Un tiristor es un dispositivo semicondutor morado por 4 o más capas alternadas de material N y material P que producen por retroalimentación interna un latch o enclavamiento, que lo hace útil para tareas de conmutación y control de potencia donde se emplean como interruptores de estado sólido.Es un interruptor muy eficiente, tiene una larga vida de servicio, puede operar a muy altas velocidades, no genera chispa, trabaja de forma silenciosa, es insensible a la gravedad y a las vibraciones, y una vez disparado, su resistencia de conducción es muy baja.
Tipos de tiristores
Los dos principales tipos de tiristores son:
Rectificador Controlado de Silicio o SCR
Es un diodo rectificador, formado por 4 capas de material semiconductor con 3 uniones PN, que además de un ánodo y un cátodo, posee un terminal extra para fines de control llamado puerta (Gate) G
Funcionamiento
es esencialmente un diodo y se comporta como tal, excepto que cuando está directamente polarizado, requiere la aplicación de una corriente de puerta IG para realizar su acción básica, en otras palabras deben ser disparado por una señal de control.Una vez disparado se comporta como un interruptor cerrado, bajo esta condición, la compuerta deja de tener control sobre el estado del dispositivo y la única forma de bloquearlo es interrumpiendo la corriente del ánodo IA o reduciéndola por debajo de un valor mínimo llamado corriente de sostenimiento (IH)
Los SCR tiene otro métodos de disparos, que debe evitarse en la práctica, uno es cuando el voltaje entre el cátodo y el ánodo, ya sea directo o inverso, sea superior al voltaje de ruptura o cuando la velocidad de cambio de la tensión de la corriente AC sea superior a la especificada por el fabricante.
Curvas características de un SCREl comportamiento del SCR se puede representar gráficamente mediante una familia de curvas características, cada una asociada a una corriente en la puerta (IG).
Sobre el eje vertical se indica la corriente del ánodo (IA) y sobre el eje horizontal el voltaje entre el Ánodo y el Cátodo (VAC). En cada curva se puede distinguir als siguente regiones:
Región de Bloqueo Directo
Se refiere a las condiciones de corriente y voltaje sobre el dispositivo en estado de bloqueo, es decir el ánodo positivo respecto al cátodo y sin corriente en la puerta (G)
Región de Encendido
Se refiere a las condiciones de corriente y voltaje sobre el dispositivo en condiciones de disparo, es decir, después de aplicar una corriente en la puerta IG>0. Nota que hay una región de resistencia negativa en la cual la tensión ánodo-cátodo VAC disminuye muy rápidamente situándose en un valor muy bajo VT, ligeramente superior a 0,6V
Región de Bloqueo Inverso.
Se refiere a las condiciones de corriente y voltaje sobre el dispositivo en estado de bloqueo inverso, es decir cuando el ánodo es negativo respecto al cátodo, con o sin corriente aplicada a la puerta G
Identificación y Especificaciones eléctricas
Como los demás semiconductores los SCR se identifican por una referencia (C106, 2N6170, ECG5582, etc) y se especifican fundamentalmente por la corriente máxima del Anodo (ITRMS), el voltaje de ruptura directo, (VDRM) y el voltaje de ruptura inverso (VRRM)
Se consigue SCR con capacidades de corriente de menos de 500mA hasta 300A, con voltajes desde menos de 25V hasta más de 2000V.
Ejemplo C106 => >ITRMS = 4A VDRM =VRRM = 100V
Triodo de Corriente Alterna o TRIAC
Es un tiristor PNPN de 5 capas que puede conmutar corrientes de carga en ambas direcciones y ser disparado por señales en la puerta tanto positivas como negativas. se utiliza principalmente para conmutación de corriente alterna, aunque también se puede usar para conmutar la corriente continua.
