¿Qué Es Un Tiristor, SCR? - Símbolos Y Especificaciones.

Los tiristores o rectificadores controlados de silicio (SCR), como se les conoce a veces, pueden parecer componentes electrónicos poco habituales en muchos aspectos, pero son especialmente útiles para controlar los circuitos de potencia.

Como tales, estos componentes electrónicos se utilizan para muchas aplicaciones de control de potencia, a menudo cuando los niveles de corriente y tensión son relativamente altos. Los tiristores también pueden utilizarse en aplicaciones de menor potencia, como el control de la luz, así como para la protección de fuentes de alimentación y muchas otras aplicaciones. Los tiristores son fáciles de usar y baratos, lo que los convierte en una opción ideal para muchos circuitos.

La idea del tiristor no es nueva. La idea del dispositivo fue presentada por primera vez en 1950 por William Shockley, uno de los inventores del transistor. Aunque un par de años más tarde otras personas investigaron el dispositivo, no fue hasta principios de la década de 1960 cuando estuvo disponible. Tras la introducción del tiristor, pronto se hicieron populares para los circuitos electrónicos de conmutación y alimentación.

¿Qué es un tiristor?

El tiristor puede considerarse una forma inusual de componente electrónico porque está formado por cuatro capas de silicio con distintos tipos de dopaje, en lugar de las tres capas de los transistores bipolares convencionales.

Mientras que los transistores bipolares convencionales pueden tener una estructura p-n-p o n-p-n con los electrodos denominados colector, base y emisor, el tiristor tiene una estructura p-n-p-n con las capas exteriores con sus electrodos denominados ánodo (tipo n) y cátodo (tipo p). El terminal de control del SCR se denomina puerta y está conectado a la capa de tipo p que linda con la capa del cátodo.

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Los tiristores se suelen fabricar con silicio, aunque, en teoría, se podrían utilizar otros tipos de semiconductores. La primera razón para utilizar el silicio para los tiristores es que el silicio es la opción ideal debido a sus propiedades generales.

Es capaz de manejar la tensión y las corrientes necesarias para las aplicaciones de alta potencia. Además, tiene buenas propiedades térmicas. La segunda razón importante es que la tecnología del silicio está bien establecida y se utiliza ampliamente para una variedad de dispositivos semiconductores. Por ello, es muy barato y fácil de utilizar por los fabricantes de semiconductores para sus componentes electrónicos.

El descubrimiento del tiristor

La idea del tiristor fue descrita por primera vez por Shockley en 1950. Se le denominó transistor bipolar con colector de gancho p-n. El mecanismo de funcionamiento fue analizado con más detalle en 1952 por Ebers.

En 1956, Moll investigó el mecanismo de conmutación del tiristor. El desarrollo continuó y se aprendió más sobre el dispositivo, de manera que los primeros rectificadores controlados de silicio estuvieron disponibles a principios de los años 60, cuando empezó a ganar un nivel de popularidad significativo para la conmutación de potencia.

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Cuando GE lanzó sus dispositivos, utilizó el término rectificador controlado por silicio, o SCR, porque sólo conducía en una dirección y era controlable. Utilizaron el nombre SCR como marca comercial para sus productos.

¿Cómo funciona un tiristor?

El funcionamiento de un tiristor es diferente al de otros dispositivos. Normalmente no fluye corriente a través del dispositivo. Sin embargo, si se conecta una alimentación a través del dispositivo y se inyecta una pequeña cantidad de corriente en la puerta, el dispositivo se "dispara" y conduce. Permanecerá en estado de conducción hasta que se retire la alimentación.

Para ver cómo funciona el tiristor, merece la pena ver un circuito equivalente al tiristor. A modo de explicación, el circuito del tiristor puede considerarse como dos transistores espalda con espalda. El primer transistor con su emisor conectado al cátodo del tiristor es un transistor NPN, mientras que un segundo transistor con su emisor conectado al ánodo del tiristor, SCR, es un transistor PNP. La puerta se conecta a la base del transistor NPN como se muestra a continuación.

Cuando se aplica una tensión a través de un tiristor no fluye corriente porque ninguno de los dos transistores es conductor. Sin embargo, si se aplica un voltaje a la puerta, la corriente fluye por la base y esto hace que TR2 se encienda.

Una vez que TR2 se enciende, la base de TR1 baja y este transistor se enciende, lo que a su vez empuja la corriente a través de la base de TR2, lo que significa que el dispositivo permanecerá encendido incluso si se elimina la tensión de la puerta.

