Dispositivos especiales, unidad 5, física de semiconductores

1. Dispositivos especiales
Los tiristores son dispositivos formados por cuatro capas de material
semiconductor (pn-pn). Dentro de ellos se encuentran el Silicon-Controlled
Rectifier (SCR) en español rectificador controlado de silicio, el diode for alternating
current (DIAC) que es diodo para corriente alterna, el Triode for Alternating Current
(TRIAC) que es triodo para corriente alterna y el Silicon-Controller Switch (SCS)
que significa interruptor controlado de silicio. Todos tienen características
comunes como el actuar como circuitos abiertos capaces de soportar al ser
disparados. Cuando son disparados se activan y se convierten en caminos de baja
resistencia para la corriente y se mantienen así, incluso si el disparo es removido,
hasta que la corriente es reducida a cierto nivel o hasta que se desactivan,
dependiendo del tipo de dispositivo.
Los tiristores pueden usados para controlar la cantidad de potencia de corriente
alterna a cargar y son usados en reguladores de lámparas, controladores de
velocidad de motores, ignición de sistemas y carga de circuitos por nombrar
algunas.

2. 5.1 FAMILIA DE TIRISTORES
RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO (SCR)
Como el diodo de cuatro capas, el SCR tiene dos posibles estados de operación.
En el estado off, actúa idealmente como un circuito abierto entre el ´ánodo y el
cátodo, de hecho, en lugar de abierto, hay una alta impedancia. En el estado on, el
SCR actúa idealmente como un corto entre ´ánodo y cátodo, de hecho, hay una
baja resistencia en polarización directa. El SCR es usado en varias aplicaciones
incluyendo control de motores, circuidos de retraso, controles de calefactores y
controles de fase por nombrar algunos.
Características del SCR
De las características más importantes del SCR son
Voltaje de Quiebre en Polarización Directa, VBF: Este es el voltaje en el cual
el SCR entre en la región de conducción en polarización directa. El valor VBF es
máximo cuando IG = 0. Cuando la corriente de compuerta incremente, el VBF
decrementa.
Corriente Estándar: Este valor de la corriente de ´ánodo debajo del cual el SCR
conmuta de la región de conduce ´on a la región de bloqueo. El valor incrementa
con el decrecimiento del valor IG y es máximo cuando IG = 0.
Corriente de Disparo en Compuerta: Este valor de corriente de compuerta es
el necesario para conmutar el SCR de la región de bloqueo a la región de
conducción bajo condiciones específicas.
Región de Conducción en Polarización Directa: Esta región corresponde al
estado on del SCR, donde hay una corriente de ´ánodo a cátodo a través de la
baja resistencia (aproximado al corto) del SCR.
Voltaje de Quiebre en Polarización Inversa VBR: Este parámetro especifica el
valor del voltaje en polarización inversa de cátodo a ´ánodo en el cual el
dispositivo quiebra en una región de avalancha y comienza a conducir (al igual
que la unión pn de un diodo).

3. DIODO INTERRUPTOR DE CORRIENTE ALTERNA (DIAC).
Las dos estructuras del DIAC son el diodo de disparo de AC y el diodointerruptor
bidireccional pnpn. El formador simplemente es un dispositivo de tres capas similar en
construcción a un transistor bipolar Figura 1a, excepto que las concentraciones de dopaje
en las dos uniones son aproximadamente las mismas y no hay contacto entre la región
base de en medio. El dopaje equitativo resulta simétrico, características bidireccionales
son mostradas en la Figura 1c. Cuando el voltaje sin importar la polaridad es aplicado a
un DIAC, una unión es polarizada directamente y la otra inversamente.
Figura 1.
La corriente es limitada
por la corriente
leakage provocada por la unión polarizada inversamente. Cuando el voltaje
aplicado es suficientemente alto, el quiebre ocurre en VBC B0(1−∝)
1
푛, donde VBC B0
es el voltaje de quiebre de avalancha de una unión pn, _ es la ganancia de
corriente en configuración base común y n una constante definida anteriormente
(varia según el material semiconductor). Esta expresión es la misma para el voltaje
de quiebre para una base de transistor bipolar npn abierta. Como la corriente
incrementa después del quiebre, _ incrementar ‘a causando una reducción en el
voltaje de la terminal. Esta reducción lleva a una diferencial de resistencia
negativa.
El diodo interruptor o conmutador bidireccional pnpn se comporta como dos
diodos Shockley conectados en antiparalelo para acomodar las señales de voltaje,
Figura 1b. Usando el principio de corto-cátodo, podemos integrar este arreglo en

