18485436-Que-Es-y-Como-Funciona-Un-Tiristor

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Tiristor
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Símbolo eléctrónico que representa al tiristor.
El tiristor (gr.: puerta) es un componente electrónico constituido por elementos
semiconductores que utiliza realimentación interna para producir una conmutación. Los
materiales de los que se compone son de tipo semiconductor, es decir, dependiendo de a
la temperatura a la que se encuentren pueden funcionar como aislantes o como
conductores. Son dispositivos unidireccionales porque solamente transmiten la corriente
en una única dirección. Se emplea generalmente para el control de potencia eléctrica.
El dispositivo consta de un ánodo y un cátodo, donde las uniones son de tipo PNPN
entre los mismos. Por tanto se puede modelar como 2 transistores típicos PNP y NPN,
por eso se dice también que el tiristor funciona con tensión realimentada. Se crean así 3
uniones (denominadas J1, J2, J3 respectivamente), el terminal de puerta está conectado
a la unión J2 (unión NP).
Algunas fuentes definen como sinónimos al tiristor y al rectificador controlado de
silicio (SCR);1 otras definen al SCR como un tipo de tiristor, a la par que los
dispositivos DIAC y TRIAC.
Este elemento fue desarrollado por ingenieros de General Electric en los años 1960.
Aunque un origen más remoto de este dispositivo lo encontramos en el SCR creado por
William Shockley (premio Nobel de física en 1956) en 1950, el cual fue defendido y
desarrollado en los laboratorios Bell en 1956. Gordon Hall lideró el desarrollo en
Morgan Stanley para su posterior comercialización por G.E.'s Frank W. "Bill"
Gutzwiller.
Contenido
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•
1 Funcionamiento básico
•
2 Formas de activar un tiristor
•
3 Aplicaciones
•
4 Los principales tipos de tiristores
•
5 Fabricación
•
6 Referencias
•
7 Enlaces externos
Funcionamiento básico [editar]
El tiristor es un conmutador biestable, es decir, es el equivalente electrónico de los
interruptores mecánicos; por tanto, es capaz 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 básico puede
observarse también en el diodo Shockley.
El diseño del tiristor permite que éste pase rápidamente a encendido al recibir un pulso
momentáneo de corriente en su terminal de control, denominada compuerta (o en inglés,
gate) cuando hay una tensión positiva entre ánodo y cátodo, es decir la tensión en el
ánodo es mayor que en el cátodo. Solo 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. Si se polariza inversamente el tiristor existirá una débil
corriente inversa de fugas hasta que se alcance el punto de tensión inversa máxima,
provocándose la destrucción del elemento (por avalancha en la unión).
Para que el dispositivo pase del estado de bloqueo al estado activo, debe generarse una
corriente de enganche positiva en el ánodo, y además debe haber una pequeña corriente
en la compuerta capaz de provocar una ruptura por avalancha en la unión J2 para hacer
que el dispositivo conduzca. Para que el dispositivo siga en el estado activo se debe
inducir desde el ánodo una corriente de sostenimiento, mucho menor que la de
enganche, sin la cual el dispositivo dejaría de conducir.
A medida que aumenta la corriente de puerta se desplaza el punto de disparo. Se puede
controlar así la tensión necesaria entre ánodo y cátodo para la transición OFF -> ON,
usando la corriente de puerta adecuada (la tensión entre ánodo y cátodo dependen
directamente de la tensión de puerta pero solamente para OFF -> ON). Cuanto mayor
sea la corriente suministrada al circuito de puerta IG (intensidad de puerta), tanto menor
será la tensión ánodo-cátodo necesaria para que el tiristor conduzca.
También se puede hacer que el tiristor empiece a conducir si no existe intensidad de
puerta y la tensión ánodo-cátodo es mayor que la tensión de bloqueo.
Formas de activar un tiristor [editar]
Luz: Si un haz de luz incide en las uniones de un tiristor, hasta llegar al mismo silicio,
el número de pares electrón-hueco aumentará pudiéndose activar el tiristor.
Corriente de Compuerta: Para un tiristor polarizado en directa, la inyección de una
corriente de compuerta al aplicar un voltaje positivo entre compuerta y cátodo lo
activará. Si aumenta esta corriente de compuerta, disminuirá el voltaje de bloqueo
directo, revirtiendo en la activación del dispositivo.
