Tiristores: Características, ¿Cómo Funcionan? Y Más

Los Tiristores, consisten en un componente electrónico que se encarga de dirigir la corriente eléctrica a una sola dirección. En el siguiente artículo conoceremos cual es el funcionamiento, los tipos y mucho más de este importante objeto.

Tiristores

¿Qué son los Tiristores?

Los Tiristores son unos tipos de elemento que se utilizan en la electrónica, llegan a conducir la corriente hacia una única dirección como especie de diodo y que asimismo se hace para conducir en tal sentido la activación del equipo electrónico por medio de una mínima cantidad de corriente, como sucede con el transistor.

Llegamos a definirlo como especie de interruptor que es activado de manera electrónica, es decir, que se abre o se puede cerrar, sin embargo, en comparación con el caso de los transistores, este puede usarse con corrientes que son mucho más intensas y grandes de salida. En secciones posteriores vamos a ver un poco más detallado las diferencias que existen entre el transistor y los tiristores.

Otra cosa que debemos de tener en cuenta es que las corrientes eléctricas que suelen controlar a los Tiristores pueden llegar a ser de unos 100 Amp (Amperios) o incluso mucho más de eso. Se suele decir que los tiristores llegan a ser lo que muchos denominan “biestables”, es decir, que poseen 2 posiciones, y que también son unidireccionales, que se conoce como que conducen en solo 1 dirección.

En la siguiente imagen vamos a observar cual es el símbolo electrónico del los Tiristores y cual llega a ser el componente verdadero de este.

Como podemos observar este posee unos 3 conductores o también llamadas patillas que con conocidas como el ánodo con un polo positivo = A, también posee un cátodo que es el polo negativo = K, y además cuenta con la puerta o gate (G). Igualmente se pueden denominar como fuente, drenaje y puerta a algo similar al emisor, como también al colector y a la base del transistor.

Características de los Tiristores

Se puede decir que existen diversos productos diseñados para generar una correcta energía electrónica, por esta razón juega un papel importante los llamados transistores, se trata de una serie de pequeños componentes electrónicos, localizados en muchos objetos como lo son:

  • Teléfonos
  • Aparatos auditivos
  • Radios
  • Calculadoras

A pesar de que se puede llegar a usar los transistores para manejar mínimas cantidades de corrientes eléctricas como por ejemplo un interruptor, y al mismo tiempo lograr transformar las corrientes que son bajas a otras más intensas y grandes como, por ejemplo, un amplificador, estos suelen ser muy ventajosos cuando hablamos de tener que manipular corrientes más potentes y también corrientes eléctricas alternas.

Otro problema del que podemos hacer mención es que estos suelen desconectarse de forma completa al momento en que se le retira la corriente base, lo que podemos traducir a que no son nada ventajosos en alguno de los dispositivos como las alarmas de seguridad, ya que estas requieren de un circuito que active y se mantenga activado por un tiempo prolongado.

Aquí es donde entra en acción los conocidos componentes de la electrónica denominados “Tiristores” que también llegan a ser conocidos como “Rectificador Controlado de Silicio” por sus siglas “SCR”. Otro de los diodos conocidos en la electrónica es el Diodo LED, muy utilizado. Existen diversos tipos de tiristores, entre los cuáles se encuentran también incluidos los:

  • Diacs
  • Triacs

Estos son los que se encuentran diseñados especialmente para el emplearse con la corriente alterna, por lo que el concepto de Tiristores no suele ser un sinónimo completo. Adecuadamente el Tiristor SCR llega a formar parte de los tipos de tiristores, y el más usado de todos.

Funcionamiento de los Tiristores

Ya sabemos que son los tiristores, ahora vamos a comprender cual es su funcionamiento y como es que se produce la activación y la desactivación del mismo. Si no conoce que son los Transistores Electrónicos ingrese en el mismo y conozcalos.

Activación del Tiristor

Cuando a la Puerta G le llega una mínima cantidad de corriente, se acciona este elemento, este llega a ser como una especie de interruptor que se encuentra cerrado entre 2 componentes que son el ánodo y el cátodo y empezará a correr la corriente entre estos 2 que hemos mencionados por lo que se le conoce como corriente directa. Entre tanto que va llega a la Puerta G la corriente, no va a existir energía eléctrica entre el cátodo y el ánodo que es el interruptor abierto.

