Diodos, Transistores y Tiristores: Componentes Clave en Electrónica de Potencia

Introducción a los Componentes Semiconductores Esenciales

Este documento explora los fundamentos y aplicaciones de tres componentes semiconductores cruciales en la electrónica: el diodo, el transistor y el tiristor. Comprender su funcionamiento y características es esencial para el diseño y mantenimiento de circuitos electrónicos, especialmente en el ámbito de la electrónica de potencia.

¿Qué es un Diodo?

El diodo es un rectificador que se instala en un circuito para convertir una señal alterna en una señal unidireccional.

Aplicaciones del Diodo

• Rectificador de media onda
• Rectificador de onda completa
• Rectificador en paralelo
• Duplicador de tensión
• Estabilizador Zener
• LED (Diodo Emisor de Luz)
• Limitador de voltaje
• Circuito fijador (Clamper)

¿Qué es un Transistor?

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. Se emplean comúnmente en convertidores CC-CC o CC-CA, y son adecuados para aplicaciones de baja y mediana potencia.

Funciones Principales del Transistor

• Amplificador
• Oscilador
• Conmutador
• Rectificador

Clasificación de Transistores

• BJT (Transistor de Unión Bipolar)
• MOSFET (Transistor de Efecto de Campo Metal-Óxido-Semiconductor)
• SIT (Transistor de Inducción Estática)
• IGBT (Transistor Bipolar de Puerta Aislada)
• COOLMOS

Zonas de Operación del Transistor

• Activa
• Saturación
• Corte
• Activa Invertida

Efecto Transistor y Flujo de Corriente

Del 100% de los electrones emitidos por el emisor, aproximadamente un 1% se recombina en la base y el 99% restante llega al colector.

Ganancia de Corriente (Beta)

La ganancia de corriente (β) es la relación entre la corriente del colector (Ic) y la corriente de base (Ib) en sentido directo.

Regiones de Operación del Transistor (Resumen)

• Corte:
  • Ib = 0
  • Ic = 0
  • Vce = Vcc
  • Vbe < 0.7V (para silicio)
  • Comportamiento: Circuito abierto
• Activa:
  • Ic = β x Ib
  • Vbe > 0.7V (para silicio)
  • Comportamiento: Amplificador (circuito abierto en la salida, pero con corriente controlada)
• Saturación:
  • Vce ≈ 0.2V (para silicio)
  • Vbe > 0.7V (para silicio)
  • Comportamiento: Cortocircuito (idealmente)

¿Qué es un Tiristor?

Los tiristores son interruptores electrónicos utilizados en circuitos electrónicos de potencia donde es necesario controlar la activación del interruptor.

Funciones Principales del Tiristor

• Rectificación controlada
• Interruptor
• Regulación
• Amplificación

Tipos Comunes de Tiristores

• Tiristor conmutado forzado
• Tiristor conmutado por línea
• GTO (Gate Turn-Off Thyristor)
• RTC (Reverse Conducting Thyristor)
• SITR (Static Induction Thyristor)
• GATT (Gate Assisted Turn-Off Thyristor)
• LASCR (Light Activated SCR)
• MTO (MOS Turn-Off Thyristor)
• ETO (Emitter Turn-Off Thyristor)
• EGCT (Enhanced Gate Commutated Thyristor)
• MCT (MOS Controlled Thyristor)

Aplicaciones de los Tiristores

• Control de velocidad de motores
• Control de intensidad de iluminación
• Activación de sistemas de protección
• Convertidores de voltaje
• Cargadores de baterías

Estados de Operación de un SCR

• Estado de conducción
• Estado de corte

Factores que Afectan la Corriente de Mantenimiento

• Sensibilidad de los semiconductores
• Temperatura de unión
• Valor de la resistencia exterior puerta-cátodo

Corriente de Enganche (Latching Current)

Es el valor mínimo de la corriente principal que permite a este semiconductor funcionar y pasar al estado de conducción.

Corriente de Mantenimiento (Holding Current)

Para mantener un tiristor en estado de conducción, es necesario que exista una corriente mínima que mantenga la conducción una vez activado.

Métodos de Disparo de un Tiristor

• Por puerta (Gate Triggering)
• Por módulo de tensión (dv/dt Triggering)
• Por gradiente de tensión (dv/dt Triggering)
• Disparo por radiación (Light Triggering)
• Disparo por temperatura (Thermal Triggering)

Métodos de Apagado de un SCR

• Aplicación de voltaje inverso
• Cortocircuitar ánodo y cátodo
• Abrir el circuito principal
• Disminuir la corriente de mantenimiento por debajo del valor de retención