El tiristor
El tiristor es un componente semiconductor diseñado para realizar una función interruptora o una rectificación controlada.
Su forma de trabajo es similar a la de un diodo ya que únicamente permite el paso de la corriente en un único sentido de circulación, sin embargo se diferencia de éste en que su conducción está regulada por la acción de uno de los electrodos que posee.
Estructura
Está formado por una estructura de cuatro regiones semiconductoras p-n-p-n, formando la primera de ellas el ánodo, la última el cátodo y la región de contacto con éste es la denominada puerta, cuya función es la de “disparo” o puesta en situación de conducción del componente.
Esta estructura puede dividirse, con objeto de analizar su comportamiento en dos partes, formando cada una de ellas un transistor. De esta manera, existirá un transistor p-n-p constituido por el ánodo y las dos regiones siguientes y otro transistor del tipo n-p-n que comprende el cátodo junto con las dos regiones que se consideraron anteriormente. Estos dos transistores estarán unidos eléctricamente en las siguientes zonas:
•La base del p-n-p con el colector del n-p-n.
•El colector del p-n-p con la base de n-p-n y al electrodo denominado puerta.
El circuito obtenido forma una estructura fuertemente retroalimentada ya que cualquier señal que se aplique sobre la puerta será amplificada y saldrá por el colector del transistor n-p-n, alcanzándose la base del p-n-p y amplificándose de nuevo con el colector de éste, que coincide con el terminal de puerta. Entonces el componente entrara rápidamente en saturación y podrá circular una corriente eléctrica entre el emisor del transistor p-n-p que coincide con el ánodo y el emisor n-p-n, que forma el cátodo del elemento.
Disparo
De todo lo anterior se deduce que la entrada en conducción del tiristor depende de la señal que se aplicó a su puerta, pero su permanencia en este estado ya no depende de ella porque es la propia realimentación interna del dispositivo la que le mantiene en conducción. Por lo tanto podrá suprimirse la señal de la puerta sin ejercer ninguna influencia sobre dicha conducción. El dispositivo ha quedado “disparado”. Además de la forma de disparo anterior, existen otras que conviene conocer ya que pueden ser útiles en cualquier aplicación de este componente.
Las diferentes formas de disparo son las siguientes:
•Tensión: Al aumentar la tensión colector-emisor de un transistor puede llegar a provocarse la ruptura por avalancha del mismo. En este momento se llega a una situación similar a la comentada por la realimentación interna, pasando el tiristor a conducción.
•Variación rápida de la tensión: Si la tensión ánodo-cátodo varia bruscamente se produce una transmisión de dicha variación hacia el interior del componente, debido a un efecto capacitivo, iniciándose a partir de ella el proceso regenerativo del disparo.
•Temperatura: El efecto de la temperatura sobre un transistor es la de aumentar la corriente de deriva del colector. En el momento que se alcance la corriente suficiente para iniciar la regeneración, el tiristor pasará a conducción.
•Disparo por la señal de puerta: Esta es la forma más común de disparo y su mecanismo ya ha sido comentado.
•Luz: En el caso de los fototiristores se producirá un disparo con la luz incidente.
Control de la corriente
Obsérvese que a pesar de que los tiristores poseen ciertas analogías con los transistores, se diferencian en todo lo relativo al control de la corriente que circula por ellos. Mientras que un transistor esta corriente está controlada por la acción de la base, en un tiristor no existe ningún control sobre la misma después del momento inicial del disparo.
Es preciso, por lo tanto, definir algún procedimiento de bloqueo del tiristor de forma que pueda volver a estar controlado por cualquiera de los mecanismos de disparos descriptos. Este procedimiento consiste en aplicar entre ánodo y cátodo una tensión inversa con el negativo sobre el ánodo y el positivo sobre el cátodo. De esta manera el tiristor pasará a bloqueo en un corto período de tiempo denominado “tiempo de bloqueo” o en inglés “turn-off time”. La tensión inversa podrá seguidamente ser desconectada manteniéndose el componente en la situación adquirida.
Curvas características
La forma de trabajo del tiristor está perfectamente definida por sus curvas características en las que se representa en el eje vertical la corriente y en el horizontal la tensión ánodo-cátodo. Suelen dibujarse diferentes curvas para diversos valores de tensión de disparo de puerta.
Las curvas presentan tres zonas: la primera situada a la izquierda, con las tensiones inversas entre ánodo y cátodo, muestra el punto de máxima tensión por entrar el dispositivo en avalancha inversa, esta primera zona se extiende hacia la derecha con los diferentes puntos de disparo por puerta hasta llegar al disparo por tensión directa. La segunda zona es la del disparo propiamente dicho en la que se observa un fenómeno muy curioso de resistencia negativa ya que una disminución de tensión produce un aumento de corriente. La tercera zona es la de corriente de mantenimiento a una baja tensión ánodo-cátodo, únicamente limitada por la máxima disipación de potencia del tiristor.
Aplicaciones
Las aplicaciones de los tiristores se extienden desde la rectificación de corrientes alternas, en lugar de los diodos convencionales hasta la realización de determinadas conmutaciones de baja potencia en circuitos electrónicos, pasando por los onduladores o inversores que transforman la corriente continua en alterna.
La principal ventaja que aportan frente a los diodos cuando se les utiliza como rectificadores es que su entrada en conducción estará controlada por la señal de puerta. De esta forma se podrá variar la tensión continua de salida si se hace variar el momento del disparo ya que se obtendrán diferentes ángulos de conducción del ciclo de la tensión o corriente alterna de entrada. Además el tiristor se bloqueará automáticamente al cambiar la alternacia de positiva a negativa ya que en este momento empezará a recibir tensión inversa. Las características que definen un tipo cualquiera de tiristor son las siguientes:
•IT(RMS): Máxima corriente alterna eficaz que puede conducir.
•IT(AV): Máxima corriente continua en conducción de 180º.
•VTM: Tensión directa máxima en conducción de 180º.
•VRRM: Tensión inversa máxima repetitiva que puede aplicarse al tiristor.
•VFRM: Tensión directa máxima que puede aplicarse sin alcanzar el disparo.
•IGT: Corriente mínima de puerta para disparo.
•IGD: Corriente máxima de puerta que puede aplicarse sin alcanzar el disparo.
•VGT: Tensión de puerta necesaria para producir la corriente de disparo.
•VGT máx: Tensión máxima de puerta para el disparo.
•VGT mín: Tensión mínima de puerta para garantizar la corriente de disparo.