O SCR (silicon controlled rectifier, retificador controlado de silício) é um dispositivo com função semelhante à de um diodo (conduz em um único sentido), com diversas aplicações em eletrônica industrial. Fisicamente, consiste da junção de quatro camadas P e N alternadas entre si, com três terminais: anodo (A), catodo (K) e porta ou gate (G).
Na figura, podemos observar que a corrente principal (IA) entra pelo terminal do anodo (A) e segue até o catodo (K), como ocorre em um diodo comum.
A porta (G) permite que se aplique uma corrente (com intensidade menor que a aplicada no anodo), que controla a condução do SCR.
As principais aplicações do SCR são:
Retificador – Atua como um diodo comum, com a diferença de que é possível controlar a tensão retificada.
Interruptor – Atua como chave de estado sólido.
Controle de potência – Atua na variação da potência entregue a um dispositivo (motor, resistência, lâmpada etc.), por meio do ajuste do disparo.
Amplificador – Atua como amplificador “tudo ou nada”, por meio da diferença das correntes de porta e de anodo.
O funcionamento do SCR depende dos valores de corrente e tensão a que está submetido. Vamos analisar uma situação em que a porta aberta (IG) está com corrente igual a zero e com tensões aplicadas. O SCR pode, então, operar de três modos:
1. Se a tensão aplicada no anodo for negativa em relação à tensão aplicada no catodo, dizemos que o SCR está no bloqueio reverso. Nessa condição, ele se comporta de maneira idêntica a um diodo normal, cortado. Assim como no diodo comum, quando a tensão reversa excede a tensão de breakdown (UBR), o dispositivo é destruído.
2. Se a tensão aplicada no anodo for positiva em relação à tensão aplicada no catodo e menor que a tensão de breakover (UBO), dizemos que o SCR está no bloqueio direto, isto é, continua cortado.
3. Se a tensão na bateria continuar aumentando, ao atingir um valor maior ou igual à tensão UBO, o SCR passa a conduzir bruscamente, entrando em estado de condução. Quando isso acontece, dizemos que o SCR disparou. Nessa condição, o dispositivo se comporta como chave fechada, porém com queda de tensão elevada em seus terminais. Essa diferença de tensão aumenta a potência a ser dissipada pelo SCR, que necessita, então, de um dissipador – sua principal desvantagem em comparação com uma chave mecânica.
O termo “disparo” é utilizado em analogia ao que acontece a um projétil deflagrado por arma de fogo, ou seja, uma mudança brusca de condição, pois o projétil parte do repouso para o movimento em frações de segundo.
No caso do SCR, o disparo (ou condução) ocorre quando algum mecanismo externo provoca pequena variação em suas correntes internas. Para compreender melhor, observe a figura. Nessa configuração, a estrutura do SCR utiliza dois transistores, um PNP e outro NPN, ligados entre si por uma realimentação
positiva (regeneração). Em tal modelo, ao ocorrer variação em qualquer uma das correntes internas, por menor que seja, haverá amplificação do sinal, fazendo com que as correntes aumentem até os dois transistores saturarem. A passagem do corte para a condução é extremamente rápida, por causa da realimentação positiva interna, motivo pelo qual se emprega o termo “disparo”.
Podemos identificar pontos do circuito nos quais alguns dos fatores citados estão atuando, por exemplo: a tensão aplicada; a tensão de breakover (UBO): o mecanismo que causa esse início de processo (surgimento de uma corrente inicial) se a corrente de porta for nula e o valor da tensão (em geral varia de 30 a 1 000 V e depende do SCR e de sua aplicação).
Depois que o SCR atinge o estado de condução, para fazer o dispositivo cortar novamente é necessário que a tensão de anodo, ou seja, a corrente (IA), fique abaixo de um valor chamado de tensão de manutenção (UH), também conhecido por corrente de manutenção (IH). Para conhecer o valor dessa corrente, é preciso consultar o manual do fabricante, pois varia para cada tipo de SCR, por exemplo: no TIC106 é da ordem de 2 mA e no TIC126, de 40 mA.
Vimos que a porta (G) é o terminal no qual se aplica a corrente que inicia o processo de disparo quando a tensão de anodo ainda é bem menor que UBO. Quanto maior a corrente aplicada, menor será o valor da tensão de anodo necessária para disparar o SCR. Após o disparo, a porta pode ser desligada (aberta ou colocada em curto com o catodo), pois o SCR continuará a conduzir. O desligamento (reset ou corte) do dispositivo é feito quando a corrente de anodo diminuir abaixo da corrente de manutenção (IH) ou quando a tensão de anodo cair abaixo da tensão de manutenção (UH). Em determinadas aplicações, uma tensão reversa de anodo pode acelerar a mudança de estado de um SCR.
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