SUS Interruptor Unilateral de Silicio

Interruptor Unilateral de Silicio SUS El Interruptor unilateral de silicio o mejor conocido por sus siglas en inglés como SUS (Silicon Unilateral Switch), es 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. Por su carácter unidireccional es utilizado para el control de SCR´s y para el control de TRIACS

Estructura y Simbología

Este dispositivo presenta cuatro capas de materiales semiconductores; en el ánodo se tiene la terminal de compuerta y un diodo Zener de bajo voltaje entre los terminales de compuerta y cátodo. Por esta razón, muchas veces es representado como un tiristor de puerta de ánodo al que se asocia el Zener.

datos

• Tensión de disparo Vs = 6 a 10V
• Corriente en el momento de disparo Is= 0.5 mA
• Tensión de Manteamiento VH = aproximadamente 0.7 a 25º C
• Corriente de mantenimiento IH = 1.5 mA Max.
• Caída de tensión directa (para If = 200mA) = 1.75V
• Tensión Inversa VR = 30V
• Pico de los impulsos V0=3.5 V min
• Temperatura de juntura Tj -65 a 125º C

                                                                       comportamiento

Este dispositivo comienza a conducir cuando el voltaje entre Ánodo y Cátodo alcanza un valor Vs el cual típicamente es de 6 a 10V. Después de esto el voltaje cae dependiendo de la corriente de conducción. Hay que destacar que este dispositivo seguirá conduciendo mientras se mantenga un voltaje por encima de 0.7 y la corriente de conducción no caiga por debajo de la corriente de mantenimiento IH la cual típicamente es de 1.5mA. En el caso que se dé una polarización inversa este dispositivo no conduce, sin embargo tiene un límite de voltaje inverso llamado VR el cual puede estar por el orden de los 30V. Si se supera este voltaje entonces se destruye el dispositivo.

Aspecto

SCS Silicon Controlled Switch

El interruptor controlado de silicio (SCS) es un tiristor con una compuerta adicional. Puede usarse como un tiristor, pero que se dispara con pulsos positivos o negativos en cualquiera de las compuertas. Sin embargo, también puede pasar al estado de no conducción aplicando pulsos a las compuertas.

Un interruptor de silicio controlado consiste en una estructura de cuatro capas cuyas cuatro regiones semiconductoras son accesibles. El dispositivo puede ser considerado como un circuito integrado con sendos transistores npn y pnp conectados como un par de realimentación positiva. Siendo accesibles las cuatro regiones, la realimentación positiva es fácilmente controlada, y el dispositivo puede ser accionado como un amplificador lineal de elevada ganancia de c.c. o como un interruptor.

El SCS es semejante en construcción al SCR. Sin embargo, el SCS tiene dos terminales de compuerta, como se muestra en la figura 1.1: la compuerta del cátodo y la compuerta del ánodo. El SCS puede encenderse y apagarse usando cualquiera de sus terminales de compuerta. El SCR puede encenderse usando sólo su terminal de compuerta. Normalmente el SCS se encuentra disponible sólo en rangos de potencia menores que las del SCR.

El SCS también puede encenderse con un pulso negativo en la compuerta del ánodo, como se muestra en la figura (a). Esto energiza al Q1 hacia conducción, en el que a su vez proporciona corriente de base para el Q2. Una vez que el Q2 está encendido, proporciona una trayectoria para la corriente de base del Q1, sosteniendo así el estado encendido.

Para apagar SCS se aplica un pulso positivo a la compuerta del ánodo. Esta acción polariza e inversa a la unión base-emisor del Q1 y lo apaga. El Q2 a su vez, se apaga y el SCS deja de conducir como se muestra en la parte (b). El SCS tiene comúnmente un tiempo de apagado más rápido que el SCR.

Además del pulso positivo en la compuerta del ánodo o el negativo en la del cátodo, existen otros métodos para apagar un SCS. Las figuras 1.3 (a) y (b) muestran los métodos de conmutación para reducir la corriente del ánodo abajo del valor de retención. En cada caso, el transistor opera como un interruptor.

+V +V

Q Encendido

Q Apagado Q RA

RA

Q Encendido

Q Q Apagado

(a) El interruptor en serie apaga al SCS (b) El interruptor en paralelo apaga al SCS

                                                                          aplicaciones

Los SCS y SCR se utilizan en aplicaciones semejantes. El SCS tiene la ventaja de apagado más rápido con pulsos en cualquiera de sus terminales de compuerta; sin embargo, es más limitado en términos de los rangos de corriente y voltaje máximos. Además, el SCS se usa algunas veces en aplicaciones digitales, tales como contadores, registradores y circuitos de sincronización.