Se le considera interruptor al ánodo y también al cátodo y la Puerta G es como el pasador que lo abre o lo cierra, es decir, que lo activa y lo desactiva, a través de una señal eléctrica. De esta manera es que funcionan los Tiristores, ahora conozcamos como se produce la desactivación de los mismos.

Desactivación del Tiristor

Los tiristores llegan a tener una diferencia clave de los transistores y es que cuando el tiristor es accionado, el mismo va a permanecer activado, esto quiere decir, que el interruptor va a estar cerrado, a pesar de que se vaya a cortar la corriente por la puerta G. Cuando a la base del transistor le deje de llegar corriente este se desactiva. Si se quiere dejar pasar la corriente entre el ánodo y el cátodo del tiristor la manera única para esto es desconectarlo de la corriente directa de cierta forma.

Cuando una mínima cantidad de corriente circula en la base de los transistores, esto hace que se llegue a provocar una circulación de corriente mucho más grande entre el que lo recolecta y el que lo emite. Esto quiere decir, que este actúa como una especie de pasador y también a su vez como un amplificador. En el caso de los Tiristores, la puerta G llega a controlar la corriente que va a fluir entre el cátodo y el ánodo, sin embargo, como se ha visto en este articulo poseen muchas diferencias entre ellos.

Algo que debemos de tomar en cuenta es que en todo momento el tiristor tiene que estar directamente polarizado, esto quiere decir, que el ánodo debe de estar acoplado en el positivo y el cátodo estar conectado en el negativo, de esta manera se empieza a pasar la corriente entre estos al instante de activarlo, debido a que es en este el sentido que va dejar de transitar la corriente entre los antes insinuados.

Si se encuentran indirectamente polarizados jamás va a pasar la corriente entre estos 2 a pesar de que se llegue a contar con la corriente necesaria en la Puerta G. La cantidad de corriente requerida que debe de llegar a la puerta G con el fin de poder activar el tiristor es lo que todos conocen como “Corriente de Disparo”.

Pudiéramos hablar de la tensión a la que se va a activar, en vez de una corriente, debido a que como sabemos para que haya corriente requerimos de una tensión, en tal caso se denominaría “Tensión de Disparo”. Otra de las peculiaridades de los tiristores, suele ser que la elasticidad o la corriente de disparo no llega a ser fija, ya que a una corriente mayor de disparo (acreditada como corriente por G= ig) la ruptura Vr o la elasticidad de disparo va a ser menor.

En los tiristores que se encuentran de forma directamente polarizados, la colocación de una corriente por la parte de la puerta G al momento de poner una tensión que llegue a ser positiva entre el cátodo K y la puerta G es lo que lo va a activar. Si se incrementa la corriente en la puerta G, en dicha ocasión se va a disminuir en el tiristor la tensión de disparo.

Tiristores-7

Finalmente, cuando el tiristor es accionado y transita la corriente por la zona de la lámpara, la señal que es emitida por la puerta G disminuye todo su control por causa de la acción de agarre de los 2 transistores centrales que son conformados por el ánodo y el cátodo, esto quiere decir, que el mismo se auto bloquea. Por esa misma razón se dice que cuando ya esta activado no importa si le pasa o no corriente por la puerta G, ya que la corriente de salida continuará transitando por el circuito de salida de los mismos.

A decir verdad, para activar la puerta G se puede colocar un pulsador y al momento de presionarlo automáticamente se activa y cuando se suelta va a dejar de pasar la corriente a dicha puerta. Igualmente, es muy conveniente el colocar una resistencia en serie junto a la puerta para de esa manera protegerla con el fin de que no le llegue a quedar mucha corriente y produzca el daño del tiristor.

Los Tiristores como Rectificadores

Una gran parte de los componentes usados en los Tiristores suelen ser empleadas para poder controlar un circuito de entrada o de salida en la corriente alterna que es el conmutador. Como ya lo hemos mencionado, los Tiristores solo se encargan de conducir corriente si se encuentran polarizados de forma directa, esto quiere decir, si el ánodo llega a estar en el polo positivo y el cátodo se encuentra en el polo negativo.

