El tiristor y la evolucion de la electronica
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 la temperatura a la que se encuentren pueden funcionar como aislantes o como conductores. Son dispositivos unidireccionales porque solamente transmiten la corriente en un único sentido. Se emplea generalmente para el control de potencia eléctrica.
Tiristor El termino tiristor proviene de la palabra de la palabra griego “puerta” funciona como una especie de interruptor del control electrónico y se emplean precisamente para capturar grandes corrientes de cargas de les motores CURVA CARACTERÍSTICA DEL TIRISTOR Las aplicaciones de los tiristores se enfocan más a la electrónica industrial, pues controlan grandes cantidades de corriente y voltaje. Sin embargo, también los podemos encontrar en los llamados "dimmer" (que son controles de iluminación para lámparas incandescentes), en el control de la potencia de una batidora de mano y hasta en el encendido de algunos dispositivos electrónicos. Inversa que, si se aplica, puede provocar la destrucción del elemento. La curva característica típica de un tiristor representándose la corriente en función de la diferencia de tensión ánodo-cátodo. Cuando es nula la tensión lo es también la corriente Al crecer la tensión en sentido directo se la designará como ,que provoca el encendido; el tiristor se hace entonces conductor y cae la tensión ánodo-cátodo mientras aumenta la corriente.
polarización directa directa. Es estado de encendido el tiristor el pasaje de corte al conducción es irreversible debido a su naturaleza de realimentación positiva en ambiente de sitios rugosos por presencia de interferencias electromagnéticas que puede producir la energía necesario produciendo un disparo indeseables esto es decir cundo el tiristor esta en condición de alta frecuencia afecta nuestros dispositivos y se pueden disparar automáticamente
CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES DE LOS TIRISTORES
TIRISTORES Se utilizan con más frecuencia los tiristores. Estos tiristores funcionan como conmutadores que puede permanecer en uno de los dos estados posibles durante un intervalo de tiempo indefinido. Los tiristores pueden funcionar como interruptores o también como conmutadores. Se caracteriza por estar constituida con cuatro capas las cuales son PNPN, los tiristores tienen tres terminales como es el ánodo, cátodo y la compuerta.
Para activar un tiristor se puede aumentar el voltaje directo que pasa del ánodo al cátodo más que el que hay en el voltaje de ruptura directa pero de esta forma puede tener sus consecuencias tales como la destrucción por completo del tiristor. Tiristores Es un interruptor electrónico además es una Pieza fundamental de la electrónica de potencia ya que es fundamental en nuestros días ya que a medida de que el tiempo pasa a evolucionado y es un dispositivo semiconductor que utiliza mayormente en los circuitos de potencia eléctrica Están formados por cuatro capas ya sea pnp o npn al igual que los transistores existen de dos tipos, existen tres estados del tiristor en conducción bloqueó con polarización inverso. Bloqueo de
Cuál es el comportamiento polarización directa e inversa
del
tiristor
en
Si se polariza inversamente el tiristor, aplicándole una tensión observaremos la existencia de una débil corriente inversa de hasta que se alcanza un punto de tensión inversa máxima que provoca la destrucción del elemento. El tiristor es pues conductor sólo en el primer cuadrante. El disparo ha sido provocado en este caso por aumento de la tensión directa, La aplicación de una corriente de mando en la puerta desplaza. Al
polarizar el ánodo positivamente respecto al cátodo, se inyectan electrones y huecos en sus extremos; estos portadores se difunden, respectivamente, a través de las uniones y, realimentándose en el bucle interno de ambos transistores. Supongamos que se aplica al S.C.R. una tensión entre ánodo y cátodo menor que entonces el tiristor permanecerá bloqueado y puede cambiar a conducción aplicando a la puerta una corriente de disparo Aplicando una tensión menor que se requerirá una corriente mayor que para cebar al componente
Rectificador controlado de silicio SCR (silicon controlled rectifier)
Es un dispositivo semiconductor biestable formado por tres uniones pn con la disposición pnpn Está formado por tres terminales, llamados Ánodo, Cátodo y Puerta. La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional (sentido de la corriente es único), conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez.
