiver iluminado, como as sua resistência é baixa, a tensão 
no LDR será baixa e o SCR estará cortado. Se o feixe de luz for cortado , aumenta a resistência 
do LDR e em conseqüência a tensão de gate disparando O SCR e acionando o alarme 
 
 
 
3) BIESTAVEL 
 
 
 
CH1 CH2 
+Vcc 
RL1 
R1 
R2 
R1 
R2 
RL2 
SCR1 SCR2 
C 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Funcionamento: Inicialmente com as duas chaves abertas, os dois SCR's estão cortados. Se 
CH1 for pressionada, dispara SCR1 conectando RL1 e C se carrega por RL2 e SCR1 de forma 
que o seu terminal esquerdo fica negativo e o terminal direito positivo. Se a chave CH2 for 
pressionada, dispara o SCR2 e fazendo a tensão em C ser aplicada no SCR1 carrega com 
polaridade contraria, e 
reversamente cortando-o. desligando a carga RL1 e ligando RL2.Agora C se portanto se CH1 
for pressionada a carga RL1 será ligada e a carga RL2 desligada. 
 
 
 
 
 
 
3.3 - SCR EM CORRENTE ALTERNADA 
 
 
3.3.1 – DISPARO POR CC COM CARGA CA 
 
 
Como foi visto anteriormente, quando o disparo é em CC com carga CC , é necessário circuito 
de reset para cortar o SCR, ao mesmo tempo não é necessário manter corrente no gate. 
Quando o disparo é por corrente contínua (CC) mas a carga é CA, para manter o SCR 
conduzindo é necessário manter sinal no gate , pois se o sinal de gate for retirado, o SCR 
cortará quando a tensão de anodo passar por zero. A Fig1.13a mostra um circuito com disparo 
CC e carga CA e a Fig1.13b a forma de onda na carga quando a chave CH é fechada num 
instante t1 e aberta em t2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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( a ) 
( a ) ( b ) 
( t2 ) ( t1 ) 
CH 
 
 
Fig1.13: Disparo por CC com carga CA ( a ) e formas de onda ( b ). 
 
 
 
No circuito da Fig1.13 observar que , ao fechar a chave o SCR só disparará se a tensão 
de anodo for positiva. A partir desse instante toda a tensão da rede cairá sobre a carga e a 
tensão no SCR será de aproximadamente 1V. Se a carga for resistiva podem ocorrer picos de 
corrente excessivamente altos os quais podem destruir o SCR e/ou a carga. Para evitar isso é 
que existem circuitos que só disparam o SCR quando a tensão da rede for próxima de zero, 
chamados de ZVS ( Zero Voltage Switch ). 
 
 
 
3.3.2 – DISPARO POR CA COM CARGA CA 
 
 
No disparo por CA a alimentação de anodo e de gate é obtida da mesma fonte senoidal. O 
controle de disparo é feito controlando-se o instante ( ou o angulo de disparo ) em que o SCR 
é gatilhado no semi-ciclo positivo. Para melhor compreensão vamos supor que o SCR da 
Fig1.14 entra em condução no instante que a tensão de entrada estiver passando por um 
angulo de fase θF, chamado de ângulo de disparo. A condução começa nesse ponto e termina 
quando a tensão de anodo cair abaixo da tensão de manutenção,UH, que consideraremos 
desprezível face à tensão de pico da rede, VM.A Fig1.15 mostra as principais formas de onda 
referentes à Fig1.14. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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VSCR 
VL 
 
 
Circuito de 
Disparo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig1.14: SCR – Disparo por CA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VRMS 
 
VDC 
Fig1.15: SCR – Disparo por CA formas de onda 
 
 
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Através do cálculo diferencial e integral pode-se demonstrar que a tensão média ( contínua ) na 
carga é calculada por : 
 
 
 VDC = 
π
θ
.2
)cos1.( FMV + = tensão média ( contínua ) na carga 
Obs: A tensão média é a tensão que será medida por um voltímetro CC. 
 
Por exemplo se θF = 0º resulta VDC = 
π
MV e a forma de onda corresponde à forma de 
onda de um retificador meia onda com diodo comum. 
 
 
Se θF = 180º resulta VDC = 0, isto é , não existe tensão na carga. 
 
 
Por cálculo integral também se obtém a expressão que dá a tem eficaz ( VEF ou VRMS) na 
carga: 
 
 
 VRMS = 
2
MV . )
2
.2sen.(1 FF
θ
θπ
π
+− = tensão eficaz na carga 
Por exemplo se θF = 0º VRMS = 
2
MV que é igual ao mesmo valor da tensão do retificador de 
meia onda. 
 Se θF = 180º VRMS = 0 
 
 
Obs: A tensão eficaz está relacionada à potência dissipada na carga 
 
EXERCICIO RESOLVIDO 
 
Considere que no circuito da Fig14 0 angulo de disparo é 60º e que RL = 100Ω. Calcular : a) 
Tensão e corrente contínua na carga b) Potência dissipada na carga. Dados : ve = 
110. 2 .senwt(V) 
Solução: a) θF = 60º, cos60º = 0,5 VM =110. 2 (V) 
 
 
 VDC = 
π
θ
.2
)cos1.( FMV + = = 
π.2
)60cos1.(2.110 + = 37V logo IDC = 37V/100Ω =0,37A 
 
b) VRMS = 
2
MV . )
2
.2sen.(1 FF
θ
θπ
π
+− = 
2
2.110 . )
2
60.2sen
3
.(1 +− ππ
π
=75V 
 
PD = 
L
RMS
R
V 2 = 
100
752 = 56,25W