tiristor.docx

7/21/2019 TIRISTOR.docx

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DEFINICIÓN.

El tiristor es un componente electrónico constituido por elementos semiconductores que

utili"a realimentación interna para producir una conmutación. Los materiales de los que se

compone son de tipo semiconductor, es decir, dependiendo de la temperatura a la que se

encuentren pueden funcionar como aislantes o como conductores. !on dispositivos

unidireccionales porque solamente transmiten la corriente en un único sentido. !e emplea

generalmente para el control de potencia.

El dispositivo consta de un #nodo y un c#todo, donde las uniones son de tipo $%$% entre

los mismos. $or tanto se puede modelar como & transistores típicos $%$ y %$%, por eso

se dice tambin que el tiristor funciona con tensión realimentada. !e crean así ' uniones

(denominadas )*, )&, )' respectivamente+, el terminal de puerta est# conectado a la

unión )& (unión %$+.

lgunas fuentes definen como sinónimos al tiristor y al rectificador controlado de silicio

(!-+/* otras definen al !- como un tipo de tiristor, a la par que los dispositivos

01- y 21-.

Este elemento fue desarrollado por ingenieros de 3eneral Electric en los a4os *567.

unque un origen m#s remoto de este dispositivo lo encontramos en el !- creado

por 8illiam !hoc9ley (premio %obel de física en *5:6+ en *5:7, el cual fue defendido y

desarrollado en los laboratorios ;ell en *5:6. 3ordon <all lideró el desarrollo en =organ

!tanley para su posterior comerciali"ación por parte de >ran9 8. ?;ill? 3ut"@iller, de

3eneral Electric.

FABRICACIÓN

2cnica de 0ifusiónAleaciónB La parte principal del tiristor est# compuesta por un disco

de silicio de material tipo %, & uniones se obtienen en una operación de difusión con galio,

el cual dopa con impure"as tipo $ las & caras del disco. En la cara exterior se forma una

unión, con un contacto oroAantimonio. Los contactos del #nodo y c#todo se reali"an con

molibdeno. La conexión de puerta se fija a la capa intermedia (tipo $+ usando aluminio.

Esta tcnica se usa solamente para dispositivos que requieren gran potencia.



El &'(')&*( es un componente electrónico constituido por elementos semiconductores que

utili"a realimentación interna para producir una conmutación. Los materiales de los que secompone son de tipo semiconductor, es decir, dependiendo de la temperatura a la que se

encuentren pueden funcionar como aislantes o como conductores. !on dispositivos

unidireccionales porque solamente transmiten la corriente en un único sentido. !e emplea

generalmente para el control de potencia.

El dispositivo consta de un #nodo y un c#todo, donde las uniones son de tipo $%$% entre

los mismos. $or tanto se puede modelar como & transistores típicos $%$ y %$%, por eso

se dice tambin que el tiristor funciona con tensión realimentada. !e crean así ' uniones

(denominadas )*, )&, )' respectivamente+, el terminal de puerta est# conectado a la

unión )& (unión %$+.

lgunas fuentes definen como sinónimos al tiristor y al rectificador controlado de silicio

(!-+/* otras definen al !- como un tipo de tiristor, a la par que los dispositivos

01- y 21-.

Este elemento fue desarrollado por ingenieros de 3eneral Electric en los a4os *567.

unque un origen m#s remoto de este dispositivo lo encontramos en el !- creado

por 8illiam !hoc9ley (premio %obel de física en *5:6+ en *5:7, el cual fue defendido y

desarrollado en los laboratorios ;ell en *5:6. 3ordon <all lideró el desarrollo en =organ

!tanley para su posterior comerciali"ación por parte de >ran9 8. ?;ill? 3ut"@iller, de

3eneral Electric.

FORMAS DE ACTIVAR UN TIRISTOR

L+: !i un ha" de lu" incide en las uniones de un tiristor, hasta llegar al mismo silicio, el

número de pares electrónAhueco aumentar# pudindose activar el tiristor.

C*(('-&- /- C*1+-(&2: $ara un tiristor polari"ado en directa, la inyección de una

corriente de compuerta al aplicar un voltaje positivo entre compuerta y c#todo lo activar#.



!i aumenta esta corriente de compuerta, disminuir# el voltaje de bloqueo directo,

revirtiendo en la activación del dispositivo.