4. dos un DIAC simple de dos terminales como se muestra.
La simetría de la estructura resulta en un rendimiento idéntico para cada polaridad
de voltaje aplicado. La simetría de las características I-V y el símbolo del
dispositivo es mostrado en la Figura 1c. Similar al diodo Shockley, el DIAC puede
ser disparado a conducción superando el voltaje de quiebre o disparándolo con
dV=dt. Debido a su acción regenerativa, el diodo interruptor bidireccional tiene una
resistencia grande negativa y pequeña caída hacia adelante que en el diodo de
disparo de AC.

5. TRIODO INTERRUPTOR DE CORRIENTE ALTERNA (TRIAC)
EL TRIAC es un DIAC con una tercera terminal de compuerta para controlar los
voltajes de conmutación tanto en voltajes de polarización M1 y M2 Figura 12. La
estructura del TRIAC es considerablemente más complicada que el convencional
tiristor. En adición a las cuatro capas básicas p1n1p2n2, existe una unión de
compuerta en la región n3 y otra en la región n4 en contacto con M1. Note también
que de p1 es recortado n4, de p2 es recortado n2 y también n3, entres electrodos
separados. El TIAC es muy ´útil en el control de iluminación, control de velocidad
de motor, control de temperatura y otras aplicaciones para corriente alterna.
Figura 2.
Las características I-V del TRIAC son mostradas en la Figura 2b. Las operaciones
de dispositivo bajo varias condiciones de polarización son explicadas en la Figura
3. Cuando la terminal principal M1 es positiva con respecto de M2 y un voltaje
positivo es aplicado a la compuerta (también con respecto de M2), el
comportamiento del dispositivo es idéntico al del tiristor convencional (Figura 3a).
La unión J4 es parcialmente polarizada inversamente (debido a la caída de IR
localmente) y es inactivo; la corriente de compuerta es suministrada a través del
corto de compuerta. Ya que la unión J5 es también (parcialmente) polarizada
inversamente e inactiva, la corriente fluye a través del lado izquierdo de la sección
p1n1p2n2.

6. Figura 2.
En la Figura 3b, M1 es positivo con respecto a M2, pero un voltaje negativo es
aplicado a la compuerta. La unión J4 entre n3 y p2 es ahora parcialmente
polarizada directamente (debido a la caída IR), y los electrones son inyectados de
n3 a p2. El transistor auxiliar p1n1p2n3 ser ‘a encendida por el flujo lateral de
corriente de base en p2 hacia la compuerta n3 debido al incremento de ganancia
del transistor n3p2n1.
La conducción completa del transistor auxiliar resulta en el flujo de la corriente
hacia afuera de este dispositivo y hacia la región n2. Esta corriente proveer ‘a la
corriente de compuerta requerida y disparar ‘a el transistor p1n1p2n2 del lado
izquierdo en conducción.

