Tiristores

Público Eletrônica Analógica e Industrial Público ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 3 Unidade 3 Semicondutores de potência circuitos de comando e retificação Aula 2 Tiristores Software Acesso online Livre Infraestrutura Computador com acesso à Internet Recomendável velocidade de no mínimo 10 Mbs Descrição do software Multisim é um ambiente online de projeto de circuito e simulação SPICE Simulation Program With Integrated Circuit Emphasis para eletrônica analógica digital e de potência Ele utiliza um ambiente esquemático interativo para visualizar e analisar o comportamento dos circuitos eletrônicos inclusive através de gráficos representativos dos sinais elétricos Multisim pode ser acessado no endereço httpswwwmultisimcomcreate Atividade Prática Introdução Tiristor é um dispositivo semicondutor de quatro camadas pnpn três junções pn np e pn e três terminais anodo catodo e gatilho gate Ele opera como uma chave biestável indo do modo de bloqueio para o modo de condução De forma geral temos que em polarização direta e sem disparo no gate ele se comporta como circuito aberto e não entrará em condução Já na presença de corrente de gatilho e tensão anodo catodo positiva ele entrará em condução Após entrar em condução o sinal do gatilho não é mais necessário para manter a corrente no anodo Quando em tensão reversa ele suporta qualquer amplitude de sinal sem entrar em condução A figura 1 mostra o símbolo do componente Público Figura 1 Símbolo tiristor Fonte Wikimedia Commons Disponível em httpscommonswikimediaorgwikiFileThyristorfrpng Acesso em 20 mar 2023 Atividade proposta Circuito com um tiristor SCR análise da influência do pulso no terminal gate do componente Objetivos Desenvolver e simular um circuito eletrônico com um tiristor Aplicar os conceitos estudados na análise de circuitos com tiristores Analisar o funcionamento de um circuito com tiristor SCR variandose a frequência do pulso no terminal gate do componente Procedimentos para a realização da atividade Caro aluno para a realização da prática é necessário que você efetue cadastro gratuito e o login na plataforma do Multisim através do link httpswwwmultisimcom Após o acesso a plataforma desenvolva um circuito com tiristor SCR modelo MCR08BT1G conforme mostrado na Figura 2 Utilize os parâmetros indicados para cada um dos componentes elétricos presentes no circuito Figura 2 Circuito eletrônico com carga RL controlada a tiristor SCR Público Fonte a autora Observe que o tiristor D1 se encontra entre a fonte de tensão na entrada V1 e a carga R1L1 portanto controla o seu acionamento Observe ainda que o terminal gate do tiristor D1 está conectado a fonte de tensão V2 que se trata de um pulso retangular cujo valor de pico é 5V e a frequência é de 60 Hz Posto isso faça a simulação do circuito de forma a se obter um gráfico de tensão x tempo que represente a tensão na fonte V1 tensão na fonte V2 e a tensão na carga R1L1 Altere o valor da frequência do pulso retangular para 30 Hz Refaça a simulação e obtenha o gráfico de tensão x tempo que represente a tensão na fonte V1 tensão na fonte V2 e a tensão na carga R1L1 Checklist 1 Faça login na plataforma do programa Multisim 2 Desenvolva o circuito eletrônico indicado 3 Simule o circuito 4 Obtenha os gráficos de tensão de entrada do terminal gate do tiristor e da carga para frequência de 60 Hz no terminal gate do tiristor 5 Obtenha os gráficos de tensão de entrada o terminal gate do tiristor e da carga para frequência de 30 Hz no terminal gate do tiristor Estudante você deverá entregar Relatório no formato doc ou pdf contendo Imagem do circuito desenvolvido no Multisim conforme ilustrado na Figura 2 Imagem do gráfico gerado representando os sinais de tensão da fonte V1 do terminal gate do tiristor e da carga R1L1 para frequência de 60 Hz no terminal gate do tiristor Imagem do gráfico gerado representando os sinais de tensão da fonte V1 do terminal gate do tiristor e da carga R1L1 para frequência de 30 Hz no terminal gate do tiristor Explicação das alterações observadas na tensão de saída carga R1L1 gerada nos gráficos supracitados FACULDADE CURSO ALUNO ATIVIDADE PRÁTICA ATIVIDADE TIRISTORES UF 2025 1 ALUNO ATIVIDADE PRÁTICA ATIVIDADE TIRISTORES Trabalho apresentado à Universidade como requisito parcial para a obtenção de média semestral nas disciplinas norteadoras do semestre letivo UF 2025 1 SUMÁRIO 2 Introdução Teórica4 3 Objetivos4 4 Materiais e Métodos4 11 31 Software Utilizado4 12 32 Circuito Implementado4 13 33 Procedimento Experimental5 5 Resultados e Análise6 14 51 Simulação com Frequência de Gate de 60 Hz6 15 52 Simulação com Frequência de Gate de 30 Hz7 6 Conclusão8 2 Introdução Teórica O tiristor é um componente semicondutor de potência que opera como uma chave eletrônica controlada Especificamente o Retificador Controlado de Silício ou SCR é um dos tipos mais comuns de tiristores Sua estrutura é composta por quatro camadas de material semicondutor dopado formando uma sequência pnpn o que resulta em três junções Ele possui três terminais o Anodo o Catodo e o Gatilho O funcionamento do SCR pode ser resumido em três estados principais 1 Modo de Bloqueio Direto Quando uma tensão positiva é aplicada entre o anodo e o catodo mas nenhum sinal é aplicado ao gatilho o tiristor se comporta como uma chave aberta bloqueando a passagem de corrente 2 Modo de Condução