T3('42: Cna temperatura muy alta en el tiristor produce el aumento del número de pares

electrónAhueco, por lo que aumentar#n las corrientes de fuga, con lo cual al aumentar la

diferencia entre #nodo y c#todo, y gracias a la acción regenerativa, esta corriente puede

llegar a ser *, y el tiristor puede activarse. Este tipo de activación podría comprender una

fuga trmica, normalmente cuando en un dise4o se establece este mtodo como mtodo

de activación, esta fuga tiende a evitarse.

A5&* V*5&26-: !i el voltaje directo desde el #nodo hacia el c#todo es mayor que el voltaje

de ruptura directo, se crear# una corriente de fuga lo suficientemente grande para que se

inicie la activación con retroalimentación. %ormalmente este tipo de activación puede

da4ar el dispositivo, hasta el punto de destruirlo.

E5-724'8 /-5 7*5&26- */*$4&*/*: !i la velocidad en la elevación de este voltaje es lo

suficientemente alta, entonces la corriente de las uniones puede ser suficiente para

activar el tiristor. Este mtodo tambin puede da4ar el dispositivo.

FUNCIONAMIENTO BÁSICO

El tiristor es el equivalente electrónico de los interruptores mec#nicos/ por tanto, es capa"

de dejar pasar plenamente o bloquear por completo el paso de la corriente sin tener nivel

intermedio alguno, aunque no son capaces de soportar grandes sobrecargas de corriente.

El dise4o del tiristor permite que ste pase r#pidamente a encendido al recibir un pulso

moment#neo de corriente en su terminal de control, denominada puerta (o en ingls,

gate+, a medida que aumenta la corriente de puerta se despla"a el punto de disparo.

El tiristor es un conmutador biestable, es decir, es el equivalente electrónico delos interruptores mec#nicos/ por tanto, es capa" de dejar pasar plenamente o bloquear

por completo el paso de la corriente sin tener nivel intermedio alguno, aunque no son

capaces de soportar grandes sobrecargas de corriente. Este principio b#sico puede

observarse tambin en el diodo !hoc9ley.

El dise4o del tiristor permite que ste pase r#pidamente a encendido al recibir un pulso

moment#neo de corriente en su terminal de control, denominada puerta (o en ingls, gate+

cuando hay una tensión positiva entre #nodo y c#todo, es decir la tensión en el #nodo es

mayor que en el c#todo. !olo puede ser apagado con la interrupción de la fuente de

voltaje, abriendo el circuito, o bien, haciendo pasar una corriente en sentido inverso por el

dispositivo. !i se polari"a inversamente en el tiristor existir# una dbil corriente inversa defugas hasta que se alcance el punto de tensión inversa m#xima, provoc#ndose la

destrucción del elemento (por avalancha en la unión+.

$ara que el dispositivo pase del estado de bloqueo al estado activo, debe generarse una

corriente de enganche positiva en el #nodo, y adem#s debe haber una peque4a corriente

en la compuerta capa" de provocar una ruptura por avalancha en la unión )& para hacer

que el dispositivo condu"ca. $ara que el dispositivo siga en el estado activo se debe



inducir desde el #nodo una corriente de sostenimiento, mucho menor que la de enganche,

sin la cual el dispositivo dejaría de conducir.

medida que aumenta la corriente de puerta se despla"a el punto de disparo. !e puede

controlar así la tensión necesaria entre #nodo y c#todo para la transición D>> A D%,

usando la corriente de puerta adecuada (la tensión entre #nodo y c#todo dependen

directamente de la tensión de puerta pero solamente para D>> A D%+. -uanto mayor sea

la corriente suministrada al circuito de puerta 13 (intensidad de puerta+, tanto menor ser#

la tensión #nodoAc#todo necesaria para que el tiristor condu"ca.

2ambin se puede hacer que el tiristor empiece a conducir si no existe intensidad de

puerta y la tensión #nodoAc#todo es mayor que la tensión de bloqueo

APLICACIONES

%ormalmente son usados en dise4os donde hay corrientes o voltajes muy grandes,

tambin son comúnmente usados para controlar corriente donde el cambio

de polaridad de la corriente revierte en la conexión o desconexión del dispositivo. !epuede decir que el dispositivo opera de forma síncrona cuando, una ve" que el dispositivo

est# abierto, comien"a a conducir corriente en fase con el voltaje aplicado sobre la unión

c#todoA#nodo sin la necesidad de replicación de la modulación de la puerta. En este

momento el dispositivo tiende de forma completa al estado de encendido. %o se debe

confundir con la operación simtrica, ya que la salida es unidireccional y va solamente del

c#todo al #nodo, por tanto en sí misma es asimtrica.