Al polarizar el ánodo positivamente respecto al cátodo, se inyectan electrones y huecos en sus extremos; estos portadores se difunden, respectivamente, a través de las uniones y, realimentándose en el bucle interno de ambos transistores. Mientras dicha polarización permanezca dentro de ciertos límites, la cantidad de portadores se mantiene estable y de valores pequeños. Símbolo básico de Tiristor
simbolo
Descripción Símbolo Tiristor SCR Rectificador controlado de silicio Tiristor Schottky PNPN de 4 capa Tiristor Schottky PNPN de 4 capas Tiristor de conducción inversa, puerta canal N controlado por ánodo Tiristor de desconexión, puerta canal N controlado por ánodo
El SCR se asemeja a un diodo rectificador pero si el Descripción ánodo es positivo en relación al cátodo no circulará Tiristor SCS la corriente hasta que una corriente positiva se Interruptor inyecte en la puerta. Luego el diodo se enciende y controlado de no se apagará hasta que no se remueva la tensión silicio en el ánodo-cátodo, de allí el nombre rectificador Tiristor controlado. Schottky PNPN de 4 capas Funcionamiento básico del SCR Tiristor de conducción El siguiente gráfico muestra un circuito equivalente inversa, puerta del SCR para comprender su funcionamiento. canal P controlado por Al aplicarse una corriente IG al terminal G (base de cátodo Q2 y colector de Q1), se producen dos corrientes:
Tiristor de IC2 = IB1. desconexión, puerta canal P IB1 es la corriente base del transistor Q1 y causa controlado por que exista una corriente de colector de Q1 (IC1) que a su vez alimenta la base del transistor Q2 (IB2), cátodo este a su vez causa más corriente en IC2, que es lo mismos que IB1 en la base de Q1. Fototiristor
Este proceso regenerativo se repite hasta saturar Q1 y Q2 causando el encendido del SCR.
Operación controlada controlado de silicio
del
rectificador
Como su nombre lo indica, el SCR es un rectificador construido con material de silicio con una tercera terminal para efecto de control. Se escogió el silicio debido a sus capacidades de alta temperatura y potencia.
Un tiristor GTO requiere una mayor corriente de compuerta para encendido que un SCR común. Para grandes aparatos de alta potencia se necesitan corrientes de compuerta del orden de 10 A o más. Para apagarlos se necesita una gran pulsación de corriente negativa de entre 20 y 30m s de duración. La magnitud de la pulsación de corriente negativa debe ser de un cuarto a un sexto de la corriente que pasa por el aparato
La operación básica del SCR es diferente de la del diodo semiconductor de dos capas fundamental, en que una tercera terminal, llamada compuerta, determina cuándo el rectificador conmuta del estado de circuito abierto al de circuito cerrado. No es suficiente sólo la polarización directa del ánodo al cátodo del dispositivo. En la región de conducción la resistencia dinámica el SCR es típicamente de 0.01 a 0.1 La resistencia inversa es típicamente de 100 k o más. Un SCR actúa a semejanza de un interruptor. Cuando esta encendido (ON), hay una trayectoria de flujo de corriente de baja resistencia del ánodo al cátodo. Actúa entonces como un interruptor cerrado. Cuando esta apagado (OFF), no puede haber flujo de corriente del ánodo al cátodo. Por tanto, actúa como un interruptor abierto. Dado que es un dispositivo de estado só1ido, la acción de conmutación de un SCR es muy rápida.
Tiristores (GTO).
de
desactivación
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.
Símbolo del GTO.
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.
Símbolo del TRIAC.
Tiristores de conducción inversa (RTC).
En muchos circuitos pulsadores e inversores, se conecta un diodo antiparalelo a través de un SCR, con la finalidad de permitir un flujo de corriente inversa debido a una carga inductiva, y para mejorar el requisito de desactivación de un circuito de conmutación. El diodo fija el voltaje de bloqueo inverso del SCR a 1 ó 2v por debajo de las condiciones de régimen permanente. Sin embargo, bajo condiciones transitorias, el voltaje inverso puede elevarse hasta 30v debido al voltaje inducido en la inductancia dispersa del circuito dentro del dispositivo. Un RCT es un intercambio entre características del dispositivo y requisitos del circuito; puede considerarse como un tiristor con un diodo antiparalelo incorporado, tal y como se muestra en la figura siguiente. Un RCT se conoce también como tiristor asimétrico (ASCR). El voltaje de bloqueo directo varía de 400 a 2000v y la especificación de corriente llega hasta 500 A. El voltaje de bloqueo inverso es típicamente 30 a 40v. Dado que para un dispositivo determinado está preestablecida la relación entre la corriente directa a través de un tiristor y la corriente inversa del diodo, sus aplicaciones se limitarán a diseños de circuitos específicos.
