Saltar al contenido principal
Library homepage
 
LibreTexts Español

2.11: Tiristores

  • Page ID
    153698
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Shockley propuso el tiristor de diodo de cuatro capas en 1950. No se realizó hasta años después en General Electric. Los SCR ahora están disponibles para manejar niveles de potencia que abarcan de vatios a megavatios. Los dispositivos más pequeños, empaquetados como transistores de señal pequeña, conmutan 100 miliamperios a cerca de 100 VCA. Los dispositivos empaquetados más grandes tienen 172 mm de diámetro, conmutando 5600 amperios a 10,000 VCA. Los SCR de mayor potencia pueden consistir en una oblea semiconductora completa de varias pulgadas de diámetro (100 mm).

    03424.png

    Rectificador controlado por silicio (SCR): (a) perfil de dopaje, (b) circuito equivalente a BJT.

    El rectificador controlado por silicio es un diodo de cuatro capas con una conexión de puerta como en la Figura anterior (a). Cuando se enciende, conduce como un diodo, para una polaridad de corriente. Si no se activa, es no conductor. El funcionamiento se explica en términos del equivalente de transistor compuesto conectado en la Figura anterior (b). Se aplica una señal de activación positiva entre los terminales de compuerta y cátodo. Esto hace que el transistor equivalente a NPN conduzca. El colector del transistor NPN conductor tira bajo, moviendo la base PNP hacia su voltaje de colector, lo que hace que el PNP conduzca. El colector del PNP conductor tira alto, moviendo la base NPN en la dirección de su colector. Esta retroalimentación positiva (regeneración) refuerza el estado ya conductor del NPN. Además, el NPN conducirá ahora incluso en ausencia de una señal de puerta. Una vez que un SCR conduce, continúa mientras esté presente un voltaje positivo del ánodo. Para la batería de CC que se muestra, esto es para siempre. Sin embargo, los SCR se utilizan con mayor frecuencia con una corriente alterna o una fuente de CC pulsante. La conducción cesa con la expiración de la mitad positiva de la onda senoidal en el ánodo. Además, la mayoría de los circuitos SCR prácticos dependen de que el ciclo de CA vaya a cero para cortar o conmutar el SCR.

    La siguiente figura (a) muestra el perfil de dopaje de un SCR. Tenga en cuenta que el cátodo, que corresponde a un emisor equivalente de un transistor NPN está fuertemente dopado como indica N +. El ánodo también está fuertemente dopado (P +). Es el emisor equivalente de un transistor PNP. Las dos capas medias, correspondientes a las regiones base y colectora de los transistores equivalentes, están menos dopadas: N - y P. Este perfil en SCR de alta potencia puede extenderse a través de una oblea semiconductora completa de diámetro sustancial.

    03307.png

    Tiristores: (a) Sección transversal, (b) símbolo de rectificador controlado por silicio (SCR), (c) símbolo de tiristor de apagado de puerta (GTO).

    Los símbolos esquemáticos para un SCR y GTO se muestran en las figuras anteriores (b & c). El símbolo de diodo básico indica que la conducción de cátodo a ánodo es unidireccional como un diodo. La adición de un cable de puerta indica el control de la conducción del diodo. El interruptor de apagado de puerta (GTO) tiene flechas bidireccionales alrededor del cable de la puerta, lo que indica que la conducción puede ser desactivada por un pulso negativo, así como iniciada por un pulso positivo.

    Además de los SCR ubicuos a base de silicio, se han producido dispositivos experimentales de carburo de silicio. El carburo de silicio (SiC) opera a temperaturas más altas y es más conductor del calor que cualquier metal, segundo después del diamante. Esto debería permitir dispositivos físicamente más pequeños o con capacidad de mayor potencia.

    Revisar

    • Los SCR son los miembros más prevalentes de la familia de diodos de cuatro capas de tiristores.
    • Un pulso positivo aplicado a la puerta de un SCR lo activa en conducción. La conducción continúa aunque se elimine el pulso de puerta. La conducción solo cesa cuando el voltaje del ánodo al cátodo cae a cero.
    • Los SCR se utilizan con mayor frecuencia con una fuente de CA (o CC pulsante) debido a la conducción continua.
    • Un interruptor de apagado de puerta (GTO) se puede apagar mediante la aplicación de un pulso negativo a la puerta.
    • Megavatios de potencia del interruptor de SCR, hasta 5600 A y 10,000 V.

    This page titled 2.11: Tiristores is shared under a GNU Free Documentation License 1.3 license and was authored, remixed, and/or curated by Tony R. Kuphaldt (All About Circuits) via source content that was edited to the style and standards of the LibreTexts platform; a detailed edit history is available upon request.