Rectificador controlado por silicio (SCR) es un dispositivo semiconductor unidireccional hecho de silicio. Este dispositivo es el equivalente en estado sólido del tiratrón y por lo tanto también se le conoce como tiristor o transistor de tiroides. De hecho, SCR (Silicon Controlled Rectifier) es un nombre comercial dado al tiristor por la General Electric Company. Básicamente, SCR es un dispositivo semiconductor de tres terminales y cuatro capas que consiste en capas alternas de material de tipo p y de tipo n. Por lo tanto, tiene tres uniones pn J1, J2 y J3. La figura de abajo muestra un SCR con las capas p-n-p-n. El dispositivo tiene terminales Anodo(A), Cátodo(K) y la Puerta(G). El terminal Gate(G) está conectado a la capa p más cercana al terminal Cathode(K).
El símbolo de SCR o Tiristor se muestra en la siguiente figura.
Un SCR puede considerarse como dos transistores interconectados como se muestra a continuación.
Se ve que un solo SCR es la combinación de un transistor pnp (Q1) y un transistor npn (Q2). Aquí, el emisor de Q1 actúa como el terminal del ánodo del SCR mientras que el emisor de Q2 es su cátodo. Además, la base de Q1 está conectado al colector de Q2 y el coleccionista de Q1 está conectado a la base de Q2. El terminal de la puerta del SCR está conectado a la base de Q2…también.
El funcionamiento del SCR puede ser entendido analizando su comportamiento en los siguientes modos:
Modo de bloqueo inverso de SCR
En este modo, el SCR está sesgado en sentido inverso conectando su terminal anódico (A) al extremo negativo y el terminal catódico (K) al extremo positivo de la batería. Esto lleva a la inversión de la tendencia de las uniones J1 y J3que a su vez prohíbe el flujo de corriente a través del dispositivo, a pesar de que la unión J2 permanece en una condición de sesgo hacia adelante.
En este estado, el SCR se comporta como un típico diodo. En esta condición de sesgo inverso, sólo la corriente de saturación inversa fluye a través del dispositivo como en el caso del diodo de sesgo inverso que se muestra en la curva característica por una línea azul. El dispositivo también exhibe el fenómeno de ruptura inversa más allá de un límite de voltaje seguro inverso como un diodo.
Modo de bloqueo de avance del SCR
Aquí se aplica un sesgo positivo al SCR conectando el terminal del ánodo (A) al positivo y el terminal del cátodo (K) al terminal negativo de la batería, como se muestra en la figura siguiente. En esta condición, la unión J1 y J3 avanzar con sesgo mientras que la unión J2 …se vuelve parcial al revés.
Aquí también la corriente no puede pasar a través del tiristor excepto la pequeña corriente que fluye como corriente de saturación como se muestra en la curva azul en la curva de características de abajo.
Modo de Conducción Adelantada de SCR
El SCR se puede hacer para llevar a cabo
i) Aumentando el voltaje positivo aplicado en el terminal del ánodo (A) más allá de la sobretensión de ruptura, VB o
ii) Aplicando una tensión positiva en el terminal de la puerta (G) como se muestra en la figura siguiente.
En el primer caso, el aumento del sesgo aplicado provoca que la unión inicialmente sesgada inversa J2 para descomponerse en el punto correspondiente a la ruptura por sobretensión, VB. Esto da lugar a un aumento repentino de la corriente que fluye a través del SCR, como se muestra en la curva rosa de la curva característica, aunque el terminal de la puerta del SCR sigue siendo imparcial.
Sin embargo, el SCR también puede ser activado a un nivel de voltaje mucho más pequeño probando un pequeño voltaje positivo en el terminal de la puerta. La razón de esto puede entenderse mejor considerando el circuito equivalente al transistor del SCR que se muestra en la siguiente figura.
Aquí se ve que al aplicar un voltaje positivo en el terminal de la puerta, el transistor Q2 se enciende y su corriente colectora fluye hacia la base del transistor Q1. Esto causa que Q1 para encenderse, lo que a su vez resulta en el flujo de su corriente colectora hacia la base de Q2. Esto hace que cualquiera de los transistores se sature a una velocidad muy rápida y la acción no puede detenerse ni siquiera eliminando el sesgo aplicado en el terminal de la puerta, siempre que la corriente a través de la SCR es mayor que la de la corriente de enganche. Aquí la corriente de enclavamiento se define como la corriente mínima necesaria para mantener el SCR en estado de conducción incluso después de que el pulso de la puerta se elimine.
En tal estado, se dice que el SCR está enganchado y no habrá medios para limitar la corriente a través del dispositivo, a menos que se utilice una impedancia externa en el circuito. Esto requiere recurrir a diferentes técnicas como la conmutación natural, la conmutación forzada o el apagado del sesgo inverso y el apagado de la puerta para apagar un SCR conductor. Básicamente, todas estas técnicas apuntan a reducir la corriente del ánodo por debajo de la corriente de retención. La corriente de retención se define como la corriente mínima para mantener el SCR en su modo de conducción. De manera similar a las técnicas de apagado, también hay diferentes técnicas de encendido para el SCR como el Disparo por señal de puerta DC, el Disparo por señal de puerta AC y el Disparo por señal de puerta pulsada, el Disparo por voltaje delantero, el Disparo por puerta, el Disparo por dv/dt, el Disparo por temperatura y el Disparo por luz.
Hay muchas variaciones de los dispositivos SCR, como el Tiristor de Conducción Inversa (RCT), el Tiristor de Apagado de Puerta (GTO), el Tiristor de Apagado Asistido de Puerta (GATT), el Tiristor Asimétrico, los Tiristores de Inducción Estática (SITH), los Tiristores Controlados por MOS (MCT), los Tiristores Activados por Luz (LASCR), etc. Normalmente los SCR tienen una alta velocidad de conmutación y pueden manejar grandes flujos de corriente. Esto hace que el tiristor (SCR) sea ideal para muchas aplicaciones como
- Circuitos de conmutación de energía (tanto para CA como para CC)
- Circuitos de conmutación de voltaje cero
- Circuitos de protección contra sobretensiones
- Rectificadores controlados
- Inversores
- Control de energía de CA (incluyendo luces, motores, etc.)
- Circuitos de pulso
- Regulador de carga de la batería
- Relés de enganche
- Circuitos lógicos de la computadora
- Unidades de conmutación remota
- Controladores de disparo por ángulo de fase
- Circuitos de tiempo
- Circuitos de disparo IC
- Control de la máquina de soldar
- Sistemas de control de temperatura