Un SITH tiene velocidades de conmutación muy rápidas y capacidades altas de dv/dt y di/dt. El tiempo de conmutación es del orden de 1 a 6m s. La especificación de voltaje puede alcanzar hasta 2500v y la de corriente está limitada a 500 A. Este dispositivo es extremadamente sensible a su proceso de fabricación, por lo que pequeñas variaciones en el proceso de manufactura pueden producir cambios de importancia en sus características.
Rectificadores controlados de silicio activados por luz (LASCR).
Este dispositivo se activa mediante radiación directa sobre el disco de silicio provocada con luz. Los pares electrón-hueco que se crean debido a la radiación 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 (por ejemplo, LED y para cumplir con altas capacidades de di/dt y dv/dt).
Los LASRC se utilizan en aplicaciones de alto voltaje y corriente [por ejemplo, transmisión de cd de alto voltaje (HVDC) y compensación de potencia reactiva estática o de volt-amperes reactivos (VAR)]. 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. 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/m s y el dv/dt puede ser tan alto como 2000v/m s.
Tiristores controlados por FET (FET-CTH). Tiristor de conducción inversa.
Tiristores de inducción estática (SITH).
Por lo general, un SITH es activado al aplicársele un voltaje positivo de compuerta, como los tiristores normales, y desactivado al aplicársele un voltaje negativo a su compuerta. Un SITH es un dispositivo de portadores minoritarios. Como consecuencia, el SITH tiene una baja resistencia en estado activo así como una baja caída de potencial, y se puede fabricar con especificaciones de voltaje y corriente más altas.
Un dispositivo FET-CTH combina un MOSFET y un tiristor en paralelo, tal y como se muestra en la figura siguiente. Si a la compuerta del MOSFET se le aplica un voltaje suficiente, típicamente 3v, se genera internamente una corriente de disparo para el tiristor. Tiene una alta velocidad de conmutación, un di/dt alto y un dv/dt alto. Este dispositivo se puede activar como los tiristores convencionales, pero no se puede desactivar mediante control de compuerta. Esto serviría en aplicaciones en las que un disparo óptico debe utilizarse con el fin de proporcionar un aislamiento eléctrico entre la señal de entrada o de control y el
dispositivo de conmutación del convertidor de potencia.
contaminado p, haciendo que fluyan lateralmente electrones de la base n B2 de Q2 (fuente S2 del MOSFET M2 del canal n) a través del canal n del emisor n+ fuertemente contaminado de Ql (drenaje D2 del MOSFET M2 del canal n+). Este flujo de electrones desvía la corriente de base del transistor PNP Q2 de tal forma que su unión base-emisor se desactiva, y ya no habrá huecos disponibles para recolección por la base p B1 de Q1 (y el colector p C2 de Q2). La eliminación de esta corriente de huecos en la base p B1, hace que se desactive el transistor NPN Q1, y el MCT regresa a su estado de bloqueo. En breve, un pulso positivo de compuerta VGA, desvía la corriente que excita la base de Q l, desactivando por lo tanto el MCT.
Estructura FET-CTH.
El MCT se puede operar como dispositivo controlado por compuerta, si su corriente es menor que la corriente controlable pico. Intentar desactivar el MCT a corrientes mayores que su corriente controlable pico de especificación, puede provocar la destrucción del dispositivo. Para valores más altos de corriente, el MCT debe ser conmutado como un SCR estándar. Los anchos de pulso de la compuerta no son críticos para dispositivos de corrientes pequeñas. Para corrientes mayores, el ancho del pulso de desactivación debe ser mayor. Además, durante la desactivación, la compuerta utiliza una corriente pico. En muchas aplicaciones, incluyendo inversores y pulsadores, se requiere, de un pulso continuo de compuerta sobre la totalidad del período de encendido/apagado a fin de evitar ambigüedad en el estado.
Tiristores controlados por MOS (MCT).
