tiristores(3)

5/24/2018 tiristores(3)

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TIRISTORES

Los tiristores son una familia de dispositivos semiconductores de cuatro capas (pnpn), que

se utilizan para controlar grandes cantidades de corriente mediante circuitos electrnicos debajo consumo de potencia.

La palabra tiristor, procedente del griego, significa puerta. El nombre es fiel reflejo de la

funcin que efecta este componente: una puerta que permite o impide el paso de la

corriente a travs de ella. !s" como los transistores pueden operar en cualquier punto entrecorte # saturacin, los tiristores en cambio slo conmutan entre dos estados: corte #

conduccin.

$entro de la familia de los tiristores, trataremos en este tutorial los tipos m%s significativos:

$iodo &'ocle#, &* (&ilicon ontrolled *ectifier), +& (+ate ontrolled &itc'), &&(&ilicon ontrolled &itc'), $iac # -riac.

1 EL DIODO SHOCKLEY

El diodo &'ocle# es un tiristor con dos terminales: %nodo # c%todo. Est% constituido por

cuatro capas semiconductoras que forman una estructura pnpn. !cta como un interruptor:est% abierto 'asta que la tensin directa aplicada alcanza un cierto valor, entonces se cierra

# permite la conduccin. La conduccin contina 'asta que la corriente se reduce por

debajo de un valor espec"fico (IH).

igura /: onstruccin b%sica # s"mbolo del diodo &'ocle#

1.1 CARACTERISTICA TENSION-INTENSIDAD

0ara valores negativos del voltaje aplicado, como en un diodo, slo 'abr% una corriente

mu# peque1a 'asta que se alcance la tensin de ruptura (VRB).


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igura 2: aracter"stica 345 del diodo &'ocle#

En polarizacin positiva, se impide el paso de corriente 'asta que se alcanza un valor detensin VB0. 6na vez alcanzado este punto, el diodo entra en conduccin, su tensin

disminu#e 'asta menos de un voltio # la corriente que pasa es limitada, en la pr%ctica, por

los componentes e7ternos. La conduccin continuar% 'asta que de algn modo la corrientese reduzca por debajo de la corriente de mantenimiento IH.

La corriente que puede atravesar el dispositivo en polarizacin directa tiene un l"mite

impuesto por el propio componente (IMAX), que si se supera llevar% a la destruccin del

mismo. 0or esta razn, ser% necesario dise1ar el circuito en el que se instale estecomponente de tal modo que no se supere este valor de corriente. 8tro par%metro que al

superarse puede provocar la ruptura del dispositivo es VRB, #a que provocar"a un fenmeno

de avalanc'a similar al de un diodo convencional.

1.2 EJEMPLO DE APLICACION: DETECTOR DE SOBRETENSION

En esta aplicacin, se 'a seleccionado un diodo &'ocle# con una tensin de conduccin de

/9 5. 0or tanto, si la tensin de la fuente es correcta, es decir, de 5, el diodo est% abierto,

no circula corriente por l # la l%mpara estar% apagada. 0ero si la tensin de la fuente

supera, por una falla en su funcionamiento una tensin de /9 5, el diodo entra en saturacin# la l%mpara se enciende. 0ermanecer% encendida (# el diodo cerrado) aunque la tensin

vuelva a 5, mostrando de esta manera que 'a 'abido una falla. La nica forma de apagar

la l%mpara ser"a desconectar la alimentacin.

igura ;: $etector de sobretensin


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2 SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER)

El &* es un dispositivo de cuatro capas mu# similar al diodo &'ocle#, con la diferencia

de poseer tres terminales: %nodo, c%todo # puerta (gate). !l igual que el diodo &'ocle#,presenta dos estados de operacin: abierto # cerrado, como si se tratase de un interruptor.

igura readon 5oltage) es, al igual que en el

diodo &'ocle#, la tensin a partir de la cual se produce el fenmeno de avalanc'a. IMAXesla corriente m%7ima que puede soportar el &* sin sufrir da1o. Los otros dos valores

importantes son la tensin de cebado VBO(orard >reaover 5oltage) # la corriente de

mantenimiento IH, magnitudes an%logas a las e7plicadas para el diodo &'ocle#.


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2.2 METODOS DE CONMUTACION

0ara que el dispositivo interrumpa la conduccin de la corriente que circula a travs del

mismo, sta debe disminuir por debajo del valor IH(corriente de mantenimiento). ?a# dosmtodos b%sicos para provocar la apertura el dispositivo: interrupcin de corriente andica

# conmutacin forzada. !mbos mtodos se presentan en las figuras igura @ # igura A.

igura @: !pertura del &* mediante interrupcin de la corriente andica

En la igura @ se observa cmo la corriente andica puede ser cortada mediante un

interruptor bien en serie (figura izquierda), o bien en paralelo (figura derec'a). Elinterruptor en serie simplemente reduce la corriente a cero # 'ace que el &* deje de

conducir. El interruptor en paralelo desv"a parte de la corriente del &*, reducindola a unvalor menor que IH.

