Diodos

DIODOS.

Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo.

De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest.

Los primeros diodos eran válvulas o tubos de vacío, también llamados válvulas termoiónicas constituidos por dos electrodos rodeados de vacío en un tubo de cristal, con un aspecto similar al de las lámparas incandescentes. El invento fue desarrollado en 1904 por John Ambrose Fleming, empleado de la empresa Marconi, basándose en observaciones realizadas por Thomas Alva Edison.

Diodo semiconductor

Un diodo semiconductor moderno está hecho de cristal semiconductor como el silicio con impurezas en él para crear una región que contiene portadores de carga negativa (electrones), llamado semiconductor de tipo n, y una región en el otro lado que contiene portadores de carga positiva (huecos), llamado semiconductor tipo p. Las terminales del diodo se unen a cada región. El límite dentro del cristal de estas dos regiones, llamado una unión PN, es donde la importancia del diodo toma su lugar. El cristal conduce una corriente de electrones del lado n (llamado cátodo), pero no en la dirección opuesta; es decir, cuando una corriente convencional fluye del ánodo al cátodo (opuesto al flujo de los electrones).

Al unir ambos cristales, se manifiesta una difusión de electrones del cristal n al p (Je). Al establecerse una corriente de difusión, aparecen cargas fijas en una zona a ambos lados de la unión, zona que recibe el nombre de región de agotamiento.

Sin embargo, la acumulación de iones positivos en la zona n y de iones negativos en la zona p, crea un campo eléctrico (E) que actuará sobre los electrones libres de la zona n con una determinada fuerza de desplazamiento, que se opondrá a la corriente de electrones y terminará deteniéndolos. La anchura de la región de agotamiento una vez alcanzado el equilibrio, suele ser del orden de 0,5 micras pero cuando uno de los cristales está mucho más dopado que el otro, la zona de carga espacial es mucho mayor.

Tensión umbral, de codo o de partida (Vγ).

La tensión umbral (también llamada barrera de potencial) de polarización directa coincide en valor con la tensión de la zona de carga espacial del diodo no polarizado. Al polarizar directamente el diodo, la barrera de potencial inicial se va reduciendo, incrementando la corriente ligeramente, alrededor del 1% de la nominal. Sin embargo, cuando la tensión externa supera la tensión umbral, la barrera de potencial desaparece, de forma que para pequeños incrementos de tensión se producen grandes variaciones de la intensidad de corriente.

Corriente máxima (Imax).

Es la intensidad de corriente máxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Dado que es función de la cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseño del mismo.

Corriente inversa de saturación (Is).

Es la pequeña corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formación de pares electrón-hueco debido a la temperatura, admitiéndose que se duplica por cada incremento de 10 °C en la temperatura.

Corriente superficial de fugas.

Es la pequeña corriente que circula por la superficie del diodo (ver polarización inversa), esta corriente es función de la tensión aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensión, aumenta la corriente superficial de fugas.

Tensión de ruptura (Vr).

Es la tensión inversa máxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha.

Teóricamente, al polarizar inversamente el diodo, este conducirá la corriente inversa de saturación; en la realidad, a partir de un determinado valor de la tensión, en el diodo normal o de unión abrupta la ruptura se debe al efecto avalancha; no obstante hay otro tipo de diodos, como los Zener, en los que la ruptura puede deberse a dos efectos:

Efecto avalancha (diodos poco dopados). En polarización inversa se generan pares electrón-hueco que provocan la corriente inversa de saturación; si la tensión inversa es elevada los electrones se aceleran incrementando su energía cinética de forma que al chocar con electrones de valencia pueden provocar su salto a la banda de conducción. Estos electrones liberados, a su vez, se aceleran por efecto de la tensión, chocando con más electrones de valencia y liberándolos a su vez. El resultado es una avalancha de electrones que provoca una corriente grande. Este fenómeno se produce para valores de la tensión superiores a 6 V.

