MOSFETDe Wikipedia, la enciclopedia libre

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Transistor MOSFET de empobrecimiento canal N.

Transistor MOSFET de empobrecimiento canal P.

MOSFET son las siglas de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. Consiste en un transistor de efecto de campo basado en la estructura MOS. Es el transistor más utilizado en la industria microelectrónica. Prácticamente la totalidad de los circuitos integrados de uso comercial están basados en transistores MOSFET.

Contenido

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1 Historia 2 Funcionamiento

o 2.1 Estado de corte o 2.2 Conducción lineal o 2.3 Saturación o 2.4 Modelos matemáticos

3 Aplicaciones o 3.1 Ventajas

4 Enlaces externos

[editar] Historia

Fue ideado teóricamente por el alemán Julius von Edgar Lilienfeld en 1930, aunque debido a problemas de carácter tecnológico y el desconocimiento acerca de cómo se comportan los electrones sobre la superficie del semiconductor no se pudieron fabricar hasta décadas más tarde. En concreto, para que este tipo de dispositivos pueda funcionar correctamente, la intercara entre el sustrato dopado y el aislante debe ser perfectamente lisa y lo más libre de defectos posible. Esto es algo que sólo se pudo conseguir más tarde, con el desarrollo de la tecnología del silicio. .

[editar] Funcionamiento

Curvas característica y de salida de un transistor MOSFET de acumulación canal n.

Curvas característica y de salida de un transistor MOSFET de deplexión canal n.

Un transistor MOSFET consiste en un sustrato de material semiconductor dopado en el que, mediante técnicas de difusión de dopantes, se crean dos islas de tipo opuesto separadas por un área sobre la cual se hace crecer una capa de dieléctrico culminada por una capa de conductor. Los transistores MOSFET se dividen en dos tipos fundamentales dependiendo de cómo se haya realizado el dopaje:

Tipo nMOS: Sustrato de tipo p y difusiones de tipo n.

Tipo pMOS: Sustrato de tipo n y difusiones de tipo p.

Las áreas de difusión se denominan fuente(source) y drenador(drain), y el conductor entre ellos es la puerta(gate).

El transistor MOSFET tiene tres estados de funcionamiento:

[editar] Estado de corte

Cuando la tensión de la puerta es idéntica a la del sustrato, el MOSFET está en estado de no conducción: ninguna corriente fluye entre fuente y drenador. También se llama mosfet a los aislados por juntura de dos componentes.

[editar] Conducción lineal

Al polarizarse la puerta con una tensión negativa (pMOS) o positiva (nMOS), se crea una región de deplexión en la región que separa la fuente y el drenador. Si esta tensión crece lo suficiente, aparecerán portadores minoritarios (electrones en pMOS, huecos en nMOS) en la región de deplexión que darán lugar a un canal de conducción. El transistor pasa entonces a estado de conducción, de modo que una diferencia de potencial entre fuente y drenador dará lugar a una corriente. El transistor se comporta como una resistencia controlada por la tensión de puerta.

[editar] Saturación

Cuando la tensión entre drenador y fuente supera cierto límite, el canal de conducción bajo la puerta sufre un estrangulamiento en las cercanías del drenador y desaparece. La corriente entre fuente y drenador no se interrumpe, ya que es debido al campo eléctrico entre ambos, pero se hace independiente de la diferencia de potencial entre ambos terminales.

[editar] Modelos matemáticos

Para un MOSFET de canal inducido tipo n en su región lineal:

donde en la que b es el ancho del canal, μn la movilidad de los electrones, ε es la permitividad eléctrica de la capa de óxido, L la longitud del canal y W el espesor de capa de óxido.

Cuando el transistor opera en la región de saturación, la fórmula pasa a ser la siguiente:

Estas fórmulas son un modelo sencillo de funcionamiento de los transistores MOSFET, pero no tienen en cuenta un buen número de efectos de segundo orden, como por ejemplo:

Saturación de velocidad: La relación entre la tensión de puerta y la corriente de drenador no crece cuadráticamente en transistores de canal corto.

Efecto cuerpo: La tensión entre fuente y sustrato modifica la tensión umbral que da lugar al canal de conducción

Modulación de longitud de canal.

[editar] Aplicaciones

La forma más habitual de emplear transistores MOSFET es en circuitos de tipo CMOS, consistentes en el uso de transistores pMOS y nMOS complementarios. Véase Tecnología CMOS

Las aplicaciones de MOSFET discretos más comunes son:

Resistencia controlada por tensión. Circuitos de conmutación de potencia (HEXFET, FREDFET, etc). Mezcladores de frecuencia, con MOSFET de doble puerta.

[editar] Ventajas

La principal aplicación de los MOSFET está en los circuitos integrados, p-mos, n-mos y c-mos, debido a varias ventajas sobre los transistores bipolares:

Consumo en modo estático muy bajo. Tamaño muy inferior al transistor bipolar (actualmente del orden de media micra). Gran capacidad de integración debido a su reducido tamaño. Funcionamiento por tensión, son controlados por voltaje por lo que tienen una

impedencia de entrada muy alta. La intensidad que circula por la puerta es del orden de los nanoamperios.

Un circuito realizado con MOSFET no necesita resistencias, con el ahorro de superficie que conlleva.

La velocidad de conmutación es muy alta, siendo del orden de los nanosegundos. Cada vez se encuentran más en aplicaciones en los convertidores de alta frecuencias y

baja potencia.

Transistor de unión bipolarDe Wikipedia, la enciclopedia libre

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Transistor de unión bipolar.

El transistor de unión bipolar (del inglés Bipolar Junction Transistor, o sus siglas BJT) es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de sus terminales. La denominación de bipolar se debe a que la conducción tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en gran número de aplicaciones; pero tienen ciertos inconvenientes, entre ellos su impedancia de entrada bastante baja.

Los transistores bipolares son los transistores más conocidos y se usan generalmente en electrónica analógica aunque también en algunas aplicaciones de electrónica digital, como la tecnología TTL o BICMOS.

Un transistor de unión bipolar está formado por dos Uniones PN en un solo cristal semiconductor, separados por una región muy estrecha. De esta manera quedan formadas tres regiones:

Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportándose como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores de carga.

Base, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector. Colector, de extensión mucho mayor.

La técnica de fabricación más común es la deposición epitaxial. En su funcionamiento normal, la unión base-emisor está polarizada en directa, mientras que la base-colector en inversa. Los portadores de carga emitidos por el emisor atraviesan la base, porque es muy angosta, hay poca recombinación de portadores, y la mayoría pasa al colector. El transistor posee tres estados de operación: estado de corte, estado de saturación y estado de actividad.

Contenido

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1 Estructura 2 Funcionamiento

o 2.1 Control de tensión, carga y corriente o 2.2 El Alfa y Beta del transistor

3 Tipos de Transistor de Unión Bipolar o 3.1 NPN o 3.2 PNP

o 3.3 Transistor Bipolar de Heterounión 4 Regiones operativas del transistor 5 Historia 6 Teoría y Modelos Matemáticos

o 6.1 Modelos para señales fuertes 6.1.1 El modelo Ebers-Moll

o 6.2 Modelos para señales débiles 6.2.1 Modelo de parámetro h

7 Véase también 8 Enlaces externos

[editar] Estructura

Un transistor de unión bipolar consiste en tres regiones semiconductoras dopadas: la región del emisor, la región de la base y la región del colector. Estas regiones son, respectivamente, tipo P, tipo N y tipo P en un PNP, y tipo N, tipo P, y tipo N en un transistor NPN. Cada región del semiconductor está conectada a un terminal, denominado emisor (E), base (B) o colector (C), según corresponda.

Corte transversal simplificado de un transistor de unión bipolar NPN. Donde se puede apreciar como la unión base-colector es mucho más amplia que la base-emisor.

La base está físicamente localizada entre el emisor y el colector y está compuesta de material semiconductor ligeramente dopado y de alta resistividad. El colector rodea la región del emisor, haciendo casi imposible para los electrones inyectados en la región de la base escapar de ser colectados, lo que hace que el valor resultante de α se acerque mucho hacia la unidad, y por eso, otorgarle al transistor un gran β.

