El Triac
Electrónica, Ciencia y
tecnología
- Descripción
general - Construcción
básica, símbolo, diagrama
equivalente - Métodos de
disparo - Formas de onda de los
Triacs - Ejemplo práctico de
aplicación. Diseňo - Parámetros del
Triac - Experimento de laboratorio del
Triac - Observaciones y
conclusiones - Bibliografía
El triac es un dispositivo semiconductor de tres
terminales que se usa para controlar el flujo de corriente
promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en
ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al
disminuir la corriente por debajo del valor de
mantenimiento.
El triac puede ser disparado independientemente de la
polarización de puerta, es decir, mediante una corriente
de puerta positiva o negativa.
Cuando el triac conduce, hay una trayectoria de
flujo de corriente de muy baja resistencia de
una terminal a la otra, dependiendo la dirección de flujo de la polaridad del
voltaje externo aplicado. Cuando el voltaje es mas positivo en
MT2, la corriente fluye de MT2 a MT1 en caso contrario fluye de
MT1 a MT2. En ambos casos el triac se comporta como un
interruptor cerrado. Cuando el triac deja de conducir no puede
fluir corriente entre las terminales principales sin importar la
polaridad del voltaje externo aplicado por tanto actúa
como un interruptor abierto.
Debe tenerse en cuenta que si se aplica una
variación de tensión importante al triac (dv/dt)
aún sin conducción previa, el triac puede entrar
en conducción directa.
CONSTRUCCION BASICA,
SIMBOLO, DIAGRAMA
EQUIVALENTE
FIG. 1 FIG. 2
La estructura
contiene seis capas como se indica en la FIG. 1, aunque funciona
siempre como un tiristor de cuatro capas. En sentido MT2-MT1
conduce a través de P1N1P2N2 y en sentido MT1-MT2 a
través de P2N1P1N4. La capa N3 facilita el disparo con
intensidad de puerta negativa. La complicación de su
estructura lo
hace mas delicado que un tiristor en cuanto a di/dt y dv/dt y
capacidad para soportar sobre intensidades. Se fabrican para
intensidades de algunos amperios hasta unos 200 A eficaces y
desde 400 a 1000 V de tensión de pico repetitivo. Los
triac son fabricados para funcionar a frecuencias bajas, los
fabricados para trabajar a frecuencias medias son denominados
alternistores En la FIG. 2 se muestra el
símbolo esquemático e identificación de las
terminales de un triac, la nomenclatura
Ánodo 2 (A2) y Ánodo 1 (A1) pueden ser reemplazados
por Terminal Principal 2 (MT2) y Terminal Principal 1 (MT1)
respectivamente.
El Triac actúa como dos rectificadores
controlados de silicio (SCR) en paralelo Fig. 3 , este
dispositivo es equivalente a dos latchs
FIG. 3
CARACTERISTICA TENSION –
CORRIENTE
FIG. 4
La FIG. 4 describe la característica tensión –
corriente del Triac. Muestra la
corriente a través del Triac como una función de
la tensión entre los ánodos MT2 y
MT1.
El punto VBD ( tensión de ruptura) es
el punto por el cual el dispositivo pasa de una resistencia alta
a una resistencia baja y la corriente, a través del Triac,
crece con un pequeño cambio en la
tensión entre los ánodos.
El Triac permanece en estado ON
hasta que la corriente disminuye por debajo de la corriente de
mantenimiento
IH. Esto se realiza por medio de la disminución
de la tensión de la fuente. Una vez que el Triac entra en
conducción, la compuerta no controla mas la
conducción, por esta razón se acostumbra dar un
pulso de corriente corto y de esta manera se impide la
disipación de energía sobrante en la
compuerta.
El mismo proceso ocurre
con respecto al tercer cuadrante, cuando la tensión en el
ánodo MT2 es negativa con respecto al ánodo MT1 y
obtenemos la característica invertida. Por esto es un
componente simétrico en cuanto a conducción y
estado de
bloqueo se refiere, pues la característica en el cuadrante
I de la curva es igual
a la del III
Como hemos dicho, el Triac posee dos ánodos
denominados ( MT1 y MT2) y una compuerta G.