Efecto Zener (diodos muy dopados). Cuanto más dopado está el material, menor es la anchura de la zona de carga. Puesto que el campo eléctrico E puede expresarse como cociente de la tensión V entre la distancia d; cuando el diodo esté muy dopado, y por tanto d sea pequeño, el campo eléctrico será grande, del orden de 3•105 V/cm. En estas condiciones, el propio campo puede ser capaz de arrancar electrones de valencia incrementándose la corriente. Este efecto se produce para tensiones de 4 V o menores.

El modelo matemático más empleado es el de Shockley (en honor a William Bradford Shockley) que permite aproximar el comportamiento del diodo en la mayoría de las aplicaciones. La ecuación que liga la intensidad de corriente y la diferencia de potencial es:

I= I_S (e^(VD/〖nV〗_T )-1)

Donde:

- I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo

-VD es la diferencia de tensión entre sus extremos.

-IS es la corriente de saturación (aproximadamente 〖10〗^(-12) A)

-n es el coeficiente de emisión, dependiente del proceso de fabricación del diodo y que suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para el silicio).

El Voltaje térmico VT es aproximadamente 25.85mV en 300K, una temperatura cercana a la temperatura ambiente, muy usada en los programas de simulación de circuitos. Para cada temperatura existe una constante conocida definida por:

V_T=kT/q

Donde k es la constante de Boltzmann, T es la temperatura absoluta de la unión pn, y q es la magnitud de la carga de un electrón (la carga elemental).

La ecuación de diodo ideal de Schockley o la ley de diodo se deriva de asumir que solo los procesos que le dan corriente al diodo son por el flujo (debido al campo eléctrico), difusión, y la recombinación térmica. También asume que la corriente de recombinación en la región de agotamiento es insignificante. Esto significa que la ecuación de Schockley no tiene en cuenta los procesos relacionados con la región de ruptura e inducción por fotones. Adicionalmente, no describe la estabilización de la curva I-V en polarización activa debido a la resistencia interna.

Bajo voltajes negativos, la exponencial en la ecuación del diodo es insignificante. Y la corriente es una constante negativa del valor de Is. La región de ruptura no está modelada en la ecuación de diodo de Schockley.

Para voltajes grandes, en la región de polarización directa, se puede eliminar el 1 de la ecuación, quedando como resultado:

I=I_S e^(V_D/(nV_T))

Con objeto de evitar el uso de exponenciales, en ocasiones se emplean modelos más simples aún, que modelan las zonas de funcionamiento del diodo por tramos rectos; son los llamados modelos de continua o de Ram-señal.

DIODO RECTIFICADOR

Un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua.1 Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio (actualmente en desuso).

Circuitos rectificadores de media onda

Es construido con un diodo ya que este pude mantener el flujo de corriente en una sola dirección, se puede utilizar para cambiar una señal de ac a una de dc.

Cuando la tensión de entrada es positiva, el diodo se polariza en directo y se puede sustituir por un corto circuito. Si la tensión de entrada es negativa el diodo se polariza en inverso y se puede remplazar por un circuito abierto. Por tanto cuando el diodo se polariza en directo, la tensión de salida a través de la carga se puede hallar por medio de la relación de un divisor de tensión sabemos además que el diodo requiere 0.7 voltios para polarizarse. Cuando la polarización es inversa, la corriente es cero, de manera que la tensión de salida también es cero

Circuitos rectificadores de onda completa

Un rectificador de onda completa convierte la totalidad de la forma de onda de entrada en una polaridad constante (positiva o negativa) en la salida, mediante la inversión de las porciones (semiciclos) negativas (o positivas) de la forma de onda de entrada. Las porciones positivas (o negativas) se combinan con las inversas de las negativas (positivas) para producir una forma de onda parcialmente positiva (negativa).