Una pregunta que pudiéramos hacernos es: ¿Qué llegaría a pasar si la tensión de la entrada de energía y la activación de la misma llegara a ser igual y en el caso de la corriente alterna como se haría?

En el transcurso de un medio ciclo positivo del comienzo de la corriente alterna en el ánodo es encontrado en el tiristor el cual suele ser mucho más positivo que en el caso del cátodo y que además están polarizados de manera directa. Si en este momento le llegara la señal que sea lo requerido a la puerta G del Tiristor, esto va a hacer que se active y pasa la corriente entre los dispositivos ánodo y cátodo.

Al comienzo de este ciclo positivo de dicha onda como no le suele llegar la corriente suficiente a dicha Puerta G el Tiristor se va a desactivar. Por lo que va a llegar una ocasión en la que sí le llegue la corriente suficiente y en ese momento es cuando el Tiristor se va a activar. Al comienzo una parte de esta onda no va a estar en la salida.

Se considera que al dirigir la corriente que se encuentra en mantenimiento, la cual es catalogada como IK, se empiezan a generar una serie de cambios que producen que este componente quede desactivado por completo, y sin salida siendo de esta manera semejante a un interruptor abierto.

Durante este proceso la polaridad se invierte por completo, y esta misma polaridad es la que va a ocasionar que el Tiristor manifieste cambios en su función y por esta razón la corriente eléctrica se desplazara  hacia la carga del dispositivo.

Al regresar a su positivo ciclo se va a requerir nuevamente de la activación del Tiristor por medio de una mínima cantidad de corriente en la puerta, sin embargo, como la misma se encuentra conectada igualmente a la fuente de la corriente alterna, la fuente es la que la va a generar.

Puesto que en la parte de la onda positiva de la corriente alterna llega a transitar la corriente y por la parte negativa es que no va a transitar la corriente, lo que hace que el tiristor sea como especie de rectificador, debido a que la onda de salida va a quedar como lo dice el nombre rectificada, únicamente en la parte positiva de esto.

Para prevenir que a la puerta G le vaya a llegar una corriente inversa, se debe de hacer que el circuito de activación por medio de un simple diodo sencillo, con el fin de que reciba la corriente a la Puerta G únicamente en 1 sola dirección y que además dicha corriente va a estar un poco más opuesta en comparación a la salida por culpa de la recepción o de la resistencia de la salida.

Si no llegamos a colocar el diodo puede que los tiristores se vuelvan a activar con una inversa tensión y eso no tiene nunca que ocurrir. Los tiristores que son utilizados de esta manera, suelen ser verdaderamente al que se le conoce como lo hemos descrito antes “SCR”.

Existen algunos Tiristores que son especiales ya que estos lograr ser capaces de direccionarse en 2 sentidos, es decir, que son bidireccionales y en tal sentido esta clase de onda de salida o también la podemos llamar carga de corriente alterna va a tener un elemento positivo e igualmente otra que es negativa cuando la onda llegue a ser negativa. Dichos tiristores son denominados “TRIAC”.

¿Cómo es el Interior de los Tiristores?

Anteriormente ya conocimos cómo es el funcionamiento de los Tiristores, sin embargo, todavía no hemos aprendido o estudiado como es que verdaderamente lo hace. Este conocimiento es de gran importancia para lograr entender y conocer de manera perfecta los llamados semiconductores del tipo P, además del tipo N y también de la unión PN. Un tiristor consiste en la combinación de unos 4 semiconductores P y N que se encuentran alternativamente.

Como podemos ver esto es como si se contara con la unión de unos 3 diodos simples que son D1, D2 y D3. En el caso del D3 este es el que sería formado por los 2 semiconductores intermedios de NP. Si se le llega a conectar una tensión positiva y una que sea negativa los diodos se encontrarán polarizados de forma directa lo que va a permitir un adecuado paso de la corriente, sin embargo, el otro diodo no lo va a permitir debido a que se encontrará inverso.