Los tiristores pueden ser usados tambin como elementos de control en controladores

accionados por #ngulos de fase, esto es una modulación por ancho de pulsos para limitar

el voltaje en corriente alterna.

En circuitos digitales tambin se pueden encontrar tiristores como fuente de energía o

potencial, de forma que pueden ser usados como interruptores autom#ticos magnetoA

trmicos, es decir, pueden interrumpir un circuito elctrico, abrindolo, cuando la

intensidad que circula por l se excede de un determinado valor. 0e esta forma se

interrumpe la corriente de entrada para evitar que los componentes en la dirección del

flujo de corriente queden da4ados. El tiristor tambin se puede usar en conjunto con

un diodo Fenerenganchado a su puerta, de forma que cuando el voltaje de energía de la

fuente supera el voltaje "ener, el tiristor conduce, acortando el voltaje de entrada

proveniente de la fuente a tierra, fundiendo un fusible.

La primera aplicación a gran escala de los tiristores fue para controlar la tensión deentrada proveniente de una fuente de tensión, como un enchufe, por ejemplo. comien"o

de los GH7 se usaron los tiristores para estabili"ar el flujo de tensión de entrada de los

receptores de televisión en color.

!e suelen usar para controlar la rectificación en corriente alterna, es decir, para

transformar esta corriente alterna en corriente continua (siendo en este punto los tiristores



PRINCIPALES VARIANTES DE TIRISTORES

• ectificador controlado de silicio (!-+

• 2iristor 32D

• 0iac

• 2riac

• >otoA!-

• 1nterruptor controlado por puerta

• 1nterruptor controlado de silicio

• =-2

• >E2A-2<

• !12<

• 2-

FAMILIA DE TIRISTORES

% EL DIODO S<OC=LEY

El diodo !hoc9ley es un tiristor con dos terminalesB #nodo y c#todo. Est# constituido por

cuatro capas semiconductoras que forman una estructura pnpn. ctúa como un

interruptorB est# abierto hasta que la tensión directa aplicada alcan"a un cierto valor,

entonces se cierra y permite la conducción. La conducción continúa hasta que la corriente

se reduce por debajo de un valor específico (I H +.



>igura *B -onstrucción b#sica y símbolo del diodo !hoc9ley

%.% CARACTERISTICA TENSION$INTENSIDAD

$ara valores negativos del voltaje aplicado, como en un diodo, sólo habr# una corrientemuy peque4a hasta que se alcance la tensión de ruptura (V RB+.

>igura &B -aracterística 1AK del diodo !hoc9ley

En polari"ación positiva, se impide el paso de corriente hasta que se alcan"a un valor de

tensión V B0 . Cna ve" alcan"ado este punto, el diodo entra en conducción, su tensión

disminuye hasta menos de un voltio y la corriente que pasa es limitada, en la pr#ctica, por



los componentes externos. La conducción continuar# hasta que de algún modo la

corriente se redu"ca por debajo de la corriente de mantenimiento I H .

La corriente que puede atravesar el dispositivo en polari"ación directa tiene un límite

impuesto por el propio componente (I MAX +, que si se supera llevar# a la destrucción del

mismo. $or esta ra"ón, ser# necesario dise4ar el circuito en el que se instale este

componente de tal modo que no se supere este valor de corriente. Dtro par#metro que al

superarse puede provocar la ruptura del dispositivo es V RB, ya que provocaría un

fenómeno de avalancha similar al de un diodo convencional.

%." E>EMPLO DE APLICACION: DETECTOR DE SOBRETENSION

En esta aplicación, se ha seleccionado un diodo !hoc9ley con una tensión de conducción

de *7 K. $or tanto, si la tensión de la fuente es correcta, es decir, de 5 K, el diodo est#

abierto, no circula corriente por l y la l#mpara estar# apagada. $ero si la tensión de la

fuente supera, por una falla en su funcionamiento una tensión de *7 K, el diodo entra en

saturación y la l#mpara se enciende. $ermanecer# encendida (y el diodo cerrado+ aunque

la tensión vuelva a 5K, mostrando de esta manera que ha habido una falla. La única forma

de apagar la l#mpara sería desconectar la alimentación.