Un tiristor controlado por MOS (MCT) combina las características de un tiristor regenerativo de cuatro capas y una estructura de compuerta MOS. El circuito equivalente se muestra en la figura siguiente (b) y el símbolo correspondiente en la (a). La estructura NPNP se puede representar por un transistor NPN Q1 y con un transistor Q2. La estructura de compuerta MOS se puede representar por un MOSFET de canal p M1 y un MOSFET de canal n M2. Debido a que se trata de una estructura NPNP, en vez de la estructura PNPN de un SCR normal, el ánodo sirve como la terminal de referencia con respecto a la cual se aplican todas las señales de compuerta. Supongamos que el MCT está en estado de bloqueo directo y se aplica un voltaje negativo VGA. Un canal, p (o una capa de inversión) se forma en el material dopado n, haciendo que los huecos fluyan lateralmente del emisor p E2 de Q2 (fuente S1 del MOSFET M1 del canal p) a través del canal p hacia la base p B1 de Ql (que es drenaje D1 del MOSFET M1, del canal p). Este flujo de huecos forma la corriente de base correspondiente al transistor npn Q1. A continuación e1 emisor n+ E1 de Q1, inyecta electrones, que son recogidos en la base n B2 (y en el colector n C1) que hace que el emisor p E2 inyecte huecos en la base n B2, de tal forma que se active el transistor PNP Q2 y engancha al MCT. En breve, un VGA de compuerta negativa activa al MOSFET M1 canal p, proporcionando así la corriente de base del transistor Q2. Supongamos que el MCT está en estado de conducción, y se aplica un voltaje positivo VGA. Se forma entonces un canal n en el material
Estructura MCT. Un MCT tiene: 1. Una baja caída de voltaje directo durante la conducción; 2. Un tiempo de activado rápido, típicamente 0.4m s, y un tiempo de desactivado rápido, típicamente 1.25m s, para un MCT de 300A, 500v; 3. Bajas perdidas de conmutación; 4. Una baja capacidad de bloqueo voltaje inverso. 5. Una alta impedancia de entrada de compuerta, lo que simplifica mucho los circuitos de excitación. Es posible ponerlo efectivamente en paralelo, para interrumpir corrientes altas, con sólo modestas reducciones en la especificación de corriente del dispositivo. No se puede excitar fácilmente a partir de un transformador de pulso, si se requiere de una polarización continua a fin de evitar ambigüedad de estado.
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.
Símbolo electrónico
A que se denomina TRIAC, y cuáles son sus principales características y usos
El triac sólo se utiliza en corriente alterna y al igual que el tiristor, se dispara por la compuerta. Como el triac funciona en corriente alterna, habrá una parte de la onda que será positiva y otra negativa. La parte positiva de la pasará por el triac siempre y cuando haya habido una señal de disparo en la compuerta, de esta manera la corriente circulará de arriba hacia abajo pasará por el tiristor que apunta hacia abajo, de igual manera. La parte negativa de la pasará por el triac siempre y cuando haya habido una señal de disparo en la compuerta, de esta manera la corriente circulará de abajo hacia arriba pasará por el tiristor que apunta hacia arriba Características del triac
El punto VBD es el punto por el cual el dispositivo pasa de una resistencia alta a una resistencia baja y la corriente, a través del Triac, crece con un pequeño cambio en la tensión entre los ánodos. El Triac permanece en estado ON hasta que la corriente disminuye por debajo de la corriente de mantenimiento IH. Esto se realiza por medio de la disminución de la tensión de la fuente
El mismo proceso ocurre con respecto al tercer cuadrante, cuando la tensión en el ánodo MT2 es negativa con respecto al ánodo MT1 y obtenemos la característica invertida. Por esto es un componente simétrico en cuanto a conducción y estado de bloqueo se refiere, pues la característica en el cuadrante I de la curva es igual
Un triac no esta limitado a 180 de conducción por ciclo. Con un arreglo adecuado del disparador, puede conducir durante el total de los 360 del ciclo. Por tanto proporciona control de corriente de onda
completa, en lugar del control de media onda que se logra con un SCR.
IGBT es como el del MOSFET, mientras que las características de conducción son como las del BJT.
Es usado en aplicaciones de altas y medias energía como fuente conmutada, control de la tracción en motores y cocina de inducción
Su uso fundamentas es así como en las aplicaciones en máquinas eléctricas y convertidores de potencia que nos acompañan cada día y por todas partes, sin que seamos particularmente conscientes de eso: automóvil, tren, metro, , electrodoméstico, televisión, Sistemas de Alimentación Ininterrumpida entre otros
El IGBT Es una combinación de un transistor bipolar y un MOSFET, cabe destacar, que una de sus características es q funciona con voltaje y su salida es la de un transistor es el dispositivo más adecuado para altas tensiones porque tiene menos caída de tensión. Una de sus aplicaciones es para control de motores, sistemas de soldadura. Sus principales características Este dispositivo posee la características de las señales de puerta de los transistores de efecto campo con la capacidad de alta corriente y bajo voltaje de saturación del transistor bipolar, combinando una puerta aislada FET para la entrada de control y un transistor bipolar como interruptor en un solo dispositivo. El circuito de excitación del
Autor: aurelino rivas c.i 21048817