Diodo Emisor de Luz

Compuestos empleados en la construcción de led

Compuesto Color Long. de onda

arseniuro de galio (GaAs)

Infrarrojo 940 nm

arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs)

rojo e infrarrojo 890 nm

arseniuro fosfuro de galio (GaAsP)

rojo, anaranjado y amarillo 630 nm

fosfuro de galio (GaP)

verde 555 nm

nitruro de galio (GaN)

verde 525 nm

seleniuro de cinc (ZnSe)

azul

nitruro de galio e indio (InGaN)

azul 450 nm

carburo de silicio (SiC)

azul 480 nm

diamante (C)

ultravioleta

silicio (Si)

en desarrollo

El funcionamiento normal consiste en que, en los materiales conductores, un electrón, al pasar de la banda de conducción a la de valencia, pierde energía; esta energía perdida se manifiesta en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección y una fase aleatoria. El que esa energía pérdida, cuando pasa un electrón de la banda de conducción a la de valencia, se manifieste como un fotón desprendido o como otra forma de energía (calor por ejemplo) depende principalmente del tipo de material semiconductor. Cuando un diodo semiconductor se polariza directamente, los huecos de la zona positiva se mueven hacia la zona negativa y los electrones se mueven de la zona negativa hacia la zona positiva; ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diodo.

Si los electrones y huecos están en la misma región, pueden recombinarse, es decir, los electrones pueden pasar a "ocupar" los huecos "cayendo" desde un nivel energético superior a otro inferior más estable. Este proceso emite con frecuencia un fotón en semiconductores con la energía correspondiente a su banda prohibida. Esto no quiere decir que en los demás semiconductores (semiconductores de banda prohibida indirecta no se produzcan emisiones en forma de fotones; sin embargo, estas emisiones son mucho más probables en los semiconductores. La emisión espontánea, por tanto, no se produce de forma notable en todos los diodos y solo es visible en diodos como los ledes de luz visible, que tienen una disposición constructiva especial con el propósito de evitar que la radiación sea reabsorbida por el material circundante, y una energía de la banda prohibida coincidente con la correspondiente al espectro visible. En otros diodos, la energía se libera principalmente en forma de calor, radiación infrarroja o radiación ultravioleta. En el caso de que el diodo libere la energía en forma de radiación ultravioleta, se puede conseguir aprovechar esta radiación para producir radiación visible mediante sustancias fluorescentes o fosforescentes que absorban la radiación ultravioleta emitida por el diodo y posteriormente emitan luz visible.

Fotodiodo

Un fotodiodo es un semiconductor construido con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producirá una cierta circulación de corriente cuando sea excitado por la luz. Debido a su construcción, los fotodiodos se comportan como células fotovoltaicas, es decir, en ausencia de luz exterior generan una tensión muy pequeña con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo. Esta corriente presente en ausencia de luz recibe el nombre de corriente de oscuridad.

Diodo Schottky

El diodo Schottky o diodo de barrera Schottky, llamado así en honor del físico alemán Walter H. Schottky, es un dispositivo semiconductor que proporciona conmutaciones muy rápidas entre los estados de conducción directa e inversa (menos de 1ns en dispositivos pequeños de 5 mm de diámetro) y muy bajas tensiones umbral (también conocidas como tensiones de codo, aunque en inglés se refieren a ella como "knee", o sea, de rodilla). La tensión de codo es la diferencia de potencial mínima necesaria para que el diodo actúe como conductor en lugar de circuito abierto; esto, dejando de lado la región Zener, que es cuando existe una diferencia de potencial lo suficientemente negativa para que a pesar de estar polarizado en inversa éste opere de forma similar a como lo haría regularmente.

Funcionamiento

A frecuencias bajas un diodo normal puede conmutar fácilmente cuando la polarización cambia de directa a inversa, pero a medida que aumenta la frecuencia el tiempo de conmutación puede llegar a ser muy bajo, poniendo en peligro el dispositivo

El diodo Schottky está constituido por una unión metal-semiconductor (barrera Schottky), en lugar de la unión convencional semiconductor P - semiconductor N utilizada por los diodos normales.