Únicamente va a pasar la corriente cuando se llegue a polarizar de manera directa el 2 diodo por medio de una señal que sea emitida en la puerta G, que llega a ser posible cuando haya corriente eléctrica entre el ánodo y el cátodo. Otro de los muchos diodos que se utilizan en la electrónica es el Diodo Zener.

La conducción de los tiristores o incluso la saturación de los otros elementos como los transistores que lo llegan a conformar se puede lograr cuando se caiga la polarización inversa de la unión de los diodos N y P, por lo que es necesario tener que aplicar un correcto impulso, el cual debe de ser positivo, en lo que es la zona P desde la parte exterior y que sea por medio de la Puerta G.

Cuando dicho pulso positivo llegue a ser aplicado a la Puerta G de los Tiristores, esto es lo que va a rebosar a los 2 transistores que poseen, por lo que el Tiristor se va a comportar como una especie de cortacorriente cerrado. La responsabilidad de la Puerta G es el tener que polarizar y también de avanzar el accionamiento, sin embargo, luego de esto ya no va a tener ninguna clase de función.

Es importante mencionar que al inyectar algún tipo de carga a los transportadores en la zona P, es decir en la entrada principal, al igual que en la zona de difusión D2, la cual es identificada como el otro diodo, se producirá una reducción del mismo, lo que ocasionará que disminuya de manera evidente la energía. Cuanto más grande llegue a ser la corriente del disparo menor va a ser la tensión de disparo, ya que se encaja una cantidad menor de los portadores en cuanto a la relación del tiempo.

Tipos de Tiristores

Como se llegó a decir al comienzo, el Tiristor Principal y que se suele utilizar llega a ser el Tiristor SCR, sin embargo, existen otros tipos adicionales que son los siguientes a mencionar:

El Tiristor SCR

Este es el principal Tiristor que hemos estado estudiando durante todo el artículo.

El Tiristor GTO

Este llega a ser uno de los tiristores que se encargar de arreglar los problemas que existen para desactivar la corriente de salida, por lo que este debe de clausurar el paso de la corriente en el circuito de salida. En esta clase de tiristores, cuando se le dejar de suministrar la corriente por la Puerta G, se procede a cerrar la corriente de salida, de la misma manera que ocurre con los transistores.

Tiristores-3

El Triac

Llega a ser uno de los Tiristores perfectos para ser usados como especie de interruptor en el uso de las corrientes alternas, debido a que es la mejor para conceder el paso de los ciclos + y – de la corriente al tratarse de 2 de los Tiristores que están unidos antiparalelamente.

El Diac

Estos llegan a tratarse de 2 diodos que están conectados antiparalelos, los cuáles poseen 2 terminales sin ninguna clase de polaridad denominados A1 y A2. Estos pueden ser considerados como especies de interruptores bidireccionales, que no entran en contacto hasta que no se haya logrado superar la tensión del disparo, que normalmente llega a suceder de 30V. Generalmente, esto ocurre (se conecta) en serie con la denominada Gate del Triac para poder gestionar el gran ciclo de disparo de los Tiristores Triac.

Diferencias entre el Tiristor y el Transistor

Anteriormente habíamos descrito que existe una gran diferencia entre los Transistores y los Tiristores por lo que vamos en este momento a mencionar dichas diferencias que existen entre ellas.

  • Primero: Generalmente se usan los transistores para las corrientes continua y en el caso de los Tiristores se usan para las corrientes alternas.
  • Segundo: En los Tiristores, a excepción del GTO, no se llega a cortar la corriente de salida cuando se le deja de suministrar corriente a la Puerta G. En el caso de los Transistores sino le es suministrado la corriente eléctrica por medio de la estructura no existe un corriente de salida entre lo que es el emisor y el colector.
  • Tercero: Cuando se llega a trabajar con corrientes enormes de salida se suelen usar los Tiristores, a excepción del Triac, este tipo de corriente tan intensa no se utiliza con los transistores.
  • Cuarto: En el Tiristor la corriente de salida no va a depender de la clase de cantidad de corriente que le suele llegar a la puerta G. En el caso de los Transistores, en el transcurso del periodo de conducción hasta que llega a la saturación, la corriente de salida de estos si va a depender de la cantidad de corriente eléctrica que pasa por medio de la estructura del mismo.

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