El transistor de unión bipolar, a diferencia de otros transistores, no es usualmente un dispositivo simétrico. Esto significa que intercambiando el colector y el emisor hacen que el transistor deje de funcionar en modo activo y comience a funcionar en modo inverso. Debido a que la estructura interna del transistor está usualmente optimizada para funcionar en modo activo, intercambiar el colector con el emisor hacen que los valores de α y β en modo inverso sean mucho más pequeños que los que se podrían obtener en modo activo; muchas veces el valor de α en modo inverso es menor a 0.5. La falta de simetría es principalmente debido a las tasas de dopaje entre el emisor y el colector. El emisor está altamente dopado, mientras que el colector está ligeramente dopado, permitiendo que pueda ser aplicada una gran tensión de reversa en la unión colector-base antes de que esta colapse. La unión colector-base está polarizada en inversa durante la operación normal. La razón por la cual el emisor está altamente dopado es para aumentar la eficiencia de inyección de portadores del emisor: la tasa de portadores inyectados por el emisor en relación con aquellos inyectados por la base. Para una gran ganancia de corriente, la mayoría de los portadores inyectados en la unión base-emisor deben provenir del emisor.

El bajo desempeño de los transistores bipolares laterales muchas veces utilizados en procesos CMOS es debido a que son diseñados simétricamente, lo que significa que no hay diferencia alguna entre la operación en modo activo y modo inverso.

Pequeños cambios en la tensión aplicada entre los terminales base-emisor genera que la corriente que circula entre el emisor y el colector cambie significativamente. Este efecto puede ser utilizado para amplificar la tensión o corriente de entrada. Los BJT pueden ser pensados como fuentes de corriente controladas por tensión, pero son caracterizados más simplemente como fuentes de corriente controladas por corriente, o por amplificadores de corriente, debido a la baja impedancia de la base.

Los primeros transistores fueron fabricados de germanio, pero la mayoría de los BJT modernos están compuestos de silicio. Actualmente, una pequeña parte de éstos (los transistores bipolares de heterojuntura) están hechos de arseniuro de galio, especialmente utilizados en aplicaciones de alta velocidad.

[editar] Funcionamiento

Característica idealizada de un transistor bipolar.

En una configuración normal, la unión emisor-base se polariza en directa y la unión base-colector en inversa. Debido a la agitación térmica los portadores de carga del emisor pueden atravesar la barrera de potencial emisor-base y llegar a la base. A su vez, prácticamente todos los portadores que llegaron son impulsados por el campo eléctrico que existe entre la base y el colector.

Un transistor NPN puede ser considerado como dos diodos con la región del ánodo compartida. En una operación típica, la unión base-emisor está polarizada en directa y la unión base-colector está polarizada en inversa. En un transistor NPN, por ejemplo, cuando una tensión positiva es aplicada en la unión base-emisor, el equilibrio entre los portadores generados térmicamente y el campo eléctrico repelente de la región agotada se desbalancea, permitiendo a los electrones excitados térmicamente inyectarse en la región de la base. Estos electrones "vagan" a través de la base, desde la región de alta concentración cercana al emisor hasta la región de baja concentración cercana al colector. Estos electrones en la base son llamados portadores minoritarios debido a que la base está dopada con material P, los cuales generan "huecos" como portadores mayoritarios en la base.

La región de la base en un transistor debe ser constructivamente delgada, para que los portadores puedan difundirse a través de esta en mucho menos tiempo que la vida útil del portador minoritario del semiconductor, para minimizar el porcentaje de portadores que se recombinan antes de alcanzar la unión base-colector. El espesor de la base debe ser menor al ancho de difusión de los electrones.

[editar] Control de tensión, carga y corriente

La corriente colector-emisor puede ser vista como controlada por la corriente base-emisor (control de corriente), o por la tensión base-emisor (control de voltaje). Esto es debido a la relación tensión-corriente de la unión base-emisor, la cual es la curva tensión-corriente exponencial usual de una unión PN (es decir, un diodo).

En el diseño de circuitos analógicos, el control de corriente es utilizado debido a que es aproximadamente lineal. Esto significa que la corriente de colector es aproximadamente

β veces la corriente de la base. Algunos circuitos pueden ser diseñados asumiendo que la tensión base-emisor es aproximadamente constante, y que la corriente de colector es β veces la corriente de la base. No obstante, para diseñar circuitos utilizando BJT con precisión y confiabilidad, se requiere el uso de modelos matemáticos del transistor como el modelo Ebers-Moll.

[editar] El Alfa y Beta del transistor

Una forma de medir la eficiencia del BJT es a través de la proporción de electrones capaces de cruzar la base y alcanzar el colector. El alto dopaje de la región del emisor y el bajo dopaje de la región de la base pueden causar que muchos más electrones sean inyectados desde el emisor hacia la base que huecos desde la base hacia el emisor. La ganancia de corriente emisor común está representada por βF o por hfe. Esto es aproximadamente la tasa de corriente continua de colector a la corriente continua de la base en la región activa directa y es típicamente mayor a 100. Otro parámetro importante es la ganancia de corriente base común, αF. La ganancia de corriente base común es aproximadamente la ganancia de corriente desde emisor a colector en la región activa directa. Esta tasa usualmente tiene un valor cercano a la unidad; que oscila entre 0.98 y 0.998. El Alfa y Beta están más precisamente determinados por las siguientes relaciones (para un transistor NPN):

[editar] Tipos de Transistor de Unión Bipolar

[editar] NPN

El símbolo de un transistor NPN.

NPN es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los cuales las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor. La mayoría de los transistores bipolares usados hoy en día son NPN, debido a

que la movilidad del electrón es mayor que la movilidad de los "huecos" en los semiconductores, permitiendo mayores corrientes y velocidades de operación.

Los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la "base") entre dos capas de material dopado N. Una pequeña corriente ingresando a la base en configuración emisor-común es amplificada en la salida del colector.

La flecha en el símbolo del transistor NPN está en la terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.

[editar] PNP

El otro tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las letras "P" y "N" refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor. Pocos transistores usados hoy en día son PNP, debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las circunstancias.

El símbolo de un transistor PNP.

Los transistores PNP consisten en una capa de material semiconductor dopado N entre dos capas de material dopado P. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una carga eléctrica externa. Una pequeña corriente circulando desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector.

La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo

[editar] Transistor Bipolar de Heterounión

El transistor bipolar de heterounión (TBH) es una mejora del BJT que puede manejar señales de muy altas frecuencias, de hasta varios cientos de GHz. Es un dispositivo muy común hoy en día en circuitos ultrarrápidos, generalmente en sistemas de radiofrecuencia.

Los transistores de heterojuntura tienen diferentes semiconductores para los elementos del transistor. Usualmente el emisor está compuesto por una banda de material más larga que la base. Esto ayuda a reducir la inyección de portadores minoritarios desde la base cuando la unión emisor-base está polarizada en directa y esto aumenta la eficiencia de la inyección del emisor. La inyección de portadores mejorada en la base permite que esta pueda tener un mayor nivel de dopaje, lo que resulta en una menor resistencia. Con un transistor de unión convencional, también conocido como transistor bipolar de homojuntura, la eficiencia de la inyección de portadores desde el emisor hacia la base está principalmente determinada por el nivel de dopaje entre el emisor y la base. Debido a que la base debe estar ligeramente dopada para permitir una alta eficiencia de inyección de portadores, su resistencia es relativamente alta.

[editar] Regiones operativas del transistor

Los transistores de unión bipolar tienen diferentes regiones operativas, definidas principalmente por la forma en que son polarizados:

Región activa:

Cuando un transistor no está ni en su región de saturación ni en la región de corte entonces está en una región intermedia, la región activa. En esta región la corriente de colector (Ic) depende principalmente de la corriente de base (Ib), de β (ganancia de corriente, es un dato del fabricante) y de las resistencias que se encuentren conectadas en el colector y emisor. Esta región es la más importante si lo que se desea es utilizar el transistor como un amplificador de señal.

Región inversa:

Al invertir las condiciones de polaridad del funcionamiento en modo activo, el transistor bipolar entra en funcionamiento en modo inverso. En este modo, las regiones del colector y emisor intercambian roles. Debido a que la mayoría de los BJT son diseñados para maximizar la ganancia de corriente en modo activo, el parámetro beta en modo inverso es drásticamente menor al presente en modo activo.

Región de corte: Un transistor está en corte cuando:

corrientedecolector = corrientedeemisor = 0,(Ic = Ie = 0)En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje de alimentación del circuito. (como no hay corriente circulando, no hay caída de voltaje, ver Ley de Ohm). Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib =0)

Región de saturación: Un transistor está saturado cuando:

corrientedecolector = corrientedeemisor = corrientemaxima,(Ic = Ie = Imaxima)En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentación del circuito y de las resistencias conectadas en el colector o el emisor o en ambos, ver Ley de Ohm. Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base es lo suficientemente grande como para inducir una corriente de colector β veces más grande. (recordar que Ic = β * Ib)

[editar] Historia

Replica del primer transistor.

