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Semicondutores de Potência I

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Tópicos: Diodo de Potência | Transistor Bipolar | SCR - Retificador Controlado de Silício |

Nesta página, algumas informações básicas sobre alguns tipos de semicondutores de potência. São usados em uma variedade de equipamentos industriais, como inversores de frequência. E podem também substituir com vantagens dispositivos eletromecânicos, como relês e chaves magnéticas.

Nota: para cada tipo, é mostrada a estrutura simplificada das camadas semicondutoras. Os sinais após o tipo (n+, n−, p+, p−) não têm relação com cargas elétricas. Indicam a intensidade da introdução de impurezas (dopagem): sem sinal (dopagem média), − (dopagem fraca), + (dopagem forte).


1) Diodo de Potência

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É o mais simples dos semicondutores, usados sobretudo em processos de retificação. Na Figura 1-I, a estrutura simplificada e a curva corrente x tensão. A corrente direta máxima é limitada pela temperatura máxima da junção, ou seja, a temperatura acima da qual a junção é destruída. A junção também pode ser danificada por uma tensão inversa maior que a máxima (Vrm na figura).

Diodo de potência
Fig 1-I

Como todos os dispositivos práticos, a operação não se dá de forma ideal. Supondo que a junção está conduzindo, se a tensão é bruscamente invertida, as regiões p e n ainda terão portadores minoritários de carga e o diodo se comporta como um curto-circuito por um breve período de tempo.

Corrente no diodo com inversão rápida de polaridade
Fig 1-II

Assim, há uma corrente no sentido inverso, conforme Figura 1-II, que pode provocar interferências e perdas. Diodos rápidos ou ultra-rápidos têm esse fenômeno menos pronunciado, mas em geral a máxima tensão inversa é menor.


2) Transistor Bipolar

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Na Figura 2-I, a estrutura simplificada e gráfico da corrente de coletor em função da tensão coletor-emissor e tensão base-emissor. Em operações de comutação, há problemas semelhantes aos dos diodos e, por isso, existem os tipos rápidos, que, também de forma similar, têm menor capacidade.

Transistor bipolar
Fig 2-I

Para assegurar uma comutação mais rápida, o circuito deve forçar uma corrente negativa na base, conforme gráfico da Figura 2-II.

Para assegurar comutação rápida, o circuito deve forçar uma corrente negativa de base
Fig 2-II

O transistor Darlington é um único componente, mas é equivalente a dois bipolares conforme Figura 2-III. Oferece um ganho maior, com as desvantagens de uma maior queda de tensão e maior tempo de comutação.

Transistor Darlington
Fig 2-III

Transistores bipolares de potência têm a vantagem do baixo custo e, como desvantagens, o custo dos circuitos de controle e a limitação da velocidade de comutação. São usados, por exemplo, em ignição automotiva, reatores eletrônicos para lâmpadas, deflexão horizontal de antigos televisores e monitores de vídeo, de tubo de raios catódicos.


3) SCR - Retificador Controlado de Silício

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Tiristor é o nome genérico para semicondutores de quatro camadas, dos quais os principais são SRCs e TRIACs. Na parte superior da Figura 3-I são indicados a estrutura, o circuito equivalente e o símbolo. Na prática, ele se comporta como um diodo retificador controlado pela porta. Mas o controle da porta não é total. Ver na parte inferior da figura.

Retificador Controlado de Silício
Fig 3-I

Supondo que está diretamente polarizado, ao fechar a chave, um pulso de corrente é aplicado à porta devido à descarga do capacitor. E o SCR passa a conduzir de forma permanente, independente da porta. Para deixar de conduzir, a corrente na junção deve cair a zero, o que ocorre com correntes alternadas. Esse tipo de controle funciona devido a uma realimentação positiva, como pode ser deduzida pelo circuito equivalente.

SCRs são componentes de baixo custo, mas o controle parcial pela porta e o trabalho com apenas um semiciclo limitam as aplicações. Podem ser usados, por exemplo, para retificar e controlar uma tensão AC que alimenta um motor de corrente contínua.
Referências
Pesquisa na Internet em 05/2007. Fontes não anotadas.

Topo | Rev: Mar/2018