Questão 20 - Em circuitos de corrente alternada, o TRIAC opera conduzindo em ambos os sentidos e não fica reversamente polarizado. Explique como o TRIAC é bloqueado ou desliga-se em um circuito CA.

Passo 1

O enunciado diz que um TRIAC em circuitos de corrente alternada conduz em ambos os sentidos e “não fica reversamente polarizado” (ou seja, não é simplesmente uma junção que bloqueia só num sentido). A pergunta solicita: explicar como o TRIAC é bloqueado (ou seja, como ele se desliga) em um circuito CA.
Informações dadas / o que se pede:
  • Dispositivo: TRIAC, conectado em circuito de corrente alternada.
  • Característica mencionada: conduz em ambos os sentidos.
  • Pergunta: descrever o mecanismo/condição física que faz o TRIAC deixar de conduzir (bloqueio/desligamento) em CA.

Passo 2

O que é essencial saber sobre o comportamento do TRIAC (exposição didática e sem pular etapas).
  • O TRIAC possui três terminais: \text{MT1}, \text{MT2} e Gate ( G).
  • Estruturalmente, pode ser visto como dois tiristores (SCR) complementares em paralelo inverso: isto explica a capacidade de conduzir em ambas as polaridades entre \text{MT1} e \text{MT2}.
  • Dois conceitos-chave que controlam ligar/desligar: corrente de disparo/ancoragem (latching) e corrente de manutenção (holding). Definições:
    • Corrente de latching I_L: a corrente mínima que deve existir logo após um pulso de gate para que o dispositivo “ancore” no estado conduzindo; se após o disparo a corrente cair abaixo de I_L antes do latching completar, o TRIAC volta a bloquear.
    • Corrente de manutenção I_H: a corrente mínima que precisa circular pelo TRIAC para que ele permaneça conduzindo depois que já está ancorado. Se a corrente cair abaixo de I_H por tempo suficiente, o TRIAC volta ao estado bloqueado.
  • Importante: um pulso no gate pode ligar o TRIAC (quando as condições de I_L são satisfeitas), mas um pulso no gate não apaga (turn-off) o TRIAC enquanto a corrente permaneça acima de I_H.

Passo 3

Como o TRIAC desliga (condição física de bloqueio). Explicação passo a passo e conceitual:
  • O TRIAC permanece conduzindo enquanto houver portadores suficientes e corrente acima de I_H. Para que ele se desligue é necessário reduzir a corrente que passa por ele abaixo de I_H e mantê-la abaixo por tempo suficiente para que a recombinação de portadores recupere as junções e volte ao estado de bloqueio.
  • Em circuitos de corrente alternada isso ocorre naturalmente na passagem da forma de onda por zero: a corrente alternada tem instante(s) em que seu valor instantâneo é zero; se nessa passagem por zero a corrente cair abaixo de I_H, o TRIAC perde o suporte de portadores e bloqueia.
  • Matematicamente, se a corrente instantânea for \,i(t)=I_{\max}\sin(\omega t)\,, então o TRIAC deixa de conduzir quando se tem a condição
|i(t)| < I_H.
Isto ocorre perto da(s) passagem(ões) por zero da senóide. Portanto, em CA a “comutação natural” no zero torna possível o turn-off sem circuito adicional.

Passo 4

Exemplo numérico simples para consolidar a ideia (para poder fazer na prova sem calculadora):
  • Suponha que a corrente máxima durante a meia-onda seja I_{\max}=2\\ \text{A} e que a corrente de manutenção seja I_H=1\\ \text{A}. A condição de desligamento é |\sin(\theta)|<I_H/I_{\max}=1/2.
  • Sabendo que |\sin(\theta)|<1/2 quando \theta está além de 30^\circ e antes de 150^\circ na meia-onda, isso significa que, se o TRIAC foi disparado no início da meia-onda, ele continuará conduzindo até que a senóide decresça até o ponto em que a corrente instantânea seja 1\\ \text{A}; depois disso, quando a senóide cruzar a região onde |\sin(\theta)|<1/2, o TRIAC perde condução e bloqueia ao atravessar o zero da corrente.
  • Moral fácil de memorizar para prova: o TRIAC “se apaga” quando a corrente cai abaixo de I_H — em CA isso normalmente ocorre na passagem por zero.

Passo 5

O que impede o TRIAC de permanecer conduzindo entre meios-ciclos (por que ele realmente bloqueia)?
  • Durante o semiciclo oposto a polaridade da tensão se inverte; se não houver corrente suficiente para manter I_H, as junções recuperam suas capacidades de bloqueio e o dispositivo bloqueia naquele sentido até que ocorra um novo pulso de gate (ou que a tensão atinja a tensão de breakover).
  • Assim, em CA, o desligamento é natural: o sinal passa por zero, corrente → 0 < I_H, recombinação → estado bloqueado; no semiciclo seguinte, o TRIAC só voltará a conduzir se houver novo pulso de gate (ou gatilho por tensão excessiva).

Passo 6

Casos problemáticos e medidas práticas (importante para prova e projeto):
  • dv/dt e disparos indesejados: uma rápida variação de tensão ( dv/dt) no estado de bloqueio pode gerar corrente de deslocamento através da capacitância interna e induzir uma corrente que ultrapassa I_L, provocando um disparo acidental. Para evitar isso usa-se circuito snubber (por exemplo, um RC em série) para limitar dv/dt.
  • Em corrente contínua (DC) o TRIAC NÃO se desliga automaticamente, porque não há passagem por zero natural. Para desligar um TRIAC em DC é necessário aplicar uma comutação forçada que reduza a corrente abaixo de I_H (por exemplo, usando um circuito de comutação que desvie a corrente ou coloque uma tensão inversa momentânea) — esta é a razão pela qual TRIACs são preferidos em CA e menos práticos em DC sem circuitos especiais.
  • O gate não é um “interruptor de desligar”: ele apenas facilita ligar; apagar requer redução da corrente.

Passo 7

Resumo operacional — passo a passo do que acontece numa operação típica em CA (como lembrar na prova):
  1. Pulso no gate → se houver caminho de carga, corrente sobe e, se ultrapassar I_L, o TRIAC se ancora e conduz.
  2. TRIAC permanece conduzindo enquanto |i(t)| \ge I_H.
  3. Na passagem por zero da corrente da rede, |i(t)| cai para abaixo de I_H; os portadores recombinam e o dispositivo bloqueia (desliga).
  4. No semiciclo seguinte, o TRIAC só volta a conduzir se houver novo pulso de gate (ou sobretensão que cause breakover).
    Guarde a frase: “Gate liga; corrente abaixo de I_H desliga; em CA isso acontece naturalmente no zero.”

Resposta

O TRIAC desliga (bloqueia) quando a corrente que o atravessa cai abaixo da corrente de manutenção I_H; em circuitos de corrente alternada essa condição é normalmente satisfeita na passagem por zero da corrente (comutação natural), portanto a queda da corrente abaixo de I_H permite a recombinação dos portadores e o retorno ao estado bloqueado.

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