PUT Programmable Unijunction Transistor

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.

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.

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 conservará 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.

                                                                        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 de conmutación 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.

FET Field Effect Transistor

El transistor de efecto campo (Field-Effect Transistor, en inglés) es un transistor que usa el campo eléctrico para controlar la forma y, por lo tanto, la conductividad de un canal que transporta un solo tipo de portador de carga, por lo que también suele ser conocido como transistor unipolar. Es un semiconductor que posee tres terminales, denominados puerta (gate), drenaje (drain) y fuente (source). La puerta es el terminal equivalente a la base del transistor BJT (Bipolar Junction Transistor), de cuyo funcionamiento se diferencia, ya que en el FET, el voltaje aplicado entre la puerta y la fuente controla la corriente que circula en el drenaje. Así como los transistores bipolares se dividen en NPN y PNP, los FET son de los tipos Canal-N y Canal-P, dependiendo del tipo de material del cual se compone el canal del dispositivo

Tipo de transistores de efecto de campo

El canal de un FET es dopado para producir tanto un semiconductor tipo N o uno tipo P. El drenaje y la fuente deben estar dopados de manera contraria al canal en el caso del MOSFET de enrequecimiento, o dopados de manera similar al canal en el caso del MOSFET de agotamiento. Los transistores de efecto de campo también son distinguidos por el método de aislamiento entre el canal y la puerta.

Podemos clasificar los transistores de efecto campo según el método de aislamiento entre el canal y la puerta:

El MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) usa un aislante (normalmente SiO2).

El JFET (Junction Field-Effect Transistor) usa una unión p-n

El MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor) substituye la unión PN del JFET con una barrera Schottky.

En el HEMT (High Electron Mobility Transistor), también denominado HFET (heterostructure FET), la banda de material dopada con "huecos" forma el aislante entre la puerta y el cuerpo del transistor.

Los MODFET (Modulation-Doped Field Effect Transistor)

Los IGBT (Insulated-gate bipolar transistor) es un dispositivo para control de potencia. Son comúnmente usados cuando el rango de voltaje drenaje-fuente está entre los 200 a 3000V. Aun así los Power MOSFET todavía son los dispositivos más utilizados en el rango de tensiones drenaje-fuente de 1 a 200V.

Los FREDFET es un FET especializado diseñado para otorgar una recuperación ultra rápida del transistor.

Los DNAFET es un tipo especializado de FET que actúa como biosensor, usando una puerta fabricada de moléculas de ADN de una cadena para detectar cadenas de ADN iguales.

Los TFT, que hacen uso de silicio amorfo o de silicio policristalino.

Características 

Tiene una impedancia de entrada extremadamente alta (casi 100MΩ).

No tiene un voltaje de unión cuando se utiliza como conmutador (interruptor).

Hasta cierto punto es inmune a la radiación.

Es menos ruidoso.

Puede operarse para proporcionar una mayor estabilidad térmica.

Es muy sensible

Son muy comunes en amplificadores de audio

RTC Tiristor de Conduccion Inversa

conducción inversa (RTC). Tiristor el cual cumple con las características de un tiristor común y puede considerarse como un tiristor con un diodo antiparalelo incorporado, es te se usa en la electrónica de potencia.

En muchos circuitos pulsadores e inversores se conecta un diodo antiparalelo a través de un SCR, con la finalidad de permitir el flujo de corriente inversa debido a una carga inductiva y para mejorar el requisito de desactivación de un circuito de conmutación. El diodo fija el voltaje de bloqueo inverso del SCR a 1 ó 2 volt por debajo de las condiciones de régimen permanente. Sin embargo en condiciones transistorias el voltaje uede elevarse hasta 30 volt debido al voltaje inducido por la inductancia dispersa en el circuito dentro del dispositivo. Un RCT es un intercambio entre características del dispositivo y requisitos del circuito; puede considerarse como un tiristor con un diodo antiparalelo incorporado.

Un RCT se conoce también como tiristor asimétrico (ASCR). El mismo cuenta con tres pines ánodo, cátodo y puerta. El voltaje de bloqueo directo varia de 400 a 2000 volts y la especificación de corriente hasta 500A. El voltaje de bloque inverso es tipicamente de 30 a 40 Volts. Dada las características de relación entre la corriente directa a través de un tiristor y la corriente inversa del diodo, sus aplicaciones se limitan a diseños de circuitos específicos.


