Tiristores: Tipos, Operación y el Potencial de los Rectificadores Controlados de Silicio (SCR)

Los tiristores son una familia de dispositivos semiconductores de conducción bipolar construidos con capas alternadas N-P-N-P. La familia incluye rectificadores controlados de silicio (SCR), TRIACs, interruptores de apagado por compuerta (GTO), interruptores controlados de silicio (SCS), diodos AC (DIAC), transistores unijunción (UJT) y transistores unijunción programables (PUT). Este artículo se centra en el SCR mientras menciona brevemente el GTO.

En 1950, Shockley propuso el diodo tiristor de cuatro capas. General Electric realizó posteriormente el diseño, y los SCR han evolucionado para manejar niveles de potencia desde unos pocos vatios hasta varios megavatios. Las unidades más pequeñas —empaquetadas como transistores de pequeña señal— conmutan unos cientos de miliamperios a unos 100 VAC. Los dispositivos comerciales más grandes miden 172 mm de diámetro y pueden manejar 5.600 A a 10.000 V. Los SCR de alta potencia pueden fabricarse en obleas de varias pulgadas.

Rectificador Controlado de Silicio (SCR)

El SCR es un diodo de cuatro capas que incorpora un terminal de compuerta. Cuando se aplica un pulso positivo de compuerta, el par interno de transistores NPN-PNP se dispara a conducción. La realimentación positiva entre los dos transistores sostiene el estado encendido incluso después de remover el pulso de compuerta. El dispositivo continúa conduciendo mientras el ánodo permanezca polarizado positivamente. En DC, la conducción es permanente; en AC o DC pulsante, se detiene cuando el voltaje del ánodo cae a cero —este es el punto de conmutación.

La estructura de dopaje se ilustra en la figura siguiente: el cátodo (N⁺) y el ánodo (P⁺) están fuertemente dopados, mientras que las capas centrales N⁻ y P están ligeramente dopadas, formando las bases de los transistores. En SCR de alta potencia, esta estructura puede abarcar una oblea completa.

Más allá del silicio, los SCR de carburo de silicio (SiC) están en desarrollo. El SiC ofrece conductividad térmica superior —segunda solo al diamante— permitiendo factores de forma más pequeños o mayor manejo de potencia a temperaturas elevadas.

Conclusiones Clave

• Los SCR son el tiristor de cuatro capas más común.
• Un pulso positivo de compuerta dispara la conducción, que persiste hasta que el voltaje del ánodo cae a cero.
• Los SCR sobresalen en aplicaciones AC o DC pulsante donde se requiere conducción continua.
• El GTO puede apagarse con un pulso negativo de compuerta.
• Los SCR pueden manejar hasta 5,6 kA y 10 kV, traduciéndose a potencia nivel megavatio.

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