7. Cuando M1 es polarizado negativamente con respecto de M2, y VG es polarizado
positivamente, la unión J3 se convierte en directamente polarizada entre M2 y la
compuerta en corto (Figura 13c). Los electrones son inyectados de n2 a p2 y
difundidos a n1, resultando en un incremento de las vías directas de J2. Por la
acción regenerativa, eventualmente la corriente entera fluye a través del corto en
M2. La unión de compuerta J4 es polarizada inversamente y es inactiva. La
corriente del dispositivo entero es movida a través del lado derecho del transistor
p2n1p1n4.
La Figura 13d muestra la condición de M1 negativo con respecto a M2 y VG es
también negativo. En esta condición, la unión J4 es polarizada directamente, y el
disparo es inicializado por la inyección de electrones de n3 a n1. Esta acción baja
el potencial en n1, causando la inyección de huecos de p2 a n1. Estos huecos
proveen la corriente de control de base para el transistor p2n1p1, y el lado
derecho del transistor p2n1p1n4 es eventualmente encendido o activado. Debido a
que la unión J3 es polarizada inversamente, la corriente principal es movida del
corte de M2 a través de la región n4.
El TRIAC es un triodo interruptor simétrico que puede controlar suministros de
carga con potencia de AC. La equivalencia de integrar dos transistores en un solo
chip resulta en solo la mitad de la estructura, siendo usada en cualquier momento
(Figura 3). Por lo tanto la utilización de ´área del TRIAC es pobre—
aproximadamente cerca de la que dos tiristores conectados independiente. Las
principales ventajas del dispositivo son sus características perfectas de relación de
salidas y la eliminación de un paquete adicional de condiciones externas. Sin
embargo, sus características de entradas son exageradamente desiguales. Los
TRIAC ahora tienen abarcado un ancho rango de voltajes de operación (arriba de
1.6kV) y corrientes (sobre 300A).

8. 5.2 UJT y PUT
Transistor Uniunion (UJT).
El nombre UJT proviene de las siglas inglesas de Unijunction Transistor (transistor
uni-uníón), con las que se designa un elemento compuesto de una barra de silicio
tipo N de cuyos extremos se obtienen los terminales base 2 (B2) Y base 1 (BI).
Esta barra de silicio consta de un grado de dopado característico que le
proporciona una resistencia llamada resistencia interbases (RBB).
En un punto determinado de la barra, más próximo a B2 que a Bl' se incrusta un
material tipo P para formar una unión P-N respecto a la barra original, dando lugar
al terminal dé emisor (E). Considerando el lugar de inserción del material tipo P, se
obtiene un divisor de tensión sobre la resistencia RBB original: el formado por las
partes correspondientes de la barra N comprendidas entre B2 y E Y entre E y B1•
A estas resistencias así obtenidas se las denomina Rs, Y Rsz, respectivamente.
La relación existente entre ellas es de suma importancia, de manera que se define
el parámetro «1]» como:
El cual depende del proceso de fabricación, del grado de dopado, de la geometría
del elemento, etc. El fabricante suele proporcionar este dato entre sus hojas de
especificaciones.
La Figura 5.1a muestra la estructura interna de un UJT, siendo su circuito
equivalente el de la Figura 5.1b~.El símbolo usual para este transistor se
representa en la Figura
5.1c. en el que se observa que la punta de la flecha apunta hacia el terminal B1•
En principio supondremos que el potenciómetro P es un cortocircuito. Si
inicialmente se hace VBB =0 y se aumenta progresivamente la tensión VEE> la
unión E- B 1 se comporta como un diodo polarizado en directo.