El transistor bipolar fue inventado en Diciembre de 1947 en el Bell Telephone Laboratories por John Bardeen y Walter Brattain bajo la dirección de William Shockley. La versión de unión, inventada por Shockley en 1948, fue durante tres décadas el dispositivo favorito en diseño de circuitos discretos e integrados. Hoy en día, el uso de BJT ha declinado en favor de la tecnología CMOS para el diseño de circuitos digitales integrados.

[editar] Teoría y Modelos Matemáticos

[editar] Modelos para señales fuertes

[editar] El modelo Ebers-Moll

Las corrientes continuas en el emisor y el colector en operación normal son determinadas por:

Modelo Ebers-Moll para transistores NPN

Modelo Ebers-Moll para transistores PNP

La corriente interna de base es principalmente por difusión y

Dónde:

IE es la corriente de emisor. IC es la corriente de colector. αT es la ganancia de corriente directa en configuración base común. (de 0.98 a 0.998) IES es la corriente de saturación inversa del diodo base-emisor (en el orden de 10−15 a

10−12 amperios) VT es el voltaje térmico kT / q (aproximadamente 26 mV a temperatura ambiente ≈ 300

K). VBE es la tensión base emisor. W es el ancho de la base.

La corriente de colector es ligeramente menor a la corriente de emisor, debido a que el valor de αT es muy cercano a 1,0. En el transistor de unión bipolar una pequeña variación de la corriente base-emisor genera un gran cambio en la corriente colector-emisor. La relación entre la corriente colector-emisor con la base-emisor es llamada ganancia, β o hFE. Un valor de β de 100 es típico para pequeños transistores bipolares. En una configuración típica, una señal de corriente muy débil circula a través de la unión base-emisor para controlar la corriente entre emisor-colector. β está relacionada con α a través de las siguientes relaciones:

Eficiencia del emisor:

Otras ecuaciones son usadas para describir las tres corrientes en cualquier región del transistor están expresadas más abajo. Estas ecuaciones están basadas en el modelo de transporte de un transistor de unión bipolar.

Dónde:

iC es la corriente de colector. iB es la corriente de base. iE es la corriente de emisor. βF es la ganancia activa en emisor común (de 20 a 500) βR es la ganancia inversa en emisor común (de 0 a 20) IS es la corriente de saturación inversa (en el orden de 10−15 a 10−12 amperios) VT es el voltaje térmico kT / q (aproximadamente 26 mV a temperatura ambiente ≈ 300

K). VBE es la tensión base-emisor. VBC es la tensión base-colector.

[editar] Modelos para señales débiles

[editar] Modelo de parámetro h

Modelo de parámetro h generalizado para un BJT NPN.Reemplazar x con e, b o c para las topologías EC, BC y CC respectivamente.

Otro modelo comúnmente usado para analizar los circuitos BJT es el modelo de parámetro h. Este modelo es un circuito equivalente a un transistor de unión bipolar y permite un fácil análisis del comportamiento del circuito, y puede ser usado para desarrollar modelos más exactos. Como se muestra, el término "x" en el modelo representa el terminal del BJT dependiendo de la topología usada. Para el modo emisor-común los varios símbolos de la imagen toman los valores específicos de:

x = 'e' debido a que es una configuración emisor común. Terminal 1 = Base Terminal 2 = Colector Terminal 3 = Emisor iin = Corriente de Base (ib) io = Corriente de Colector (ic) Vin = Tensión Base-Emisor (VBE) Vo = Tensión Colector-Emisor (VCE)

Y los parámetros h están dados por:

hix = hie - La impedancia de entrada del transistor (correspondiente a la resistencia del emisor re).

hrx = hre - Representa la dependencia de la curva IB–VBE del transistor en el valor de VCE. Es usualmente un valor muy pequeño y es generalmente despreciado (se considera cero).

hfx = hfe - La ganancia de corriente del transistor. Este parámetro es generalmente referido como hFE o como la ganancia de corriente continua (βDC) in en las hojas de datos.

hox = hoe - La impedancia de salida del transistor. Este término es usualmente especificado como una admitancia, debiendo ser invertido para convertirlo a impedancia.

Como se ve, los parámetros h tienen subíndices en minúscula y por ende representan que las condiciones de análisis del circuito son con corrientes alternas. Para condiciones de corriente continua estos subíndices son expresados en mayúsculas. Para la topología emisor común, un aproximado del modelo de parámetro h es comúnmente utilizado ya que simplifica el análisis del circuito. Por esto los parámetros hoe y hre son ignorados (son tomados como infinito y cero, respectivamente). También debe notarse que el modelo de parámetro h es sólo aplicable al análisis de señales débiles de bajas frecuencias. Para análisis de señales de altas frecuencias este modelo no es utilizado debido a que ignora las capacitancias entre electrodos que entran en juego a altas frecuencias.

Transistor DarlingtonDe Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a navegación, búsqueda

Diagrama de la configuración Darlington.

En electrónica, el transistor Darlington es un dispositivo semiconductor que combina dos transistores bipolares en un tándem (a veces llamado par Darlington) en un único dispositivo.

La configuración (originalmente realizada con dos transistores separados) fue inventada por el ingeniero de los Laboratorios Bell Sidney Darlington. La idea de poner dos o tres transistores sobre un chip fue patentada por él, pero no la idea de poner un número arbitrario de transistores que originaría la idea moderna de circuito integrado.

[editar] Comportamiento

Esta configuración sirve para que el dispositivo sea capaz de proporcionar una gran ganancia de corriente y, al poder estar todo integrado, requiere menos espacio que dos transistores normales en la misma configuración. La ganancia total del Darlington es el producto de la ganancia de los transistores individuales. Un dispositivo típico tiene una ganancia en corriente de 1000 o superior. También tiene un mayor desplazamiento de fase en altas frecuencias que un único transistor, de ahí que pueda convertirse fácilmente en inestable. La tensión base-emisor también es mayor, siendo la suma de ambas tensiones base-emisor, y para transistores de silicio es superior a 1.2V. La beta de un transistor o par darlington se halla multiplicando las de los transistores individuales. la intensidad del colector se halla multiplicando la intensidad de la base por la beta total.

Si β1 y β2son suficientemente grandes, se da que:

Un inconveniente es la duplicación aproximada de la base-emisor de tensión. Ya que hay dos uniones entre la base y emisor de los transistores Darlington, el voltaje base-emisor equivalente es la suma de ambas tensiones base-emisor:

Para la tecnología basada en silicio, en la que cada VBEi es de aproximadamente 0,65 V cuando el dispositivo está funcionando en la región activa o saturada, la tensión base-emisor necesaria de la pareja es de 1,3 V.

Otro inconveniente del par Darlington es el aumento de su tensión de saturación. El transistor de salida no puede saturarse (es decir, su unión base-colector debe permanecer polarizada en inversa), ya que su tensión colector-emisor es ahora igual a la suma de su propia tensión base-emisor y la tensión colector-emisor del primer transistor, ambas positivas en condiciones de funcionamiento normal. (En ecuaciones, VCE2 = VBE2 + VCE1, así VC2 > VB2 siempre.) Por lo tanto, la tensión de saturación de un transistor Darlington es un VBE (alrededor de 0,65 V en silicio) más alto que la tensión de saturación de un solo transistor, que es normalmente 0,1 - 0,2 V en el silicio. Para corrientes de colector iguales, este inconveniente se traduce en un aumento de la potencia disipada por el transistor Darlington comparado con un único transistor.

Otro problema es la reducción de la velocidad de conmutación, ya que el primer transistor no puede inhibir activamente la corriente de base de la segunda, haciendo al dispositivo lento para apagarse. Para paliar esto, el segundo transistor suele tener una resistencia de cientos de ohmios conectada entre su base y emisor. Esta resistencia permite una vía de descarga de baja impedancia para la carga acumulada en la unión base-emisor, permitiendo un rápido apagado.

Diodo SchottkyDe Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a navegación, búsqueda

El diodo Schottky o diodo de barrera Schottky, llamado así en honor del físico alemán Walter H. Schottky, es un dispositivo semiconductor que proporciona conmutaciones muy rápidas entre los estados de conducción directa e inversa (menos de 1ns en dispositivos pequeños de 5 mm de diámetro) y muy bajas tensiones umbral (también conocidas como tensiones de codo, aunque en inglés se refieren a ella como "knee", o sea, de rodilla). La tensión de codo es la diferencia de potencial mínima necesaria para que el diodo actúe como conductor en lugar de circuito abierto; esto, claro, dejando de lado la región Zener, que es cuando más bien existe una diferencia de potencial lo suficientemente negativa para que -a pesar de estar polarizado en contra del flujo de corriente- éste opere de igual forma como lo haría regularmente.

