TIRISTOR


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 Ya hemos hablado de los transistores en la sección de electrónica. Los transistores son los diminutos componentes electrónicos que cambiaron el mundo. Los puedes encontrar en muchos componentes electrónicos, desde calculadoras y ordenadores a teléfonos, radios y aparatos auditivos. Son increíblemente versátiles, pero eso no quiere decir que pueden hacerlo todo. Aunque podemos utilizarlos para controlar pequeñas corrientes eléctricas (como interruptor), y transformar las corrientes pequeñas en otras un poco más grandes (como un amplificador), no son muy útiles cuando se trata de manejar corrientes mucho más grande.

 Otro inconveniente es que se desconectan por completo tan pronto como se retira la corriente de conmutación o de base, lo que significa que no son tan útiles en dispositivos tales como alarmas en las que se desea un circuito para activar y permanecer en forma indefinida.

 Para estos casos es donde entra en juego otro componente electrónico llamado "Tiristor" o que también podemos llamar "Rectificador Controlado de Silicio" (SCR) en lugar de tiristor.

 Hay varios otros tipos de tiristores (incluyendo los llamados diacs y triacs que están diseñados para trabajar con corriente alterna), por lo que los términos no son completamente sinónimos. Sin embargo, para no hacerlo muy complicado, hablaremos de tiristores en los términos más generales y asumiremos que los SCR son exactamente lo mismo.

  ¿Qué es un Tiristor?

 Un tiristor es un componente electrónico que conduce la corriente eléctrica en un solo sentido (como un diodo) y que además para que conduzca en ese sentido tiene que ser activado con una pequeña corriente eléctrica (como un transistor). Podemos decir que es un interruptor que se activa (abre o cierra) eléctricamente, pero a diferencia del transistor, que hace lo mismo, se puede utilizar con grandes corrientes (grandes potencias). Las corrientes que controlan son de 100A (amperios) o más.

 Se dice que los tiristores son biestables (porque tienen dos posiciones) y unidireccionales (porque conducen en una sola dirección. Ahora veamos su símbolo electrónico y como es el componente en realidad y luego explicaremos paso a paso su funcionamiento.

tiristor



 Como ves tiene tres conductores o patillas llamados ánodo (polo positivo = A), cátodo (polo negativo = K), y puerta o gate (G). También se pueden llamar fuente, drenaje y puerta (algo parecido al emisor, colector y base del transistor).

  Tiristor Funcionamiento

  Activación del Tiristor

 Cuando le llega una pequeña corriente a la puerta G, se activa el tiristor (interruptor cerrado entre ánodo y cátodo) y comenzará a pasar una corriente entre el ánodo y el cátodo llamada corriente directa. Mientras no le llegue corriente a la puerta G no habrá corriente entre el ánodo y el cátodo (interruptor abierto). El interruptor es el ánodo y el cátodo; y la puerta G es la que lo cierra o lo abre (activación) por medio de una señal eléctrica.

tiristor funcionamiento

 Desactivación del Tiristor

 Pero además tiene otra diferencia con el transistor, una vez que el tiristor se activa, permanece activado (interruptor cerrado) aunque cortemos la corriente por la patilla o puerta G. En el transistor cuando le deja de llegar corriente a la base se desactiva. Si queremos que deje de pasar corriente entre el ánodo y el cátodo del tiristor la única forma es desconectando la corriente directa de alguna manera como luego veremos.

 Con un transistor, cuando una pequeña corriente fluye en la base, hace que un flujo de corriente más grande se genere entre el emisor y el colector. En otras palabras, que actúa como un interruptor y un amplificador al mismo tiempo. Lo mismo hace un tiristor, la puerta controla la corriente que fluye entre el ánodo y el cátodo, pero como hemos visto tiene varias diferencias.

 OJO el tiristor debe siempre estar polarizado directamente, es decir el ánodo al positivo y el cátodo al negativo, para que pueda empezar a pasar la corriente entre ellos al activarlo, ya que es en el sentido que deja circular corriente entre ánodo y cátodo. Si está polarizado indirectamente nunca pasará corriente entre el ánodo y el cátodo aunque tengamos corriente en la puerta G.