                                                                       Aplicaciones 
Los RTC pueden encontrarse de dos tipos:

Tiristores de conducción inversa, puerta canal n controlado por ánodo.
Tiristores de conducción inversa, puerta canal p,controlado por cátodo.

SBS Interruptor Bilateral de Silicio

Un Interruptor bilateral de silicio o SBS por sus siglas en inglés (Silicon Bilateral Switch) es un tiristor del tipo bidireccional, que está compuesto por dos tiristores unidireccionales o SUS conectados en antiparalelo. Al igual que los tiristores UJT, PUT y SUS, el SBS es utilizado en circuitos osciladores de relajación para el control de disparo de dispositivos que entregan potencia eléctrica a una carga, como los SCR y los TRIAC; la diferencia consiste en que pueden dispararse tanto en el semiciclo positivo como en el negativo de una fuente de voltaje de corriente alterna, debido a que pueden polarizarse directa e inversamente.

                                                                       Construcción
Como casi todos los familiares de los tiristores, el SBS cuenta con tres conexiones: la compuerta (G), el ánodo o terminal 1 (A1 o T1) y el ánodo o terminal 2 (A2 o T2). Una característica muy especial de este dispositivo es que no es una versión modificada de un diodo con sus capas NPNP, sino más bien está compuesto internamente por transistores, diodos Zener y resistencias internas, y que además vienen fabricados como circuitos integrados.

                                                                           ventajas
Además de su caída de voltaje más drástica debido a su región de resistencia negativa, lo cual permite una conmutación más rápida, el SBS es mucho más estable térmicamente y más simétrico que su familiar cercano, el DIAC.

Estabilidad térmica: Esto significa que ante incrementos de temperatura, el SBS mantiene un voltaje muy estable; de acuerdo con la hoja de especificaciones de la compañía POWEREX,1​ el modelo BS08D-T112 cuenta con un coeficiente de temperatura de 0.01%/°C. En otras palabras, por cada grado centígrado que varíe la temperatura del dispositivo, su voltaje de ruptura cambiará en un 0.01%, convirtiéndolo en un dispositivo muy estable térmicamente hablando.
Simetría: Cuando se menciona que el SBS es simétrico, es porque los voltajes de ruptura en los semiciclos positivos y negativos son iguales o casi iguales. Esto se puede verificar en la señal de salida de un SBS: sus ángulos de disparo en los dos semiciclos son prácticamente iguales.

GCS Gate Controlled Switch

                                                                                      

bajada de corriente baja es la forma normal en que se apaga el SCR. El interruptor controlado por la puerta está diseñado para una fácil apertura con un gatillo con polarización inversa. Un interruptor controlado por compuerta (GCS) se cierra con un gatillo positivo y se abre con un gatillo negativo (o con una caída de baja corriente). El circuito del interruptor controlado por compuerta se muestra en la figura. Cada activador positivo cierra el GCS, y cada activador negativo lo abre. Por lo tanto, se obtiene una salida de onda cuadrada, como se muestra en la figura. La ventaja más obvia de GCS sobre SCR o SCS es el hecho de que puede activarse o desactivarse aplicando el pulso adecuado a la compuerta de cátodo (sin la compuerta de ánodo y los circuitos asociados requeridos para el SCS). Una segunda ventaja muy importante de GCS es la mejora de las características de conmutación.

El interruptor controlado por compuerta es útil en contadores, circuitos digitales, multivibradores, reguladores de voltaje y otras aplicaciones en las que un gatillo negativo está disponible para el apagado.

Una de las mejoras que se le puede aplicar un tiristor es la de apagado por compuerta. Básicamente tiene la misma estructura y funcionamiento que el SCR salvo que puede desactivarse por una pulsación en su compuerta, sea cual sea el estado del dispositivo, esta pulsación debe ser de una magnitud lo suficientemente elevada. También suelen usarse para el control de motores. Su uso se expandió en los ’70. En circuitos de corriente continua, este tipo de dispositivos no necesitan agentes externos en orden a apagar el dispositivo.

Un tiristor de este tipo necesita una mayor corriente de compuerta para encenderse que un SCR normal. Para grandes aparatos de potencia se necesitan corrientes de compuerta del orden de 10A. Para apagar el dispositivo se necesita una pulsación de corriente negativa que debe oscilar entre 20 y 30 μs de duración. La magnitud de la corriente negativa de pulsación debe ser de un cuarto o un sexto de la corriente que fluye por el tiristor.

