Tiristores

Dispositivos conmutadores: Tiristores Dispositivos Electrónicos A Tiristores

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Constituyen una amplia familia de dispositivos semiconductores biestables. En la Figura 1 se representan los dispositivos más utilizados de la familia.

SCR

Diac

Triac
Figura 1

LASCR

Básicamente pueden describirse como conmutadores de estado sólido que actúan como dispositivos de alta impedanciahasta que son disparados. En esas condiciones se vuelven dispositivos de muy baja impedancia. Pueden permanecer en ese estado mientras que la corriente no disminuya por debajo de un valor límite denominado corriente de mantenimiento Una vez que el dispositivo conmutó el circuito de disparo puede ser removido sin que el dispositivo se bloquee o apague. Estructuralmente, los tiristores consisten encapas alternadas de semiconductores de silicio tipo P y N, de modo que se forman varias junturas PN. La carga se aplica a través de todas las junturas y la corriente de disparo sólo una. Presentan una respuesta rápida a la conmutación y larga vida útil. Se utilizan en control de motores, de iluminación, interruptores de fallo a tierra, fuentes de alimentación monofásica y trifásica, timmers, etc. LaFigura 2 muestra algunos tipos de encapsulados típicos.

Ing. Mónica L. González

Dispositivos conmutadores: Tiristores Dispositivos Electrónicos A Teoría de operación

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El comportamiento biestable del tiristor puede explicarse por el análisis del miembro más conocido de la familia: el SCR (Silicon Controlled Rectifier ó Rectificador Controlado de Silicio). El SCR es un dispositivounidireccional de tres terminales. Sólo conduce corriente entre los terminales denominados A: Ánodo y K: Cátodo, mientras que VAK > 0 V y se haya aplicado una señal adecuada en el tercer terminal denominado G: Puerta. La Figura 3 muestra un dibujo de la estructura física formada por cuatro capas alternadas de silicio tipo P y N, y el símbolo esquemático.

Figura 3

Funcionamiento sin excitaciónen puerta En estas condiciones el dispositivo se puede modelizar como tres uniones PN en serie, como se muestra en la Figura 4.

Figura 4 a) VAK < 0 V

Los diodos D1 y D3 quedan polarizados en inversa y D2 en directa. La corriente IA que circula entre ánodo y cátodo quedará limitada por las junturas polarizadas en forma inversa y tendrá una magnitud muy pequeña. Idealmente con esta polarizaciónel dispositivo se comporta como circuito abierto, zona de bloqueo inverso.

Ing. Mónica L. González

Dispositivos conmutadores: Tiristores Dispositivos Electrónicos A b) VAK > 0 V

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Los diodos D1 y D3 se polarizan en forma directa y D2 en inversa. La corriente IA que circula entre ánodo y cátodo quedará determinada por la corriente de saturación inversa del diodo D2. El dispositivo seencuentra en la región de bloqueo directo o de corte. Si se aumenta la tensión aplicada entre ánodo y cátodo hasta un valor suficientemente elevado se producirá la ruptura por avalancha de la juntura J2. Esta tensión corresponde a la tensión de ruptura directa VBo. Como las junturas J1 y J3 están polarizadas en forma directa se producirá un movimiento de portadores a través de las tres junturas.Resulta la circulación de una gran corriente de ánodo y el dispositivo pasa al estado de conducción plena. La caída de tensión total será debida a la caída óhmica en las regiones semiconductoras y típicamente se encuentra entre 1 V a 2 V. En esta región la corriente quedará limitada por el circuito externo. La característica corriente de ánodo en función de la tensión ánodo-cátodo para excitaciónnula en puerta se muestra en la Figura 5.

IA [A] Región de conducción directo

IG = 0 VAK [V] VBo
Tensión de bloqueo directo Región de bloqueo inverso Región de bloqueo directo

Figura 5

Funcionamiento con excitación en puerta Como la tensión de ruptura directa VBo es un valor elevado de tensión, en la práctica la tensión aplicada entre ánodo y cátodo se mantiene por debajo de VBo y el...