Térmica: Una temperatura muy alta en el tiristor produce el aumento del número de
pares electrón-hueco, por lo que aumentarán las corrientes de fuga, con lo cual al
aumentar la diferencia entre emisor y colector, y gracias a la acción regenerativa, esta
corriente puede llegar a ser 1, y el tiristor puede activarse. Este tipo de activación podría
comprender una fuga térmica, normalmente cuando en un diseño se establece este
método como método de activación, esta fuga tiende a evitarse.
Alto Voltaje: Si el voltaje directo desde el ánodo hacia el cátodo es mayor que el voltaje
de ruptura directo, se creará una corriente de fuga lo suficientemente grande para que se
inicie la activación con retroalimentación. Normalmente este tipo de activación puede
dañar el dispositivo, hasta el punto de la destrucción del mismo.
dv/dt: Si la velocidad en la elevación del voltaje ánodo-cátodo es lo suficientemente
alta, entonces la corriente de las uniones puede ser suficiente para activar el tiristor. Este
método también puede dañar el dispositivo.
Aplicaciones [editar]
Normalmente son usados en diseños donde hay corrientes o voltajes muy grandes,
también son comúnmente usados para controlar corriente alterna donde el cambio de
polaridad de la corriente revierte en la conexión o desconexión del dispositivo. Se puede
decir que el dispositivo opera de forma síncrona cuando, una vez que el dispositivo está
abierto, comienza a conducir corriente en fase con el voltaje aplicado sobre la unión
cátodo-ánodo sin la necesidad de replicación de la modulación de la puerta. En este
momento el dispositivo tiende de forma completa al estado de encendido. No se debe
confundir con la operación simétrica, ya que la salida es unidireccional y va solamente
del cátodo al ánodo, por tanto en sí misma es asimétrica.
Los tiristores pueden ser usados también como elementos de control en controladores
accionados por ángulos de fase, esto es una modulación por ancho de pulsos para limitar
el voltaje en corriente alterna.
En circuitos digitales también se pueden encontrar tiristores como fuente de energía o
potencial, de forma que pueden ser usados como interruptores automáticos magnetotérmicos, es decir, pueden interrumpir un circuito eléctrico, abriéndolo, cuando la
intensidad que circula por él se excede de un determinado valor. De esta forma se
interrumpe la corriente de entrada para evitar que los componentes en la dirección del
flujo de corriente queden dañados. El tiristor también se puede usar en conjunto con un
diodo zener enganchado a su puerta, de forma que cuando el voltaje de energía de la
fuente supera el voltaje zener, 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 de
entrada proveniente de una fuente de tensión, como un enchufe, por ejemplo. A
comienzo de los ’70 se usaron los tiristores para estabilizar el flujo de tensión de entrada
de los receptores de televisión en color.
Se 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 onduladores o inversores), para la realización de conmutaciones de baja
potencia en circuitos electrónicos.
Otras aplicaciones comerciales son en electrodomésticos (iluminación, calentadores,
control de temperatura, activación de alarmas, velocidad de ventiladores), herramientas
eléctricas (para acciones controladas tales como velocidad de motores, cargadores de
baterías), equipos para exteriores (aspersores de agua, encendido de motores de gas,
pantallas electrónicas...)
Los principales tipos de tiristores [editar]
•
Rectificador controlado de silicio (SCR)
•
Diac
•
Triac
•
Foto-SCR
•
Interruptor controlado por puerta
•
Interruptor controlado de silicio
•
MCT
•
FET-CTH
•
SITH
•
RTC
Fabricación [editar]
Técnica de Difusión-Aleación: La parte principal del tiristor está compuesta por un
disco de silicio de material tipo N, 2 uniones se obtienen en una operación de difusión
con galio, el cual dopa con impurezas tipo P las 2 caras del disco. En la cara exterior se
forma una unión, con un contacto oro-antimonio. Los contactos del ánodo y cátodo se
realizan con molibdeno. La conexión de puerta se fija a la capa intermedia (tipo P)
usando aluminio. Esta técnica se usa solamente para dispositivos que requieren gran
potencia.
