Tiristor

Tiristor (SCR)
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Símbolu electrónicu
Terminales	Ánodu, Cátodu y Puerta
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El tiristor (gr.: puerta) ye una familia de componentes electrónicos constituyíu por elementos semiconductores qu'utiliza realimentación interna pa producir una conmutación.^[1] Los materiales de los que se compón son de tipu semiconductor, esto ye, dependiendo de la temperatura a la que s'atopen pueden funcionar como aislantes o como conductores. Son dispositivos unidireccionales (SCR) o bidireccionales (Triac) o (DIAC). Emplégase xeneralmente pal control de potencia llétrica.

Pa los SCR el dispositivu consta d'un ánodu y un cátodu, onde les uniones son de tipu P-N-P-N ente los mesmos. Por tanto puede modelase como 2 transistores típicos P-N-P y N-P-N, por eso dizse tamién que'l tiristor funciona con tensión realimentada. Créanse asina 3 uniones (denominaes J1, J2, J3 respeutivamente), el terminal de puerta ta a la unión J2 (unión NP).

Delles fontes definen como sinónimos al tiristor y al rectificador controláu de siliciu (SCR);^[2] Anque en realidá la forma correuta ye clasificar al SCR como un tipu de tiristor, al par que los dispositivos DIAC y TRIAC.

Esti elementu foi desenvueltu por inxenieros de General Electric nos años 1960. Anque un orixe más remotu d'esti dispositivu atopar nel SCR creáu por William Shockley (premiu Nobel de física en 1956) en 1950, que foi defendíu y desenvueltu nos llaboratorios Bell en 1956. Gordon Hall lideró'l desenvolvimientu en Morgan Stanley pal so posterior comercialización per parte de Frank W. "Bill" Gutzwiller, de General Electric.

Formes d'activar un tiristor

Lluz: Si un fexe de lluz incide nes uniones d'un tiristor, hasta llegar al mesmu siliciu, el númberu de pares electrón-buecu va aumentar pudiéndose activar el tiristor.

Corriente de Puerta: Pa un tiristor polarizáu en direuta, la inyeición d'una corriente de puerta al aplicar un voltaxe positivu ente puerta y cátodu va activar. Si aumenta esta corriente de puerta, va menguar el voltaxe de bloquéu direutu, revirtiendo na activación del dispositivu.

Térmica: Una temperatura bien alta nel tiristor produz l'aumentu del númberu de pares electrón-buecu, polo que van aumentar les corrientes de fuga, colo cual al aumentar la diferencia ente ánodu y cátodu, y gracies a l'acción rexenerativa, esta corriente puede aportar a 1, y el tiristor puede activase. Esti tipu d'activación podría entender una fuga térmica, de normal cuando nun diseñu establez esti métodu como métodu d'activación, esta fuga tiende a evitase.

Alto Voltaxe: Si'l voltaxe direutu dende l'ánodu escontra'l cátodu ye mayor que'l voltaxe de rotura direutu, va crease una corriente de fuga lo suficientemente grande por que se empecipie l'activación con retroalimentación. De normal esti tipu d'activación puede estropiar el dispositivu, hasta'l puntu de destruyilo.

Elevación del voltaxe ánodu-cátodu: Si la velocidá na elevación d'esti voltaxe ye lo suficientemente alta, entós la corriente de les uniones puede ser abonda p'activar el tiristor. Esti métodu tamién puede estropiar el dispositivu.

Funcionamientu básicu

El tiristor ye un conmutador biestable, esto ye, ye l'equivalente electrónicu de los interruptores mecánicos; por tanto, ye capaz de dexar pasar dafechu o bloquiar por completu'l pasu de la corriente ensin tener nivel entemediu dalgunu, anque nun son capaces de soportar grandes sobrecargues de corriente. Esti principiu básicu puede reparase tamién nel diodu Shockley.

El diseñu del tiristor dexa qu'ésti pase rápido a encendíu al recibir un pulsu momentaneo de corriente nel so terminal de control, denominada puerta (o n'inglés, gate) cuando hai una tensión positivo ente ánodu y cátodu, ye dicir la tensión nel ánodu ye mayor que nel cátodu. Solo puede ser apagáu cola interrupción de la fonte de tensión, abriendo'l circuitu, o bien, faciendo pasar una corriente en sentíu inversu pol dispositivu. Si polarízase inversamente nel tiristor va esistir una débil corriente inversa de fugues hasta que s'algamar el puntu de tensión inverso máxima, provocándose la destrucción del elementu (por ábanu na unión).

Por que el dispositivu pase del estáu de bloquéu al estáu activu, tien de xenerase una corriente de gabita positiva nel ánodu, y amás tien d'haber una pequeña corriente na puerta capaz de provocar una rotura por ábanu na unión J2 pa faer que'l dispositivu conduza. Por que el dispositivu siga nel estáu activu tien d'inducise dende l'ánodu una corriente de sostenimientu, enforma menor que la de gabita, ensin la cual el dispositivu dexaría de conducir.

A midida que aumenta la corriente de puerta muévese'l puntu de disparu. Puede controlase asina la tensión necesario ente ánodu y cátodu pa la transición OFF -> ON, usando la corriente de puerta fayadiza (la tensión ente ánodu y cátodu dependen direutamente de la tensión de puerta pero solamente pa OFF -> ON). Cuanto mayor sía la corriente suministrada al circuitu de puerta IG (intensidá de puerta), tanto menor va ser la tensión ánodu-cátodu necesaria por que'l tiristor conduza.

Tamién puede faese que'l tiristor empiece a conducir si nun esiste intensidá de puerta y la tensión ánodu-cátodu ye mayor que la tensión de bloquéu.

