Familia de Tiristores (Scribd)

 

Familia de Tiristores

Introducción Los tiristores son una familia fam ilia de dispositivos semiconductores de cuatro capas (pnpn), que se utilizan para controlar grandes cantidades de corriente mediante circuitos electrónicos de bajo consumo de potencia.

 

Los tiristores presentan una acción de conmutación biestable, lo que signica que sólo conmutan entre dos estados: corte y conducción. n su gran mayor!a son dispositivos unidireccionales, unidireccionales, es decir, sólo transmiten corriente en un "nico sentido, aunque e#isten combinaciones de ellos que conectados de forma anti paralela se comportan de manera bidireccional, como es el caso de los triac. La palabra tiristor proviene del griego y signica puerta. $ic%o nombre es el re&ejo de la función que efect"a: una puerta (grate) que permite o impide el paso de la corriente a trav's de ella. e podr!a decir que el tiristor es el equivalente electrónico de los interruptores interruptor es mecnicos, por lo tanto, es capaz de dejar pasar o bloquear por completo el paso de la corriente sin tener alg"n nivel intermedio, aunque no son capaces de soportar grandes sobrecargass de corriente. sobrecarga l dise*o del tiristor permite que 'ste rpidamente comience a conducir electricidad al recibir un pulso de corriente en su gate, y a medida que aumenta dic%a corriente, el tiristor se desplaza a su punto de disparo.

Fabricación #isten + m'todos mediante los cuales se fabrican los tiristores. Método de Difusión-Aleación (para dispositivos de gran potencia)

n 'ste m'todo, la parte principal del tiristor se compone por un disco de silicio de material tipo , con dos uniones que se obtienen

 

mediante una difusión con galio, el cual dopa con impurezas tipo las dos caras del disco. n la cara e#terior se forma una unión con contacto oroantimonio. Los contactos al nodo y ctodo se realizan con molibdeno. La cone#ión de puerta se ja a la capa intermedia tipo - usando aluminio. Método Todo Difusión (para dispositivos de baja  mediana potencia)

/ste es el m'todo ms usado, a pesar de que la construcción de los contactos resulta ms delicada y problemtica. Las dos capas tipo - se obtienen por difusión de galio o aluminio, mientras que las capas  se obtienen mediante el sistema de mscaras de ó#ido. ó#ido. Método de !arrera Aislante (variante de la anterior)

e parte de un sustrato de silicio tipo  que se o#ida por las dos caras. $espu's, en cada una de las dos caras se %ace la difusión con material tipo -. 0na difusión muy duradera y a altas temperaturas produce la unión de las dos zonas tipo -. $espu's, se elimina todo el ó#ido de una de las caras y se abre una ventana con la otra, para despu's realizar una difusión tipo -. $espu's de una difusión tipo , el tiristor ya est terminado.

Diodo "#oc$le l Diodo "#oc$le es un tiristor con dos terminales: nodo y ctodo. e constituye por cuatro capas semiconductoras que forman una estructura pnpn. 1ct"a como un interruptor: interruptor: est abierto %asta que la tensión alcanza un cierto valor, cerrndose y permitiendo la directa conducción. La conducción contin"a

 

%asta que la corriente se reduce por debajo de un valor espec!co (23).

"ección longitudinal

"%mbolo

&ondiciones de conmutación &orte ' Abierto

 4uando se polariza inversamente  4uando se supera el voltaje de ruptura de forma inversa, o la corriente m#ima  4uando no se supera 2 3 &onducción ' &errado

 4uando se polariza directamente (nodoctodo) y se supera 5 67.

&aracter%stica tensión-intensidad

 

n polarización positiva, se impide el paso de la corriente %asta que se alcanza un valor de tensión 5 67. 0na vez alcanzado, el diodo entra en conducción, la tensión disminuye %asta menos de 85 y la corriente comienza a aumentar, limitndose por componentes e#ternos. La conducción continuar %asta que la corriente reduzca por debajo de la corriente de mantenimiento (IH ).

