Tiristores: características, funcionamiento y aplicaciones

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El uso de los diversos tiristores.

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INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA

PLANTEL ZACATENCO

INGENIERA EN COMUNICACIONES Y ELECTRNICA

DISPOSITIVOS

TIRISTORESTEORA Y APLICACIONES

Grupo:5CV5

Alumno:Salguero Fioratti Jos Luis

Profesor:Jorge Orozco Santamara

MAYO DE 2013NDICE------1INTRODUCCIN------2Definicin------2Funcionamiento bsico------2Fabricacin------2Aplicaciones------3Formas de activar un tiristor------4DIODO SHOCKLEY------6Operacin------7Condiciones de conmutacin------7Ejemplo------8SCR (Rectificador Controlado de Silicio)-----9Operacin-----10Condiciones de conmutacin-----10Ejemplo------11GTO (Interruptor por Control de Puerta)----12Operacin------13Condiciones de conmutacin------13Ejemplo------14SCS (Conmutador Controlado de Silicio)-----15Operacin------16Condiciones de conmutacin------16Ejemplo------17DIAC (Diodo de Corriente Alterna)------18Operacin------19Condiciones de conmutacin------19Ejemplo------20TRIAC (Triodo de Corriente Alterna)-----21Operacin------22Condiciones de conmutacin------22Ejemplo------23Otros Tiristores------24SCR Activado por luz------24SBS Conmutador Bilateral de Silicio------24Bibliografa------25

INTRODUCCIN

Definicin.

Los tiristores son una familia de dispositivos semiconductores de varias capas que presentan una accin de conmutacin biestable, debido a su inherente realimentacin regenerativa. Los materiales de los que se componen son de tipo semiconductor, es decir, dependiendo de la temperatura a la que se encuentren pueden funcionar como aislantes o como conductores. En su gran mayora son dispositivos unidireccionales porque solamente transmiten la corriente en un nico sentido aunque existen combinaciones de ellos que conectados de forma anti paralela se comportan de manera bidireccional, esto quiere decir que la corriente puede viajar a travs de ellos en dos sentidos distintos. Se emplea generalmente para el control de potencia elctrica.

Funcionamiento bsico.

El tiristor es el equivalente electrnico de los interruptores mecnicos; 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.

El diseo del tiristor permite que ste pase rpidamente a encendido al recibir un pulso momentneo de corriente en su terminal de control, denominada puerta (o en ingls, gate), a medida que aumenta la corriente de puerta se desplaza el punto de disparo.

Fabricacin.

Tcnica de Difusin-Aleacin: La parte principal del tiristor est compuesta por un disco de silicio de material tipo N, 2 uniones se obtienen en una operacin de difusin con galio, el cual dopa con impurezas tipo P las 2 caras del disco. En la cara exterior se forma una unin, con un contacto oro-antimonio. Los contactos del nodo y ctodo se realizan con molibdeno. La conexin de puerta se fija a la capa intermedia (tipo P) usando aluminio. Esta tcnica se usa solamente para dispositivos que requieren gran potencia.

Tcnica "Todo Difusin": Se trata de la tcnica ms usada, sobre todo en dispositivos de mediana o baja intensidad, el problema principal de esta tcnica reside en los contactos, cuya construccin resulta ms delicada y problemtica que en el caso de difusin-aleacin. Las 2 capas P se obtienen por difusin del galio o el aluminio, mientras que las capas N se obtienen mediante el sistema de mscaras de xido. El problema principal de este mtodo radica en la multitud de fases que hay que realizar. Aunque ciertas tcnicas permiten paralelizar este proceso.

Tcnica de Barrera Aislante: Esta tcnica es una variante de la anterior. Se parte de un sustrato de silicio tipo N que se oxida por las dos caras, despus en cada una de las 2 caras se hace la difusin con material tipo P. Una difusin muy duradera y a altas temperaturas produce la unin de las 2 zonas P. Despus de este proceso se elimina todo el xido de una de las caras y se abre una ventana en la otra, se realiza entonces en orden a aislar ms zonas de tipo N, una difusin tipo P. Despus de una ltima difusin N el tiristor ya est terminado a falta de establecer las metalizaciones, cortar los dados y encapsularlos.

Aplicaciones

Normalmente son usados en diseos donde hay corrientes o voltajes muy grandes, tambin son comnmente usados para controlar corriente alterna donde el cambio de polaridad de la corriente revierte en la conexin o desconexin del dispositivo. Se puede decir que el dispositivo opera de forma sncrona cuando, una vez que el dispositivo est abierto, comienza a conducir corriente en fase con el voltaje aplicado sobre la unin ctodo-nodo sin la necesidad de replicacin de la modulacin de la puerta. En este momento el dispositivo tiende de forma completa al estado de encendido. No se debe confundir con la operacin simtrica, ya que la salida en la mayora como se mencion anteriormente es unidireccional y va solamente del ctodo al nodo, por tanto en s misma es asimtrica.Los tiristores pueden ser usados tambin como elementos de control en controladores accionados por ngulos de fase, esto es una modulacin por ancho de pulsos para limitar el voltaje en corriente alterna.