9. El funcionamiento difiere notablemente cuando VBB es distinta de cero. En este
caso, y para una tensión VEJ;=0, circulará una corriente a través de la barra de
silicio de valor tal, que en el cátodo del diodo se obtendrá una tensión.
Quedando, por tanto, la unión P-N polarizada en inverso y circulando una corriente
inversa de emisor. Conforme se aumenta la tensión VEE, disminuye la
polarización inversa del diodo y, consecuentemente, la corriente de emisor, hasta
llegar a un punto en el que no circula corriente: esta tensión VEE será de valor
igual a VK•
Si se continúa aumentando VEE• el diodo queda polarizado en directo,
comenzando a circular una corriente de emisor, y cuando la tensión VEE alcanza
el valor VK más los 0,7 voltios correspondientes a la tensión de codo del diodo, el
emisor inyecta portadores en la región N de aquél, modulando la resistencia RBt'
con lo .que ésta disminuye de valor hasta prácticamente desaparecer. En ese
momento, la tensión VEB1 cae bruscamente, aumentando lE con la misma
rapidez: se ha producido el cebado del UJT. A la tensión VEB, correspondiente al
cebado se la conoce como tensión de pico (Vp) y tiene como valor
De la expresión anterior se deduce que la tensión de cebado del UJT depende de
la tensión de alimentación (VBB), con lo que variando ésta conseguiremos
igualmente variar la tensión de pico. En la Gráfica 5.1 se observa el punto de pico
del UJT para una tensión
VBB dada, indicándose con línea de trazos el cebado del elemento. A esta zona
se la conoce con el nombre de zona de resistencia negativa.
Una vez cebado -el UJT, si se aumenta el valor de P la corriente lE disminuirá
gradualmente, manteniéndose prácticamente constante la tensión VEB, hasta
llegar a un punto de P tal, que la corriente lE pasa por debajo del valor I", llamado
de valle, momento en el que se produce un paso del UJT al estado de bloqueo,

10. aumentando VEB1 y disminuyendo lE hasta el valor de la corriente de fuga del
diodo.
El UJT se polariza normalmente según se vé en su curva de polarización. La
base B2 se lleva a una tensión positiva (5V≤VBB≤30V). Por la
resistencia RB1B2 circula entonces una corriente IB2=Ie:
El cátodo del diodo emisor se encuentra a una tensión:
El diodo puede presentar una polarización inversa si VE es inferior a VC por lo que
se presentará una corriente de fuga IEBO muy pequeña. Por otro lado si VE es
superior VC, el diodo queda polarizado directamente y por ende circula una
corriente IE formada por portadores minoritarios que son depositados en R1. Esta
se anula disminuyendo su valor; por esto la tensión Vo disminuye también, ahora
si bien si VE es constante, IE debe aumentar, lo que disminuye aún más a R1
.

11. PUT
El PUT es un semiconductor de cuatro capas (pnpn) cuyo funcionamiento es
similar al del UJT. Es un tipo de tiristor y a veces se le llama “tiristor disparado por
ánodo” debido a su configuración. Al igual que el UJT, se utiliza como oscilador y
base de tiempos, pero es más flexible, ya que la compuerta se conecta a
un divisor de tensión que permita variar la frecuencia del oscilador sin modificar la
constante de tiempo RC.
EL SIMBOLO DEL PUT
Funcionamiento
Si el PUT está polarizado directamente y aplicamos Vag= 0.7 V, entra en
conducción. El PUT permanece encendido hasta que el voltaje anódico es
insuficiente, entonces, se apaga. El apagado se debe a que la corriente anódica
llega un valor ligeramente menor a la corriente de sostenimiento.
Conexión típica del PUT