LASCR LIGHT ACTIVATED SCR

Rectificador controlado de silicio fotoactivo (LASCR). Dispositivo semiconductor de cuatro capas que opera esencialmente como el SCR normal, solamente que es activado por medio de energía luminosa que incide sobre una de las junturas PN. Cuando la luz incidente es suficientemente intensa, el LASCR se dispara y permanece en ese estado aunque desaparezca esa luz.

Principio de funcionamiento
Este dispositivo se activa mediante radiación directa de luz sobre el disco de silicio. Los pares electrón-hueco que se crean debido a la radiación producen la corriente de disparo bajo la influencia de un campo eléctrico. La estructura de compuerta se diseña a fin de proporcionar la suficiente sensibilidad para el disparo, a partir de fuentes luminosas prácticas (por ejemplo, LED y para cumplir con altas capacidades de di/dt y dv/dt). En un circuito puede ser reconocido por la simbología que muestra la figura I. Como se observa el mismo cuenta con tres terminales Puerta (G), Anodo (A), Cátodo (K) y una ventana transparente por donde entra la luz.

Curva Caracteristica

Características

La especificación de voltaje de un LASCR puede llegar tan alto como 4 kv a 1500 A, con una potencia de disparo luminoso de menos de 100mw. El di/dt típico es 250 A/ms y el dv/dt puede ser tan alto como 2000v/ms. La frecuencia de conmutación es de hasta 2kHz, estos tiristores normalmente disponen de conexiones especiales para ser disparados con fibra óptica. Un LASCR ofrece total aislamiento eléctrico entre la fuente de disparo luminoso y el dispositivo de conmutación de un convertidor de potencia, que flota a un potencial tan alto como unos cuantos cientos de kilovoltios.

Aplicaciones

Los LASRC se utilizan en aplicaciones de alto voltaje y corriente por ejemplo, transmisión de cd de alto voltaje (HVDC) y compensación de potencia reactiva estática o de volt-amperes reactivos (VAR). Un LASCR ofrece total aislamiento eléctrico entre la fuente de disparo luminoso y el dispositivo de conmutación de un convertidor de potencia, que flota a un potencial tan alto como unos cuantos cientos de kilovoltios.

Equipos en que se usa

• Alarmas antirrobo
• Detectores de presencia en puertas y ascensores
• Circuitos de control óptico en general
• Relevadores
• Control de fase
• Control de motores
• Y una variedad de aplicaciones en computadoras.

Circuito

Aspecto

Diodo De Cuatro Capas Schokley

El diodo de cuatro capas o diodo Schockley es un dispositivo compuesto por cuatro capas semiconductoras npnp, cuya estructura y símbolo se describen en la figuras 12.2.a y 12.2.b. Esencialmente es un dispositivo interruptor.

Al aplicar un tensión positiva entre ánodo y cátodo se puede observar que la unión J1 y J3 está polarizada en directa, y la unión J2 polarizada en inversa. En estas condiciones únicamente circula una corriente muy baja (despreciable) y el dispositivo se encuentra cortado.

Aumentando esta tensión positiva se llega a una tensión VBO de ruptura o avalancha donde la corriente crece de forma abrupta y la caída de tensión decrece de la misma manera. En este momento, el diodo ha conmutado desde el estado de bloqueo a conducción.

La característica Tensión-Corriente (V-I) se muestra en la figura. La región I es la región de alta impedancia y la III, la región de baja impedancia. Para pasar del estado apagado al de conducción, se aumenta la tensión en el diodo hasta alcanzar la tensión de conmutación, denominada Vs. La impedancia del diodo desciende bruscamente, haciendo que la corriente que lo atraviesa se incremente y disminuya la tensión, hasta alcanzar un nuevo equilibrio en la región III (Punto B). Para volver al estado apagado, se disminuye la corriente hasta la corriente de mantenimiento, denominada Ih. En ese instante el diodo aumenta su impedancia, reduciendo, todavía más la corriente, mientras aumenta la tensión en sus terminales, cruzando la región II, hasta que alcanza el nuevo equilibrio en la región I (Punto A). La tensión inversa de avalancha es denominada Vrb.

Curva Caracteristica

CARACTERÍSTICAS GENERALES



Interruptor casi ideal.


Soporta tensiones altas.


Amplificador eficaz.


Es capaz de controlar grandes potencias.


Fácil controlabilidad.


Relativa rapidez.


