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Bachiller electrónica - el tiristor - formas de activar un tiristor



Instituto técnico Exsal

Profesora:
Rosa a. jovel

Alumna:
Silvia esmeralda García Ruíz

Materia:
Tecnología

Especialidad:
Electrónica ii

Sección:
“a”


Tiristores.
Tiristor |

Dos tiristores de distinta potencia.
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Tipo | Semiconductor |
Símbolo electrónico |
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Configuración | Anodo, Catodo y Puerta |

El tiristor:
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 anodo y un catodo, 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 esta 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.
Este elemento fue desarrollado por ingenieros de General Electric en los años 1960. Aunque un origen mas remoto de este dispositivo lo encontramos en elSCR creado por William Shockley (premio Nobel de física en 1956) en 1950, el cual fue defendido y desarrollado en los laboratorios Bell en 1956. Gordon Hall lideró el desarrollo en Morgan Stanley para su posterior comercialización por parte de Frank W. 'Bill' Gutzwiller, de General Electric.

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 aumentara 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 catodo lo activara. Si aumenta esta corriente de compuerta, disminuira 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 aumentaran las corrientes de fuga, con lo cual al aumentar la diferencia entre anodo y catodo, 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 anodo hacia el catodo es mayor que el voltaje de ruptura directo, se creara una corriente de fuga lo suficientemente grande para que se inicie la activación con retroalimentación. Normalmente este tipo de activación puede dañar el dispositivo, hastael punto de destruirlo.
Elevación del voltaje anodo-catodo: 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.

Funcionamiento basico
El tiristor es un conmutador biestable, es decir, es el equivalente electrónico de los interruptores mecanicos; 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 basico puede observarse también en el diodo Shockley.
El diseño del tiristor permite que éste pase rapidamente a encendido al recibir un pulso momentaneo de corriente en su terminal de control, denominada puerta (o en inglés, gate) cuando hay una tensión positiva entre anodo y catodo, es decir la tensión en el anodo es mayor que en el catodo. 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 existira una débil corriente inversa de fugas hasta que se alcance el punto de tensión inversa maxima, provocandose 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 anodo, y ademas debe haber una pequeña corriente en la compuerta capaz de provocar una ruptura por avalancha enla unión J2 para hacer que el dispositivo conduzca. Para que el dispositivo siga en el estado activo se debe inducir desde el anodo 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 anodo y catodo para la transición OFF -> ON, usando la corriente de puerta adecuada (la tensión entre anodo y catodo 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 sera la tensión anodo-catodo 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 anodo-catodo es mayor que la tensión de bloqueo

Aplicaciones
Normalmente son usados en diseños donde hay corrientes o voltajes muy grandes, también son comúnmente usados para controlar corriente alterna donde el cambio de polaridad de la corriente revierte en la conexión o desconexión del dispositivo. Se puede decir que el dispositivo opera de forma síncrona cuando, una vez que el dispositivo esta abierto, comienza a conducir corriente en fase con el voltaje aplicado sobre la unión catodo-anodo sin la necesidad de replicación de la modulación de la puerta. En este momento el dispositivo tiende de forma completa al estado de encendido. No se debe confundir con la operación simétrica, ya que la salida es unidireccionaly va solamente del catodo al anodo, por tanto en sí misma es asimétrica.


Los tiristores pueden ser usados también como elementos de control en controladores accionados por angulos 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 automaticos 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 Zenerenganchado 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 encircuitos 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)

Fabricación
Técnica de Difusión-Aleación: La parte principal del tiristor esta compuesta por un disco de silicio de material tipo N, 2 uniones se obtienen en una operación de difusión con galio, el cual dopa con impurezas tipo P las 2 caras del disco. En la cara exterior se forma una unión, con un contacto oro-antimonio. Los contactos del anodo y catodo se realizan con molibdeno. La conexión de puerta se fija a la capa intermedia (tipo P) usando aluminio. Esta técnica se usa solamente para dispositivos que requieren gran potencia.
Técnica 'Todo Difusión': Se trata de la técnica mas usada, sobre todo en dispositivos de mediana o baja intensidad, el problema principal de esta técnica reside en los contactos, cuya construcción resulta mas delicada y problematica que en el caso de difusión-aleación. Las 2 capas P se obtienen por difusión del galio o el aluminio, mientras que las capas N se obtienen mediante el sistema de mascaras de óxido. El problema principal de este método radica en la multitud de fases que hay que realizar. Aunque ciertas técnicas permiten paralelizar este proceso.
Técnica de Barrera Aislante: Esta técnica es una variante de la anterior. Se parte de unsustrato de silicio tipo N que se oxida por las dos caras, después en cada una de las 2 caras se hace la difusión con material tipo P. Una difusión muy duradera y a altas temperaturas produce la unión de las 2 zonas P. Después de este proceso se elimina todo el óxido de una de las caras y se abre una ventana en la otra, se realiza entonces en orden a aislar mas zonas de tipo N, una difusión tipo P. Después de una última difusión N el tiristor ya esta terminado a falta de establecer las metalizaciones, cortar los dados y encapsularlos.

TRIAC
TRIAC
Triodo para Corriente Alterna |

Algunos ejemplos de TRIACs.
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Tipo | Semiconductor |
Símbolo electrónico |
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Configuración | Entrada, Salida y Puerta |

Un TRIAC o Triodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la familia de los tiristores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es uninterruptor capaz de conmutar la corriente alterna.
Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dos SCR en direcciones opuestas.
Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación de anodo y catodo) y puerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al electrodo puerta.

Aplicaciones mas comunes
* Su versatilidad lo hace ideal para el control de corrientes alternas.
* Una de ellas es su utilización como interruptor estatico ofreciendo muchas ventajas sobre los interruptores mecanicos convencionales ylos relés.
* Funciona como interruptor electrónico y también a pila.
* Se utilizan TRIACs 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.

Control de fase (potencia

En la figura 'control de fase' se presenta una aplicación fundamental del triac. En esta condición, se encuentra controlando la potencia de ac a la carga mediante la conmutación de encendido y apagado durante las regiones positiva y negativa de la señal senoidal de entrada. La acción de este circuito durante la parte positiva de la señal de entrada, es muy similar a la encontrada para el diodo Shockley. La ventaja de esta configuración es que durante la parte negativa de la señal de entrada, se obtendra el mismo tipo de respuesta dado que tanto el diac como el triac pueden dispararse en la dirección inversa. La forma de onda resultante para la corriente a través de la carga se proporciona en la figura 'control de fase'. Al variar la resistencia R, es posible controlar el angulo de conducción. Existen unidades disponibles actualmente que pueden manejar cargas de mas de 10kW. (Boylestad)

Diac
Diac |
Tipo | Semiconductor |
Símbolo electrónico |
|Configuración | Anodo y Catodo |
El DIAC (Diodo para Corriente Alterna) es un dispositivo semiconductor de dos conexiones. Es un diodo bidireccional disparable 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 lampara.
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 anodo y catodo. 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.

Existen dos tipos de DIAC:
* DIAC de tres capas: Es similar a un transistor bipolar sin conexión de base y con las regiones de colector y emisor iguales y muy dopadas. El dispositivo permanece bloqueado hasta que se alcanza la tensión de avalancha en la unión del colector. Esto inyecta corriente en la base que vuelve el transistor conductor, produciéndose un efecto regenerativo. Al ser un dispositivo simétrico, funciona igual en ambas polaridades, intercambiando el emisor y colector sus funciones.
* DIAC de cuatro capas. Consiste en dos diodos Shockley conectados en antiparalelo, lo que le da la característica bidireccional.





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