"& "ilicon &ontrolled ectier "& es un l similar (nodo, al diodoctodo, %oc9ley, con la diferencia de dispositivo poseer tresmuy terminales

 

compuerta).e utiliza para controlar corrientes altas para una carga. 0n 4 act"a de una forma muy similar a la de un interruptor.. 4uando est en conducción, %ay una trayectoria de interruptor &ujo de corriente de muy baja resistencia del nodo al ctodo, actuando como un interruptor cerrado. -or otro lado, cuando est en corte, no %ay &ujo de corriente del nodo al ctodo, actuando como un interruptor abierto. u acción de conmutación es muy m uy rpida.

"ección longitudinal

"%mbolo

&ondiciones de conmutación &orte ' Abierto

 4uando se polariza inversamente  4uando se supera el punto de ruptura por avalanc%a, o la corriente m#ima de conducción  4uando no se llega al punto de mantenimiento &onducción ' &errado

 4uando se polariza directamente (nodoctodo) y se supera 5 67. $espu's, se debe lograr llegar al punto de mantenimiento, y el tiempo para lograrlo disminuir de acuerdo a la forma en que 2 ;  aumente

&aracter%stica tensión-intensidad

 

n polarización positiva, el diodo comienza a conducir %asta que recibe un pulso de tensión en la puerta (gate). 0na vez recibido, la tensión entre nodo y ctodo cae %asta ser menor que 85 y la corriente comienza a aumentar, limitndose por componentes e#ternos. n la grca se observan < valores importantes. 5 6 e 2=1> provocan la destrucción del 4 si se superan. 5 6 es, al igual que en el diodo %oc9ley, la tensión a partir de la cual se produce el fenómeno de avalanc%a. 2 =1> es la corriente m#ima que puede sufrir el 4 sin sufrir da*o. Los otros dos valores son la tensión de cebado 567 y la corriente de mantenimiento 23.

*T+ *ate Turn-+, T#ristor

 

Los tiristores normales no son interruptores interruptores que pueden controlarse completamente. 0n tiristor se cambia a su estado cerrado mediante una se*al en la gate, pero aun cuando esa se*al desaparece, no puede abrirse %asta que alguna condición especial ocurra (como aplicar un voltaje negativo en sus terminales, o cuando la corriente que &uye por 'l es menor a cierto valor). l *T+ es un dispositivo d ispositivo que permite controlar sus dos estados (bloqueo o conducción, abierto o cerrado) mediante la gate. 4omo cualquier otro tiristor, el *T+ tiene una estructura de < capas. u mecanismo de disparo es muy parecido al 4. uponiendo que est polarizado, cuando se inyecta una corriente en la puerta, circula una corriente entre puerta y ctodo. i en el nodo se mantiene una corriente superior a la corriente de mantenimiento, se puede %acer conducir al ;?7 sin necesidad de la compuerta (corriente anódica). La aplicación polarización inversa en la unión puertactodo puede llevar ade la una apertura del ;?7.

"ección longitudinal

"%mbolo

&ondiciones de conmutación

 

&orte ' Abierto

 4uando se polariza inversamente  4uando se da un valor negativo que supere el voltaje de ruptura 56, o superando 2=1>  iempre que no se supere 23  4on una 2; menor que @ entre compuerta y ctodo ' &errado &onducción 4uando se polariza directamente (nodoctodo) y se supera 5 67. $espu's, se debe aplicar una 2 ; positiva manteniendo 23.  4on una corriente 2; positiva entre compuerta y ctodo

&aracter%stica tensión-intensidad

n la grca se muestra que si una corriente positiva pasa por la compuerta, el dispositivo pasar de un estado abierto a un estado cerrado. -or -or lo contrario, si la corriente es negativa, pasar de un estado cerrado a un estado abierto.

