Sistemas de alimentación regulable.
Ya es hora de empezar con el estudio de un nuevo dispositivo: el tiristor. El tiristor es un diodo al que se le ha añadido una puerta (gate) que permite el paso de la corriente eléctrica por su interior cuando se dispara una señal por su puerta.
Puede parecer que un tiristor es similar con un transistor, aunque existen diferencias con el transistor como por ejemplo el control de la corriente por la base del transistor que no puede manejar corrientes grandes como lo hace la puerta del tiristor; o que el hecho que cuando desconectas la alimentación en la base, se corta el flujo entre emisor y colector, mientras que en tiristor se mantiene cerrado.
Basicamente, un tiristor es un rectificador controlado de silicio (SCR), es decir un componente electrónico que conduce la electricidad en un único sentido (igual que un diodo), pero con la característica de que tiene una puerta que debe de ser alimentada para que se produzca la conducción por el tiristor (igual que un transistor). Pero la diferencia está en que, mientras en un transistor la base maneja intensidades pequeñas, la puerta puede manejar corriente elevadas. Así el tiristor puede manejar grandes corrientes de salida (hasta 100A de intensidad), lo cual lo convierte en un dispositivo ideal para usarlo como interruptor electrónico de potencia.
Activación y desactivación.Cuando le llega una corriente a la puerta, el tiristor empieza a conducir y mantiene la conducción aunque el pulso de activación termine.
Se puede ver que la corriente le llega, una vez abierto el interruptor, porque el diodo está alimentado por la fuente de corriente que mantiene el giro del motor.
Si queremos que el motor deje de girar deberíamos de desconectar la fuente de corriente principal para que el sistema pudiese parar, pulsándo el interruptor SW2.
El tiristor se activa unicamente en sentido directo, es decir de ánodo a cátodo. Si se polariza inversamente no se obtendrá ningún paso de corriente aunque sea inversa y se polarice la puerta. Además la tensión mínima de polarización en la puerta (o corriente), se llama tensión de disparo.
Por último, mientras mayor sea la corriente de disparo, menor será la tensión de disparo, es decir, la tensión entre la puerta y el cátodo.
El tiristor como rectificador.
Ya hemos visto que el tiristor puede trabajar en corriente continua, pero también lo puede hacer en corriente alterna. De hecho, el tiristor se comportará igual que un diodo rectificador cuando se aplique un pulso positivo y se bloqueará con un pulso negativo.
Cuando se usa un tiristor en la rectificación, se usa la puerta para bloquear el paso de corriente directa al inicio del ciclo positivo durante un instante inicial hasta cierto valor de la tensión de la onda senoidal, pero no nos vamos a adelantar.
Características del tiristor.
El tiristor es un componente complejo y las características que lo definen son un conjunto de datos y curvas suministradas por el fabricante. Existen muchos tipos de tiristores y cada uno se adapta a una situación específica. Por eso es obvio hablar sobre las características principales de los tiristores.
Disparo de puerta.Un diodo Schockley es un diodo que tiene cuatro cristales semiconductores como el mostrado en la imagen. El diodo Schockley es un tiristor del tipo unilateral de silicio (SUS), o diodo de cuatro capas.
Si extrapolamos, podemos ver que el diodo Schockley es un conjunto de un transistor tipo PNP junto a un transistor NPN, como muestra la siguiente imagen.
Esta forma de ver el diodo te indica que los transistores están conectados de manera que la base de un transistor se conecta al colector del otro transistor, y viceversa.
Por desgracia, este tipo de tiristor sin puerta requiere de una tensión de cebado para abrir el paso entre los cristales y llevar a la saturación sus transistores internos. Así que, si aplicamos un tercer terminal al dispositivo y utilizamos dicho terminal para aplicar un disparo al conjunto, el diodo permitirá el paso de corriente por su interior.
Como la puerta del tiristor está conectada a la base de un transistor interno, entre la puerta y la base hay una caída de tensión de 0,7V, por lo que la tensión mínima para disparar un SCR es de 0,7V. Algunos fabricantes indican esta tensión en las hojas de características como tensión de disparo, VGT. Aunque también pueden proporcionar la corriente mínima de entrada para que conduzca el SRC, llamándola corriente de disparo, IGT.
Tensión de entrada.Un SCR posee una tensión de puerta VG. Cuanto esta tensión es mayor que la tensión de disparo (VGT), el SCR conducirá y la tensión de salida caerá desde +Vcc hasta un valor bajo.
A veces el circuito se suele usar con resistencia de puerta para limitar la corriente a un valor seguro, ya que es posible que se caliente el componente si el pulso es se conecta continuamente. La tensión de entrada necesitada para disparar un SCR tiene que se mayor que:
Reinicio el SCR.Aunque se retire la tensión de la puerta o se desconecte la misma, la tensión de salida se mantiene indefinidamente. La única forma de reiniciar el SCR es reducir su corriente a una valor que la corriente de mantenimiento, IH. Por si no lo he mencionado, esta corriente es la corriente mínima que se necesita para activar el diodo y por debajo de dicha corriente, el diodo se bloquea y deja de conducir. Bajándo la tensión +Vcc a valor bajo suele hacer que se abra el tiristor. La tensión para que se corte la conducción tiene:
Ejercicios resueltos.
En esta parte vamos a resolver dos ejercicios para que veas que fácil es usar un tiristor SCR en tus proyectos. Ya sabes que puedes intentarlo hacer por tu cuenta y si no das con ello, muestra el ejercicio pulsándo el botón de Mostrar.
En la siguiente figura puedes ver un SCR con una tensiión de disparo de 0,75V y una corriente de disparo de 7mA. ¿Cuál es la tensión de entrada que cierre el SCR? Si la corriente de mantenimiento es de 6mA, ¿cuánto vale la tensión de alimentación que lo abre?
¿Qué función cumple el siguiente circuito? ¿Cuál es la tensión de pico a la salida? ¿Cuál es la frecuencia de la onda de diente de sierra si su periodo es el 20 por ciento de la constante de tiempo?
Bien voy a dejarlo por aquí para no saturar al alumno. En el capítulo de prácticas montaremos un circuito básico para aprender a usar el tiristor.