[editar] Funcionamiento

A frecuencias bajas un diodo normal puede conmutar fácilmente cuando la polarización cambia de directa a inversa, pero a medida que aumenta la frecuencia el tiempo de conmutación puede llegar a ser muy bajo, poniendo en peligro el dispositivo.

El diodo Schottky está constituido por una unión metal-semiconductor (barrera Schottky), en lugar de la unión convencional semiconductor P - semiconductor N utilizada por los diodos normales.

Así se dice que el diodo Schottky es un dispositivo semiconductor "portador mayoritario". Esto significa que, si el cuerpo semiconductor está dopado con impurezas tipo N, solamente los portadores tipo N (electrones móviles) desempeñarán un papel significativo en la operación del diodo y no se realizará la recombinación aleatoria y lenta de portadores tipo N y P que tiene lugar en los diodos rectificadores normales, con lo que la operación del dispositivo será mucho más rápida.

[editar] Características

La alta velocidad de conmutación permite rectificar señales de muy altas frecuencias y eliminar excesos de corriente en circuitos de alta intensidad.

A diferencia de los diodos convencionales de silicio, que tienen una tensión umbral —valor de la tensión en directa a partir de la cual el diodo conduce— de 0,7 V, los diodos Schottky tienen una tensión umbral de aproximadamente 0,2 V a 0,4 V empleándose, por ejemplo, como protección de descarga de células solares con baterías de plomo ácido.

La limitación más evidente del diodo de Schottky es la dificultad de conseguir resistencias inversas relativamente elevadas cuando se trabaja con altos voltajes inversos pero el diodo Schottky encuentra una gran variedad de aplicaciones en circuitos de alta velocidad para computadoras donde se necesiten grandes velocidades de conmutación y mediante su poca caída de voltaje en directo permite poco gasto de energía, otra utilización del diodo Schottky es en variadores de alta gama para que la corriente que vuelve desde el motor al variador no pase por el transistor del freno y este no pierda sus facultades.

El diodo Schottky se emplea en varios circuitos integrados de logica TTL. Por ejemplo los tipos ALS y AS permiten que los tiempos de conmutación entre los transistores sean mucho menores puesto que son más superficiales y de menor tamaño por lo que se da una mejora en la relación velocidad/potencia. El tipo ALS permite mayor potencia y menor velocidad que la LS, mientras que las AL presentan el doble de velocidad que las Schottky TTL con la misma potencia.

DiodoDe Wikipedia, la enciclopedia libre

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Tipos de diodos de estado sólido

Diodo de alto vacío

Un diodo (del griego: dos caminos) es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña.

Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest.

Los primeros diodos eran válvulas o tubos de vacío, también llamados válvulas termoiónicas constituídos por dos electrodos rodeados de vacío en un tubo de cristal, con un aspecto similar al de las lámparas incandescentes. El invento fue desarrollado en 1904 por John Ambrose Fleming, empleado de la empresa Marconi, basándose en observaciones realizadas por Thomas Alva Edison.

Al igual que las lámparas incandescentes, los tubos de vacío tienen un filamento (el cátodo) a través del cual circula la corriente, calentándolo por efecto Joule. El filamento está tratado con óxido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vacío circundante los cuales son conducidos electrostáticamente hacia una placa, curvada por un muelle doble, cargada positivamente (el ánodo), produciéndose así la conducción.

Evidentemente, si el cátodo no se calienta, no podrá ceder electrones. Por esa razón, los circuitos que utilizaban válvulas de vacío requerían un tiempo para que las válvulas se calentaran antes de poder funcionar y las válvulas se quemaban con mucha facilidad.

Contenido

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1 Tipos de válvula diodo 2 Diodo pn o Unión pn 3 Polarización directa de un diodo 4 Polarización inversa de un diodo 5 Curva característica del diodo 6 Modelos matemáticos 7 Otros tipos de diodos semiconductores 8 Aplicaciones del diodo 9 Referencias 10 Enlaces externos

Tipos de válvula diodo

Diodo de alto vacío Diodo de gas Rectificador de mercurio

Diodo pn o Unión pn

Los diodos pn, son uniones de dos materiales semiconductores extrínsecos tipos p y n, por lo que también reciben la denominación de unión pn. Hay que destacar que ninguno de los dos cristales por separado tiene carga eléctrica, ya que en cada cristal, el número de electrones y protones es el mismo, de lo que podemos decir que los dos cristales, tanto el p como el n, son neutros. (Su carga neta es 0).

Formación de la zona de carga espacial

Al unir ambos cristales, se manifiesta una difusión de electrones del cristal n al p (Je).

Al establecerse estas corrientes aparecen cargas fijas en una zona a ambos lados de la unión, zona que recibe diferentes denominaciones como zona de carga espacial, de agotamiento, de deplexión, de vaciado, etc.

A medida que progresa el proceso de difusión, la zona de carga espacial va incrementando su anchura profundizando en los cristales a ambos lados de la unión. Sin embargo, la acumulación de iones positivos en la zona n y de iones negativos en la zona p, crea un campo eléctrico (E) que actuará sobre los electrones libres de la zona n con una determinada fuerza de desplazamiento, que se opondrá a la corriente de electrones y terminará deteniéndolos.

Este campo eléctrico es equivalente a decir que aparece una diferencia de tensión entre las zonas p y n. Esta diferencia de potencial (VD) es de 0,7 V en el caso del silicio y 0,3 V si los cristales son de germanio.

La anchura de la zona de carga espacial una vez alcanzado el equilibrio, suele ser del orden de 0,5 micras pero cuando uno de los cristales está mucho más dopado que el otro, la zona de carga espacial es mucho mayor.

Al dispositivo así obtenido se le denomina diodo, que en un caso como el descrito, tal que no se encuentra sometido a una diferencia de potencial externa, se dice que no está

polarizado. Dado que los electrones fluyen desde la zona n hacia la zona p, al extremo p se le denomina ánodo (representándose por la letra A) mientras que al extremo n se le denomina cátodo (se representa por la letra C o K).

Existen también diodos de protección térmica los cuales son capaces de proteger cables.

A (p) C ó K (n)

Representación simbólica del diodo pn

Cuando se somete al diodo a una diferencia de tensión externa, se dice que el diodo está polarizado, pudiendo ser la polarización directa o inversa.

Polarización directa de un diodo

En este caso, la batería disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial, permitiendo el paso de la corriente de electrones a través de la unión; es decir, el diodo polarizado directamente conduce la electricidad.

Para que un diodo esté polarizado directamente, se debe conectar el polo positivo de la batería al ánodo del diodo y el polo negativo al cátodo. En estas condiciones podemos observar que:

El polo positivo de la batería repele los electrones libres del cristal n, con lo que estos electrones se dirigen hacia la unión p-n.

El polo negativo de la batería atrae a los electrones de valencia del cristal p, esto es equivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unión p-n.

Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batería es mayor que la diferencia de potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del cristal n, adquieren la energía suficiente para saltar a los huecos del cristal p, los cuales previamente se han desplazado hacia la unión p-n.

Una vez que un electrón libre de la zona n salta a la zona p atravesando la zona de carga espacial, cae en uno de los múltiples huecos de la zona p convirtiéndose en electrón de valencia. Una vez ocurrido esto el electrón es atraído por el polo positivo de la batería y se desplaza de átomo en átomo hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se introduce en el hilo conductor y no llega hasta la batería.

Polarización inversa de un diodo

En este caso, el polo negativo de la batería se conecta a la zona p y el polo positivo a la zona n, lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y la tensión en dicha zona hasta que se alcanza el valor de la tensión de la batería, tal y como se explica a continuación:

El polo positivo de la batería atrae a los electrones libres de la zona n, los cuales salen del cristal n y se introducen en el conductor dentro del cual se desplazan hasta llegar a la batería. A medida que los electrones libres abandonan la zona n, los átomos pentavalentes que antes eran neutros, al verse desprendidos de su electrón en el orbital de conducción, adquieren estabilidad (8 electrones en la capa de valencia, ver semiconductor y átomo) y una carga eléctrica neta de +1, con lo que se convierten en iones positivos.