Posee 5 capas y 4 uniones PN, con 3 terminales que se denominan Terminal Principal 1 (MT1), Terminal Principal 2 (TM2) y Puerta (G)
Funcionamiento
Un TRIAC equivale a dos SCR conectados en antiparalelo, sin embargo, al contrario que un SCR un TRIAC puede ser conmutado al estado conductivo mediante pulsos en la puerta G positivos o negativos, independientemente de la polaridad del voltaje entre los terminales principales, aunque es preferible que se utilicen pulsos positivos.Una vez que el TRIAC pasa a estado conductivo, la puerta pierde el control y el dispositivo permanecerá abierto hasta que la tensión en los terminales principales cambien de polaridad, es decir hasta que pase por cero, o hasta que la corriente a través del mismo sea inferior a su valor mínimo de sostenimiento (IH) La mayoría de los TRIAC de potencia media tiene corrientes de sostenimiento inferior a los 100mA.
La corriente promedio entregada a la carga, puede controlarse desde el circuito de disparo alterando la cantidad de tiempo por ciclo en que el TRIAC permanece en estado de conducción. Esta corriente puede ser pequeña o grande, dependiendo de si el TRIAC permanece mayor parte del tiempo bloqueado o conduciendo.
En la gráfica se muestra una forma de onda típica del voltaje a través de la carga y el TRIAC. La porción de cada semiciclo durante la cual el TRIAC no conduce, comportándose como un interruptor abierto e impidiendo el paso de la corriente a través de la carga se denomina "Ángulo de Retardo" y la porción durante la cual conduce, comportándose como un interruptor cerrado permitiendo el paso de la corriente eléctrica, se llama, "Ángulo de conducción". Cuando mayor sea el ángulo de conducción, mayor será la cantidad de corriente promedio suministrada a la carga y viceversa.
Identificación y Especificaciones eléctricas
Los TRIAC se identifican básicamente con los mismos parámetros que los SCR, excepto que pueden conducir en ambas direcciones.
Tensión de disparo (VGT)
El voltaje de puerta necesario para disparar un TRIAC, se simboliza como VGT
Los TRIACs de mediana potencia tienen una VGT entre 0,6V y 2V
Corriente de disparo (IGT)
Es la corriente necesaria para disparar un TRIAC, se simboliza como IGT .
Los TRIACs de mediana potencia tienen una IGT entre 0,1mA y 20mA
Corriente eficaz máxima (IDRM)
Es la corriente alterna máxima que puede soportar el TRIAC mientras está bloqueado
Voltaje de ruptura (VDRM)
Se refiere al voltaje eficaz más grande que el TRIAC puede bloquear en cualquier dirección sin pasar al estado de conducción por avalancha. Los TRIAC de media potencia, los valores son 100V, 200V, 400V y 600V y 1A, 3A, 6A, 10A, 15A y 25A
Caída de tensión en conducción (VTM)
Este valor está entre 1V y 2V, Debido a que el producto ITRM · VTM determina la potencia disipada por el TRIAC, siempre debes elegir los TRIAC con una baja VTM
Comprobación de un TRIAC
1 Coloque el polímetro en la escala más baja de resistencias, Mide la resistencia entre la compuerta G y el Terminal Principal 1 MT1 y luego invierte las puntas en esos mismos terminales, y el resultado en los dos casos debe ser de entre 10Ω y 200Ω, dependiendo del TRIAC, si no es así el TRIAC está averiado
2 Coloque el polímetro en la escala más Alta de resistencias, Mide la resistencia entre el Terminal Principal 1 MT1y el Terminal Principal 2 MT2 y luego entre Terminal Principal 2 MT2 y la puerta G, y en los dos casos debe ser de infinito, si no es así el TRIAC está averiado, ya que está en corto
Otros tipos para tareas especiales son:
Diodo de Corriente Alterna o DIAC
Su estructura interna es como a de un transistor NPN, con tres capas de material semiconductor, pero carece de patilla de base.
Su principal característica es que conduce en ambos sentidos, cuando en sus terminales se alcanza un cierto valor de voltaje VBO (Voltage Breakover Point) o Voltaje de ruptura, a partir del cual presenta una resistencia negativa.