>igura 'B 0etector de sobretensión

" SCR ?SILICON CONTROLLED RECTIFIER@

El !- es un dispositivo de cuatro capas muy similar al diodo !hoc9ley, con la diferencia

de poseer tres terminalesB #nodo, c#todo y puerta (gate+. l igual que el diodo !hoc9ley,

presenta dos estados de operaciónB abierto y cerrado, como si se tratase de un

interruptor.



>igura JB -onstrucción b#sica y símbolo del !-

".% CARACTERISTICA TENSION INTENSIDAD

2al y como se aprecia en la >igura :, la parte de polari"ación inversa de la curva es

an#loga a la del diodo !hoc9ley.

>igura :B -aracterística del !-

En cuanto a la parte de polari"ación positiva, el diodo no conduce hasta que se recibe un

pulso de tensión en el terminal de puerta (gate+. Cna ve" recibido, la tensión entre #nodo



y c#todo cae hasta ser menor que un voltio y la corriente aumenta r#pidamente, quedando

limitada en la pr#ctica por componentes externos.

$odemos ver en la curva cuatro valores importantes. 0os de ellos provocar#n la

destrucción del !- si se superanB V RB e I MAX . V RB (everse ;rea9do@n Koltage+ es, al

igual que en el diodo !hoc9ley, la tensión a partir de la cual se produce el fenómeno de

avalancha. I MAX es la corriente m#xima que puede soportar el !- sin sufrir da4o. Los

otros dos valores importantes son la tensión de cebado V BO (>or@ard ;rea9over Koltage+ y

la corriente de mantenimiento I H , magnitudes an#logas a las explicadas para el diodo

!hoc9ley.

"." METODOS DE CONMUTACION

$ara que el dispositivo interrumpa la conducción de la corriente que circula a travs del

mismo, sta debe disminuir por debajo del valor I H (corriente de mantenimiento+. <ay dos

mtodos b#sicos para provocar la apertura el dispositivoB interrupción de corriente anódica

y conmutación for"ada. mbos mtodos se presentan en las figuras >igura 6 y >igura H.

>igura 6B pertura del !- mediante interrupción de la corriente anódica

En la >igura 6 se observa cómo la corriente anódica puede ser cortada mediante un

interruptor bien en serie (figura i"quierda+, o bien en paralelo (figura derecha+. El

interruptor en serie simplemente reduce la corriente a cero y hace que el !- deje de

conducir. El interruptor en paralelo desvía parte de la corriente del !-, reducindola a un

valor menor que I H .

En el mtodo de conmutación for"ada, que aparece en la >igura H, se introduce una

corriente opuesta a la conducción en el !-. Esto se reali"a cerrando un interruptor que

conecta una batería en paralelo al circuito.



>igura HB 0esconexión del !- mediante conmutación for"ada

". APLICACIONES DEL SCR

Cna aplicación muy frecuente de los !- es el control de potencia en alterna en

reguladores (dimmer + de l#mparas, calentadores elctricos y motores elctricos.

En la >igura I se muestra un circuito de control de fase de media onda y resistencia

variable. Entre los terminales y ; se aplican *&7 K (-+. L representa la resistencia de

la carga (por ejemplo un elemento calefactor o el filamento de una l#mpara+. R 1 es una

resistencia limitadora de la corriente y R 2 es un potenciómetro que ajusta el nivel de

disparo para el !-. =ediante el ajuste del mismo, el !- se puede disparar en

cualquier punto del ciclo positivo de la onda en alterna entre 7 y *I7, como se aprecia en

la >igura I.

>igura IB (a+ -onducción durante *I7 (b+ -onducción durante 57

-uando el !- se dispara cerca del principio del ciclo (aproximadamente a 7+, como en

la >igura I (a+, conduce durante aproximadamente *I7 y se transmite m#xima potencia a

la carga. -uando se dispara cerca del pico positivo de la onda, como en la >igura I (b+, el

!- conduce durante aproximadamente 57 y se transmite menos potencia a la carga.