El polo negativo de la batería cede electrones libres a los átomos trivalentes de la zona p. Recordemos que estos átomos sólo tienen 3 electrones de valencia, con lo que una vez que han formado los enlaces covalentes con los átomos de silicio, tienen solamente 7 electrones de valencia, siendo el electrón que falta el denominado hueco. El caso es que cuando los electrones libres cedidos por la batería entran en la zona p, caen dentro de estos huecos con lo que los átomos trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en su orbital de valencia) y una carga eléctrica neta de -1, convirtiéndose así en iones negativos.

En esta situación, el diodo no debería conducir la corriente; sin embargo, debido al efecto de la temperatura se formarán pares electrón-hueco (ver semiconductor) a ambos lados de la unión produciendo una pequeña corriente (del orden de 1 μA) denominada corriente inversa de saturación. Además, existe también una denominada corriente superficial de fugas la cual, como su propio nombre indica, conduce una pequeña corriente por la superficie del diodo; ya que en la superficie, los átomos de silicio no están rodeados de suficientes átomos para realizar los cuatro enlaces covalentes necesarios para obtener estabilidad. No obstante, al igual que la corriente inversa de saturación, la corriente superficial de fuga no es despreciable.

Curva característica del diodo

Tensión umbral, de codo o de partida (Vγ ).La tensión umbral (también llamada barrera de potencial) de polarización directa coincide en valor con la tensión de la zona de carga espacial del diodo no polarizado. Al polarizar directamente el diodo, la barrera de potencial inicial se va reduciendo, incrementando la corriente ligeramente, alrededor del 1% de la nominal. Sin embargo, cuando la tensión externa supera la tensión umbral, la barrera de potencial desaparece, de forma que para pequeños incrementos de tensión se producen grandes variaciones de la intensidad de corriente.

Corriente máxima (Imax ).Es la intensidad de corriente máxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Dado que es función de la cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseño del mismo.

Corriente inversa de saturación (Is ).Es la pequeña corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la

formación de pares electrón-hueco debido a la temperatura, admitiéndose que se duplica por cada incremento de 10º en la temperatura.

Corriente superficial de fugas.Es la pequeña corriente que circula por la superficie del diodo (ver polarización inversa), esta corriente es función de la tensión aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensión, aumenta la corriente superficial de fugas.

Tensión de ruptura (Vr ).Es la tensión inversa máxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha.

Teóricamente, al polarizar inversamente el diodo, este conducirá la corriente inversa de saturación; en la realidad, a partir de un determinado valor de la tensión, en el diodo normal o de unión abrupta la ruptura se debe al efecto avalancha; no obstante hay otro tipo de diodos, como los Zener, en los que la ruptura puede deberse a dos efectos:

Efecto avalancha (diodos poco dopados). En polarización inversa se generan pares electrón-hueco que provocan la corriente inversa de saturación; si la tensión inversa es elevada los electrones se aceleran incrementando su energía cinética de forma que al chocar con electrones de valencia pueden provocar su salto a la banda de conducción. Estos electrones liberados, a su vez, se aceleran por efecto de la tensión, chocando con más electrones de valencia y liberándolos a su vez. El resultado es una avalancha de electrones que provoca una corriente grande. Este fenómeno se produce para valores de la tensión superiores a 6 V.

Efecto Zener (diodos muy dopados). Cuanto más dopado está el material, menor es la anchura de la zona de carga. Puesto que el campo eléctrico E puede expresarse como cociente de la tensión V entre la distancia d; cuando el diodo esté muy dopado, y por tanto d sea pequeño, el campo eléctrico será grande, del orden de 3·105 V/cm. En estas condiciones, el propio campo puede ser capaz de arrancar electrones de valencia incrementándose la corriente. Este efecto se produce para tensiones de 4 V o menores.

Para tensiones inversas entre 4 y 6 V la ruptura de estos diodos especiales, como los Zener, se puede producir por ambos efectos.

Modelos matemáticos

El modelo matemático más empleado es el de Shockley (en honor a William Bradford Shockley) que permite aproximar el comportamiento del diodo en la mayoría de las aplicaciones. La ecuación que liga la intensidad de corriente y la diferencia de potencial es:

Donde:

I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo VD es la diferencia de tensión entre sus extremos. IS es la corriente de saturación (aproximadamente 10 − 12A) q es la carga del electrón cuyo valor es 1.6 * 10 − 19

T es la temperatura absoluta de la unión k es la constante de Boltzmann n es el coeficiente de emisión, dependiente del proceso de fabricación del diodo y que

suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para el silicio). El término VT = kT/q = T/11600 es la tensión debida a la temperatura, del orden de 26

mV a temperatura ambiente (300 K ó 27 °C).

Con objeto de evitar el uso de exponenciales (a pesar de ser uno de los modelos más sencillos), en ocasiones se emplean modelos más simples aún, que modelan las zonas de funcionamiento del diodo por tramos rectos; son los llamados modelos de continua o de Ram-señal que se muestran en la figura. El más simple de todos (4) es el diodo ideal.

Otros tipos de diodos semiconductores

Diodo doble 6CH2P (6X2Π) de fabricación rusa usado como rectificador de media onda

Diodo avalancha Diodo rectificador Fotodiodo Diodo Gunn Diodo láser Diodo emisor de luz (LED e IRED) Diodo p-i-n Diodo Schottky o diodo de barrera Schottky Diodo Shockley (diodo de cuatro capas) Diodo túnel o diodo Esaki Diodo Varicap Diodo Zener

Aplicaciones del diodo

Rectificador de media onda Rectificador de onda completa

Rectificador en paralelo Doblador de tension Estabilizador Zener Recortador Circuito fijador Multiplicador de tensión Divisor de tensión

Diodo ShockleyDe Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a navegación, búsqueda

Símbolo del diodo Shockley.

Gráfica V-I del diodo Shockley

Un diodo Shockley es un dispositivo de dos terminales que tiene dos estados estables: OFF o de alta impedancia y ON o baja impedancia. No se debe confundir con el diodo de barrera Schottky.

Está formado por cuatro capas de semiconductor tipo n y p, dispuestas alternadamente. Es un tipo de tiristor.

La característica V-I se muestra en la figura. La región I es la región de alta impedancia (OFF) y la III, la región de baja impedancia. Para pasar del estado OFF al ON, se aumenta la tensión en el diodo hasta alcanzar Vs, tensión de conmutación. La impedancia del diodo desciende bruscamente, haciendo que la corriente que lo atraviese se incremente y disminuya la tensión, hasta alcanzar un nuevo equilibrio en la región III (Punto B). Para volver al estado OFF, se disminuye la corriente hasta Ih, corriente de mantenimiento. Ahora el diodo aumenta su impedancia, reduciendo, todavía más la corriente, mientras aumenta la tensión en sus terminales, cruzando la región II, hasta que alcanza el nuevo equilibrio en la región I (Punto A).

Vrb es la tensión inversa de avalancha.

Este dispositivo fue desarrollado por W. Shockley tras abandonar los Laboratorios Bell y fundar Shockley Semiconductor. Fueron fabricados por Clevite-Shockley.

DiacDe Wikipedia, la enciclopedia libre(Redirigido desde DIAC)Saltar a navegación, búsqueda

DIAC.

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 lámpara de neón.

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 ánodo y cátodo. 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.

DIAC de tres capas

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.

El DIAC es un diodo de disparo bidireccional, especialmente diseñado para disparar TRIACs y Tiristores (es un dispositivo disparado por tensión).

Tiene dos terminales: MT1 y MT2. Ver el diagrama.

El DIAC se comporta como dos diodos zener conectados en serie, pero

orientados en formas opuesta. La conducción se da cuando se ha superado el valor de tensión del zener que está conectado en sentido opuesto.

El DIAC normalmente no conduce, sino que tiene una pequeña corriente de fuga. La conducción aparece cuando la tensión de disparo se alcanza.

Cuando la tensión de disparo se alcanza, la tensión en el DIAC se reduce y entra en conducción dejando pasar la corriente necesaria para el disparo del SCR o TRIAC. Se utiliza principalmente en aplicaciones de control de potencia mediante control de fase.

La curva característica del DIAC se muestra a continuación

En la curva característica se observa que cuando - +V o - V es menor que la tensión de disparo, el DIAC se comporta como

un circuito abierto- +V o - V es mayor que la tensión de disparo, el DIAC se comporta como un cortocircuito

Sus principales características son:- Tensión de disparo- Corriente de disparo- Tensión de simetría (ver grafico anterior)- Tensión de recuperación- Disipación de potencia (Los DIACs se fabrican con capacidad de disipar potencia de 0.5 a 1 watt.) 

SBSDe Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a navegación, búsqueda

Para el grupo de radio y televisión pública australiano, véase Special Broadcasting Service.