Para que o SCR entre em condução duas condições devem ser atendidas simultaneamente a tensão anodo catodo deve ser positiva e uma corrente de gatilho deve ser aplicada Uma vez disparado o sinal de gatilho pode ser removido e o componente continuará conduzindo enquanto a corrente de anodo for superior a um valor mínimo chamado de corrente de manutenção 3 Modo de Bloqueio Reverso Quando uma tensão negativa é aplicada entre o anodo e o catodo o SCR se comporta como um diodo em polarização reversa bloqueando a passagem de corrente independentemente do sinal de gatilho Esta capacidade de controlar o momento exato do disparo torna o SCR fundamental em circuitos de controle de potência como retificadores controlados dimmers de iluminação e controle de velocidade de motores 3 Objetivos Esta atividade prática teve como objetivos Desenvolver e simular um circuito eletrônico com um tiristor em ambiente virtual Aplicar os conceitos teóricos de funcionamento dos tiristores para analisar o circuito Analisar o funcionamento do circuito com tiristor SCR ao variar a frequência do pulso de disparo no terminal gate 4 Materiais e Métodos 31 Software Utilizado A simulação do circuito foi realizada utilizando a plataforma online Multisim 32 Circuito Implementado Foi desenvolvido o circuito com carga RL controlada por um tiristor SCR conforme especificado no roteiro da prática Os componentes e parâmetros utilizados foram Fonte V1 Tensão de 100 Vrms Frequência de 60 Hz Fase de 45 Fonte de Pulso V2 Tensão de 5 V de amplitude Tiristor D1 Modelo MCR08BT1G Resistor R1 10 kΩ Indutor L1 1 µH 33 Procedimento Experimental O procedimento consistiu em duas simulações 1 A primeira simulação foi realizada com a frequência da fonte de pulso V2 configurada para 60 Hz Foram plotadas as formas de onda da tensão da fonte V1 da tensão de gate V2 e da tensão na carga 2 A segunda simulação foi realizada alterando a frequência da fonte de pulso V2 para 30 Hz Novamente as mesmas três formas de onda foram plotadas para análise comparativa 3 Cálculos Teóricos Antes da análise dos resultados alguns cálculos teóricos são pertinentes Tensão de Pico da Fonte V1 A fonte V1 possui um valor de 100 Vrms A tensão de pico é Vp 100 V x raiz quadrada de 2 aproximadamente 14142 V Este valor corresponde à amplitude máxima da onda senoidal nos gráficos de simulação Período dos Sinais Fonte V1 em 60 Hz T1 1 60 Hz aproximadamente 1667 ms Gate V2 em 60 Hz T2 1 60 Hz aproximadamente 1667 ms Gate V2 em 30 Hz T2 1 30 Hz aproximadamente 3333 ms A análise do período mostra que no segundo caso o pulso de disparo no gate ocorre com um intervalo de tempo duas vezes maior que o ciclo da tensão de entrada 5 Resultados e Análise 51 Simulação com Frequência de Gate de 60 Hz Análise Nesta configuração as frequências da fonte de entrada e da fonte de pulso do gate são idênticas Observase que a cada semiciclo positivo da tensão de entrada um pulso é aplicado ao gate Isso satisfaz as condições de disparo do SCR que então entra em condução e permite que a tensão da fonte seja transferida para a carga A tensão na carga segue a tensão da fonte durante todo o semiciclo positivo Quando a tensão da fonte cruza o zero para se tornar negativa a corrente através do SCR cai abaixo da corrente de manutenção e ele desliga permanecendo em corte durante todo o semiciclo negativo Este ciclo se repete continuamente resultando em um retificador de meia onda controlado 52 Simulação com Frequência de Gate de 30 Hz Análise das Alterações A alteração mais significativa está no comportamento da tensão de saída Como a frequência do gate é de 30 Hz e a da fonte é de 60 Hz um pulso de disparo agora ocorre apenas a cada dois semiciclos positivos da tensão de entrada O resultado é claramente visível No primeiro semiciclo positivo da tensão de entrada um pulso de gate ocorre o SCR dispara e a carga recebe tensão No segundo semiciclo positivo da tensão de entrada não há pulso de gate Portanto mesmo com a tensão anodocatodo positiva o SCR permanece em estado de bloqueio e a tensão na carga é zero Este padrão se repete com o SCR conduzindo em um semiciclo positivo e bloqueando no próximo Essa mudança demonstra o controle efetivo sobre a potência entregue à carga Ao reduzir a frequência dos pulsos de disparo pela metade a potência média entregue à carga também é significativamente reduzida pois ela só recebe energia durante metade do tempo em que estaria apta a receber 6 Conclusão Esta atividade prática permitiu demonstrar com sucesso o princípio de funcionamento de um tiristor SCR como uma chave controlada A montagem e simulação do circuito no Multisim validaram a teoria mostrando que o SCR requer uma tensão anodocatodo positiva e um pulso de gatilho para conduzir A análise comparativa entre as simulações de 60 Hz e 30 Hz foi crucial para atender ao principal objetivo da prática entender a influência do sinal de gate Foi comprovado que ao alterar a frequência de disparo é possível controlar a transferência de potência para a carga Especificamente ao usar uma frequência de disparo que é metade da frequência da fonte o circuito efetivamente bloqueia um a cada dois pulsos de potência ilustrando uma forma de controle de potência por salto de ciclos Os resultados obtidos estão em total conformidade com a teoria dos semicondutores de potência e os objetivos da prática foram plenamente alcançados