Tiristores

Tiristores son una amplia clasificación de dispositivos semiconductores conductores bipolares que tienen cuatro (o más) capas alternas N-P-N-P. Los tiristores incluyen:rectificador controlado de silicio (SCR), TRIAC, interruptor de apagado de compuerta (GTO), interruptor controlado de silicio (SCS), diodo de CA (DIAC), transistor de unión única (UJT), transistor de unión única programable (PUT). En esta sección solo se examina el SCR; aunque se menciona el GTO.

Shockley propuso el tiristor de diodo de cuatro capas en 1950. No se realizó hasta años más tarde en General Electric. Los SCR ahora están disponibles para manejar niveles de potencia que van desde vatios hasta megavatios. Los dispositivos más pequeños, empaquetados como transistores de pequeña señal, conmutan cientos de miliamperios a cerca de 100 VCA. Los dispositivos empaquetados más grandes tienen 172 mm de diámetro y conmutan 5600 amperios a 10,000 VCA. Los SCR de mayor potencia pueden consistir en una oblea semiconductora completa de varias pulgadas de diámetro (cientos de mm).

Rectificador controlado por silicio (SCR)

Rectificador controlado de silicio (SCR):(a) perfil de dopaje, (b) circuito equivalente de BJT.

El rectificador controlado por silicio es un diodo de cuatro capas con una conexión de puerta como en la Figura anterior (a). Cuando se enciende, conduce como un diodo, para una polaridad de corriente. Si no se activa, no es conductor. El funcionamiento se explica en términos del equivalente de transistor compuesto conectado en la Figura anterior (b). Se aplica una señal de disparo positiva entre la puerta y los terminales del cátodo. Esto hace que el transistor equivalente NPN conduzca. El colector del transistor conductor NPN tira hacia abajo, moviendo la base del PNP hacia su voltaje de colector, lo que hace que el PNP conduzca. El colector del PNP conductor tira hacia arriba, moviendo la base del NPN en la dirección de su colector. Esta retroalimentación positiva (regeneración) refuerza el estado de conducción de la NPN. Además, la NPN ahora conducirá incluso en ausencia de una señal de puerta. Una vez que un SCR conduce, continúa mientras haya un voltaje de ánodo positivo. Para la batería de CC que se muestra, esto es para siempre. Sin embargo, los SCR se utilizan con mayor frecuencia con una fuente de corriente alterna o CC pulsante. La conducción cesa con la expiración de la mitad positiva de la onda sinusoidal en el ánodo. Además, la mayoría de los circuitos SCR prácticos dependen de que el ciclo de CA vaya a cero para cortar o conmutar el SCR.

La figura siguiente (a) muestra el perfil de dopaje de un SCR. Tenga en cuenta que el cátodo, que corresponde a un emisor equivalente de un transistor NPN, está muy dopado, como indica N +. El ánodo también está muy dopado (P +). Es el emisor equivalente de un transistor PNP. Las dos capas intermedias, correspondientes a las regiones base y colectora de los transistores equivalentes, están menos dopadas:N- y P. Este perfil en SCR de alta potencia puede extenderse a través de una oblea semiconductora completa de diámetro sustancial.

Tiristores:(a) Sección transversal, (b) símbolo del rectificador controlado por silicio (SCR), (c) símbolo del tiristor de apagado de la puerta (GTO).

Los símbolos esquemáticos de un SCR y GTO se muestran en las Figuras anteriores (b &c). El símbolo de diodo básico indica que la conducción de cátodo a ánodo es unidireccional como un diodo. La adición de un cable de puerta indica el control de la conducción del diodo. El interruptor de apagado de la puerta (GTO) tiene flechas bidireccionales alrededor del cable de la puerta, lo que indica que la conducción puede desactivarse con un pulso negativo, así como iniciarse con un pulso positivo.

Además de los omnipresentes SCR basados ​​en silicio, se han producido dispositivos experimentales de carburo de silicio. El carburo de silicio (SiC) opera a temperaturas más altas y es más conductor de calor que cualquier metal, después del diamante. Esto debería permitir dispositivos físicamente más pequeños o con mayor potencia.

REVISAR:

• Los SCR son el miembro más común de la familia de diodos de tiristores de cuatro capas.
• Un pulso positivo aplicado a la puerta de un SCR lo activa en conducción. La conducción continúa incluso si se elimina el pulso de la puerta. La conducción solo cesa cuando el voltaje de ánodo a cátodo cae a cero.
• Los SCR se utilizan con mayor frecuencia con una fuente de CA (o CC pulsante) debido a la conducción continua.
• Un interruptor de apagado de la puerta (GTO) puede apagarse mediante la aplicación de un pulso negativo a la puerta.
• Los megavatios de potencia conmutados de SCR, hasta 5600 A y 10,000 V.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de tiristores