En circuitos digitales tambin se pueden encontrar tiristores como fuente de energa o potencial, de forma que pueden ser usados como interruptores automticos magneto-trmicos, es decir, pueden interrumpir un circuito elctrico, abrindolo, cuando la intensidad que circula por l se excede de un determinado valor. De esta forma se interrumpe la corriente de entrada para evitar que los componentes en la direccin del flujo de corriente queden daados.

La primera aplicacin a gran escala de los tiristores fue para controlar la tensin de entrada proveniente de una fuente de tensin, como un enchufe, por ejemplo. A comienzo de los 70 se usaron los tiristores para estabilizar el flujo de tensin de entrada de los receptores de televisin en color.

Se suelen usar para controlar la rectificacin en corriente alterna, es decir, para transformar esta corriente alterna en corriente continua (siendo en este punto los tiristores onduladores o inversores), para la realizacin de conmutaciones de baja potencia en circuitos electrnicos.

Otras aplicaciones comerciales son en electrodomsticos (iluminacin, calentadores, control de temperatura, activacin de alarmas, velocidad de ventiladores), herramientas elctricas (para acciones controladas tales como velocidad de motores, cargadores de bateras), equipos para exteriores (aspersores de agua, encendido de motores de gas, pantallas electrnicas, entre otros).

Formas de activar un tiristor.

Luz: Si un haz de luz incide en las uniones de un tiristor, hasta llegar al mismo silicio, el nmero de pares electrn-hueco aumentar pudindose activar el tiristor.

Corriente de Compuerta: Para un tiristor polarizado en directa, la inyeccin de una corriente de compuerta al aplicar un voltaje positivo entre compuerta y ctodo lo activar. Si aumenta esta corriente de compuerta, disminuir el voltaje de bloqueo directo, revirtiendo en la activacin del dispositivo.

Trmica: Una temperatura muy alta en el tiristor produce el aumento del nmero de pares electrn-hueco, por lo que aumentarn las corrientes de fuga, con lo cual al aumentar la diferencia entre nodo y ctodo, y gracias a la accin regenerativa, esta corriente puede llegar a ser 1, y el tiristor puede activarse. Este tipo de activacin podra comprender una fuga trmica, normalmente cuando en un diseo se establece este mtodo como mtodo de activacin, esta fuga tiende a evitarse.

Alto Voltaje: Si el voltaje directo desde el nodo hacia el ctodo es mayor que el voltaje de ruptura directo, se crear una corriente de fuga lo suficientemente grande para que se inicie la activacin con retroalimentacin. Normalmente este tipo de activacin puede daar el dispositivo, hasta el punto de destruirlo.

Elevacin del voltaje nodo-ctodo: Si la velocidad en la elevacin de este voltaje es lo suficientemente alta, entonces la corriente de las uniones puede ser suficiente para activar el tiristor. Este mtodo tambin puede daar el dispositivo.

DIODO SHOCKLEY

Nombre OficialIEC*Tiristor Diodo de Bloqueo Inverso (Reverse Blocking Diode Thyristor)

Nombre ComnDiodo Shockley

Nmero de Capas4, 3 uniones

Nmero de Terminales2

Disparo Principal MedianteTensin ms alta que la de ruptura del nodo

Valores Mximos Disponibles400v, 300Apico de impulso

Principales AplicacionesDisparador SCR, circuitos de temporizacin, generadores de impulsos

Unidireccional / BidireccionalUnidireccional

* La Comisin Electrotcnica Internacional (CEI o IEC por sus siglas en ingls, International Electrotechnical Commission) es una organizacin de normalizacin en los campos elctrico, electrnico y tecnologas relacionadas. Numerosas normas se desarrollan conjuntamente con la ISO (normas ISO/IEC).

REPRESENTACIN

OPERACIN

El diodo Shockley es un tiristor con dos terminales: nodo y ctodo. Est constituido por cuatro capas semiconductoras que forman una estructura pnpn. Acta como interruptor: est abierto hasta que la tensin directa aplicada alcanza un cierto valor, entonces se cierra y permite la conduccin. La conduccin contina hasta que la corriente se reduce por debajo de un valor especfico.

Donde:IMAX Corriente mxima que acepta el dispositivo en conduccinIH Corriente de sostenimientoVBO Voltaje a partir del cual el dispositivo entra en conduccinVRB Voltaje de ruptura

CONDICIONES DE CONMUTACIN

Cuando se polariza inversamente nodo-ctodo.La destruccin del dispositivo se puede dar por un valor negativo que supere al voltaje de ruptura VRB o bien si se supera la corriente mxima IMAX.Siempre que no se supere IH.

Polarizado directamente n