Características en función de situaciones pasadas (memoria).
Aplicaciones
la principal aplicación de estos dispositivos es el control de grandescorrientes de carga para motores, calentadores, sistemas de iluminación yotras cargas semejantes.
Aspecto.

UJT

El transistor uniunión o transistor unijuntura (en inglés UJT: UniJuntion Transistor) es un tipo de transistor que contiene dos zonas semiconductoras. Tiene tres terminales denominados emisor (${\displaystyle E}$), base uno (${\displaystyle B_{1}}$) y base dos (${\displaystyle B_{2}}$). Está formado por una barra semiconductora tipo N, entre los terminales ${\displaystyle B_{1}-B_{2}}$, en la que se difunde una región tipo P+, el emisor, en algún punto a lo largo de la barra, lo que determina el valor del parámetro η, standoff ratio, conocido como razón de resistencias o factor intrínseco.

Consiste en una placa de material ligeramente dopado de silicio tipo-n. Los dos contactos de base se unen a los extremos de esta superficie tipo n. Estos se indican como ${\displaystyle B_{1}}$ y ${\displaystyle B_{2}}$respectivamente. Un material de tipo p se utiliza para formar una juntura p-n en el límite de la varilla de aluminio y la placa de silicio tipo n. El tercer terminal llamado emisor (${\displaystyle E}$) se hace a partir de este material tipo-p. El tipo n está ligeramente contaminado, mientras que el de tipo p está fuertemente contaminado. Como el tipo n está ligeramente dopado, ofrece una alta resistencia mientras que el material tipo p, ofrece baja resistividad puesto que está fuertemente contaminado.

Curva Caracteristica

Fijándose en la curva característica del UJT se puede notar que cuando el voltaje sobrepasa un valor de ruptura, el UJT presenta un fenómeno de modulación de resistencia que, al aumentar la corriente que pasa por el dispositivo, la resistencia de esta baja y por ello, también baja el voltaje en el dispositivo
Circuito Equivalente

Aplicaciones
Una de las aplicaciones del UJT más común es como generador de pulsos en diente de sierra. Estos pulsos resultan muy útiles para controlar el disparo de la puerta de TRIACS y SCR. En la siguiente figura, se muestra el esquema de uno de estos circuitos.
Aspecto.

TRIAC

El TRIAC es un componente electrónico semiconductor de tres terminales para controlar la corriente. Su nombre viene del término TRIode for Alternating Current = Triodo Para Corriente Alterna.

 Podríamos decir que un triac se utiliza para controlar una carga de CA (corriente alterna), semejante a como un transistor se puede utilizar para controlar una carga de CC (corriente continua). En definitiva es un interruptor electrónico pero para corriente alterna. Los triac se utilizan en muchas ocasiones como alternativas al relé.

 Su funcionamiento básico es cerrar un contacto entre dos terminales (ánodo 1 y 2) para dejar pasar la corriente (corriente de salida) cuando se le aplica una pequeña corriente a otro terminal llamado "puerta" o Gate (corriente de activación).

 Se seguirá permitiendo que la corriente fluya hasta que la corriente de salida disminuya por debajo de un valor determinado, llamada corriente umbral, o se corte la corriente totalmente de alguna forma, por ejemplo con un interruptor o pulsador.
Curva Caracteristica

Circuito Principal

Especificaciones

• Vgt Voltaje umbral de compuerta 0.7 - 1.5 V
• Igt Corriente umbral de compuerta 5 - 50 mA
• Vdrm Voltaje pico directo en estado apagado repetitivo 600 - 800 V
• Vrrm Voltaje pico inverso en estado apagado repetitivo 600 - 800 V
• IT corriente eficaz en estado encendido 4 - 40 A
• Itsm Corriente pico en estado encendido no repetitivo 100 - 270 A
• Vt Voltaje directo en estado encendido 1.5 V

El triac es fácil de usar y ofrece ventajas de coste sobre el uso de dos tiristores para muchas aplicaciones de baja potencia. Cuando se necesitan potencias superiores, casi siempre se utilizan dos tiristores colocados en "anti-paralelo".

 Son múltiples los usos del triac, pero por citar algunos:

 - Para reguladores de luz.

 - Para controles de velocidad de un ventilador eléctrico.

 - Para el controles de motor pequeños.

 - Para el control de pequeños electrodomésticos.

 - Para el control de temperatura, control de iluminación, control de nivel de líquido, los circuitos de control de fase, interruptores de potencia, etc.

Aspecto