Tiristores
Objetivo
El alumno aprenderá la importancias de los tiristores y sus diferentes variables.
nos concentraremos en los 3 siguientes.
Scr, triac y diac
aprenderemos su forma de funcionamiento y como es que nos ayudan en nuestra vida cotidiana,
Observaremos algunos ejemplos de cada uno de los casos.
Introducción
Los tiristores son un conjunto de semiconductores principalmente silicio donde cada uno tiene diferentes formas de permitir la conductividad, dependiendo del tipo de aplicación se usara para el trabajo que se dese realizar, existen muchas variables donde en este blog aprenderemos cada una de ellas
Definición de tiristor
El tiristor (El tiristor (gr.: puerta) 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.
El dispositivo consta de un
ánodo y un cátodo, donde las uniones son de tipo PNPN entre los mismos. Por
tanto se puede modelar como 2 transistores típicos PNP y NPN, por eso se dice
también que el tiristor funciona con tensión realimentada. Se crean así 3
uniones (denominadas J1, J2, J3 respectivamente), el terminal de puerta está
conectado a la unión J2 (unión NP).
Algunas fuentes definen como
sinónimos al tiristor y al rectificador controlado de silicio (SCR) otras
definen al SCR como un tipo de tiristor, a la par que los dispositivos DIAC y
TRIAC.
Aplicaciones
Formas de activar un tiristor:
Luz: Si un haz de luz incide en las uniones de un tiristor,
hasta llegar al mismo silicio, el número de pares electrón-hueco aumentará
pudiéndose activar el tiristor.
Corriente de Compuerta: Para un tiristor polarizado en
directa, la inyección de una corriente de compuerta al aplicar un voltaje
positivo entre compuerta y cátodo lo activará. Si aumenta esta corriente de
compuerta, disminuirá el voltaje de bloqueo directo, revirtiendo en la
activación del dispositivo.
Térmica: Una temperatura muy alta en el tiristor produce el
aumento del número de pares electrón-hueco, por lo que aumentarán las
corrientes de fuga, con lo cual al aumentar la diferencia entre ánodo y cátodo,
y gracias a la acción regenerativa, esta corriente puede llegar a ser 1, y el
tiristor puede activarse. Este tipo de activación podría comprender una fuga
térmica, normalmente cuando en un diseño se establece este método como método
de activación, esta fuga tiende a evitarse.
Alto Voltaje: Si el voltaje directo desde el ánodo hacia el
cátodo es mayor que el voltaje de ruptura directo, se creará una corriente de
fuga lo suficientemente grande para que se inicie la activación con
retroalimentación. Normalmente este tipo de activación puede dañar el
dispositivo, hasta el punto de destruirlo.
Funcionamiento básico del tiristor.
Elevación del voltaje ánodo-cátodo: Si la velocidad en la
elevación de este voltaje es lo suficientemente alta, entonces la corriente de
las uniones puede ser suficiente para activar el tiristor. Este método también
puede dañar el dispositivo
El tiristor es un conmutador biestable, es decir, es el equivalente electrónico de los interruptores mecánicos; por tanto, es capaz de dejar pasar plenamente o bloquear por completo el paso de la corriente sin tener nivel intermedio alguno, aunque no son capaces de soportar grandes sobrecargas de corriente. Este principio básico puede observarse también en el diodo Shockley.
El tiristor es un conmutador biestable, es decir, es el equivalente electrónico de los interruptores mecánicos; por tanto, es capaz de dejar pasar plenamente o bloquear por completo el paso de la corriente sin tener nivel intermedio alguno, aunque no son capaces de soportar grandes sobrecargas de corriente. Este principio básico puede observarse también en el diodo Shockley.
El diseño del tiristor permite
que éste pase rápidamente a encendido al recibir un pulso momentáneo de
corriente en su terminal de control, denominada puerta (o en inglés, gate)
cuando hay una tensión positiva entre ánodo y cátodo, es decir la tensión en el
ánodo es mayor que en el cátodo. Solo puede ser apagado con la interrupción de
la fuente de voltaje, abriendo el circuito, o bien, haciendo pasar una
corriente en sentido inverso por el dispositivo. Si se polariza inversamente en
el tiristor existirá una débil corriente inversa de fugas hasta que se alcance
el punto de tensión inversa máxima, provocándose la destrucción del elemento
(por avalancha en la unión).