Circuito equivalente de un SBS.

Catacterística V-I de un SBS. La puerta está desconectada.

Se llama SBS (Silicon Bilateral Switch) a una clase de tiristor bidireccional. Está formado por dos SUS conectados en antiparalelo. A diferencia de otros tiristores, el SBS, desde un punto de vista tecnológico, no es una versión mejorada del diodo npnp, sino que es un circuito integrado que incorpora diodos Zener conectados a la puerta, transistores y resistencias. Esto le da la ventaja de poder aparear estrechamente los componentes, consiguiendo una asimetría en la tensión de disparo inferior a medio voltio. Aunque funciona como un dispositivo de dos puertas, se ha incorporado un electrodo de puerta para una mayor flexibilidad en el uso del dispositivo.

[editar] Véase también

SUS Triac Tiristor

[editar] Referencias

SZE, S. M. "Physics of Semiconductor Devices". John Wiley & sons, Inc., 1981. Motorola: Thyristor Device Data.

Símbolo del SBS.Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/SBS"Categoría: Componentes activos

SIDAC

El SIDAC es un dispositivo bilateral de disparo de alta tensión y corriente.

Es básicamente un diodo de cuatro capas con unas características eléctricas simétricas.

En la figura 12.4.a se describe su estructura física, en la figura 12.4.b el símbolo de este dispositivo y en la figura 12.4.c sus características eléctricas simétricas.

El SIDAC se utiliza en aquellas aplicaciones que se necesitan una tensión de disparo VBO cuyos valores están comprendidos entre 120 V y 270V (típicos).

El MKP3V120 de Motorola es un ejemplo típico de un SIDAC, con una corriente máxima de 1A y una tensión de ruptura de VBO = 120 V (pertenece a la serie MKP3VXXX en donde las tres últimas cifras definen la VBO).

En la figura 12.5 se indican sus características I-V en estado de conducción.

En este caso, la tensión ánodo-cátodo es aproximadamente ~1.1V prácticamente independiente de la corriente.

Una de las aplicaciones más típicas del SIDAC es como generador de diente de sierra en donde se aprovecha las características de disparo y bloqueo de este dispositivo.

DEFINICIÓN.DEFINICIÓN.  

El  SCR (SCR (Silicon Controlled Rectifier o Rectificador Controlado de Silicio, Figura 1), es un dispositivo semiconductor biestable biestable formado por tres uniones pn con la disposición pnpn (Figura 2). Está formado por tres terminales, llamados ÁnodoÁnodo, CátodoCátodo y PuertaPuerta. La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional (Es un elemento unidireccional (sentido de la corriente es único), conmutador casi ideal, , conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez.rectificador y amplificador a la vez.

            

   

  Figura 1: Símbolo del  SCR.       2.    ESTRUCTURA.         

   Figura 2 : Estructura  básica del  SCR.

            3.3.       CURVA CARACTERÍSTICA Y FUNCIONAMIENTO.CURVA CARACTERÍSTICA Y FUNCIONAMIENTO.  La curva característica del SCR es la representada en el siguiente Applet:   

                       En el Applet se muestra la curva característica típica de un tiristor SCR, representándose la corriente de ánodo (Ia) en función de la tensión aplicada entre ánodo y cátodo (Vak). Cuando la tensión Vak es nula, también lo es la intensidad de corriente Ia. Al aumentar dicha tensión en sentido directo, con corriente de puerta nula, si se supera la tensión Vb0, la transición de estado OFF a ON deja de ser controlada. Si se desea que el paso al estado "ON" se realice para tensiones Vak inferiores a Vb0, será necesario dotar al dispositivo de la corriente de puerta (Ig) adecuada para que dicha transición se realice cuando la intensidad de ánodo supere la intensidad de enganche (IL ). Por el contrario, si el dispositivo esta en conducción, la transición al estado "OFF" se produce cuando la corriente de ánodo caiga por debajo de la intensidad de corriente de mantenimiento (Ih).

           Tanto para el estado de bloqueo directo, como para el estado de polarización inversa, existen unas pequeñas corrientes de fugascorrientes de fugas. Cuando se polariza inversamente se observa una débil corriente inversa (de fuga) hasta que alcanza el punto de tensión inversa máxima que provoca la destrucción del mismo.            El SCR es, por tanto, un dispositivo conductor solo en el primer cuadrante, en el cual el disparo se provoca por:--       tensión suficientemente elevadatensión suficientemente elevada aplicada entre ánodo y cátodo,-     intensidad intensidad  en la puerta. Se puede controlar así la tensión necesaria entre ánodo y cátodo para la transición OFF ON, usando la corriente de puerta adecuada.                                   4.4.       CARACTERÍSTICAS GENERALESCARACTERÍSTICAS GENERALES..             • Interruptor casi ideal.            • Soporta tensiones altas.            • Amplificador eficaz.            • Es capaz de controlar grandes potencias.            • Fácil controlabilidad.            • Relativa rapidez.            • Características en función de situaciones pasadas (memoria).                         4.14.1       CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS.CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS.                      Las características estáticas corresponden a la región ánodo - cátodo y son los valores máximos que colocan al elemento en límite de sus posibilidades:- Tensión inversa de pico de trabajo .............................................: VVRWMRWM

- Tensión directa de pico repetitiva ...............................................: VVDRMDRM

- Tensión directa ...........................................................................: V VTT

- Corriente directa media ...............................................................: : IITAVTAV

- Corriente directa eficaz ................................................................: ...............................................: IITRMSTRMS

- Corriente directa de fugas ............................................................: IIDRMDRM

- Corriente inversa de fugas ............................................................: I IRRMRRM

- Corriente de mantenimiento ..........................................................: I IHH

                Las características térmicas a tener en cuenta al trabajar con tiristores son:- Temperatura de la unión ................................................................: Tj

- Temperatura de almacenamiento ...................................................: Tstg

- Resistencia térmica contenedor-disipador ......................................: Rc-d

- Resistencia térmica unión-contenedor ............................................: Rj-c

- Resistencia térmica unión-ambiente.................................................: Rj-a

- Impedancia térmica unión-contenedor.............................................: Zj-c

                         4.2    CARACTERÍSTICAS DE CONTROL.

           Corresponden a la región puerta-cátodo y determinan las propiedades del circuito de mando que responde mejor a las condiciones de disparo. Los fabricantes definen las

siguientes  características: -Tensión directa máx. ....................................................................: VVGFMGFM

- Tensión inversa máx. ...................................................................: VVGRMGRM

- Corriente máxima..........................................................................: IIGMGM

- Potencia máxima ..........................................................................: P PGMGM

- Potencia media .............................................................................:.: P PGAVGAV

- Tensión puerta-cátodo para el encendido......................................: VVGTGT

- Tensión residual máxima que no enciende ningún elemento.............: VVGNTGNT

- Corriente de puerta para el encendido ...........................................: IIGTGT

- Corriente residual máxima que no enciende ningún elemento............: IIGNTGNT

                        Entre los anteriores destacan:-    VGT e IGT , que determinan las condiciones de encendido del dispositivo semiconductor.-    VGNT e IGNT, que dan los valores máximos de corriente y de tensión, para los cuales en condiciones normales de temperatura, los tiristores no corren el riesgo de dispararse de modo indeseado.

            4.2.1    Área de disparo seguro.               

En esta área (Figura 3) se obtienen las condiciones de disparo del SCR. Las tensiones y  corrientes admisibles para el disparo se encuentran en el interior de la zona formada por las  curvas:

•    Curva A y B: límite superior e inferior de la tensión puerta-cátodo en función de la corriente positiva de puerta, para una corriente nula de ánodo.

•    Curva C: tensión directa de pico admisible VGF.•    Curva D: hipérbola de la potencia media máxima PGAV que no debemos

sobrepasar. 

   

                                                                        Figura 3. Curva características de puerta del tiristor.

        El diodo puerta (G) - cátodo (K) difiere de un diodo de rectificación en los siguientes puntos:

Una caída de tensión en sentido directo más elevada. Mayor dispersión para un mismo tipo de tiristor.  4.3    CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS.

            4.3.1 Características dinámicas.

• Tensiones transitorias:- Valores de la tensión superpuestos a la señal de la fuente de alimentación.- Son breves y de gran amplitud.- La tensión inversa de pico no repetitiva (VRSM) debe estar dentro de esos valores.• Impulsos de corriente:- Para cada tiristor se publican curvas que dan la cantidad de ciclos durante los cuales puede tolerarse una corriente de pico dada (Figura 4). - A mayor valor del impuso de corriente, menor es la cantidad de ciclos.- El tiempo máximo de cada impulso está limitado por la temperatura media de la unión. 

