7.1: Histéresis

Los tiristores son una clase de componentes semiconductores que exhiben histéresis, esa propiedad por la cual un sistema no vuelve a su estado original después de que se haya eliminado alguna causa de cambio de estado. Un ejemplo muy sencillo de histéresis es la acción mecánica de un interruptor de palanca: cuando se empuja la palanca, se voltea a uno de dos estados extremos (posiciones) y permanecerá ahí incluso después de que se retire la fuente de movimiento (después de retirar la mano de la palanca del interruptor). Para ilustrar la ausencia de histéresis, considera la acción de un pulsador “momentáneo”, que vuelve a su estado original después de que ya no se presiona el botón: cuando se retira el estímulo (tu mano), el sistema (interruptor) vuelve inmediata y completamente a su estado anterior sin comportamiento de “enganche”.

Los transistores bipolares, de efecto de campo de unión y de efecto de campo de puerta aislada son dispositivos no histéricos. Es decir, estos no se “enganchan” inherentemente en un estado después de ser estimulados por una señal de voltaje o corriente. Para cualquier señal de entrada dada en cualquier momento dado, un transistor exhibirá una respuesta de salida predecible como se define por su curva característica. Los tiristores, por otro lado, son dispositivos semiconductores que tienden a permanecer “encendidos” una vez encendidos, y tienden a permanecer “apagados” una vez apagados. Un evento momentáneo es capaz de voltear estos dispositivos en sus estados de encendido o apagado donde estos permanecerán así por su cuenta, incluso después de que se le quite la causa del cambio de estado. Como tal, estos son útiles solo como dispositivos de conmutación de encendido/apagado, como un interruptor de palanca, y no se pueden usar como amplificadores de señal analógica.

Los tiristores se construyen usando la misma tecnología que los transistores de unión bipolar, y de hecho pueden analizarse como circuitos compuestos por pares de transistores. Entonces, ¿cómo se puede hacer un dispositivo histérico (un tiristor) a partir de dispositivos no histéricos (transistores)? La respuesta a esta pregunta es la retroalimentación positiva, también conocida como retroalimentación regenerativa. Como debe recordar, la retroalimentación es la condición en la que un porcentaje de la señal de salida se “retroalimenta” a la entrada de un dispositivo amplificador. La retroalimentación negativa o degenerativa resulta en una disminución de la ganancia de voltaje con aumentos en la estabilidad, linealidad y ancho de banda. La retroalimentación positiva, por otro lado, resulta en una especie de inestabilidad donde la salida del amplificador tiende a “saturarse”. En el caso de los tiristores, esta tendencia saturante equivale a que el dispositivo “quiera” permanecer encendido una vez encendido, y apagado una vez apagado.

En este capítulo exploraremos varios tipos diferentes de tiristores, la mayoría de los cuales provienen de un solo circuito básico de núcleo de dos transistores. Antes de hacer eso, sin embargo, sería beneficioso estudiar el antecesor tecnológico de los tiristores: los tubos de descarga de gas.