En el mtodo de conmutacin forzada, que aparece en la igura A, se introduce unacorriente opuesta a la conduccin en el &*. Esto se realiza cerrando un interruptor que

conecta una bater"a en paralelo al circuito.

igura A: $escone7in del &* mediante conmutacin forzada

2.3 APLICACIONES DEL SCR

6na aplicacin mu# frecuente de los &* es el control de potencia en alterna enreguladores (dimmer) de l%mparas, calentadores elctricos # motores elctricos.

En la igura B se muestra un circuito de control de fase de media onda # resistencia

variable. Entre los terminales ! # > se aplican /29 5 (!). *Lrepresenta la resistencia de

la carga (por ejemplo un elemento calefactor o el filamento de una l%mpara). R1es unaresistencia limitadora de la corriente # R2es un potencimetro que ajusta el nivel de disparo

para el &*. Cediante el ajuste del mismo, el &* se puede disparar en cualquier punto delciclo positivo de la onda en alterna entre 9 # /B9D, como se aprecia en la igura B.


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igura B: (a) onduccin durante /B9D (b) onduccin durante 9D

uando el &* se dispara cerca del principio del ciclo (apro7imadamente a 9D), como en la

igura B (a), conduce durante apro7imadamente /B9D # se transmite m%7ima potencia a lacarga. uando se dispara cerca del pico positivo de la onda, como en la igura B (b), el

&* conduce durante apro7imadamente 9D # se transmite menos potencia a la carga.

Cediante el ajuste de RX, el disparo puede retardarse, transmitiendo as" una cantidad

variable de potencia a la carga.

uando la entrada en ! es negativa, el &* se apaga # no conduce otra vez 'asta el

siguiente disparo durante el ciclo positivo. Es necesario repetir el disparo en cada ciclo

como se ilustra en la igura . El diodo se coloca para evitar que voltaje negativo en !

sea aplicado a la gatedel &*.

igura : $isparos c"clicos para control de potencia

3 GCS (GATE CONTROLLED SWITCH)

Este dispositivo es similar al &*, con la diferencia de que el +& puede interrumpir el

paso de corriente con una se1al en el terminal de gate.

3gual que el &*, no permitir% el paso de corriente 'asta que un pulso positivo se reciba en

el terminal de puerta. La diferencia se encuentra en que el +& puede pasar al estado de

corte mediante un pulso negativo /9 29 veces ma#or que el pulso positivo aplicado paraentrar en conduccin.

igura /9: &"mbolo del +&

Los +& est%n dise1ados para cargas relativamente peque1as # pueden soportar slo unaspocas decenas de amperios.


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SCS (SILICON CONTROLLED SWITCH)

Es similar en cuanto a construccin al &*. La diferencia est% en que posee dos terminales

de puerta, uno para entrar en conduccin # otro para corte. El && se suele utilizar enrangos de potencia menores que el &*.

igura //: &"mbolo del &&

El && tiene aplicaciones mu# similares a las de &*. El primero tiene la ventaja de poderabrirse m%s r%pido mediante pulsos en cada uno de los terminales de gate, pero el

inconveniente que presenta respecto al &* es que se encuentra m%s limitado en cuanto a

valores de tensin # corriente. -ambin se utiliza en aplicaciones digitales como contadores# circuitos temporizadores.

! EL DIAC

Es un tipo de tiristor que puede conducir en los dos sentidos. Es un dispositivo de dos

terminales que funciona b%sicamente como dos diodos &'ocle# que conducen en sentidos

opuestos.

igura /2: onstruccin b%sica # s"mbolo del diac

La curva de funcionamiento refleja claramente el comportamiento del diac, que funcionacomo un diodo &'ocle# tanto en polarizacin directa como en inversa.

ualquiera que sea la polarizacin del dispositivo, para que cese la conduccin 'a# que

'acer disminuir la corriente por debajo de la corriente de mantenimiento IH. Las partesizquierda # derec'a de la curva, a pesar de tener una forma an%loga, no tienen por qu ser

simtricas.


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igura /;: aracter"stica 543 del diac

" EL TRIAC

Este dispositivo es simular al diac pero con un nico terminal de puerta (gate). &e puede

disparar mediante un pulso de corriente de gate# no requiere alcanzar el voltaje VBOcomo

el diac.

igura /


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igura /=: aracter"stica 543 del triac

!l igual que el &*, se emplean para controlar la potencia suministrada a una carga. El

triac puede dispararse de tal modo que la potencia en alterna sea suministrada a la cargadurante un tiempo determinado de cada ciclo. La diferencia con el &* es que se puede

disparar tanto en la parte positiva que en la negativa del ciclo, de tal manera que la corriente

en la carga puede circular en los dos sentidos.

igura /@ ontrol b%sico de potencia con un -riac

# RESUMEN

omo resumen final del tema se reflejan en una tabla las caracter"sticas m%s importantes delos tiristores que se 'an presentado.

TIRISTOR UNIDIRECCIONAL BIDIRECCIONAL 1GATE

2GATE

0GATE

ON/OFF

SHOCKLEY

SCR

GCS

SCS

DIAC

TRIAC

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