  Figura 4. Curva de limitación de impulsos de corriente.

• Ángulos de conducción:- La corriente y tensión media de un SCR dependen del ángulo de conducción.- A mayor ángulo de conducción, se obtiene a la salida mayor potencia.- Un mayor ángulo de bloqueo o disparo se corresponde con un menor ángulo de conducción (Figura 5): 

ángulo de conducción  =  180º  -   ángulo de disparo 

- Conociendo la variación de la potencia disipada en función de los diferentes ángulos de  conducción podremos calcular las protecciones necesarias.

Figura 5. Ángulo de bloqueo y conducción de un tiristor.  4.3.2 Características de conmutación.  Los tiristores no son interruptores perfectos, necesitan un tiempo para pasar de

corte a conducción y viceversa. Vamos a analizar este hecho. 

4.3.2.1 Tiempo de encendido (Ton):

  Es el tiempo que tarda el tiristor en pasar de corte a conducción. Se divide en dos

partes (Figura 6):

• Tiempo de retardo (td): tiempo que transcurre desde que la corriente de puerta

alcanza el 50 % de su valor final hasta que la corriente de ánodo alcanza el 10 % de su valor máximo. Depende de la corriente de mando, de la tensión ánodo - cátodo y de la temperatura (td disminuye si estas magnitudes aumentan).

• Tiempo de subida (tr): tiempo necesario para que la corriente de ánodo pase del 10 % al 90 % de su valor máximo, o, el paso de la caída de tensión en el tiristor del 90 % al 10 % de su valor inicial.

   

Ton = td +

tr                             

Figura 6. Tiempo de encendido.     

4.3.2.2    Tiempo de apagado (Toff

):

            Es el tiempo que tarda el tiristor en pasar de conducción a corte. Se divide en dos partes (Figura 7):

• Tiempo de recuperación inversa (trr): tiempo en el que las cargas acumuladas en la conducción del SCR, por polarización inversa de este, se eliminan parcialmente.

• Tiempo de recuperación de puerta (tgr): tiempo en el que, en un número suficiente bajo, las restantes cargas acumuladas se recombinan por difusión, permitiendo que la puerta recupere su capacidad de gobierno.

 

Toff = trr + tgr  

 

                        Figura 7. Tiempo de apagado.    La extinción del tiristor se producirá por dos motivos:  reducción de la corriente

de ánodo por debajo de la  corriente de mantenimiento y por anulación de la corriente de ánodo.

   

4.4    CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS.

            Dependiendo de las condiciones de trabajo de un tiristor, éste disipa una cantidad de energía que produce un aumento de la temperatura en las uniones del semiconductor. Este aumento de la temperatura provoca un aumento de la corriente de fugas, que a su vez provoca un aumento de la temperatura, creando un fenómeno de acumulación de calor que debe ser evitado. Para ello se colocan disipadores de calor.

      5. 5.        MÉTODOS DE DISPAROMÉTODOS DE DISPARO..

           Para que se produzca el cebado de un tiristor, la unión ánodo - cátodo debe estar polarizada en directo y la señal de mando debe permanecer un tiempo suficientemente larga como para permitir que el tiristor alcance un valor de corriente de ánodo mayor que IL, corriente necesaria para permitir que el SCR comience a conducir. Para que, una vez disparado, se mantenga en la zona de conducción deberá circular una corriente mínima de valor IH, marcando el paso del estado de conducción al estado de bloqueo directo.            

Los distintos métodos de disparo de los tiristores son:

- Por puerta.- Por módulo de tensión. - Por gradiente de tensión (dV/dt) - Disparo por radiación. - Disparo por temperatura.   

  El modo usado normalmente es el disparo por puerta. Los disparos por módulo y gradiente de tensión son modos no deseados.

    5.1    DISPARO POR PUERTA.

            Es el proceso utilizado normalmente para disparar un tiristor. Consiste en la aplicación en la puerta de un impulso positivo de intensidad, entre los terminales de puerta y cátodo a la vez que mantenemos una tensión positiva entre ánodo y cátodo.

Figura 8. Circuito de control por puerta de un SCR.

-    El valor requerido de VT necesario para disparar el SCR es:                                      VT = VG + IG × R-    R viene dada por la pendiente de la recta tangente a la curva de máxima disipación de potencia para obtener la máxima seguridad en el disparo (Figura 9).                                       R = VFG / IFG                                                    

Figura 9. Recta tangente a la curva de máxima disipación de potencia.

 

            5.2    DISPARO POR MÓDULO DE TENSIÓN.

           Es el debido al mecanismo de multiplicación por avalancha. Esta forma de disparo no se emplea para disparar al tiristor de manera intencionada; sin embargo ocurre de forma fortuita provocada por sobre tensiones anormales en los equipos electrónicos.

            5.3    DISPARO POR GRADIENTE DE TENSIÓN.

            Una subida brusca del potencial de ánodo en el sentido directo de conducción provoca el disparo. Este caso más que un método, se considera un inconveniente.

Figura 10. Zona de disparo por gradiente de tensión.

 

            5.4    DISPARO POR RADIACIÓN.

            Está asociado a la creación de pares electrón-hueco por la absorción de la luz del elemento semiconductor. El SCR activado por luz se llama LASCR.

            5.5   DISPARO POR TEMPERATURA.

            El disparo por temperatura está asociado al aumento de pares electrón - hueco generados en las uniones del semiconductor. Así, la suma (1+2) tiende rápidamente a la unidad al aumentar la temperatura. La tensión de ruptura permanece constante hasta un cierto valor de la temperatura y disminuye al aumentar ésta.   

            6.    CONDICIONES NECESARIAS PARA EL CONTROL DE UN SCR.CONDICIONES NECESARIAS PARA EL CONTROL DE UN SCR.

    Para el control en el disparo:- Ánodo positivo respecto al cátodo.- La puerta debe recibir un pulso positivo con respecto al cátodo.- En el momento del disparo Iak > IL.

    Para el control en el corte:- Anulamos la tensión Vak.- Incrementamos RL hasta que Iak< IH.

  

            7.    LIMITACIONES DEL TIRISTOR.

            7.1    LIMITACIONES DE LA FRECUENCIA DE FUNCIONAMIENTO.

- La frecuencia de trabajo en los SCR no puede superar ciertos valores.- El límite es atribuible a la duración del proceso de apertura y cierre del dispositivo.- La frecuencia rara vez supera los 10 Khz.

            7.2    LIMITACIONES DE LA PENDIENTE DE TENSIÓN dV/dt.

            "dV/dt" es el valor mínimo de la pendiente de tensión por debajo del cual no se producen picos transitorios de tensión de corta duración, gran amplitud y elevada velocidad de crecimiento.

a) Causas:- La alimentación principal produce transitorios difíciles de prever en aparición, duración (inversamente proporcional a su amplitud) y amplitud.- Los contactores entre la alimentación de tensión y el equipo: cuya apertura y cierre pueden producir transitorios de elevada relación dV/dt (hasta 1.000 V/µs) produciendo el basculamiento del dispositivo.- La conmutación de otros tiristores cercanos que introducen en la red picos de tensión.

b) Efectos:- Puede provocar el cebado del tiristor, perdiendo el control del dispositivo.- La dV/dt admisible varia con la temperatura.

            7.3    LIMITACIONES DE LA PENDIENTE DE INTENSIDAD dI/dt.

            "dI/dt" es el valor mínimo de la pendiente de la intensidad por debajo de la cual no se producen puntos calientes.

a) Causas:- Durante el cebado, la zona de conducción se reduce a una parte del cátodo cerca de la puerta, si el circuito exterior impone un crecimiento rápido de la intensidad, en esta zona la densidad de corriente puede alcanzar un gran valor.- Como el cristal no es homogéneo, existen zonas donde la densidad de Intensidad es mayor (puntos calientes).

b) Efectos:- En la conmutación de bloqueo a conducción la potencia instantánea puede alcanzar valores muy altos.- La energía disipada producirá un calentamiento que, de alcanzar el límite térmico crítico, podría destruir el dispositivo.

            7.4    PROTECCIONES CONTRA dV/dt Y dI/dt.

            Solución: colocar una red RC en paralelo con el SCR y una L en serie. Calculo: método de la constante de tiempo y método de la resonancia.

Figura 11. Circuito de protección contra dV/dt y dI/dt.