La polaridad de la compuerta G y la polaridad del
ánodo 2, se miden con respecto al ánodo
1.
El triac puede ser disparado en cualquiera de los
dos cuadrantes I y III mediante la aplicación entre los
terminales de compuerta G y MT1 de un impulso positivo o
negativo. Esto le da una facilidad de empleo grande
y simplifica mucho el circuito de disparo. Veamos cuáles
son los fenómenos internos que tienen lugar en los cuatro
modos posibles de disparo.
1 – El primer modo del primer cuadrante
designado por I (+), es aquel en que la tensión del
ánodo MT2 y la tensión de la compuerta son
positivas con respecto al ánodo MT1 y este es el modo mas
común (Intensidad de compuerta entrante).
La corriente de compuerta circula internamente hasta
MT1, en parte por la union P2N2 y en parte a través de la
zona P2. Se produce la natural inyección de electrones de
N2 a P2, que es favorecida en el área próxima a la
compuerta por la caida de tensión que produce en P2 la
circulación lateral de corriente de compuerta. Esta
caída de tensión se simboliza en la figura por
signos + y – .
Parte de los electrones inyectados alcanzan por
difusión la unión P2N1 que bloquea el potencial
exterior y son acelerados por ella iniciándose la
conducción.
2 – El Segundo modo, del tercer cuadrante,
y designado por III(-) es aquel en que la tensión
del ánodo MT2 y la tensión de la compuerta son
negativos con respecto al ánodo MT1 (Intensidad de
compuerta saliente).
Se dispara por el procedimiento de
puerta remota, conduciendo las capas P2N1P1N4.
La capa N3 inyecta electrones en P2 que hacen más
conductora la unión P2N1. La tensión positiva de T1
polariza el área próxima de la unión P2N1
más positivamente que la próxima a la puerta. Esta
polarización inyecta huecos de P2 a N1 que alcanzan en
parte la unión N1P1 y la hacen pasar a
conducción.
3 – El tercer modo del cuarto cuadrante, y
designado por I(-) es aquel en que la tensión del
ánodo MT2 es positiva con respecto al ánodo MT1 y
la tensión de disparo de la compuerta es negativa con
respecto al ánodo MT1( Intensidad de compuerta
saliente).
El disparo es similar al de los tiristores de puerta de
unión. Inicialmente conduce la estructura auxiliar
P1N1P2N3 y luego la principal P1N1P2N2.
El disparo de la primera se produce como en un tiristor
normal actuando T1 de puerta y P de cátodo. Toda la
estructura auxiliar se pone a la tensión positiva de T2 y
polariza fuertemente la unión P2N2 que inyecta electrones
hacia el área de potencial positivo. La unión P2N1
de la estructura principal, que soporta la tensión
exterior, es invadida por electrones en la vecindad de la
estructura auxiliar, entrando en conducción.
4 – El cuarto modo del Segundo cuadrante y
designado por III(+) es aquel en que la tensión del
ánodo T2 es negativa con respecto al ánodo MT1, y
la tensión de disparo de la compuerta es positiva con
respecto al ánodo MT1(Intensidad de compuerta
entrante).
El disparo tiene lugar por el procedimiento
llamado de puerta remota. Entra en conducción la
estructura P2N1P1N4.
La inyección de N2 a P2 es igual a la descrita en
el modo I(+). Los que alcanzan por difusión la
unión P2N1 son absorbido por su potencial de unión,
haciéndose más conductora. El potencial positivo de
puerta polariza más positivamente el área de
unión P2N1 próxima a ella que la próxima a
T1, provocándose una inyección de huecos desde P2 a
N1 que alcanza en parte la unión N1P1 encargada de
bloquear la tensión exterior y se produce la entrada en
conducción.
El estado I(+), seguido de III(-) es aquel en que la
corriente de compuerta necesaria para el disparo es
mínima. En el resto de los estados es necesaria una
corriente de disparo mayor. El modo III(+) es el de disparo
más difícil y debe evitarse su empleo en lo
posible.