 La corriente necesaria (o mínima) que le tiene que llegar a G para activar el tiristor es lo que se conoce como "Corriente de Disparo". Podríamos hablar de la tensión a la que se activa, en lugar de corriente (ya sabes que para que exista corriente necesitamos una tensión), en este caso se llamará "Tensión de Disparo".

 Otra característica del tiristor es que la tensión o corriente de disparo no es fija, a mayor corriente de disparo (corriente por G = Ig) menor será la tensión de disparo o ruptura Vr. Fíjate en la gráfica siguiente:

curva caracteristica del scr

 Para un tiristor polarizado directamente, la inyección de una corriente por la puerta G al aplicar una tensión positiva entre la puerta G y el cátodo (K) lo activará. Si aumentamos la corriente en G disminuirá la tensión de disparo del tiristor. Fíjate en el siguiente circuito básico con las corrientes y las tensiones.

circuito con tiristor

 Una vez que el tiristor se activa y pasa corriente por la lámpara (entre ánodo y cátodo); la señal de la puerta G pierde todo el control debido a la acción de enganche de los dos transistores internos (que forman el ánodo y cátodo), es decir se auto-bloquea. Por eso decíamos que una vez activado da igual si deja de pasar corriente por G, la corriente de salida I seguirá circulando por el circuito de salida. De hecho si te fijas en el esquema para activar la puerta hemos puesto un pulsador, al apretarlo se activa y al soltarlo deja de pasar corriente a G. También es conveniente poner una resistencia en serie con la Puerta para protegerla para que no le pueda llegar demasiada corriente y quemar el tiristor. Ahora ya podemos usarlo como alarma ¿Recuerdas?

 La aplicación de corriente por la puerta momentáneamente, es suficiente para hacer que se realice y se mantenga de forma permanente "ON" incluso si la señal de puerta se elimina por completo. Para desactivarlo tenemos que cortar la corriente en el circuito de salida, es decir que deje de tener corriente entre el ánodo y el cátodo (desconectarlos). Por es motivo se suele poner un interruptor también en el circuito de salida (ver imagen de más abajo). También es cierto que hay una corriente de ánodo por debajo de la cual el tiristor deja de estar activa sin llegar esta a 0V, esta corriente se llama "corriente de mantenimiento" (IH).

 Una vez desconectado. si ahora queremos volver activar el tiristor deberemos tener cerrado el circuito de salida y hacer llegar de nuevo una señal (corriente) a la puerta.

 Normalmente el circuito básico para un tiristor en corriente continua es el siguiente:

circuito tiristor
 Como ves solo empleamos una pila o alimentación en continua tanto para el circuito de salida como para el de activación. Además hemos puesto un pulsador en el circuito de salida para poder desconectar por completo el tiristor en caso de necesitarlo.

 El Tiristor como Rectificador

 La mayoría de las aplicaciones de los tiristores o/y los SCR son para controlar un circuito de alimentación o salida en corriente alterna (interruptor). Como ya dijimos, el tiristor solo conduce si está polarizado directamente, es decir si el ánodo está al polo positivo y el cátodo al negativo. Pues bien ¿Qué pasaría si la tensión de alimentación y activación fuera la misma y en corriente alterna? Fíjate en el siguiente circuito y luego vamos a explicar su funcionamiento paso a paso:

tiristor en corriente alterna

 Durante el semiciclo positivo de la fuente de corriente alterna (c.a.) el ánodo del tiristor o SCR es mas positivo que el cátodo y están polarizados directamente. Si ahora le llega una señal suficiente a la puerta el tiristor se activará y pasará corriente de entre ánodo y cátodo. Al principio del ciclo positivo de la onda como no le llega la suficiente corriente a la puerta el tiristor estará desactivado. Llegará un momento que le llegue la suficiente corriente o tensión (tensión de disparo) y es entonces cuando el tiristor se activará. Una parte de la onda no estará en la salida al principio.