Así se dice que el diodo Schottky es un dispositivo semiconductor "portador mayoritario". Esto significa que, si el cuerpo semiconductor está dopado con impurezas tipo N, solamente los portadores tipo N (electrones móviles) desempeñarán un papel significativo en la operación del diodo y no se realizará la recombinación aleatoria y lenta de portadores tipo N y P que tiene lugar en los diodos rectificadores normales, con lo que la operación del dispositivo será mucho más rápida.

Diodo Zener

El diodo Zener es un diodo de cromo1 que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas, recibe ese nombre por su inventor, el Dr. Clarence Melvin Zener. El diodo Zener es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la resistencia de carga y temperatura.

Si a un diodo Zener se le aplica una corriente eléctrica del ánodo al cátodo (polarización directa) toma las características de un diodo rectificador básico, pero si se le suministra corriente eléctrica de cátodo a ánodo (polarización inversa), el diodo solo dejara pasar una tensión constante.

En conclusión: el diodo Zener debe ser polarizado al revés para que adopte su característica de regulador de tensión.

Su símbolo es como el de un diodo normal pero tiene dos terminales a los lados. Este diodo se comporta como un diodo convencional en condiciones de alta corriente porque cuando recibe demasiada corriente se quema.

Diodo Varicap

El diodo Varicap conocido como diodo de capacidad variable o varactor, es un diodo que aprovecha determinadas técnicas constructivas para comportarse, ante variaciones de la tensión aplicada, como un capacitor (o condensador) variable. Polarizado en inversa, este dispositivo electrónico presenta características que son de suma utilidad en circuitos sintonizados (L-C), donde son necesarios los cambios de capacidad.

Operación

Cuando un diodo Varicap es polarizado en inversa, la barrera de potencial o juntura que forman los materiales N y P a partir del punto de unión de las junturas se produce una capacitancia. Visto en forma metafórica y práctica, es el equivalente a dos placas de un capacitor que van separándose a medida que la tensión de alimentación se incrementa. Este incremento de tensión provoca una disminución de la capacidad equivalente final en los terminales del diodo (a mayor distancia entre placas, menor capacidad final). Por este motivo queda claro el concepto de que la mayor capacidad que puede brindar un diodo de esta naturaleza se encuentra en un punto de baja tensión de alimentación (no cero), mientras que la mínima capacidad final estará determinada por cuánta tensión inversa pueda soportar entre sus terminales. Sin llegar a valores extremos, los más habituales suelen encontrarse entre 3 o 4 picofaradios y 50 picofaradios para ejemplos como el diodo BB148 de NXP. Con una tensión menor a un volt alcanza su máxima capacidad, llegando al mínimo valor con 12 o 13V, según podemos ver en la gráfica obtenida de su hoja de datos.

Para poder medir la capacitancia de estos diodos se puede recurrir a la fórmula de MBR

C_d=C/√(1+V_d )=pF

Donde

C = capacitancia del diodo con polarización inversa (Farads)

Vd= magnitud del voltaje de polarización inversa del diodo (Volts) como esta entre barras el valor siempre es positivo

Cd= C

Diodo Laser

LD (de las siglas en inglés Láser-Diode, diodo láser en español) Los diodos láser, también conocidos como láseres de inyección o ILD’s. Son LED’s que emiten una luz monocromática, generalmente roja o infrarroja, fuertemente concentrada, enfocada, coherente y potente. Son muy utilizados en computadoras y sistemas de audio y video para leer discos compactos (CD’s) que contienen datos, música, películas, etc., así como en sistemas de comunicaciones para enviar información a través de cables de fibra óptica. También se emplean en marcadores luminosos, lectores de códigos de barras y otras muchas aplicaciones.

Diodo PIN

Su nombre deriva de su formación P(material P), I(zona intrínseca) y N(material N). Los diodos PIN se emplean principalmente como resistencias variables por voltaje y los diodos Gunn e IMPATT como osciladores. También se disponen de diodos TRAPATT, BARITT, ILSA, etc.

