Diodos Controlados de Silício ou SCR é o acrônimo de Silicon Controlled Rectifier ou Diodo Controlado de Silício.
Trata-se de um dos mais importantes dos componentes eletrônicos encontrados em projetos alimentados pela rede de energia pois ele pode controlar diretamente circuitos de corrente alternada.
O SCR é um dispositivo semicondutor de quatro camadas da família dos tiristores.
Os tiristores são dispositivos destinados ao controle de potência principalmente em circuitos de corrente alternada.
Os SCRs funcionam como chaves comutadoras de estado sólido que podem controlar correntes de até centenas de ampères sob tensões que ultrapassam 1 000 volts, conforme o tipo.
Na figura 1 temos a estrutura básica de um SCR e um circuito equivalente que nos permite analisar seu princípio de funcionamento.
Na operação básica quando alimentamos um circuito com um SCR, nenhuma corrente pode circular entre o anodo e o catodo pois os dois transistores estão desligados (cortados).
No entanto, se aplicarmos na comporta (gate = G) uma tensão positiva, ela faz com que o transistor NPN conduza e com isso a corrente de seu coletor vai diretamente para a base do transistor PNP que também entra em condução.
O resultado é que agora a corrente de coletor do transistor PNP realimenta o NPN e não precisamos mais de uma tensão de comporta para manter os dois transistores em condução.
O conjunto "liga" e uma forte corrente pode circular entre o anodo e o catodo (A e K) mesmo depois de desaparecer o sinal de disparo aplicado em G.
Para desligar o SCR é preciso interromper por um momento a corrente ou então reduzir a corrente no circuito até o ponto em que a realimentação cesse.
Na figura 2 temos um modo simples de desligar um SCR que consiste em se colocar em curto o anodo e o catodo por uma chave de modo que a tensão entre estes elementos se reduza a zero.
Observe que o SCR funciona como um diodo, ou que quer dizer que a corrente só pode circular num sentido.
O símbolo, que veremos mais adiante, é justamente o de um diodo com uma comporta (gate).
Os SCRs comuns precisam de correntes muito baixas para disparar, alguns com correntes de 100 uA, e podem conduzir correntes de diversos ampères.
Num circuito de corrente alternada, uma vez disparados os SCRs conduzem apenas metade dos semiciclos da tensão, conforme mostra a figura 3.
Recursos podem ser agregados aos seus circuitos para que ele controle os dois semiciclos da corrente alternada daí ser este componente muito encontrado em muitos aparelhos de uso domésticos alimentados pela rede de energia.
Na figura 4 temos o símbolo adotado para representar os SCRs os aspectos dos tipos mais comuns.
Veja que os tipos mais usados possuem recursos para montagem em radiadores de calor. Os SCRs são identificados por um código de fábrica.
Uma série muito comum é a TIC da Texas, com tipos como o TIC106 e outros, além da série MCR como o MCR106 da Motorola.
No entanto, é preciso estar atento porque o prefixo TIC também serve para designar outros componentes da família dos tiristores.
De posse das folhas de dados de um SCR devemos estar atento para as seguintes características deste componente:
a) Tensão máxima entre anodo e catodo
É a tensão máxima que pode ser aplicada ao SCR quando ele está desligado.
Essa tensão pode variar entre 50 V e 1000 V para os tipos comuns. Em alguns tipos ela abreviada como Vrrm ou Vdrm.
b) Corrente máxima
É a maior corrente que o SCR pode conduzir quando disparado e tanto pode ser dada em valores contínuos como rms (rms significa “root mean square” ou “valor médio quadrático” e é uma indicação para um valor médio empregado com correntes alternadas senoidais, como a da rede de energia. ).
Tipos com correntes de até mais de 50 A podem ser encontrados em algumas aplicações.
c) Dissipação
É a potência máxima que o SCR pode dissipar numa determinada aplicação, sendo especificada em watts (W).
d) Corrente de manutenção
É a menor corrente que o SCR pode conduzir sem desligar. Essa corrente é indicada também como (IH).
Outras especificações podem ser importantes em função da aplicação.
Por exemplo, os SCRs também podem ser usados em fontes chaveadas ou na geração de pulsos em frequências relativamente altas.
Nesse caso, ao se utilizar um SCR é também preciso saber quão rápido ele pode ligar e desligar.
Os SCRs podem ser encontrados numa grande quantidade de projetos como controles de motores, lâmpadas, osciladores, alarmes, etc.
Um dos circuitos mais populares que usa SCRs é o dimmer ou controle de brilho de lâmpadas, e que também serve como controle de velocidade para motores e de temperatura para aplicações como aquecedores, estufas, etc.
Este circuito é mostrado na figura 5 e usa um SCR comum e uma lâmpada neon como elementos básicos.
Variações em torno desta configuração podem existir como, por exemplo, utilizando um diac em lugar da lâmpada neon, mas o princípio de funcionamento é sempre o mesmo.
Em alguns casos não há problema em se operar o circuito com apenas metade dos semiciclos, mas se isso não for conveniente, podemos usar um artifício que é mostrado na figura 6.
Nesse circuito usamos dois SCRs de modo que um dispare com os semiciclos positivos e o outro com os semiciclos negativos.
Uma outra maneira de se obter um controle de "onda completa" é com o uso de uma ponte retificadora com quatro diodos, conforme mostra a figura 7.
Esta ponte "dobra" os semiciclos negativos de modo que tenhamos sobre a carga somente semiciclos positivos e com isso a aplicação total da potência quando necessário.
Mas, a melhor solução é a que faz uso de um outro dispositivo da família dos tiristores: o triac.
A série 106
Uma das séries mais populares de SCRs e que pode ser encontrada numa infinidade de aplicativos, principalmente ligados à rede de energia, é a formada pelos dispositivos “106”.
São SCRs de alta sensibilidade (60 uA de corrente de disparo) com tensões tipicamente de 200 V para a rede de 110 V e 400 V para a rede de 220 V.
Estes dispositivos podem controlar correntes de até 3,2 A ou 4 A conforme a marca e são fornecidos com diversos nomes a partir dos seguintes fabricantes:
• TIC106 (Texas instruments) - sufixo B para 200 V e sufixo D para 400 V
• MCR-106 (Motorola) - sufixo 4 para 200 V e sufixo 6 para 400 V
• IR106 (International rectifier)
• C106 (General Electric)
Os SCRs podem ser testados com um multímetro. Em condições normais temos circuito aberto (alta resistência) entre anodo e catodo nos dois sentidos.
Entre a comporta (g) e o catodo (C ou K) temos baixa resistência num sentido e alta resistência no sentido oposto.
Os SCRs, principalmente da série TIC podem ser obtidos com muita facilidade na maioria dos fornecedores de componentes eletrônicos.
É preciso apenas estar atento para seu sufixo, de acordo com a tensão do circuito em que ele vai ser utilizado.
Ver também:
• Semicondutores (175)
• Tiristores (149)
• Semicondutores (175)
• Controle de Potência (312)
• Diac (342)
• Quadrac (340)