12. Es un dispositivo de disparo ánodo-puerta (ánodo-compuerta) puesto que su
disparo se realiza cuando la puerta tenga una tensión más negativa que el ánodo,
es decir, la conducción del PUT se realiza por control de las tensiones en sus
terminales. Si el PUT es utilizado como oscilador de relajación, el voltaje de
compuerta VG se mantiene desde la alimentación mediante el divisor resistivo del
voltaje RB1 y RB2, y determina el voltaje de disparo Vp. En el caso del UJT, Vp
está fijado por el voltaje de alimentación, pero en un PUT puede variar al modificar
el valor del divisor resistivo RB1 y RB2. Si el voltaje del ánodo Va es menor que el
voltaje de compuerta Vg, se conservara en su estado inactivo, pero si el voltaje de
ánodo excede al de compuerta más el voltaje de diodo Vag, se alcanzará el punto
de disparo y el dispositivo se activará. La corriente de pico Ip y la corriente de valle
Iv dependen de la impedancia equivalente en la compuerta y del voltaje de
alimentación en VBB. En general Rk está limitado a un valor por debajo de
100 ohm.
Rk=RB1RB2/(RB1 + RB2)
Para tener un diseño exitoso, la corriente de ánodo, que la llamaremos I, debe
estar entre las corrientes Ip e Iv, de no estarlo, el dispositivo no oscilará. Por ello,
se debe tener cuidado al diseñar la impedancia equivalente Rg y el voltaje de
alimentación, ya que estos parámetros modifican directamente los valores de
corriente ya mencionados.
Aplicaciones
El uso del PUT se encuentra casi limitado a su utilización en osciladores de
relajación para disparo de tiristores de potencia en aplicaciones de control de fase.
Su alta sensibilidad, les permite trabajar con elevados valores de resistencia de
temporización o pequeños valores de capacitancia, en aplicaciones de baja
corriente, tales como temporizaciones muy largas o en circuitos alimentadas con
baterías. Adicionalmente, por su conmutación debido a un proceso de
realimentación positiva de elementos activos, presentan menores tiempos
deconmutación que los UJT donde este proceso se debe a un cambio en la
conductividad de la barra de silicio por inyección de portadores. En consecuencia
menores valores de capacitancia producen pulsos de disparos de la potencia
adecuada.

13. Programable Unijunction Transistores (PUT) Información
Programable Unijunction Transistores (PUT) Información
Transistores uni-unión programables (PUT) son tiristores de tres terminales que
se desencadenan en la conducción cuando la tensión en el ánodo excede la
tensión en la puerta. El PUT es similar a la UJT, pero su relación de reserva
intrínseca se puede ajustar por dos resistencias externas. Por lo tanto, se utiliza el
nombre "programable". Un PUT es una versión más avanzada de un transistor
monounión (UJT). En una Unijunction transistor programable, características de
funcionamiento tales como la resistencia de base a base, tensión intrínseca
enfrentamiento, corriente valle, y la corriente de pico se pueden programar
mediante el establecimiento de los valores de dos resistencias externas. Las
solicitudes de transistores monounión programables (PUT) incluyen disparadores
tiristores, osciladores, pulso y circuitos de sincronización, con frecuencias de hasta
10 kHz. Un circuito integrado puede incluir no sólo un chip de circuito integrado,
sino también un circuito de transistor, tal como un transistor Unijunction
programable.
Especificaciones
Las especificaciones de rendimiento de los transistores monounión programables
(PUT) incluyen pico de corriente (con RG de 10K ohmios y 1M ohmios), actual
valle (con RG de 10K ohmios y 1M ohmios), tensión directa puerta a cátodo, de
puerta a cátodo inversa voltaje, de puerta a ánodo tensión inversa, ánodo a cátodo
voltaje, corriente de pico no repetitivo hacia adelante, corriente directa repetitivo
pico, corriente directa de pico repetitiva, DC corriente de ánodo hacia adelante,
puerta en DC, la disipación de energía, temperatura de almacenamiento, de
funcionamiento temperatura de la unión. Transistores monounión programables
(PUT) pueden ser empaquetados individualmente o en empaque estándar para los
requisitos de alto volumen, tales como equipos de inserción automática.

14. Transistores monounión programables (PUT) que los Estados Unidos cumplan
con las especificaciones militares (MIL-SPEC) se fabrican de acuerdo a las
normas que se describen en la norma MIL-STD-750 (Método de prueba estándar
para Dispositivos Semiconductores) y MIL-HDBK-6100 (Manual Militar, Lista de
Caso Contornos y Dimensiones para semiconductores discretos dispositivos). Al
igual que otros componentes hechos de material semiconductor, transistores
monounión programables (PUT) que se comercializan en la Unión Europea las
naciones (UE) deben estar fabricados de conformidad con la restricción de
sustancias peligrosas (RoHS) y las directivas sobre residuos de aparatos
eléctricos y electrónicos (RAEE). RoHS exige a todos los fabricantes de equipos
eléctricos y electrónicos vendidos en Europa para demostrar que sus productos
contienen niveles sólo mínimas de las siguientes sustancias peligrosas: plomo,
mercurio, cadmio, cromo hexavalente, bifenilos polibromados y éteres difenil
polibromados. RoHS entrará en vigencia el 1 de julio de 2006. Por definición, los
dispositivos sin plomo contienen menos de 1.000 ppm de plomo en peso.