En general, la corriente de encendido de la compuerta,
dada por el fabricante, asegura el disparo en todos los
estados.
La relación en el circuito entre la fuente de
voltaje, el triac y la carga se representa en la FIG.7. La
corriente promedio entregada a la carga puede variarse alterando
la cantidad de tiempo por ciclo
que el triac permanece en el estado
encendido. Si permanece una parte pequeña del tiempo en
el estado
encendido, el flujo de corriente promedio a través de
muchos ciclos será pequeño, en cambio si
permanece durante una parte grande del ciclo de tiempo encendido,
la corriente promedio será alta.
Un triac no esta limitado a 180 de conducción
por ciclo. Con un arreglo adecuado del disparador, puede conducir
durante el total de los 360 del ciclo. Por tanto proporciona
control de
corriente de onda completa, en lugar del control de media
onda que se logra con un SCR.
Para ver el
gráfico seleccione la opción "Descargar" del
menú superior
FIG.7
Las formas de onda de los triacs son muy
parecidas a las formas de onda de los SCR, a excepción de
que pueden dispararse durante el semiciclo negativo. En la FIG.8
se muestran las formas de onda tanto para el voltaje de carga
como para el voltaje del triac ( a través de los
terminales principales) para dos condiciones
diferentes.
En la FIG.8 (a), las formas de onda muestran apagado
el triac durante los primeros 30 de cada semiciclo, durante estos
30 el triac se comporta como un interruptor abierto, durante este
tiempo el voltaje completo de línea se cae a través
de las terminales principales del triac, sin aplicar
ningún voltaje a la carga. Por tanto no hay flujo de
corriente a través del triac y la carga.
La parte del semiciclo durante la cual existe seta
situación se llama ángulo de retardo de
disparo.
Después de transcurrido los 30 , el triac
dispara y se vuelve como un interruptor cerrado y comienza a
conducir corriente a la carga, esto lo realiza durante el resto
del semiciclo. La parte del semiciclo durante la cual el triac
esta encendido se llama ángulo de
conducción.
La FIG.8 (b) muestran las mismas formas de ondas pero con
ángulo de retardo de disparo mayor.
FIG.8
CIRCUITO PRACTICO PARA DISPARO
FIG.5
En la FIG. 5 se muestra un circuito practico de disparo
de un triac utilizando un UJT. El resistor RF es un
resistor variable que se modifica a medida que las condiciones de
carga cambian. El transformador T1 es un transformador de
aislamiento, y su propósito es aislar
eléctricamente el circuito secundario y el primario, para
este caso aísla el circuito de potencia ca del
circuito de disparo.
La onda senoidal de ca del secundario de T1 es aplicada
a un rectificador en puente y la salida de este a una
combinación de resistor y diodo zener que suministran una
forma de onda de 24 v sincronizada con la línea de ca.
Esta forma de onda es mostrada en la FIG. 6 (a).
Cuando la alimentación de 24 v
se establece, C1 comienza a cargarse hasta la Vp del UJT, el cual
se dispara y crea un pulso de corriente en el devanado primario
del transformador T2. Este se acopla al devanado secundario, y el
pulso del secundario es entregado a la compuerta del triac,
encendiéndolo durante el resto del semiciclo. Las formas
de onda del capacitor( Vc1), corriente del secundario
de T2 ( Isec) y voltaje de carga (VLD), se
muestran en la FIG. 6 (b), (c),(d).
La razón de carga de C1 es determinada por la
razón de RF a R1, que forman un
divisor de voltaje, entre ellos se dividen la fuente de cd de 24 v que
alimenta al circuito de disparo. Si RF es
pequeño en relación a R1, entonces
R1 recibirá una gran parte de la fuente de 24 v
, esto origina que el transistor pnp
Q1 conduzca, con una circulación grande de
corriente por el colector pues el voltaje de R1 es
aplicado al circuito de base, por lo tanto C1 se carga
con rapidez. Bajo estas condiciones el UJT se dispara pronto y la
corriente de carga promedio es alta.
