UNIDAD 2. TIRISTORES

2.1 Tiristores unidireccionales

Se llama tiristor a todo componente semiconductor con 2 estados estables constituidos por varias capas semiconductoras, 3 o más uniones pn y 2, 3 o 4 terminales. La electronica de potencia utiliza los tiristores, y su operacion se basa en la conmutacion.Conmutacion significa pasar de estado de conduccion a estado de bloqueo o viceversa.

Unidireccionales: Conducen en un solo sentido

Dentro de los unidireccionales tenemos: SCR, GTO, Diodo de cuatro capas o Diodo Shockley.

SCR: rectificador controlado de silicio

El miembro más importante de la familia de los tiristores es el tiristor de tres terminales, conocido también como el rectificador controlado de silicio o SCR. Este dispositivo lo desarrolló la General Electric en 1958 y lo denominó SCR. El nombre de tiristor lo adoptó posteriormente la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI). En la figura siguiente se muestra el símbolo de un tiristor de tres terminales o SCR.
Tal como su nombre lo sugiere, el SCR es un rectificador controlado o diodo. Su característica voltaje-corriente, con la compuerta de entrada en circuito abierto, es la misma que la del diodo PNPN.

Lo que hace al SCR especialmente útil para el control de motores en sus aplicaciones es que el voltaje de ruptura o de encendido puede ajustarse por medio de una corriente que fluye hacia su compuerta de entrada. Cuanto mayor sea la corriente de la compuerta, tanto menor se vuelve VBO. Si se escoge un SCR de tal manera que su voltaje de ruptura, sin señal de compuerta, sea mayor que el mayor voltaje en el circuito, entonces, solamente puede activarse mediante la aplicación de una corriente a la compuerta. Una vez activado, el dispositivo permanece así hasta que su corriente caiga por debajo de IH. Además, una vez que se dispare el SCR, su corriente de compuerta puede retirarse, sin que afecte su estado activo. En este estado, la caída de voltaje directo a través del SCR es cerca de 1.2 a 1.5 veces mayor que la caída de voltaje a través de un diodo directo-oblicuo común.

Sus modos de control se realiza en:

RECTIFICACION DE MEDIA ONDA Y ONDA COMPLETA: A mayor cantidad de semiciclos, mayor potencia promedio aplicada a la carga.

CONTROL DE FASE: Mediante el angulo de disparo o de inicio de conduccion en cada semiciclo positivo.

Sus aplicaciones en la actualidad son: control de iluminacion, control de motores, carga de baterias, generacion de energia electrica, control de temperatura, etc.

Aplicaciones practicas del SCR:

2N5064

2N6394

C106B

C122B

GTO: Tiristor de desactivacion por compuerta

Entre las mejoras más recientes que se le han hecho al tiristor está el apagado por compuerta (GTO). Un tiristor GTO es un SCR que puede apagarse por una pulsación suficientemente grande en su compuerta de entrada, aun si la corriente iD excede IH. Aunque los tiristores GTO se han venido usando desde 1960, solamente se volvieron prácticos para las aplicaciones de control de motores, al final de los años setenta. Estos dispositivos se han vuelto más y más comunes en las unidades de control de motores, puesto que ellos eliminaron la necesidad de componentes externos para apagar los SCR en circuitos de cc. En aplicaciones de control de potencia de CD, los semiconductores de potencia necesitan circuitos de proteccion. Su curva caracteristica obedece en forma muy parecida a la del SCR, pero con la facilidad del GTO de poder conmutar a apagado mediante un pulso de corriente negativa en su compuerta.

Aplicaciones Practicas del GTO

GTO

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 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).

El diodo de 4 capas o diodo Shockley maneja aplicaciones como: Osciladores y Dispositivos de Disparo a SCR.

Aplicaciones Practicas del Diodo Shockley:

Uso descontinuado en la actualidad

2.2 Tiristores Bidireccionales

Bidireccional: Conducen en ambos sentidos

Tiristores de triodo bidireccional (TRIAC).


Es un dispositivo que se comporta como dos SCR conectados en contraposición, con una compuerta de paso común; puede ir en cualquier dirección desde el momento en que el voltaje de ruptura se sobrepasa. El símbolo del TRIAC se ilustra en la figura siguiente. El voltaje de ruptura en un TRIAC disminuye si se aumenta la corriente de compuerta, en la misma forma que lo hace en un SCR, con la diferencia que un TRIAC responde tanto a los impulsos positivos como a los negativos de su compuerta. Una vez encendido, un TRIAC permanece así hasta que su corriente cae por debajo de IH.

El TRIAC se comporta como 2 SCR en paralelo y en oposicion con sus 2 compuertas unidas, por lo que las caracteristicas del TRIAC en el primer y tercer cuadrante son algo diferentes. Puede ser disparado mediante impulsos de corriente de compuerta, ya sean positivos o negativos indistintamente, y asi lograr la conduccion en semiciclos positivos o negativos.

Sus modos de control de potencia son:

CONTROL SINCRONO : Mediante la cantidad de ciclos completos para muy altas potencias de CA.

CONTROL DE FASE: Mediante el angulo de disparo o de inicio de conduccion en cada semiciclo positivo o negativo.

Sus aplicaciones en la actualidad son: control de motores universales, control de iluminacion en CA, control de temperatura, relevador estatico, etc.

Aplicaciones Practicas del TRIAC:

2N6071

2N6073

MAC223A6-A10

T2800D

Tiristor 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 comportamineto 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.

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.

Su aplicacion tiene como dispositivo de disparo bidireccional para el TRIAC.

Aplicaciones Practicas del DIAC:

DB3

2DB6

LLDB3

DIAC30V

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