Tiristores

TIRISTORES Los tiristores son una familia de dispositivos semiconductores de cuatro capas (pnpn), que se utilizan para controlar grandes cantidades de corriente mediante circuitos electrónicos de bajo consumo de potencia. La palabra tiristor, procedente del griego, significa puerta. El nombre es fiel reflejo de la función que efectúa este componente: una puerta que permite o impide el paso de lacorriente a través de ella. Así como los transistores pueden operar en cualquier punto entre corte y saturación, los tiristores en cambio sólo conmutan entre dos estados: corte y conducción. Dentro de la familia de los tiristores, trataremos en este tutorial los tipos más significativos: Diodo Shockley, SCR (Silicon Controlled Rectifier), GCS (Gate Controlled Switch), SCS (Silicon ControlledSwitch), Diac y Triac. 1 EL DIODO SHOCKLEY El diodo Shockley es un tiristor con dos terminales: ánodo y cátodo. Está constituido por cuatro capas semiconductoras que forman una estructura pnpn. Actúa como un interruptor: está abierto hasta que la tensión directa aplicada alcanza un cierto valor, entonces se cierra y permite la conducción. La conducción continúa hasta que la corriente se reduce pordebajo de un valor específico (IH).

Figura 1: Construcción básica y símbolo del diodo Shockley 1.1 CARACTERISTICA TENSION-INTENSIDAD Para valores negativos del voltaje aplicado, como en un diodo, sólo habrá una corriente muy pequeña hasta que se alcance la tensión de ruptura (VRB).

Figura 2: Característica I-V del diodo Shockley

En polarización positiva, se impide el paso de corriente hastaque se alcanza un valor de tensión VB0. Una vez alcanzado este punto, el diodo entra en conducción, su tensión disminuye hasta menos de un voltio y la corriente que pasa es limitada, en la práctica, por los componentes externos. La conducción continuará hasta que de algún modo la corriente se reduzca por debajo de la corriente de mantenimiento IH. La corriente que puede atravesar el dispositivo enpolarización directa tiene un límite impuesto por el propio componente (IMAX), que si se supera llevará a la destrucción del mismo. Por esta razón, será necesario diseñar el circuito en el que se instale este componente de tal modo que no se supere este valor de corriente. Otro parámetro que al superarse puede provocar la ruptura del dispositivo es VRB, ya que provocaría un fenómeno de avalanchasimilar al de un diodo convencional. 1.2 EJEMPLO DE APLICACION: DETECTOR DE SOBRETENSION En esta aplicación, se ha seleccionado un diodo Shockley con una tensión de conducción de 10 V. Por tanto, si la tensión de la fuente es correcta, es decir, de 9 V, el diodo está abierto, no circula corriente por él y la lámpara estará apagada. Pero si la tensión de la fuente supera, por una falla en sufuncionamiento una tensión de 10 V, el diodo entra en saturación y la lámpara se enciende. Permanecerá encendida (y el diodo cerrado) aunque la tensión vuelva a 9V, mostrando de esta manera que ha habido una falla. La única forma de apagar la lámpara sería desconectar la alimentación.

Figura 3: Detector de sobretensión

2 SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER) El SCR es un dispositivo de cuatro capasmuy similar al diodo Shockley, con la diferencia de poseer tres terminales: ánodo, cátodo y puerta (gate). Al igual que el diodo Shockley, presenta dos estados de operación: abierto y cerrado, como si se tratase de un interruptor.

Figura 4: Construcción básica y símbolo del SCR

2.1 CARACTERISTICA TENSION INTENSIDAD Tal y como se aprecia en la Figura 5, la parte de polarización inversa de lacurva es análoga a la del diodo Shockley.

Figura 5: Característica del SCR En cuanto a la parte de polarización positiva, el diodo no conduce hasta que se recibe un pulso de tensión en el terminal de puerta (gate). Una vez recibido, la tensión entre ánodo y cátodo cae hasta ser menor que un voltio y la corriente aumenta rápidamente, quedando limitada en la práctica por componentes externos....