Tiristores

Tiristores são uma ampla classificação de dispositivos semicondutores de condução bipolar com quatro (ou mais) camadas N-P-N-P alternadas. Os tiristores incluem:retificador controlado de silício (SCR), TRIAC, interruptor de desligamento de portão (GTO), interruptor controlado de silício (SCS), diodo AC (DIAC), transistor unijunction (UJT), transistor unijunction programável (PUT). Apenas o SCR é examinado nesta seção; embora o GTO seja mencionado.

Shockley propôs o tiristor de diodo de quatro camadas em 1950. Só foi realizado anos depois na General Electric. Os SCRs agora estão disponíveis para lidar com níveis de energia que variam de watts a megawatts. Os menores dispositivos, empacotados como transistores de pequeno sinal, alternam 100 de miliamperes perto de 100 VAC. Os maiores dispositivos embalados têm 172 mm de diâmetro, comutando 5600 Amps a 10.000 VAC. Os SCRs de maior potência podem consistir em uma pastilha semicondutora inteira com várias polegadas de diâmetro (100 de mm).

Retificador Controlado por Silício (SCR)

Retificador controlado de silício (SCR):(a) perfil de dopagem, (b) circuito equivalente BJT.



O retificador controlado de silício é um diodo de quatro camadas com uma conexão de porta como na Figura acima (a). Quando ligado, ele conduz como um diodo, por uma polaridade de corrente. Se não for acionado, é não condutor. A operação é explicada em termos do equivalente de transistor conectado composto na Figura acima (b). Um sinal de disparo positivo é aplicado entre o portão e os terminais do cátodo. Isso faz com que o transistor equivalente NPN conduza. O coletor do transistor NPN condutor puxa para baixo, movendo a base PNP em direção à sua tensão de coletor, o que faz com que o PNP conduza. O coletor do PNP condutor puxa para cima, movendo a base NPN na direção de seu coletor. Este feedback positivo (regeneração) reforça o estado já condutor do NPN. Além disso, o NPN agora conduzirá mesmo na ausência de um sinal de porta. Uma vez que um SCR conduz, ele continua enquanto uma voltagem anódica positiva estiver presente. Para a bateria DC mostrada, é para sempre. No entanto, os SCRs são mais frequentemente usados ​​com uma fonte de corrente alternada ou CC pulsante. A condução cessa com a expiração da metade positiva da onda senoidal no ânodo. Além disso, a maioria dos circuitos SCR práticos dependem do ciclo AC indo de zero para corte ou comutação o SCR.

A figura abaixo (a) mostra o perfil de dopagem de um SCR. Observe que o cátodo, que corresponde a um emissor equivalente de um transistor NPN, está fortemente dopado como indica N +. O ânodo também está fortemente dopado (P +). É o emissor equivalente de um transistor PNP. As duas camadas intermediárias, correspondentes às regiões de base e coletoras dos transistores equivalentes, são menos dopadas:N- e P. Este perfil em SCRs de alta potência pode ser espalhado por todo um wafer semicondutor de diâmetro substancial.



Tiristores:(a) seção transversal, (b) símbolo do retificador controlado de silício (SCR), (c) símbolo do tiristor de desligamento da porta (GTO).

Os símbolos esquemáticos para um SCR e GTO são mostrados nas Figuras acima (b e c). O símbolo básico do diodo indica que a condução do cátodo para o ânodo é unidirecional como um diodo. A adição de um fio de porta indica o controle da condução do diodo. A chave de desligamento da porta (GTO) tem setas bidirecionais sobre o cabo da porta, indicando que a condução pode ser desabilitada por um pulso negativo, bem como iniciada por um pulso positivo.

Além dos onipresentes SCRs baseados em silício, dispositivos experimentais de carboneto de silício foram produzidos. O carboneto de silício (SiC) opera em temperaturas mais altas e é mais condutor de calor do que qualquer metal, depois do diamante. Isso deve permitir dispositivos fisicamente menores ou com maior capacidade de energia.

REVER:

• Os SCRs são o membro mais prevalente da família de diodos tiristores de quatro camadas.
• Um pulso positivo aplicado à porta de um SCR o aciona para a condução. A condução continua mesmo se o pulso do gate for removido. A condução só cessa quando a voltagem de ânodo para cátodo cai para zero.
• Os SCRs são mais frequentemente usados ​​com uma fonte CA (ou CC pulsante) por causa da condução contínua.
• Um interruptor de desligamento de portão (GTO) pode ser desligado pela aplicação de um pulso negativo ao portão.
• Switch megawatts de potência do SCR, até 5600 A e 10.000 V.

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