Unidad II Tiristores

1. UNIDAD II
TIRISTORES

2. DEFINICION
• Son dispositivos de material semiconductor que contiene cuatro o más
capas de material semiconductor y tiene tres o más uniones, también
existen de dos, tres o cuatro terminales.

3. MODO DE OPERACION
• Todos ellos son de operación biestable, es decir, en un mismo cuadrante
pueden estar bien encendidos o apagados. Existen tiristores, los
unidireccionales conducen corriente eléctrica en un sólo sentido, mientras
que los bidireccionales la conducen en ambos sentidos.
• También los tiristores por su operación se clasifican en:
• a)Dispositivos de disparo: Como PUT, SUS, DIAC, SBS, UJT, Diodo
Shockley etcétera, tienen como características que manejan pequeñas
cantidades de corriente hasta 200mA y que su voltaje de pico inverso es
pequeño de 10 voltios a 30 voltios.
• B)Dispositivos de potencia: Como son SCR y TRIAC, tienen como
característica el manejar grandes cantidades de corriente de hasta
2,500 Amperes y su voltaje de pico inverso puede ser superior a 3,600
voltios.

4. DIODO PNPN DE CUATRO CAPAS ( DIODO SHOCKLEY ).
• El diodo de cuatro capas fue inventado por William Bradford Shockley
Figura No. 2-1, Estructura
básica del Diodo de cuatro
capas.
P
N
P
N
A
K
Q1
Q2
A
K
Figura No. 2-2,
Representación equivalente de
la estructura PNPN, utilizando
un par complementario.
Figura No. 2-3, Símbolo del diodo
Shockley.
A K

5. • Se determinó que el dispositivo de cuatro capas conmuta de “apagado” al estado “encendido”, si el
voltaje de polarización directa (VF) de ánodo a cátodo, se incrementa hasta que ocurra la conmutación.
• La operación del diodo de cuatro capas puede explicarse con la ayuda de su curva característica.
Figura No. 2-4, Curva
característica del diodo
Shockley.

6. • Explicación:
• Cuando VD es igual a cero (VD = 0) el diodo no conduce y la corriente ID = 0.
• A medida que VD aumenta gradualmente esta ID es una corriente de fuga relativamente pequeña.
• Cuando VD aumenta, alcanza un valor VS, llamado voltaje de conmutación. En éste estado la caída de
voltaje directo a través del diodo VF será muy pequeña, típicamente entre 0.5 Voltios y 2 Voltios, por
lo que su corriente puede ser muy grande.
• Una vez que el diodo halla conmutado al estado “encendido”, permanecerá así mientras su corriente
se mantenga por encima del valor de la corriente de sostenimiento IH. Si la corriente del diodo cae
por abajo de IH el diodo rápidamente regresa a su estado “apagado”.
• Otro parámetro importante es IS, corriente del diodo en el punto de conmutación. IS se denomina
“corriente de conmutación” y es menor que IH por un factor de por lo menos de 3 a 1.

7. • Esencialmente toma un voltaje de corriente directa y produce una señal oscilante de salida. Para que el
circuito funcione apropiadamente el voltaje de la fuente E debe ser mayor que el voltaje de
conmutación VS del diodo.
• Supongamos que el interruptor SW1 está abierto y el capacitor C descargado. Si cerramos SW1 el
capacitor comienza a cargarse a través del resistor R. Mientras esto ocurre, el diodo está en el estado
de no conducción.
• Durante este intervalo de tiempo el voltaje de capacitor VC está creciendo hacia el valor de E, con una
constante de tiempo exponencial igual a RC. Si no fuera por la presencia del diodo Shockley, el capacitor
finalmente alcanzaría el valor de E.
E
RSW1
C
Figura No. 2-5, Diodo de cuatro
capas como oscilador de
relajación.
ID
IC
+
VD
--

8. • Sin embargo el diodo sólo bloqueará la corriente mientras su voltaje este por debajo de su voltaje de
conmutación. Cuando esto ocurre, el diodo cambia a su estado “encendido” presentando
esencialmente una baja resistencia a través del capacitor.
• El capacitor se descargará hasta casi cero voltios (en realidad hasta VF = VTM = Vh), el voltaje de
conducción en polarización directa y su corriente de descarga mantendrá al diodo encendido después
de que el capacitor sea descargado por completo, la fuente de voltaje E suministra corriente al diodo, el
valor de esta corriente I será:
Figura No. 2-6 Intervalo
de carga del capacitor.
VC
VS
E
 5
T