16. 5.4 TRANSISTOR IGBT
QUE ES EL IGBT:
La sigla IGBT corresponde a las iniciales de isolated gate bipolar transistor o sea
transistor bipolar de puerta de salida
El IGBT es un dispositivo semiconductor de potencia híbrido que combina los
atributos del TBJ y del MOSFET. Posee una compuerta tipo MOSFET y por
consiguiente tiene una alta impedancia de entrada. El gate maneja voltaje como el
MOSFET. El símbolo más comúnmente usado se muestra en la figura . Al igual
que el MOSFET de potencia, el IGBT no exhibe el fenómeno de ruptura
secundario como el TBJ.
El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) es un dispositivo electrónico que
generalmente se aplica a circuitos de potencia.
Este es un dispositivo para la conmutación en sistemas de alta tensión. La tensión
de control de puerta es de unos 15V. Esto ofrece la ventaja de controlar sistemas
de potencia aplicando una señal eléctrica de entrada muy débil en la puerta.
El IGBT de la figura es una conexión integrada de un MOSFET y un BJT. El
circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las
características de conducción son como las del BJT. El IGBT es adecuado para
velocidades de conmutación de hasta 20 KHz y ha sustituido al BJT en muchas
aplicaciones.
SIMBOLOGIA:
Es un componente de tres terminales que se denominan GATE (G) o puerta,
COLECTOR (C) y EMISOR (E) y su símbolo corresponde al dibujo de la figura
siguiente.

17. Estructura
El IGBT es un dispositivo semiconductor de cuatro capas que se alternan (PNPN)
que son controlados por un metal-óxido-semiconductor (MOS), estructura de la
puerta sin una acción regenerativa. Un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT)
celular se construye de manera similar a un MOSFET de canal n vertical de poder
de la construcción, excepto la n se sustituye con un drenaje + p + capa de
colector, formando una línea vertical del transistor de unión bipolar de PNP.
Este dispositivo posee la características de las señales de puerta de los
transistores de efecto campo con la capacidad de alta corriente y bajo voltaje de
saturación del transistor bipolar, combinando una puerta aislada FET para la
entrada de control y un transistor bipolar como interruptor en un solo dispositivo.
El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las
características de conducción son como las del BJT. En la figura II se observa la
estructura interna de un IGBT, el mismo cuenta con tres pines Puerta (G), Emisor
(E) y Colector (C).
Su estructura microelectrónica es bastante compleja es por ello que lo describimos
en base a su esquema equivalente.

18. CURVA CARACTERISTICA IGBT:
COMO FUNCIONA:
Consideremos que el IBGT se encuentra bloqueado inicialmente. Esto significa
que no existe ningún voltaje aplicado al gate. Si un voltaje VGS es aplicado al
gate, el IGBT enciende inmediatamente, la corriente ID es conducida y el voltaje
VDS se va desde el valor de bloqueo hasta cero. LA corriente ID persiste para el
tiempo tON en el que la señal en el gate es aplicada. Para encender el IGBT, la
terminal drain D debe ser polarizada positivamente con respecto a la terminal S.
LA señal de encendido es un voltaje positivo VG que es aplicado al gate G. Este
voltaje, si es aplicado como un pulso de magnitud aproximada de 15, puede
causar que el tiempo de encendido sea menor a 1 s, después de lo cual la
corriente de drain iD es igual a la corriente de carga IL (asumida como constante).
Una vez encendido, el dispositivo se mantiene así por una señal de voltaje en el
gate. Sin embargo, en virtud del control de voltaje la disipación de potencia en el
gate es muy baja.