Aplicaciones

De normal son usaos en diseños onde hai corrientes o tensiones bien grandes, tamién son comúnmente usaos pa controlar corriente alterna onde'l cambéu de polaridá de la corriente revierte na conexón o desconexón del dispositivu. Puede dicise que'l dispositivu opera de forma síncrona cuando, una vegada que'l dispositivu ta abiertu, empieza a conducir corriente en fase cola tensión aplicao sobre la unión cátodu-ánodu ensin la necesidá de replicación de la modulación de la puerta. Nesti momentu'l dispositivu tiende de forma completa al estáu d'encendíu. Nun se debe confundir cola operación simétrica, una y bones la salida ye unidireccional y va solamente del cátodu al ánodu, por tantu en sí mesma ye asimétrica.

Los tiristores pueden ser usaos tamién como elementos de control en controladores aicionaos por ángulos de fase, esto ye una modulación por anchu de pulsos pa llindar la tensión en corriente alterna.

En circuitos dixitales tamién pueden atopase tiristores como fonte d'enerxía o potencial, de forma que pueden ser usaos como interruptores automáticos magnetu-térmicos, esto ye, pueden atayar un circuitu llétricu, abrir, cuando la intensidá que circula por él entepásase d'un determináu valor. D'esta forma atáyase la corriente d'entrada pa evitar que los componentes na direición del fluxu de corriente queden estropiaos. El tiristor tamién puede usase en xunto con un diodu Zener agabitáu a la so puerta, de forma que cuando la tensión d'enerxía de la fonte supera la tensión del zener, el tiristor conduz, encurtiando la tensión d'entrada proveniente de la fonte a tierra, fundiendo un fusible.

La primer aplicación a gran escala de los tiristores foi pa controlar la tensión d'entrada proveniente d'una fonte de tensión, como un enchufe, por casu. A empiezu de los ’70 usáronse los tiristores pa estabilizar el fluxu de tensión d'entrada de los receptores de televisión en color.

Suélense usar pa controlar la rectificación en corriente alterna, esto ye, pa tresformar esta corriente alterna en corriente continua (siendo nesti puntu los tiristores onduladores o inversores), pa la realización de conmutaciones de baxa potencia en circuitos electrónicos.

Otres aplicaciones comerciales son n'electrodomésticos (llume, calentadores, control de temperatura, activación d'alarmes, velocidá de ventiladores), ferramientes llétriques (p'acciones controlaes tales como velocidá de motores, cargadores de bateríes), equipos pa esteriores (asperxadores d'agua, encendíu de motores de gas, pantalles electróniques...)

En fotografía'l primer usu del tiristor, dar nos flax electrónicos, nos años 80. Antes d'esto, cuando se disparaba un flax, este botaba tola carga acumulada, precisando 10 o más segundos pa recargar dafechu. Cuando s'usaben combinaos cola manera automática d'esposición, el dispositivu solo ocupa la proporción de carga que precisa pa esa esposición, lo que dexó acelerar increíblemente los tiempos de recarga. Na actualidá estos flax dexen disparar 3 o 4 vegaes per segundu, amás de faelo con una gran precisión na cantidá de lluz emitida.

Fabricación

Téunica d'Espardimientu-Aleación: La parte principal del tiristor ta compuesta por un discu de siliciu de material tipu N, 2 uniones llograr nuna operación d'espardimientu con galio, que dopa con impureces tipo P les 2 cares del discu. Na cara esterior fórmase una unión, con un contautu oru-antimoniu. Los contactos del ánodu y cátodu realizar con molibdenu. La conexón de puerta afitar a la capa entemedia (tipu P) usando aluminiu. Esta téunica úsase solamente pa dispositivos que riquen gran potencia.

Téunica "Tou Espardimientu": Trátase de la téunica más usada, sobremanera en dispositivos de mediana o baxa intensidá, el problema principal d'esta téunica mora nos contactos, que la so construcción resulta más delicada y problemática que nel casu d'espardimientu-aleación. Les 2 capes P llograr por espardimientu del galio o l'aluminiu, ente que les capes N llograr por aciu el sistema de mázcares d'óxidu. El problema principal d'esti métodu anicia nel ensame de fases qu'hai que realizar. Anque ciertes téuniques dexen paralelizar esti procesu.

Téunica de Barrera Aislante: Esta téunica ye una variante de l'anterior. Partir d'un sustratu de siliciu tipu N que s'aferruña poles dos cares, dempués en caúna de les 2 cares fai la espardimientu con material tipu P. Un espardimientu bien duraderu y a altes temperatures produz la unión de les 2 zones P. Dempués d'esti procesu esaníciase tol óxidu d'una de les cares y ábrese una ventana na otra, realízase entós n'orde a aisllar más zones de tipu N, un espardimientu tipu P. Dempués d'un últimu espardimientu N el tiristor yá ta termináu a falta d'establecer les metalizaciones, cortar los dados y encapsularlos.

Principales variantes de tiristores

Referencies

↑ Montaxe de componentes y periféricos microinformáticos. IFCT0108, en Google Books
↑ Christiansen, Donald; Alexander, Charles K. (2005); Standard Handbook of Electrical Engineering (5th ed.). McGraw-Hill, ISBN 0-07-138421-9

Enllaces esternos

Símbolos de Tiristores

[1] Montaxe de componentes y periféricos microinformáticos. IFCT0108, en Google Books

[2] Christiansen, Donald; Alexander, Charles K. (2005); Standard Handbook of Electrical Engineering (5th ed.). McGraw-Hill, ISBN 0-07-138421-9

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