Técnica "Todo Difusión": Se trata de la técnica más usada, sobre todo en dispositivos
de mediana o baja intensidad, el problema principal de esta técnica reside en los
contactos, cuya construcción resulta más delicada y problemática que en el caso de
difusión-aleación. Las 2 capas P se obtienen por difusión del galio o el aluminio,
mientras que las capas N se obtienen mediante el sistema de máscaras de óxido. El
problema principal de este método radica en la multitud de fases que hay que realizar.
Aunque ciertas técnicas permiten paralelizar este proceso.
Técnica de Barrera Aislante: Esta técnica es una variante de la anterior. Se parte de un
sustrato de silicio tipo N que se oxida por las dos caras, después en cada una de las 2
caras se hace la difusión con material tipo P. Una difusión muy duradera y a altas
temperaturas produce la unión de las 2 zonas P. Después de este proceso se elimina todo
el óxido de una de las caras y se abre una ventana en la otra, se realiza entonces en
orden a aislar más zonas de tipo N, una difusión tipo P. Después de una última difusión
N el tiristor ya está terminado a falta de establecer las metalizaciones, cortar los dados y
encapsularlos.
Referencias [editar]
1. ↑ Christiansen, Donald; Alexander, Charles K. (2005); Standard Handbook of
Electrical Engineering (5th ed.). McGraw-Hill, ISBN 0-07-138421-9
Enlaces externos [editar]
•
Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Tiristor.
Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Tiristor"
Categoría: Componentes electrónicos
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Diac
De Wikipedia, la enciclopedia libre
(Redirigido desde DIAC)
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DIAC
El DIAC (Diodo para Corriente Alterna) es un dispositivo semiconductor de dos
conexiones. Es un diodo bidireccional disparable que conduce la corriente sólo tras
haberse superado su tensión de disparo, y mientras la corriente circulante no sea inferior
al valor característico para ese dispositivo. El comportamiento es fundamentalmente el
mismo para ambas direcciones de la corriente. La mayoría de los DIAC tienen una
tensión de disparo de alrededor de 30 V. En este sentido, su comportamiento es similar
a una lámpara de neón.
Los DIAC son una clase de tiristor, y se usan normalmente para disparar los triac, otra
clase de tiristor.
Es un dispositivo semiconductor de dos terminales, llamados ánodo y cátodo. Actúa
como un interruptor bidireccional el cual se activa cuando el voltaje entre sus terminales
alcanza el voltaje de ruptura, dicho voltaje puede estar entre 20 y 36 volts según la
referencia.
DIAC de tres capas
Existen dos tipos de DIAC:
•
DIAC de tres capas: Es similar a un transistor bipolar sin conexión de base y
con las regiones de colector y emisor iguales y muy dopadas. El dispositivo
permanece bloqueado hasta que se alcanza la tensión de avalancha en la unión
del colector. Esto inyecta corriente en la base que vuelve el transistor conductor,
produciéndose un efecto regenerativo. Al ser un dispositivo simétrico, funciona
igual en ambas polaridades, intercambiando el emisor y colector sus funciones.
•
DIAC de cuatro capas. Consiste en dos diodos Shockley conectados en
antiparalelo, lo que le da la característica bidireccional.
Triac
De Wikipedia, la enciclopedia libre
(Redirigido desde TRIAC)
Saltar a navegación, búsqueda
Símbolo.
Un TRIAC o Triodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la
familia de los transistores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste es
unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el
TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna.
Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dos SCR
en antiparalelo.
Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación de ánodo y cátodo)
y puerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al electrodo puerta.
Construcción del TRIAC.
Aplicaciones más comunes [editar]
•
Su versatilidad lo hace ideal para el control de corrientes alternas.
•
Una de ellas es su utilización como interruptor estático ofreciendo muchas
ventajas sobre los interruptores mecánicos convencionales y los relés.
•
Funciona como switch electrónico y también a pila.
•
Se utilizan TRIACs de baja potencia en muchas aplicaciones como atenuadores
de luz, controles de velocidad para motores eléctricos, y en los sistemas de
control computarizado de muchos elementos caseros. No obstante, cuando se
utiliza con cargas inductivas como motores eléctricos, se deben tomar las
precauciones necesarias para asegurarse que el TRIAC se apaga correctamente
al final de cada semiciclo de la onda de Corriente alterna.