            7.4.1    Método de la constante de tiempo.

• Cálculo de R y C:1.    Se calcula el valor mínimo de la constante de tiempo ζ de la dV/dt del dispositivo y  el valor de R y C:

                                             ζ = ( 0,63 × VDRM ) / ( dV/dt )mín  

                                            C = ζ / RL

                                            Rs = VA(máx) / ( ITSM - IL ) × Γdonde:   

VDRM = tensión de pico repetitiva de bloqueo directo.IL = corriente en la carga.RL = resistencia de carga.ITSM = corriente directa de pico no repetitiva.VA(máx) = tensión de ánodo máxima.Γ = coeficiente de seguridad (de 0,4 a 0,1).

2.    Hallamos el valor de Rmín que asegura la no superación de la dI/dt máxima especificada (a partir de la ecuación de descarga de C):

                                            R mín  = ( VA(máx)   / ( dI /dt ) × C )½

• Cálculo de L:                                                               L = VA(máx)  / ( dI / dt)             7.4.2    Método de la resonancia. -    Elegimos R, L y C para entrar en resonancia.     El valor de la frecuencia es:                                                              f = (dV / dt ) /  2 VA (máx)

En resonancia:  

                                             f =  1 /  2 (LC)½      C =  1 / ( 2f L

El valor de L es el que más nos interese, normalmente:  L= 50 µH.

El valor de R será:                Rs = (L / C)½

 

            7.5    LIMITACIONES DE LA TEMPERATURA.

    En los semiconductores de potencia, se producen pérdidas durante el funcionamiento que se traducen en un calentamiento del dispositivo.   

    Si los períodos de bloqueo y de conducción en un tiristor son repetitivos, la potencia media disipada en un tiristor será:

 

    La potencia disipada en los tiristores durante la conducción, es mucho mayor que la disipada durante el bloqueo y que la potencia disipada en la unión puerta - cátodo. Podemos decir que las pérdidas con una tensión de alimentación dada y una carga fija, aumentan con el ángulo de conducción (α).

    Si la conducción se inicia en t1 y termina en t2, la potencia media de perdidas será:

    Si representamos la VAK en función de la IA, tendremos la siguiente relación:       

VAK =  V0 +  IA × R 

   V0 y R son valores aproximadamente constantes para una determinada familia de tiristores y para una determinada temperatura de la unión. En éste caso nos encontraremos dentro de la zona directa de la curva característica (Figura 12).

Figura 12.

    Operando con las ecuaciones anteriores:

PAV  =  V0 × IA(AV)  +  R × ( IA(RMS))2

    Esta ecuación se encuentra representada mediante curvas para distintas formas de onda (sinusoidal, rectangular,...) y para distintos ángulos de conducción en la figura siguiente.      La potencia que se disipa, depende del valor medio de la corriente y del valor eficaz,

entonces dependerá del factor de forma:                                                                                                          

                                                                                                                                          a = f =  IA(RMS)  /  IA(AV) 

Figura 13.

  Una vez elegido el tiristor y teniendo en cuenta los parámetros más importantes

como son la potencia total disipada y temperatura, y calculada también la potencia media que disipa el elemento en el caso más desfavorable, procederemos a calcular el disipador o radiador más apropiado para poder evacuar el calor generado por el elemento semiconductor al medio ambiente. 

   

             8. EXTINCIÓN DEL TIRISTOR. TIPOS DE CONMUTACIÓN.                Entenderemos por extinción, el proceso mediante el cual, obligaremos al tiristor que estaba en conducción a pasar a corte. En el momento en que un tiristor empieza a conducir, perdemos completamente el control sobre el mismo.                

               El tiristor debe presentar en el tiempo ciertas condiciones para pasar de nuevo a corte. Este estado implica simultáneamente dos cosas:

1. La corriente que circula por el dispositivo debe quedar completamente bloqueada.2. La aplicación de una tensión positiva entre ánodo y cátodo no debe provocar un disparo indeseado del tiristor.

                Existen diversas formas de conmutar un tiristor, sin embargo podemos agruparlos en dos grandes grupos:

            8.1    CONMUTACIÓN NATURAL.

    a) Libre.    b) Asistida.

            8.2    CONMUTACIÓN FORZADA.

    a) Por contacto mecánico.    b) Por circuito resonante.                                -Serie                                -Paralelo    c) Por carga de condensador.    d) Por tiristor auxiliar.    

9. APLICACIONES DEL SCR.  Las aplicaciones de los tiristores se extiende 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 presentan 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 alternancia de positiva a negativa ya que en este momento empezará a recibir tensión inversa.               

Por lo anteriormente señalado el SCR tiene una gran variedad de aplicaciones, entre ellas están las siguientes:

· Controles de relevador. · Circuitos de retardo de tiempo. · Fuentes de alimentación reguladas. · Interruptores estáticos. · Controles de motores.

· Recortadores. · Inversores. · Ciclo conversores. · Cargadores de baterías. · Circuitos de protección. · Controles de calefacción. · Controles de fase.

TiristorDe Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a navegación, búsqueda

Símbolo eléctrónico del tiristor.

El tiristor (gr.: puerta) 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 una única dirección. Se emplea generalmente para el control de potencia eléctrica.

El dispositivo consta de un ánodo y un cátodo, 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 está conectado a la unión J2 (unión NP).

Algunas fuentes definen como sinónimos al tiristor y al rectificador controlado de silicio (SCR);1 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 más remoto de este dispositivo lo encontramos en el SCR 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 G.E.'s Frank W. "Bill" Gutzwiller.

Contenido

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1 Funcionamiento básico 2 Formas de activar un tiristor 3 Aplicaciones 4 Principales variantes de tiristores 5 Fabricación 6 Referencias 7 Enlaces externos

[editar] Funcionamiento básico

El tiristor es un conmutador biestable, es decir, es el equivalente electrónico de los interruptor/ses mecánicos; 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 básico puede observarse también en el diodo Shockley.

El diseño del tiristor permite que éste pase rápidamente a encendido al recibir un pulso momentáneo de corriente en su terminal de control, denominada puerta (o en inglés, gate) cuando hay una tensión positiva entre ánodo y cátodo, es decir la tensión en el ánodo es mayor que en el cátodo. 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 existirá una débil corriente inversa de fugas hasta que se alcance el punto de tensión inversa máxima, provocándose 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 ánodo, y además debe haber una pequeña corriente en la compuerta capaz de provocar una ruptura por avalancha en la unión J2 para hacer que el dispositivo conduzca. Para que el dispositivo siga en el estado activo se debe inducir desde el ánodo 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 ánodo y cátodo para la transición OFF -> ON, usando la corriente de puerta adecuada (la tensión entre ánodo y cátodo 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 será la tensión ánodo-cátodo 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 ánodo-cátodo es mayor que la tensión de bloqueo.

[editar] 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 aumentará 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 cátodo lo activará. Si aumenta esta corriente de compuerta, disminuirá 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 aumentarán las corrientes de fuga, con lo cual al aumentar la diferencia entre ánodo y cátodo, 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 ánodo hacia el cátodo es mayor que el voltaje de ruptura directo, se creará una corriente de fuga lo suficientemente grande para que se inicie la activación con retroalimentación. Normalmente este tipo de activación puede dañar el dispositivo, hasta el punto de la destrucción del mismo.

dv/dt: Si la velocidad en la elevación del voltaje ánodo-cátodo es lo suficientemente alta, entonces la corriente de las uniones puede ser suficiente para activar el tiristor. Este método también puede dañar el dispositivo.

[editar] 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 está abierto, comienza a conducir corriente en fase con el voltaje aplicado sobre la unión cátodo-ánodo 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 unidireccional y va solamente del cátodo al ánodo, por tanto en sí misma es asimétrica.

Los tiristores pueden ser usados también como elementos de control en controladores accionados por ángulos 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 automáticos 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 zener enganchado 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 en circuitos 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...)

[editar] Principales variantes de tiristores

Rectificador controlado de silicio (SCR) Tiristor GTO Diac Triac Foto-SCR Interruptor controlado por puerta Interruptor controlado de silicio MCT FET-CTH SITH RTC

[editar] Fabricación

Técnica de Difusión-Aleación: La parte principal del tiristor está 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 ánodo y cátodo 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 más usada, sobre todo en dispositivos de mediana o baja intensidad, el problema principal de esta técnica reside en los contactos, cuya construcción resulta más delicada y problemática 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 máscaras 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 un sustrato 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 más zonas de tipo N, una difusión tipo P. Después de una última difusión N el tiristor ya está terminado a falta de establecer las metalizaciones, cortar los dados y encapsularlos.