Para que el dispositivo pase del
estado de bloqueo al estado activo, debe generarse una corriente de enganche
positiva en el ánodo, y además debe haber una pequeña corriente en la compuerta
capaz de provocar una ruptura por avalancha en la unión J2 para hacer que el
dispositivo conduzca. Para que el dispositivo siga en el estado activo se debe
inducir desde el ánodo una corriente de sostenimiento, mucho menor que la de
enganche, sin la cual el dispositivo dejaría de conducir.
A medida que aumenta la
corriente de puerta se desplaza el punto de disparo. Se puede controlar así la
tensión necesaria entre ánodo y cátodo para la transición OFF -> ON, usando
la corriente de puerta adecuada (la tensión entre ánodo y cátodo dependen
directamente de la tensión de puerta pero solamente para OFF -> ON). Cuanto
mayor sea la corriente suministrada al circuito de puerta IG (intensidad de
puerta), tanto menor será la tensión ánodo-cátodo necesaria para que el
tiristor conduzca.
También se puede hacer que el
tiristor empiece a conducir si no existe intensidad de puerta y la tensión
ánodo-cátodo es mayor que la tensión de bloqueo
Los tiristores pueden ser usados
también como elementos de control en controladores accionados por ángulos de
fase, esto es una modulación por ancho de pulsos para limitar el voltaje en
corriente alterna.
En circuitos digitales también
se pueden encontrar tiristores como fuente de energía o potencial, de forma que
pueden ser usados como interruptores automáticos magneto-térmicos, es decir,
pueden interrumpir un circuito eléctrico, abriéndolo, cuando la intensidad que
circula por él se excede de un determinado valor. De esta forma se interrumpe
la corriente de entrada para evitar que los componentes en la dirección del
flujo de corriente queden dañados. El tiristor también se puede usar en
conjunto con un diodo Zener enganchado a su puerta, de forma que cuando el
voltaje de energía de la fuente supera el voltaje zener, el tiristor conduce,
acortando el voltaje de entrada proveniente de la fuente a tierra, fundiendo un
fusible.
La primera aplicación a gran
escala de los tiristores fue para controlar la tensión de entrada proveniente
de una fuente de tensión, como un enchufe, por ejemplo. A comienzo de los ’70
se usaron los tiristores para estabilizar el flujo de tensión de entrada de los
receptores de televisión en color.
Se suelen usar para controlar la
rectificación en corriente alterna, es decir, para transformar esta corriente
alterna en corriente continua (siendo en este punto los tiristores onduladores
o inversores), para la realización de conmutaciones de baja potencia en circuitos
electrónicos.
Otras aplicaciones comerciales
son en electrodomésticos (iluminación, calentadores, control de temperatura,
activación de alarmas, velocidad de ventiladores), herramientas eléctricas
(para acciones controladas tales como velocidad de motores, cargadores de
baterías), equipos para exteriores (aspersores de agua, encendido de motores de
gas, pantallas electrónicas...)
En fotografía el primer uso del
tiristor, se dio en el flash electrónico, en los años 80. Antes de esto, cuando
se disparaba un flash, este botaba toda la carga acumulada, necesitando 10 o
más segundos para recargar completamente. Cuando se usaban combinados con el
modo automático de exposición, el dispositivo solo ocupa la proporción de carga
que necesita para esa exposición, lo que permitió acelerar increíblemente los
tiempos de recarga. En la actualidad estos flash permiten disparar 3 o 4 veces
por segundo, además de hacerlo con una gran precisión en la cantidad de luz
emitida.
DIAC características y
aplicaciones
El DIAC (Diodo para Corriente Alterna) es un dispositivo
semiconductor de dos conexiones. Es un diodo bidireccional dispararle 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.
El triac es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El triac puede ser disparado independientemente de la polarización de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa.
Su versatilidad lo hace ideal para el control de corrientes
alternas.
Una de ellas es su utilización como interruptor estático
ofreciendo muchas ventajas sobre los interruptores mecánicos convencionales y
los relés.