Debido a su poca estabilidad en la actualidad su uso es muy reducido
Rectificador controlado de silicio
De Wikipedia, la enciclopedia libre
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Símbolo del tiristor
El rectificador controlado de silicio (en inglés SCR: Silicon Controlled Rectifier) es un
tipo de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con estructura
PNPN o bien NPNP. El nombre proviene de la unión de Tiratrón (tyratron) y Transistor.
Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y puerta. La puerta es la encargada de
controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un
diodo rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido.
Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se inicia la conducción
y en el instante en que se aplique dicha tensión, el tiristor comienza a conducir. El pulso
de disparo ha de ser de una duración considerable, o bien, repetitivo. Según se atrase o
adelante éste, se controla la corriente que pasa a la carga. Una vez arrancado, podemos
anular la tensión de puerta y el tiristor continuará conduciendo hasta que la corriente de
carga disminuya por debajo de la corriente de mantenimiento. Trabajando en corriente
alterna el SCR se desexcita en cada alternancia o semiciclo. Trabajando en corriente
continua, se necesita un circuito de bloqueo forzado.
Cuando se produce una variación brusca de tensión entre ánodo y cátodo de un tiristor,
éste puede dispararse y entrar en conducción aún sin corriente de puerta. Por ello se da
como característica la tasa máxima de subida de tensión que permite mantener
bloqueado el SCR. Este efecto se produce debido al condensador parásito existente
entre la puerta y el ánodo.
Los SCR se utilizan en aplicaciones de electrónica de potencia, en el campo del control,
debido a que puede ser usado como interruptor de tipo electrónico.
Tiristor tetrodo [editar]
SCR. El cable blanco es la puerta. El rojo fino sirve de referencia de la tensión de
cátodo
Son tiristores con dos electrodos de disparo: puerta de ánodo (anode gate) y puerta de
cátodo (cathode gate). El BRY39 es un tiristor tetrodo.
Véase también [editar]
•
Tiristor
•
DIAC: Diodo para corriente alterna "SEPU".
•
Diodo Shockley: Diodo de cuatro capas.
•
GTO Gate Turn Off: Tiristor bloqueable por puerta
•
PUT Programmable UJT: Transistor Uniunión Programable
•
SBS Silicon Bilateral Switch: Interruptor bilateral de silicio
•
SUS Silicon Unilateral Switch: Interruptor unilatral de silicio
•
Triac: Triodo para corriente alterna.
Referencias [editar]
Tutorial sobre el tiristor
Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador_controlado_de_silicio"
Categoría: Componentes electrónicos
Diodo Shockley
De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a navegación, búsqueda
Símbolo del diodo Shockley. El 4 en el interior del círculo hace referencia a las 4 capas.
Gráfica V-I del diodo Shockley
Un diodo Shockley es un dispositivo de dos terminales que tiene dos estados estables:
OFF o de alta impedancia y ON o baja impedancia. No se debe confundir con el diodo
de barrera Schottky.
Está formado por cuatro capas de semiconductor tipo n y p, dispuestas alternadamente.
Es un tipo de tiristor.
La característica V-I se muestra en la figura. La región I es la región de alta impedancia
(OFF) y la III, la región de baja impedancia. Para pasar del estado OFF al ON, se
aumenta la tensión en el diodo hasta alcanzar Vs, tensión de conmutación. La
impedancia del diodo desciende bruscamente, haciendo que la corriente que lo atraviese
se incremente y disminuya la tensión, hasta alcanzar un nuevo equilibrio en la región III
(Punto B). Para volver al estado OFF, se disminuye la corriente hasta Ih, corriente de
mantenimiento. Ahora el diodo aumenta su impedancia, reduciendo, todavía más la
corriente, mientras aumenta la tensión en sus terminales, cruzando la región II, hasta
que alcanza el nuevo equilibrio en la región I (Punto A).
Vrb es la tensión inversa de avalancha.
Este dispositivo fue desarrollado por W. Shockley tras abandonar los Laboratorios Bell
y fundar Shockley Semiconductor. Fueron fabricados por Clevite-Shockley.