9. • Para la operación del oscilador se desea que el diodo cambie a apagado, después de que el capacitor se
haya descargado. Así, ésta corriente deberá hacerse menor que la corriente de sostenimiento IH se
desea entonces que:
Figura No. 2-8. Forma de onda
de salida del oscilador.
VF
VS
VC
t

10. • La frecuencia de la forma de onda es determinada esencialmente por el tiempo de carga del capacitor
ya que el tiempo de descarga es demasiado corto, el tiempo de carga completa depende de E, R y VS,
puede definirse a partir de la siguiente fórmula:
• Las oscilaciones dependen de las variables del circuito sin embargo la amplitud de las oscilaciones
depende únicamente del valor de VS. La forma más conveniente de variar la frecuencia de este circuito
es variar el valor de R. El valor mínimo de R necesario para las oscilaciones es:
• De igual modo para obtener el valor máximo de R necesario para las oscilaciones es:
• Mientras R se encuentre entre estos límites el diodo cambiará a “encendido” cuando el capacitor se
cargue hasta VS y retornará a “apagado” cuando el capacitor se descargue hasta VF, produciéndose de
este modo las oscilaciones.

11. TRANSISTORES MONOUNIÓN ( UNIJUNTURA ) - UJT.
• El transistor monounión (UJT), es un dispositivo de 3 terminales y una sola unión. El UJT siempre
funciona como un interruptor y se aplica más frecuentemente en osciladores, circuitos de
sincronización, circuitos de disparo para SCR o TRIAC

12. PARAMETROS
• Resistencia entre bases rBB = rB1 + rB2
• Valores promedios de las bases 9.1K  rBB  4.7K
• 5K  rB1  50

13. •
•  =
𝑟 𝐵1
𝑟 𝐵𝐵
•  es la relación intrínseca de neutralización (INTRINSEC STANDOFF RATIO, FROM 0.4 TO 0.8).
•
• El voltaje de pico VP en el cual la acción de disparo es llevado a cabo está determinado por:
• VP =   VBB + VD
•
• VD es el valor de la caída de voltaje del diodo.
• VP es el voltaje de pico.
• IP es la corriente de pico.
• IV es la corriente de valle.
• VV es el voltaje de valle.
Figura No. 2-14, Curva característica del UJT.

14. OPERACION BASICA DE INTERRUPCION
• Cuando el voltaje de emisor-base VEB = VP, el diodo del emisor es polarizado directamente e inyecta
huecos en la región de rB1; debido a (+B2 ) estos son repetidos de E y atraídos por B1. Esto decrece el
valor de la resistencia de base B1 y aumenta la corriente de emisor E (continuamente el diodo
polarizado directamente) inyectando más huecos causando que la resistencia de B1 vuelva a disminuir,
repitiéndose el ciclo, sucediendo una acción regenerativa. Puesto que el voltaje VEB disminuye y la
corriente de emisor IE aumenta, se presenta una región de resistencia negativa.
• El decremento de la resistencia de B1 se detiene cuando ocurre la saturación a un valor rSAT de 5 a
20 y se dice que el UJT está “saturado”.
• 𝑟𝑆𝐴𝑇 =
𝑉 𝐸𝐵 − 𝑉 𝑉
𝐼 𝐸 − 𝐼 𝑉

15. • Condición para que el circuito oscile. IV > IE > IP
•
• El dispositivo no enciende si IE < IP
•
• El dispositivo no se puede apagar IE > IV
Q2
UJT
CE
RE RT
RL
VBB
SW1
VV
VE
VP
t
VB1
t
VBB
VB2
t
T
B2
B1
E
Figura No. 2-15, Oscilador básico de relajación con UJT.