Por otra parte se RF es grande en
relación a R1, entonces el voltaje a
través de R1 será menor que en el caso
anterior, esto provoca la aparición de un voltaje menor a
través del circuito base-emisor de Q1 con la
cual disminuye su corriente de colector y por consiguiente la
razón de carga de C1 se reduce, por lo que le
lleva mayor tiempo acumular el Vp del UJT. Por lo tanto el UJT y
el triac se disparan después en el semiciclo y la
corriente de carga promedio es menor que antes.
FIG.6
DISEŇO DEL CIRCUITO
PRACTICO
Para el circuito de la FIG. 5, suponga las siguientes
condiciones, R1 = 5 kW
, Rf = 8 kW
,
R2=2,5kW
, C1=0,5 m
F, h =
0,58.
Supóngase que R1 y Rf están en serie,
,
luego
, de la
ecuación 
,
El capacitor debe cargarse hasta el Vp del UJT, que esta
dado por,
El tiempo requerido para cargar hasta ese punto puede
encontrarse en
,
permite que 
simbolice el ángulo de retardo de disparo. Dado
que
360 grados representan un periodo de un ciclo, y el
periodo de una fuente de 60 HZ es de 16.67 ms, se puede establece
la proporción
, Para
un ángulo de retardo de disparo de 120 grados, el tiempo
entre
el cruce por cero y el disparo seta dado por la
proporción
, El
punto pico del UJT es aun 14.5 V, por lo que para retardar
el
disparo durante 5.55 ms, la razón de
acumulación de voltaje debe ser,
,
luego
que nos
da 
, entonces
podemos encontrar Rf
,
trabajando con seta ecuación y resolviendo Rf se
obtiene
, por
tanto, si la resistencia de realimentación fuera
incrementada a 25K, el Angulo
de retardo de disparo se incrementa a 
y la corriente de carga se
reducirá
proporcionalmente
EJEMPLO
PRACTICO DE APLICACION.
DISEŇO
En la FIG.9 puede verse una aplicación
práctica de gobierno de un
motor de c.a.
mediante un triac (TXAL228). La señal de control (pulso
positivo) llega desde un circuito de mando exterior a la puerta
inversora de un ULN2803 que a su salida proporciona un 0
lógico por lo que circulará corriente a
través del diodo emisor perteneciente al MOC3041 (opto
acoplador). Dicho diodo emite un haz luminoso que hace conducir
al fototriac a través de R2 tomando la tensión del
ánodo del triac de potencia. Este
proceso
produce una tensión de puerta suficiente para excitar al
triac principal que pasa al estado de conducción
provocando el arranque del motor.
Debemos recordar que el triac se desactiva
automáticamente cada vez que la corriente pasa por cero,
es decir, en cada semiciclo, por lo que es necesario redisparar
el triac en cada semionda o bien mantenerlo con la señal
de control activada durante el tiempo que consideremos oportuno.
Como podemos apreciar, entre los terminales de salida del triac
se sitúa una red RC cuya misión es
proteger al semiconductor de potencia, de las posibles
sobrecargas que se puedan producir por las corrientes inductivas
de la carga, evitando además cebados no
deseados.
Es importante tener en cuenta que el triac debe ir
montado sobre un disipador de calor
constituido a base de aletas de aluminio de
forma que el semiconductor se refrigere
adecuadamente.
FIG.9
VALORES
MAXIMOS (2N6071A,B – MOTOROLA)
CARACTERISTICAS ELECTRICAS
(2N6071A,B – MOTOROLA)
DEFINICIÓN DE LOS PARÁMETROS DEL
TRIAC
- VDRM (Tensión de
pico repetitivo en estado de bloqueo) = es el máximo
valor de
tensión admitido de tensión inversa, sin que el
triac se dañe. - IT(RMS) ( Corriente en
estado de conducción) = en general en el grafico se
da la temperatura
en función
de la corriente. - ITSM (Corriente pico de
alterna en estado de conducción(ON)) = es la
corriente pico máxima que puede pasar a través
del triac, en estado de conducción. En general seta dada
a 50 o 60 Hz. - I2t ( Corriente de fusión)
= este parámetro da el valor relativo de la
energía necesaria para la destrucción del
componente. - PGM ( Potencia pico de
disipación de compuerta) = la disipación
instantánea máxima permitida en la
compuerta. - IH ( Corriente de mantenimiento)
= la corriente directa por debajo de la cual el triac
volverá del estado de conducción al estado de
bloqueo. - dV/dt ( velocidad
critica de crecimiento de tensión en el estado de
bloqueo) = designa el ritmo de crecimiento máximo
permitido de la tensión en el ánodo antes de que
el triac pase al estado de conducción. Se da a una
temperatura
de 100C y se mide en V/m s. - tON ( tiempo de encendido) =
es el tiempo que comprende la permanencia y aumento de la
corriente inicial de compuerta hasta que circule la corriente
anódica nominal.