Son dispositivos desarrollados para trabajar a frecuencias muy elevadas, donde la capacidad de respuesta de los diodos comunes está limitada por su tiempo de tránsito, es decir el tiempo que tardan los portadores de carga en atravesar la unión PN. Los más conocidos son los diodos Gunn, PIN e IMPATT.

Diodo Shockey o Diodo de cuatro capas

El diodo de cuatro capas o diodo Shockley es un dispositivo compuesto por cuatro capas semiconductoras npnp. 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.

1.- Zona directa (V > 0)

1.a) Región de corte. El diodo se encuentra en corte con unas corrientes muy bajas. En esta región se puede modelar como una resistencia ROFF de valor

1.b) Región de resistencia negativa. Cuando la tensión entre ánodo y cátodo es suficientemente alta se produce la ruptura de la unión con un incremento muy elevado en corriente comportándose el diodo como si fuera una resistencia negativa debido a la realimentación positiva de su estructura.

1.c) Región de saturación o conducción. En esta región, la caída de tensión entre ánodo y cátodo está comprendida entre 0.5V y 1.5V, prácticamente independiente de la corriente. Se mantendrá en este estado siempre que la tensión y corriente alcancen unos valores mínimos conocidos como niveles de mantenimiento definidos por VH e IH.

2.- Zona inversa (V < 0)

2.a) Región de ruptura. El diodo puede soportar una tensión máxima inversa VRSM que superado ese valor entra en conducción debido a fenómenos de ruptura por avalancha.

SCR (rectificador controlado de silicio)

El rectificador controlado de silicio es un tipo de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP. Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y gate (puerta). La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha tensión, el tiristor comienza a conducir. Trabajando en corriente alterna el SCR se desexcita en cada alternancia o semiciclo. Trabajando en corriente continua, se necesita un circuito de bloqueo forzado, o bien interrumpir el circuito.

El pulso de conmutación ha de ser de una duración considerable, o bien, repetitivo si se está trabajando en corriente alterna. En este último caso, según se atrase o adelante el pulso de disparo, se controla el punto (o la fase) en el que la corriente pasa a la carga. Una vez arrancado, podemos anular la tensión de puerta y el tiristor continuará conduciendo hasta que la corriente de carga disminuya por debajo de la corriente de mantenimiento (en la práctica, cuando la onda senoidal cruza por cero)

Cuando se produce una variación brusca de tensión entre ánodo y cátodo de un tiristor, éste puede dispararse y entrar en conducción aún sin corriente de puerta. Por ello se da como característica la tasa máxima de subida de tensión que permite mantener bloqueado el SCR. Este efecto se produce debido al condensador parásito existente entre la puerta y el ánodo.

Los SCR se utilizan en aplicaciones de electrónica de potencia, en el campo del control, especialmente control de motores, debido a que puede ser usado como interruptor de tipo electrónico.

TRIAC (tríodo para corriente alterna)

Un TRIAC o Tríodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la familia de los tiristores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna.

Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dos SCR en direcciones opuestas.

Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación de ánodo y cátodo) y puerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al electrodo puerta.

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 (Silicón 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.

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.

Efecto de la compuerta

Si aplicamos una diferencia de potencial entre la compuerta y el cátodo se puede modificar considerablemente la curva de operación del SUS. Una de las formas más clásicas de hacer esto es mediante un diodo zener, entre la compuerta y el cátodo. De esta forma, el voltaje de Disparo (Vs) queda definido por:

Vs = Vz + 0.6 V

De lo observado hasta ahora podríamos decir que él SUS es similar al UJT, sin embargo, el SUS se dispara a una tensión determinada por el diodo zener, y su corriente Is (corriente de activación) resulta mayor y muy cercana a IH (corriente de mantenimiento).

SBS (INTERRUPTOR BILATERAL DE SILICIO)

Un SBS o Interruptor Bilateral de Silicio, por sus siglas en inglés (Silicón 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. 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.

