Tiristor o Rectificador Controlado por Silicio: Funcionamiento, Aplicaciones y Diferencias con el Transistor

Tiristor o Rectificador Controlado por Silicio

Formado por elementos semiconductores, el tiristor está compuesto por cuatro capas pnpn y tres electrodos: el ánodo (A), el cátodo (K) y la puerta (G) que sirve como terminal de control.

El SCR difiere del diodo en que no deja pasar corriente apreciable aunque tenga polaridad directa hasta que la tensión del ánodo sea superior o mayor que un valor llamado tensión de ruptura directa, tensión de disparo o tensión de cebado Vbco. Cuando se alcanza esta tensión, el tiristor se dispara y pasa a conducción.

Ahora bien, el valor de disparo Vbo no es fijo y puede controlarse por el nivel de la corriente de puerta Ig. Esta corriente es del orden de decenas de mA y provee pues de una nueva dimensión al funcionamiento del rectificador en el sentido de que bajos niveles de la corriente de la puerta Ig controlan altos niveles de la corriente de ánodo-cátodo. Así, a mayores corrientes de puerta, la tensión de cebado disminuye progresivamente (Vbo1, ..., Vbo3).

Además, una vez disparado, podrá suprimirse la señal de la puerta G y el tiristor seguirá conduciendo.

Diferencia con el Transistor:

• La corriente colector-emisor del transistor siempre está controlada por la base.
• El transistor, una vez disparado, la corriente de la puerta G ya no controla la corriente ánodo-cátodo.
• Para bloquear el transistor una vez disparado, se aplica una tensión inversa entre ánodo y cátodo y se hace que la corriente ánodo-cátodo sea casi nula, inferior a Ih.

¿Qué pasa si polarizamos el tiristor en inversa?

Se comporta como un diodo normal:

• No conduce.
• Si la tensión inversa es mayor que una tensión de ruptura, el tiristor se destruye.

Aplicaciones del Tiristor

Son diversas, pero vamos a ver la de un regulador de lámparas:

Las formas de onda conseguidas son: mediante el potenciómetro R hacemos que la tensión de puerta sea mayor o menor en función de donde esté situado el cursor. Si el cursor está situado cerca del terminal superior del potenciómetro, la tensión de puerta en cada semiperíodo positivo será mayor y, por lo tanto, el tiristor comenzará antes a conducir (α más pequeño). Sin embargo, si el cursor está más próximo al terminal inferior del potenciómetro, el tiristor retrasará su conducción (α mayor).

Problema: las lámparas solo trabajan en el semiciclo positivo, por lo que nunca pueden trabajar a más del 50% de su potencia.

Triac

Formado por elementos semiconductores, el triac es un dispositivo con tres terminales, pero en este caso tiene dos ánodos A1 y A2 y una puerta G. Los ánodos son intercambiables entre sí.

Características del Triac:

• El triac es bidireccional, conduce en las dos direcciones.
• Como conduce en las dos direcciones, la curva característica es igual que la del tiristor en el primer cuadrante (polarizado en directa).
• En el tercer cuadrante no está polarizado en inversa, sino que también conduce. Por lo tanto, se repite la curva.

Aplicaciones del Triac:

• Se usa como regulador de potencia media entregada a una carga en corriente alterna (lámpara).
• Ventaja: al ser bidireccional, no necesita rectificar la corriente alterna y puede llegar a aprovechar el 100% de la potencia.
• Como regulador de luminosidad de una lámpara, se utiliza junto al DIAC (veremos el esquema cuando veamos al DIAC en el siguiente punto). Lo utilizaremos en el proyecto 1 de las prácticas.

DIAC

Es un componente bidireccional de dos terminales A1 y A2 que no conduce hasta que su tensión en los bornes llega a la tensión de disparo Vbod en cualquiera de los dos sentidos. La tensión de disparo Vbo0 del DIAC es inferior a la de los triacs y suele estar alrededor de los 30V en la mayoría de los modelos comerciales.

Características del DIAC:

• Formado por elementos semiconductores.
• Estructura: tiene dos terminales (ánodos A1 y A2) y conduce en ambas direcciones (no tiene terminal de cebado).

Funcionamiento del DIAC:

• Es bidireccional, conduce en las dos direcciones.
• Se ceba cuando la tensión entre A1 y A2 es superior a un voltaje específico para cada DIAC.
• Deja de conducir cuando la intensidad que circula por A1 y A2 es casi nula.

Aplicaciones del DIAC:

• No se emplea solo, se usa para controlar el triac o tiristor.
• Aplicación típica: regulador de luminosidad de lámparas.

El condensador C1 se carga a través de la resistencia R2 y del potenciómetro R1. Al llegar la tensión del condensador C1 al punto de disparo del DIAC D1, este entra en conducción y, como consecuencia, dispara a su vez el triac T1. La tensión en los bornes del condensador C1 puede llegar antes o después según la posición del cursor del potenciómetro R1. Así pues, ajustamos el ángulo de disparo α del triac y, por lo tanto, la mayor o menor luminosidad de las lámparas de incandescencia.