EXPERIMENTO
DE LABORATORIO
DEL TRIAC
OBJETIVOS DE LA
PRÁCTICA
- Conocimiento de los parámetros
importantes del Triac. - Conocimiento de las técnicas
y los circuitos de
medición requeridos para la
verificación del Triac. - Verificación de las especificaciones del
Triac.
MATERIALES UTILIZADOS EN LA
PRÁCTICA:
- Tablero de práctica del Triac Nº4
del curso INTER-1. - Caja de componentes.
- Osciloscopio.
- Generador de audio
frecuencia. - Dos fuentes de
tensión variable(0-36 V) con limitación de
corriente. - Multímetro (2
Unidades). - Voltímetro
electrónico. - Soldador.
DESARROLLO DEL
EXPERIMENTO
- Medicion de la tensión y corriente de
encendido - Conectar el circuito de medición descrito en la siguiente
Fig. Circuito de
aplicación:
- Fijar VDD a la tensión de
12 V. - Fijar VGG a la tensión de
12 V.En caso de que este método no funcione, apagar la
fuente VDD y prenderla
nuevamente - Ajustar P1 a su valor máximo,
verificar que el Triac no se encuentre en
conducción, si no es así presionar el
interruptor S y así retornará al estado de
bloqueo.Repetir las mediciones varias veces. Es
necesario anotar el resultado de las mediciones en el
momento del encendido. - Disminuir el valor de P1 lentamente y
observar la corriente y tensión de la compuerta.
Anotar en la tabla 1 la tensión y corriente de
encendido en el momento del paso a
conducción.Repetir la medición y anotar la
tensión y corriente de encendido que se
obtienen. - Calentar el Triac acercando el extremo del
soldador durante uno a dos minutos (no hay que hacer
contacto entre el soldador y el cuerpo del Triac. El
calentamiento se producirá por la conducción
del calor en
el aire). - Cambiar la polaridad de VGG y
VDD de acuerdo con la tabla 1 y repetir los
ejercicios 1.4 a 1.6, anotar los resultados en la
tabla.
VDD
[V]VGG
[V]VG
[V]IG
[mA]VG [V]
TempIG [mA]
Temp+12
+12
0,669
1,75
0,6
0,98
-12
+12
-0,0528
5,36
-0,00022
2,88
-12
-12
-0,7249
-3,41
-0,69
-1,35
+12
-12
-0,6645
-3,93
-0,29
-2,07
Tabla 1: Características
tensión corriente de encendido.- Conectar el circuito de medida de acuerdo a
la siguiente Fig. Circuito de
aplicación:
- Conectar VGG y determinar su
valor en 12 V constante. Fijar P1 en su valor
mínimo. - Activar la fuente de tensión
VDD y fijar su límite de corriente en
400mA y en este estado bajar su tensión a cero y
conectarla al circuito. - Aumentar la tensión de la fuente
VDD para obtener el máximo de corriente,
If=400mA. Medir y anotar la tensión del
Triac Vf en la tabla 2. Para medir la corriente
presionar el interruptor. - Disminuir la corriente de ánodo a
300mA con ayuda del límite de corriente y anotar la
tensión Vf obtenida. - Continuar disminuyendo la corriente del
Triac de acuerdo a la tabla y anotar las tensiones
obtenidas. - Cambiar la polaridad de VGG y
VDD de acuerdo a la tabla (y variar la polaridad
de los instrumentos análogamente), repetir las
mediciones de los incisos 2.2 hasta 2.6 y anotar los
resultados en la tabla 2
OBS.: no es posible medir la tensión
Vf cuando el interruptor S está
presionado.VGG
[V]VDD
[V]If
[mA]400 mA
300 mA
200 mA
100 mA
+12
+ *
Vf
[V]1,63
1,51
1,3