19. EL IGBT se apaga simplemente removiendo la señal de voltaje VG de la terminal
gate. La transición del estado de conducción al estado de bloqueo puede tomar
apenas 2 micro segundos, por lo que la frecuencia de conmutación puede estar en
el rango de los 50 kHz.
EL IGBT requiere un valor límite VGS(TH) para el estado de cambio de encendido
a apagado y viceversa. Este es usualmente de 4 V. Arriba de este valor el voltaje
VDS cae a un valor bajo cercano a los 2 V. Como el voltaje de estado de
encendido se mantiene bajo, el gate debe tener un voltaje arriba de 15 V, y la
corriente iD se autolimita.
El IGBT se aplica en controles de motores eléctricos tanto de corriente di recta
como de corriente alterna, manejados a niveles de potencia que exceden los 50
kW.
CARACTERISTICAS A TENER EN CUENTA EN UN IGBT:
• VGSmax Limitada por el espesor del óxido de silicio.
• Se diseña para que cuando VGS = VGSmax la corriente de cortocircuito sea
entre
4 a 10 veces la nominal (zona activa con VDS=Vmax) y pueda soportarla durante
unos 5 a 10 μs. y pueda actuar una protección electrónica cortando desde
puerta.
• VDSmax es la tensión de ruptura del transistor pnp. Como α es muy baja,

20. será
VDSmax=BVCB0 Existen en el mercado IGBTs con valores de 600, 1.200, 1.700,
2.100 y 3.300 voltios. (anunciados de 6.5 kV).
• La temperatura máxima de la unión suele ser de 150ºC (con SiC se esperan
valores mayores)
• Existen en el mercado IGBTs encapsulados que soportan hasta 400 o 600 Amp.
• La tensión VDS apenas varía con la temperatura ⇒ Se pueden conectar
en
paralelo fácilmente ⇒ Se pueden conseguir grandes corrientes con
facilidad,
p.ej. 1.200 o 1.600 Amperios.
En la actualidad es el dispositivo mas usado para potencias entre varios kW y un
par de MW, trabajando a frecuencias desde 5 kHz a 40kHz.

21. 5.5 TIRISTOR GTO
Tiristores de desactivación por compuerta (GTO).
Es un dispositivo de electrónica de potencia que puede ser encendido por un solo
pulso de corriente positiva en la terminal puerta o gate (G), al igual que el tiristor
normal; pero en cambio puede ser apagado al aplicar un pulso de corriente
negativa en el mismo terminal. Ambos estados, tanto el estado de encendido
como el estado de apagado, son controlados por la corriente en la puerta (G).
CARACTERISTICAS:El disparo se realiza mediante una VGK >0El bloqueo se
realiza con una VGK < 0.La ventaja del bloqueo por puerta es que no se precisan
de los circuitos de bloqueo forzado que requieren los SCR.La desventaja es que la
corriente de puerta tiene que ser mucho mayor por lo que el generador debe estar
más dimensionado.El GTO con respecto al SCR disipa menos potencia.
FUNCIONAMIENTO
Un tiristor GTO, al igual que un SCR puede activarse mediante la aplicación de
una señal positiva de
compuerta. Sin embargo, se
puede desactivar mediante una
señal negativa de compuerta.
Un GTO es un dispositivo de
enganche y se construir con
especificaciones de corriente y
voltajes similares a las de un SCR. Un GTO se activa aplicando a su compuerta un
pulso positivo corto y se desactiva mediante un pulso negativo corto.
INTENSIDAD DE PUERTA EN EL ENCENDIDO DE UN GTO
ENCENDIDO DE UN GTO