 Al pasar por cero, mejor dicho por el valor de la corriente de mantenimiento IK, el tiristor se desconecta (sin corriente de salida = interruptor abierto). Durante el otro medio ciclo la polaridad de la fuente es negativa, y esta polaridad hace que el tiristor o SCR quede inversamente polarizado lo cual impide que circule cualquier corriente hacia la carga. Esto significa que no puede estar en conducción por más de medio ciclo. Al volver al ciclo positivo necesitamos activar de nuevo el tiristor con una pequeña corriente en la puerta, pero como está conectada también a la fuente de tensión en alterna, la propia fuente nos la genera.

 Pues resulta que en la parte de la onda positiva de corriente alterna circula corriente y por la parte negativa no circula corriente, haciendo el tiristor de rectificador, ya que la onda de salida quedaría rectificada (solo la parte positiva).

 Para evitar que a la puerta le llegue corriente inversa, podemos hacer el circuito de activación a través de un sencillo diodo simple, para que entrega corriente a la puerta G solo en una dirección y además esta corriente estará un poco desfasada con respecto a la de salida por culpa del receptor o resistencia de salida. Si no colocamos el diodo puede que el tiristor se active con una tensión inversa y esto no debe ocurrir. Fíjate que en la curva característica del tiristor de la figura de arriba también hay una pequeña corriente inversa, de la que no hablamos.

El tiristor así usado es realmente al que se conoce como SCR. hay unos tiristores especiales que son capaces de conducir en los dos sentidos (bidireccionales) y en este tipo la onda de salida o carga en corriente alterna tendría una componente positiva y también otra cuando la onda es negativa. Estos tiristores se llaman "TRIAC" (puedes saber más sobre ellos en el enlace). De estos últimos también haremos un estudio a parte.

 ¿Cómo es un Tiristor Por Dentro?

 Ya hemos visto como funciona el tiristor, pero no hemos estudiado como lo hace realmente. Para todos aquellos que tengan interés vamos a explicarlo. Es muy importante para entenderlo que conozcas perfectamente los semiconductores tipo P, tipo N y la unión PN (en los enlaces tienes las explicaciones si no los conoces). Damos por echo que ya lo sabes, así que empezamos.

 Un tiristor es la unión de 4 semiconductores P y N alternativamente como se ve en la siguiente figura:

estructura tiristor

 Si te fijas es como si tuviéramos la unión de 3 diodos simples D1,D2 y D3. D3 sería el formado por los dos semiconductores intermedios NP.

 Si ponemos una tensión positiva en A y una negativa en K los diodos D1 y D3 están polarizados directamente permitiendo la circulación de la corriente, pero el D2 no lo permite porque está inversamente. Solo circulará corriente cuando polaricemos directamente el D2 mediante una señal en la puerta, que es cuando habrá corriente entre ánodo y cátodo.

tiristor scr
 El cebado o conducción del tiristor o la saturación de los transistores que lo forman se consigue cuando se vence la polarización inversa de la unión N-P interna, para lo cual es preciso aplicar un impulso adecuado, y en este caso positivo, a la zona P desde el exterior y a través de la puerta. Cuando el impulso positivo aplicado a la puerta del tiristor satura los dos transistores que contiene, el tiristor se comporta prácticamente como un interruptor cerrado.

 La misión de la puerta G es polarizar y adelantar el momento de disparo, es decir de la puesta en conducción, pero después de esto ya no tiene ninguna función.

 Si se inyectas portadores de carga en la zona P (huecos) la zona de difusión de D2, se reducirá y como consecuencia, también se reducirá la tensión de disparo. Cuanto mayor sea la corriente de disparo menor será la tensión de disparo, ya que se introducen menor cantidad de portadores en relación al tiempo.

 Para acabar te dejamos un video donde se explica el tiristor y otros componentes de la familia de tiristores como son el DIAC y el TRIAC.





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