Un SBS puede dispararse con la compuerta conectada o desconectada; esta terminal solamente proporciona mayor flexibilidad en el disparo y por tanto altera sus características de voltaje-corriente. Si se comparara esta curva característica con la de un DIAC, se podría observar que son muy similares; sin embargo, la curva del SBS tiene una región de resistencia negativa más pronunciada, lo que significa que su caída de voltaje es mucho más drástica después de llegar a su estado de conducción. Usualmente, el voltaje de ruptura de un SBS se encuentra entre los 7 y 9 voltios, cuyo voltaje es mucho menor que el de un DIAC.

Uso de la compuerta del SBS para modificar la curva característica de un SBS

La compuerta de un SBS es usada para alterar el comportamiento mostrado en la curva característica Voltaje-Corriente; por ejemplo, si se desea tener ángulos de disparo diferentes en los semiciclos positivos y negativos, se puede conectar un diodo Zener entre la compuerta G y la terminal T1, con la finalidad de que el voltaje de ruptura directo llegue hasta el valor de voltaje del diodo Zener, mientras que el voltaje de ruptura inverso no se modifica. Con esto, se logra modificar el voltaje de ruptura original a uno determinado por el "usuario" para una aplicación cualquiera, aunque no es común tener diferentes ángulos de ruptura.

GTO (TIRISTOR DESACTIVADO POR COMPUERTA)

Un Tiristor GTO o simplemente GTO (del inglés Gate Turn-Off Thyristor) 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).

El proceso de encendido es similar al del tiristor. Las características de apagado son un poco diferentes. Cuando un voltaje negativo es aplicado a través de las terminales puerta (G) y cátodo (C o K), la corriente en la puerta (ig), crece. Cuando la corriente en la puerta (G) alcanza su máximo valor, IGR, la corriente de ánodo comienza a caer y el voltaje a través del dispositivo (VAK), comienza a crecer. El tiempo de caída de la corriente de ánodo (IA) es abrupta, típicamente menor a 1 us. Después de esto, la corriente de ánodo varía lentamente y ésta porción de la corriente de ánodo es conocido como corriente de cola.

La razón (IA/IGR) de la corriente de ánodo IA a la máxima corriente negativa en la puerta (IGR) requerida para el voltaje es baja, comúnmente entre 3 y 5.

Estructura y funcionamiento

La estructura del GTO es esencialmente la misma que un tiristor convencional. Existen 4 capas de silicio (PNPN), 3 uniones (P-N, N-P y P-N) y tres terminales: ánodo (A), cátodo (C o K) y puerta (G). La diferencia en la operación radica en que una señal negativa en la puerta (G) puede apagar el GTO. Mientras el GTO se encuentre apagado y no exista señal en la puerta, el dispositivo se bloquea para cualquier polaridad en el ánodo, pero una corriente de fuga (IA leak) existe. Con un voltaje de vías en directa el GTO se bloquea hasta que un voltaje de ruptura VAK = VB0 es alcanzado. En este punto existe un proceso dinámico de encendido., VAK = 3V y la corriente IA es determinada por la carga. Cuando el GTO se apaga y con la aplicación de una voltaje en inversa, solo una pequeña corriente de fuga (IA leak) existe. Una polarización en inversa VAK puede ser alcanzada cuando ocurra un corte. El valor del voltaje de ruptura inverso depende del método de fabricación para la creación de una regeneración interna para facilitar el proceso de apagado. Con un voltaje de polarización directo aplicado al ánodo y un pulso de corriente positiva es aplicada a la puerta G (gate), el GTO se enciende y permanece de esa forma. Para ésta condición, existen 2 formas de apagarlo. Una forma es reduciendo la corriente de ánodo IA por medios externos hasta un valor menor a la corriente de holding Ih, en la cual, la acción regenerativa interna no es efectiva. La segunda forma de apagarlo es por medio de un pulso en el gate, y este es el método más recomendable porque proporciona un mejor control. 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.

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