16. OSCILADOR DE RELAJACIÓN CON UJT.
• El circuito más común de UJT usado actualmente es el oscilador de relajación el cuál se muestra en la
figura número 2-15. Consideremos la situación en la que el capacitor está en 0 voltios (VC = 0) y el
interruptor SW1 se cierra súbitamente en t = 0 al aplicar VBB al circuito, puesto que VC = 0, el diodo
emisor del UJT se polariza inversamente y el UJT queda “apagado”. En esta condición, la única
corriente de emisor que fluye, es una pequeña corriente de fuga inversa IEO. Así mismo, rB1 estará en su
valor de apagado (típicamente 4k). De esta manera, puede considerarse que el circuito está abierto
(IE = 0) y el capacitor comenzará a cargarse hacia el voltaje de entrada (VBB) a través de la RE.
• El voltaje en el capacitor, continuará aumentando hasta que el voltaje en el emisor alcance el valor de
punto pico VP.

17. VARIACIÓN DE LA FRECUENCIA.
• La frecuencia de las oscilaciones normalmente se controla, variando la constante de tiempo () de carga
RC, sin embargo, existen límites respecto al valor de RE y son determinados por las ecuaciones
siguientes.
• Si RE es mayor que su valor máximo, la corriente a través de RE será reducida por debajo de la IP
requerida para disparo. El UJT oscilara si el valor de RE es seleccionado entre RE MÍN y RE MÁX.
• Se recomienda RE ÓPTIMA = 1 a 10 RE MÍN
• La ecuación exacta para T debido a RT es:
• Los valores recomendados para CE son de 0.001F hasta 10F, prácticamente no utilizar valores
superiores a 1F.

18. PUT TRANSISTOR MONOUNIÓN PROGRAMABLE.
• El PUT es una versión perfeccionada del UJT. En realidad el PUT es un dispositivo PNPN, pero su
operación es muy similar a la del UJT. Como se verá, el PUT se comporta como un UJT cuyo voltaje de
disparo VP puede establecer el diseñador del circuito, mediante un divisor de voltaje externo.

19. VENTAJAS DEL PUT SOBRE EL UJT.
• a) Mayor voltaje de quiebre. c) Capacidad para operación en bajo voltaje.
• b) Mayor salida de voltaje de los pulsos. d) Programación del voltaje de disparo.
• Los voltajes de disparo VP, de , IP e IV del PUT pueden ser diseñados o programados por la selección
adecuada de R1 y R2.

20. OSCILADOR DE RELAJACIÓN CON PUT.
 El voltaje a través del capacitor CA, se carga hacia los 20 voltios de la fuente de voltaje VB a través de la
resistencia RA, hasta alcanzar el VP programado. En éste punto el PUT cambia a “encendido” y el capacitor CA se
descarga rápidamente a través del PUT y la resistencia RL. El voltaje VP voltaje de disparo, su valor es
establecido por el divisor de voltaje formado por R1 y R2.
 El voltaje en G permanece estable mientras el capacitor se carga y el PUT está “apagado”. Cuando el PUT
cambia a “encendido”, VS cae hasta aproximadamente cero ( al valor de VV ). Después de que el capacitor se
descarga, el PUT cambia a “apagado”, retornando VS a su valor estable.
 Se produce un impulso positivo, a través de RL cuando el capacitor se descarga. La amplitud de éste impulso es
ligeramente inferior al voltaje de disparo VP, esto es debido al voltaje de “encendido” ánodo - cátodo de
aproximadamente 1 Volt.

21. ECUACIONES
Es buena práctica seleccionar RA
entre los límites de 2 RA MÍN y ½ RA
MÁX para asegurar algún margen de
seguridad.
En el circuito Thevenin RG = R1 // R2.

22. COMPONENTES DE PROPÓSITO ESPECIAL
Este dispositivo se utiliza, fundamentalmente, como generador
de pulsos de disparo para SCR y TRIACs.

23. este transistor permite que se puedan controlar los
valores de RBB y VP

24. un dispositivo de tres terminales (ánodo, cátodo y
compuerta) el cual conduce en una sola dirección de
ánodo a cátodo cuando el voltaje en el primero es mayor
que en el segundo. Presenta características eléctricas
muy similares a la de un diodo de cuatro capas; sin
embargo, la presencia de la terminal de compuerta le
permite controlar su voltaje de disparo

25. Es similar en cuanto a construcción al SCR.
La diferencia está en que posee dos
terminales de puerta, uno para entrar en
conducción y otro para corte. El SCS se suele
utilizar en rangos de potencia menores que el
SCR.