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Símbolos del tiristor y conceptos básicos

El tiristor o rectificador controlado de silicio, SCR, es un dispositivo semiconductor que tiene una serie de características inusuales. Tiene tres terminales: El ánodo, el cátodo y la compuerta, que reflejan la tecnología de las válvulas termoiónicas/tubos de vacío. Como es de esperar, la puerta es el terminal de control, mientras que la corriente principal fluye entre el ánodo y el cátodo.

Como se puede imaginar por el símbolo del circuito que se muestra a continuación, el dispositivo es un "dispositivo de una sola vía", lo que da lugar al nombre GE de rectificador controlado por silicio. Por lo tanto, cuando el dispositivo se utiliza con CA, sólo conducirá durante un máximo de la mitad del ciclo.

En funcionamiento, el tiristor o SCR no conducirá inicialmente. Requiere que fluya un cierto nivel de corriente en la puerta para "encenderlo". Una vez disparado, el tiristor permanecerá en conducción hasta que se elimine la tensión entre el ánodo y el cátodo, lo que obviamente ocurre al final del medio ciclo en el que el tiristor conduce.

El siguiente medio ciclo se bloqueará como resultado de la acción del rectificador. Entonces se necesitará corriente en el circuito de la puerta para volver a disparar el SCR. De este modo, el tiristor puede utilizarse como un interruptor electrónico.

El símbolo del rectificador controlado por silicio, SCR o tiristor que se utiliza en los diagramas de circuitos o en los circuitos busca enfatizar sus características de rectificador a la vez que muestra la puerta de control. Como resultado, el símbolo del tiristor muestra el símbolo tradicional del diodo con una puerta de control que entra cerca de la unión.

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Especificaciones del tiristor

Para seleccionar el dispositivo tiristor correcto para cualquier circuito, es necesario estudiar las hojas de datos y asegurarse de que el dispositivo tiene las características adecuadas para el circuito o la aplicación previstos.

Los tiristores son componentes bastante singulares y sus especificaciones y parámetros de hoja de datos son diferentes a los de otros componentes electrónicos más utilizados, como los transistores bipolares y los JFET, MOSFET, etc.

Otros tipos de tiristores o SCR

Existen diferentes tipos de tiristores: son variantes del componente básico, pero ofrecen diferentes capacidades que pueden utilizarse en varios casos y pueden ser útiles para determinados circuitos.

Tiristor de conducción inversa, RCT: Aunque los tiristores normalmente bloquean la corriente en la dirección inversa, hay una forma llamada tiristor de conducción inversa que tiene un diodo inverso integrado para proporcionar conducción en la dirección inversa, aunque no hay control en esta dirección.

En un tiristor de conducción inversa, el propio dispositivo y el diodo no conducen al mismo tiempo. Esto significa que no producen calor simultáneamente. En consecuencia, pueden integrarse y refrigerarse juntos.

El RCT se puede utilizar donde se necesitaría un diodo inverso o de rueda libre. Los tiristores de conducción inversa se utilizan a menudo en variadores de frecuencia e inversores.

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Tiristor de apagado asistido por puerta, GATT: El GATT se utiliza en circunstancias en las que se necesita un apagado rápido. Para ayudar en este proceso, a veces se puede aplicar una tensión de puerta negativa. Además de reducir la tensión catódica del ánodo.

Esta tensión de puerta inversa ayuda a drenar los portadores minoritarios almacenados en la región base de tipo n y garantiza que la unión puerta-cátodo no esté sesgada hacia delante.

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La estructura del GATT es similar a la del tiristor estándar, con la excepción de que las tiras estrechas del cátodo se utilizan a menudo para permitir que la puerta tenga más control porque está más cerca del centro del cátodo.

Tiristor de desconexión de puerta, GTO: El GTO también se denomina a veces interruptor de desactivación de puerta. Este dispositivo es inusual en la familia de los tiristores porque puede apagarse simplemente aplicando una tensión negativa a la puerta - no es necesario eliminar la tensión catódica del ánodo. Véase la página siguiente de esta serie en la que se describe con más detalle el GTO.

Tiristor asimétrico: Este dispositivo se utiliza en circuitos en los que el tiristor no ve una tensión inversa y, por lo tanto, la capacidad de rectificador no es necesaria. Como resultado, es posible hacer que la segunda unión, a menudo denominada J2 (véase la página sobre la estructura del dispositivo) sea mucho más fina. La región de base n resultante proporciona un Von reducido, así como un mejor tiempo de encendido y apagado.

Estructura Y Fabricación Del Tiristor SCR

Los tiristores se utilizan ampliamente en muchas áreas de la electrónica actuando como interruptores electrónicos. Los circuitos de tiristores pueden utilizarse para muchas aplicaciones de potencia, ya que estos componentes electrónicos son capaces de conmutar altas corrientes con gran facilidad. Además, son muy baratos y están ampliamente disponibles.

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