1
-12
+ *
Vf
[V]1,63
1,51
1,28
1,02
-12
–
Vf
[V]-1,63
-1,55
-1,3
-1,01
+12
–
Vf
[V]-1,63
-1,52
-1,3
-1
Tabla 2: Características
de conducción directaObs. : la polaridad de la fuente VDD
está en relación con
MT1.- Conectar el circuito de medición descrito en la siguiente
- Medición de la característica de
conducción del Triac- Conectar el circuito de medición de
acuerdo a la siguiente Fig. Fijar el potenciómetro
P1 a su valor máximo y la fuente de tensión a
un valor pequeño. Circuito de
medición:- Fijar la tensión VGG en
12 V. Tener en cuenta que el generador de audiofrecuencia y
la fuente de tensión deben estar "flotantes" (no a
tierra).
Si esto no fuera posible se debe intercambiar de lugar la
entrada del amplificador "Y" con tierra
(GND), entonces habrá que tomar en cuenta el error
que proviene de la adición de caída de
tensión sobre la resistencia de cátodo a la
tensión en el ánodo medida a través
del amplificador "X". - Fijar la tensión del generador de
audiofrecuencia en su valor máximo a una frecuencia
de 500 Hz. Fijar el amplificador "Y" y "X" de acuerdo a la
necesidad. - Disminuir la resistencia del
potenciómetro P1 (para aumentar la corriente de la
compuerta). Observar en la pantalla del osciloscopio e indicar la influencia de la
corriente de compuerta en la figura. - Realizar un ajuste del eje "X" (Volt/cm) y
del eje "Y" (mA/cm) y centralizar el origen de los ejes
en la pantalla.NOTA: los gráficos están dibujados en
su forma normal y no en forma inversa como son obtenidos
en la pantalla del osciloscopio. - Dibujar la curva obtenida. Indicar los
valores de las corrientes y tensiones en la compuerta
para la aparición de las partes positiva y
negativa. - Invertir la polaridad de la fuente
VGG. Fijar el potenciómetri P1 en su
valor máximo y repetir los puntos 3.2 hasta
3.6.
- Conectar el circuito de medición de
- Características del
Triac
Tabla 3: Características del
Triac
- Como
se pudo notar el Triac es un SCR
bidirreccional. - La corriente y la tensión de encendido
disminuyen con el aumento de temperatura y con el aumento de
la tensión de bloqueo. - Las corrientes de pérdida del Triac
son pequeñas, del orden de 0,1 m A a la temperatura ambiente. - El Triac conmuta del modo de corte al modo de
conducción cuando se inyecta corriente a la compuerta.
Después del disparo la compuerta no posee control
sobre el estado del Triac. Para apagar el Triac la corriente
anódica debe reducirse por debajo del valor de la
corriente de retención IH.
- Principios de electrónica. Malvino. Quinta
Edición - Electrónica y Teoría de Circuitos.
Boylestad- Nashelsky. Quinta Edición - Circuitos Electrónicos.
Schilling-Belove. Segunda Edición - Microelectrónica. Jacob Millman. Cuarta
Edición - Electrónica Integrada. Millman- Halkias.
Novena Edición - Datos Técnicos
Motorola. - Manual de Practicas Degem. Curso INTER-1
Dispositivos de estado sólido - Electrónica Moderna de Potencia. Timothy
Maloney. Tercera Edición. - Electrónica Industrial Técnicas
de Potencia. Gualda-Martínez. Segunda
Edición.
Autor:
Gustavo Ernesto Lima P.
Ruben Dario Mendez M.
Antonio Raul Rojas B.