Funciona como interruptor electrónico y también a pila.
Se utilizan TRIAC de baja potencia en muchas aplicaciones como
atenuadores de luz, controles de velocidad para motores eléctricos, y en los
sistemas de control computarizado de muchos elementos caseros. No obstante,
cuando se utiliza con cargas inductivas como motores eléctricos, se deben tomar
las precauciones necesarias para asegurarse que el TRIAC se apaga correctamente
al final de cada semiciclo de la onda de Corriente alterna.
Debido a su poca estabilidad en la actualidad su uso es muy
reducido.
SCR características y
aplicaciones
El tiristor (SCR, Silicón Controlled Rectifier o
Rectificador Controlado de Silicio), es un dispositivo semiconductor biestable
formado por tres uniones PN con la disposición PNPN. Está formado por tres
terminales, llamados Ánodo, Cátodo y Puerta. El instante de conmutación, puede
ser controlado con toda precisión actuando sobre el terminal de puerta. Es un
elemento unidireccional, conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a
la vez.
Ejemplos del uso de tiristores (mínimo 3)
Resumen
El tiristor es un componente electrónico
constituido por elementos semiconductores que utiliza realimentación interna
para producir una conmutación. Los tiristores se pueden activar de diferente
manera según SU APLICACIÓN.
El tiristor es un conmutador inestable,
es decir, es el equivalente electrónico de los interruptores mecánicos; por
tanto, es capaz de dejar pasar plenamente o bloquear por completo el paso de la
corriente sin tener nivel intermedio alguno, aunque no son capaces de soportar
grandes sobrecargas de corriente.
El diseño del tiristor permite
que éste pase rápidamente a encendido al recibir un pulso momentáneo de
corriente en su terminal de control, denominada puerta cuando hay una tensión positiva entre ánodo y
cátodo, es decir la tensión en el ánodo es mayor que en el cátodo. Solo puede
ser apagado con la interrupción de la fuente de voltaje, abriendo el circuito,
o bien, haciendo pasar una corriente en sentido inverso por el dispositivo. Si
se polariza inversamente en el tiristor existirá una débil corriente inversa de
fugas hasta que se alcance el punto de tensión inversa máxima, provocándose la
destrucción del elemento
A medida que aumenta la
corriente de puerta se desplaza el punto de disparo. Se puede controlar así la
tensión necesaria entre ánodo y cátodo para la transición OFF -> ON, usando
la corriente de puerta adecuada (la tensión entre ánodo y cátodo dependen
directamente de la tensión de puerta pero solamente para OFF -> ON.
Los DIAC se consideran un
interruptor que se activa cuando el voltaje alcanza los límites de ruptura.
El triac es un dispositivo semiconductor de tres terminales
que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la
particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por
inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de
mantenimiento. El triac puede ser disparado independientemente de la
polarización de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa.
Su versatilidad lo hace ideal para el control de corrientes
alternas.
Una de ellas es su utilización como interruptor estático
ofreciendo muchas ventajas sobre los interruptores mecánicos convencionales y
los relés.
Cuestionario
¿De qué está compuesto el tiristor? De elementos semiconductores
¿Qué produce la realimentación interna de los tiristores? Una
conmutación
¿Cuáles son algunos modos de activar el tiristor? Luz, corriente de compuerta, térmica, alto voltaje.
¿Cuáles son algunos modos de activar el tiristor? Luz, corriente de compuerta, térmica, alto voltaje.
¿El tiristor a que equivale en un funcionamiento mecánico? Aun interruptor
¿Para que el dispositivo pase a modo activo que necesita? Una
corriente positivo en el ánodo.
¿Cómo se realiza el control de ángulos de fase en un
tiristor? Modulando el ancho de pulsos para limitar el voltaje de la corriente
alterna
¿Cuál es el principal uso de los DIACS? Los DIAC son una clase de tiristor, y se usan
normalmente para disparar los triac
¿Cuál es el voltaje de ruptura de los DIACS? Entre 20 y 30v
¿Cuál es el principal uso de los triacs? Sirven como interruptores
mecánicos
¿Cuál es la principal ventaja de los TRIACS? No sufren de
desgaste mecánico.