"&" "ilicon &ontrolled "itc#

 

l 4 es casi e#actamente igual que el 4, con la "nica diferencia de que tiene una puerta (gate) e#tra. sta terminal e#tra permite un mejor control en el dispositivo, especialmente en el modo de conmutación forzada, en la cual, una se*al e#terna lo forza a apagarse mientras la corriente principal pasando a trav's del dispositivo no %a ca!do por debajo del valor de mantenimiento. l inconveniente que presenta frente al 4 es que se encuentra ms limitado en cuanto a valores de tensión y corriente.

"ección longitudinal

"%mbolo

&ondiciones de conmutación &orte ' Abierto

 4uando se polariza inversamente  4uando se da un valor negativo que supere el voltaje de ruptura 56  iempre que no se supere 23  4on un valor de A; igual a @5 y 1; mayor que @5. &onducción ' &errado

 4uando se polariza directamente (nodoctodo) y se supera 5 67. $espu's, se debe aplicar un valor en A; mayor que @5 y 1; igual a @5, manteniendo 23.

DIA& &urrent DIode Alternating

 

l DIA& es un tiristor bidireccional (que puede conducir en dos direcciones) de dos terminales. Bunciona bsicamente como dos diodos %oc9ley que conducen en sentidos opuestos. l $214 conduce la corriente sólo tras %aberse superado su tensión de disparo, y mientras la corriente circulante no sea menor al valor caracter!stico para ese dispositivo. l comportamiento es el mismo para ambasdedirecciones. La+@5. mayor!a de los $214 tienen una tensión de disparo alrededor de

"ección longitudinal

"%mbolo

&ondiciones de conmutación &orte ' Abierto

 4uando se da un valor que supere a 2 =1> en cualquiera de ambos sentidos  iempre que no se supere 23 en ning"n sentido, ni 567. &onducción ' &errado

 4uando se aplica un voltaje entre =?8 y =?C que supere a 5 67, alcanzando por lo menos a 23.  iempre que 23 se mantenga.

&aracter%stica tensión-intensidad

 

La curva de funcionamiento re&eja el comportamiento del $214, que funciona como un diodo %oc9ley tanto en polarización directa como en inversa. 4ualquiera que sea la polarización del dispositivo, para que se detenga la conducción %ay que %acer disminuir la corriente por debajo de la corriente de mantenimiento m antenimiento 23.

TIA& TIode Alternating &urrent l TIA& es un dispositivo muy similar al $214, son la diferencia de

que este posee una terminal de compuerta para controlar las condiciones de encendido del dispositivo.

 

La corriente de mantenimiento no est presente en cada dirección como en el $214. e puede disparar mediante un pulso de corriente en la puerta, y no requiere alcanzar un voltaje 5 67 como en el $214.

"ección longitudinal

"%mbolo

&ondiciones de conmutación &orte ' Abierto

 4uando se da un valor que supere a 2 =1> en cualquiera de ambos sentidos  iempre que no se supere 23 en ning"n sentido  4uando la 2; es @ &onducción ' &errado

 4uando se polariza directamente 1C18 y se supera 567. $espu's, debe aplicarse una 2; positiva manteniendo 23  4uando se polariza directamente 181C y se supera 567. $espu's, debe aplicarse una 2; negativa manteniendo 23

&aracter%stica tensión-intensidad

 

n la curva caracter!stica se indica que para diferentes disparos, es decir, diferentes corrientes aplicadas en gate, el valor de 567 es distinto. n la parte de la polarización positiva, la curva de ms a la izquierda es la que presenta un valor de 567 ms bajo, y es la que mayor corriente de gate precisa en el disparo. disparo. -ara que este dispositivo deje de conducir, como en el resto de los casos, se debe bajar la corriente por debajo del valor 2 3. 1l igual que el 4, se emplean para controlar la potencia suministrada a una carga. l ?214 puede dispararse de tal modo que la potencia en alterna sea suministrada a la carga durante un tiempo determinado de cada ciclo. La diferencia con el 4 es que se puede disparar tanto en la parte positiva como en la negativa del ciclo, de tal manera que la corriente puede circular en ambos sentidos.