=ediante el ajuste de R X , el disparo puede retardarse, transmitiendo así una cantidad

variable de potencia a la carga.



-uando la entrada en - es negativa, el !- se apaga y no conduce otra ve" hasta el

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

como se ilustra en la >igura 5. El diodo se coloca para evitar que voltaje negativo en -

sea aplicado a la gate del !-.

>igura 5B 0isparos cíclicos para control de potencia

GCS ?GATE CONTROLLED SITC<@

Este dispositivo es similar al !-, con la diferencia de que el 3-! puede interrumpir el

paso de corriente con una se4al en el terminal de gate.

1gual que el !-, no permitir# el paso de corriente hasta que un pulso positivo se reciba

en el terminal de puerta. La diferencia se encuentra en que el 3-! puede pasar al estado

de corte mediante un pulso negativo *7 ó &7 veces mayor que el pulso positivo aplicado

para entrar en conducción.

>igura *7B !ímbolo del 3-!

Los 3-! est#n dise4ados para cargas relativamente peque4as y pueden soportar sólo

unas pocas decenas de amperios.

SCS ?SILICON CONTROLLED SITC<@

Es similar en cuanto a construcción al !-. La diferencia est# en que posee dos

terminales de puerta, uno para entrar en conducción y otro para corte. El !-! se suele

utili"ar en rangos de potencia menores que el !-.



>igura **B !ímbolo del !-!

El !-! tiene aplicaciones muy similares a las de !-. Este último tiene la ventaja de

poder abrirse 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 tensión y corriente. 2ambin se utili"a en aplicaciones digitales como

contadores y circuitos tempori"adores.

# 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 !hoc9ley que conducen en

sentidos opuestos.

>igura *&B -onstrucción b#sica y símbolo del diac

La curva de funcionamiento refleja claramente el comportamiento del diac, que funcionacomo un diodo !hoc9ley tanto en polari"ación directa como en inversa.

-ualquiera que sea la polari"ación del dispositivo, para que cese la conducción hay que

hacer disminuir la corriente por debajo de la corriente de mantenimiento I H . Las partes

i"quierda y derecha de la curva, a pesar de tener una forma an#loga, no tienen por qu

ser simtricas.



>igura *'B -aracterística KA1 del diac

EL TRIAC

Este dispositivo es simular al diac pero con un único terminal de puerta (gate+. !e puede

disparar mediante un pulso de corriente de gate y no requiere alcan"ar el voltaje V BO como

el diac.

>igura *JB -onstrucción b#sica y símbolo del 21-.

En la curva característica se indica que para diferentes disparos, es decir, para distintascorrientes aplicadas en gate, el valor de V BO es distinto. En la parte de polari"ación

positiva, la curva de m#s a la i"quierda es la que presenta un valor de V BO m#s bajo, y es

la que mayor corriente de gate precisa en el disparo. $ara que este dispositivo deje de

conducir, como en el resto de los casos, hay que hacer bajar la corriente por debajo del

valor I H .



>igura *:B -aracterística KA1 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 carga

durante 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 *6 -ontrol b#sico de potencia con un 2riac

! RESUMEN



-omo resumen final del tema se reflejan en una tabla las características m#s importantes

de los tiristores que se han presentado.

TIRISTOR UNIDIRECCION

AL

BIDIRECCIONA

L

1

GAT

E

2

GAT

E

0

GAT

E

ON/OF

F

S<OC=LE Y

M M

SCR M M

GCS M M M

SCS M M M

DIAC M M

TRIAC M M

BIBLIOGRAFÍA

A httpBNNtempori"adoressebastian.blogspot.mxN&7**N*&NgtoAgateAturnAoffAthyristorA

pesarAde.htmlA datateca.unad.edu.coNcontenidosN&7*J*5NcontLineaNleccinO&IOotrosOtiristores.htmlA @@@.get.bme.huNeduNsubjectsNK1C77'7NfinalN'.&O$!0O0udri9OE%O>1%LNhtmlNse

9undarneN'Ose9Oen.htmA [email protected]@i9iN0iacA unicrom.comN2utOrectificadorOgobernadoOsilicioO!-.aspA profesormolina.com.arNtutorialesNenicaOpot.htmA Electrónica, teoría de circuitos, :ta Edición, obert ;oylestad.A $rincipios de Electrónica, 6ta Edición. =alvino

tiristor.docx

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