Algunos TRIACs, incluyen internamente un DIAC y reciben el nombre de QUADRAC
Interruptor de apagado por compuerta o GTO (Gate Turn Off Switch)
El proceso de encendido es similar al del tiristor. Las características de apagado son un poco diferentes. Cuando un voltaje negativo es aplicado a través de las terminales puerta (G) y cátodo (C o K), la corriente en la puerta (IG), crece. Cuando la corriente en la puerta (G) alcanza su máximo valor, IGR, la corriente de ánodo comienza a caer y el voltaje a través del dispositivo (VAK), comienza a crecer. El tiempo de caída de la corriente de ánodo (IA) es abrupta, típicamente menor a 1 us. Después de esto, la corriente de ánodo varía lentamente y ésta porción de la corriente de ánodo es conocido como corriente de cola.
La razón (IA / IGR) de la corriente de ánodo IA a la máxima corriente negativa en la puerta (IGR) requerida para el voltaje es baja, comúnmente entre 3 y 5. Por ejemplo, para un voltaje de 2500 V y una corriente de 1000 A, un GTO normalmente requiere una corriente negativa de pico en la puerta de 250 A para el apagado.
SCS (Silicon Controlled Switch)
Un interruptor de silicio controlado consiste en una estructura de cuatro capas cuyas cuatro regiones semiconductoras son accesibles. El dispositivo puede ser considerado como un circuito integrado con sendos transistores NPN y PNP conectados como un par de realimentación positiva. Siendo accesibles las cuatro regiones, la realimentación positiva es fácilmente controlada, y el dispositivo puede ser accionado como un amplificador lineal de elevada ganancia de c.c. o como un interruptor.
La operación básica del SCS puede comprenderse refiriéndose al equivalente con transistores. Se supone que ambos T1 y T2 están apagados y que, por lo tanto, el SCS no conduce. Un pulso positivo en la compuerta cátodo lleva al T2 hacia la conducción y proporciona así una trayectoria para la corriente de base al T1. Cuando éste se enciende, su corriente de colector proporciona excitación de base al T2, manteniendo así el estado encendido del dispositivo. Esta acción regenerativa es la misma en que el proceso de encendido del SCR
El interruptor transistorizado reduce la IA debajo de IH y apaga al SCS.
Aplicaciones
Los SCS y SCR se utilizan en aplicaciones semejantes. El SCS tiene la ventaja de apagado más rápido con pulsos en cualquiera de sus terminales de compuerta; sin embargo, es más limitado en términos de los rangos de corriente y voltaje máximos. Además, el SCS se usa algunas veces en aplicaciones digitales, tales como contadores, registradores y circuitos de sincronización.
La figura muestra las zonas dopadas de un interruptor controlado de silicio (SCS, en ingles Silicon Controlled Switch). Ahora un terminal externo se conecta a cada zona dopada. Imaginemos el dispositivo separado en dos secciones (b). Resulta equivalente a un latch con acceso a ambas bases. Un disparo de polarización directa en cualquiera de las bases cerrará el SCS. De la misma manera, un pulso de polarización inversa en cualquiera de las bases abrirá el dispositivo.
LASCR
Principio de funcionamiento
Este dispositivo se activa mediante radiación directa de luz sobre el disco de silicio. Los pares electrón-hueco que se crean debido a la radiación y producen la corriente de disparo bajo la influencia de un campo eléctrico. La estructura de compuerta se diseña a fin de proporcionar la suficiente sensibilidad para el disparo, a partir de fuentes luminosas prácticas, El LASCR cuenta con tres terminales Puerta (G), Anodo (A), Cátodo (K) y una ventana transparente por donde entra la luz.
La especificación de voltaje de un LASCR puede llegar tan alto como 4 kv a 1500 A, con una potencia de disparo luminoso de menos de 100mw. El di/dt típico es 250 A/ms y el dv/dt puede ser tan alto como 2000v/ms. La frecuencia de conmutación es de hasta 2kHz, estos tiristores normalmente disponen de conexiones especiales para ser disparados con fibra óptica. Un LASCR ofrece total aislamiento eléctrico entre la fuente de disparo luminoso y el dispositivo de conmutación de un convertidor de potencia, que flota a un potencial tan alto como unos cuantos cientos de kilovoltios.
Se utilizan de en alarmas antirrobo, detectores de presencia en puertas y ascensores, circuitos de control óptico en general, relevadores, control de fase, control de motores y una gran variedad de aplicaciones en computadoras