26. dispositivo de baja potencia simétrico para
aplicaciones de disparo más versátil, Su reducido
coste, alta velocidad y capacidad para disparar puertas
de tiristores con altos valores de corriente hace que este
dispositivo sea muy útil en muchas aplicaciones.

27. El DIAC es un diodo de disparo bidireccional,
especialmente diseñado para
disparar TRIACs y Tiristores

28. protección contra sobre voltaje ms

29. DIAC (DIODO DE CORRIENTE ALTERNA).
• El DIAC es un Diodo de disparo bidireccional, que está diseñado específicamente para disparar al TRIAC
o al SCR. Básicamente el DIAC no conduce (excepto por una pequeña corriente de fuga) hasta que el
voltaje de ruptura es alcanzado. En ese punto el DIAC entra en una conducción de avalancha y el
dispositivo muestra una característica de resistencia negativa y la caída de voltaje a través del DIAC será
de aproximadamente 5 volts, creando una corriente de ruptura lo suficientemente amplia, para
disparar el TRIAC o SCR.
Figura 2-53, Curva característica de un DIAC y su
símbolo.

30. PARAMETROS
(a) Breakover voltage, +VBO [ V(BO)F]: Voltaje de conmutación o Ruptura positivo.
(b) Voltage symmetry, VBO = /+VBO / - /-VBO /: Simetría de voltajes de conmutación.
(c) Breakback voltage, -VBO [ V(BO)R]: Voltaje de conmutación o Ruptura negativo.
(d) Breakover current, IBO: Corriente de conmutación o Ruptura.
(e) Power dissipation, PC ó Ptot: Disipación de potencia.
(f) Peak pulse current, ITRM : Corriente de conducción máxima
El DIAC también se le conoce como Diodo bidireccional de disparo o Diodo simétrico de disparo, se le
considera un dispositivo de transición conductiva, debido a que entrega un pulso de corriente en lugar de
una corriente de compuerta senoidal.

31. DISPOSITIVO CONTROL MOC3011 - OPTOACOPLADOR CON
TRIAC.
• La familia MOC30XX de controladores TRIAC, consisten en un Diodo LED (Light Emitting
Diode) infrarrojo de AlGaAs, acoplado ópticamente a un chip detector de Silicio. Estos dos
chips están acoplados en una presentación DIP (Dual Inline Package) de seis terminales (pins),
que toleran 7.5kVpico de aislamiento entre el LED y el detector de salida. Este detector de
salida está diseñado para conducir TRIACs que controlan cargas con alimentación de 120VAC y
220VAC. El chip detector es un dispositivo complejo, que actúa de la misma forma que un
pequeño TRIAC, generando la señal necesaria para encender un TRIAC de mayor potencia.
Los TRIACs del MOC30XX son capaces de controlar TRIACs de mayor capacidad con un
mínimo de componentes.

32. DESCRIPCIÓN ELÉCTRICA BÁSICA.
• El LED de AlGaAs tiene una caída de voltaje VF nominal de 1.3V a 10mA y un voltaje de ruptura inversa mayor de
3Volts, la corriente máxima del LED es 60mA.
• El detector tiene un voltaje mínimo de ruptura de 250VDC en cualquier dirección en el estado apagado. En el
estado encendido, el detector permite el paso de 100mA en cualquier dirección, con menos de 3V de caída de
voltaje entre terminales (VTM). Una vez disparado al estado encendido, el detector permanecerá así, hasta que la
corriente se reduzca a menos de la corriente de sostenimiento IH (típicamente 100µA) tiempo en el cual el detector
se revierte al estado apagado (no conducción).
• El detector podría dispararse al estado de conducción, al exceder el voltaje de bloqueo directo, por un transitorio
de voltaje que supere el
𝜕𝑉
𝜕𝑡
del detector o por los fotones del LED.
• El disparo del detector por medio de LED, está garantizado por las especificaciones del componente, en donde se
especifica que el detector se encenderá si a través del LED circula una corriente superior al de la especificación
IFT(MÁX), por ejemplo, el MOC3011 requiere al menos 10mA de corriente del LED para garantizar el encendido. Un
dispositivo similar, el MOC3012 tiene las mismas características excepto que requiere solamente 5mA para disparar
el detector.