22. Al igual que ocurre con un tiristor convencional, para llevar a cabo el encendido de
un GTO es necesario aplicar una determinada corriente entrante por la puerta. Sin
embargo, en el encendido de un GTO la corriente máxima por la puerta IGM y la
velocidad de variación de dicha corriente al principio de la conducción deben ser lo
suficientemente grandes como para asegurar que la corriente circula por todas las
islas cátodo (figura 6.4. Si esto no fuese así y sólo algunas islas cátodo
condujeran, la densidad de corriente en estas islas sería tan elevada que el
excesivo calentamiento en zonas localizadas podría provocar la destrucción del
dispositivo.
APAGADO
Al comenzar a circular corriente
positiva por la puerta, la corriente
de ánodo a cátodo se concentra en
las zonas situadas entre los
terminales de puerta, aumentando
la densidad de corriente en estas
zonas.
De esta forma, el GTO no
comienza a apagarse hasta que la
corriente de ánodo a cátodo ha
quedado reducida a pequeños
filamentos entre los terminales de puerta. Entonces la tensión vAK, hasta entonces
muy pequeña al estar el GTO en funcionamiento, comienza a aumentar. Como la
gran densidad de corriente que circula por estos pequeños filamentos podría
ocasionar su destrucción, se utiliza un condensador snubber en paralelo con el
GTO, que ofrece a la corriente un camino alternativo por donde circular. Así,
cuando vAK comienza a aumentar el condensador comienza a cargarse, por lo que
parte de la corriente que circulaba por el
GTO lo hace ahora por el condensador.
CARACTERISTICAS DEL DIODO:
Como se muestra en la figura se
muestran las características estáticas
corriente-voltaje del GTO. Se muestra
que si una corriente positiva pasa por la
compuerta el dispositivo pasara de un
estado de apagado aun estado de
encendido. Por lo contrario si la corriente

23. es negativa pasara de un estado de encendido a apagado. Con ello tenemos el
dominio del dispositivo en todo momento. No cabe aclarar que al tener las más
funciones que un SCR, este dispositivo es un poco más costoso que un SCR.
Ventajas de los GTO sobre los SCR
 Eliminación de los componentes auxiliares en la conmutación forzada, que
da como resultado una reducción en costo, peso y volumen.
 Eliminación del ruido acústico y electromagnético debido a la eliminación de
bobinas de inducción en la conmutación.
 Desactivación más rápida, permitiendo frecuencias de conmutación más
altas.
 Una eficiencia mejorada de los convertidores.
Ventajas sobre los transistores bipolares en aplicaciones de baja potencia.
 Más alta capacidad de voltaje de bloqueo.
 Alta relación de corriente de pico controlable a corriente promedio.
 Alta relación de corriente de pulsación pico a corriente promedio,
típicamente de 10:1.
 Alta ganancia en estado activo típicamente de 600 Señal de compuerta
pulsada de corta duración. Bajo condiciones de pulsación de carga, un GTO
pasa a una saturación más profunda debido a la acción regenerativa. Por
otra parte, un transistor bipolar tiende a salirse de saturación.
APLICACIONES:Como el GTO tiene una conducción de corriente unidireccional, y
puede ser apagado en cualquier instante, éste se aplica en circuitos chopper
(conversiones de dc- dc) y circuitos inversores (conversiones dc -ac) a niveles de
potencia en los que los MOSFET's, TBJ's e IGBT's no pueden ser utilizados. A
bajos niveles de potencia los semiconductores de conmutación rápida son
preferibles. En la conversión de AC - DC, los GTO's, son útiles porque las
estrategias de conmutación que posee, pueden ser usadas para regular la
potencia, como el factor de potencia.A nivel industrial algunos usos son:
 Troceadores y convertidores.
 Control de motores asíncronos.
 Inversores.
 Caldeo inductivo.
 Rectificadores.

24.  Soldadura al arco.
 Sistema de alimentación ininterrumpida (SAI).
 Control de motores.
 Tracción eléctrica.