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SEP SNEST DGEST

INSTITUTO TECNOLGICO DE TOLUCA

Ttulo del trabajo: Tipos de diodos

Unidad: I Dispositivos Semiconductores

Materia: Electrnica analgica

Carrera: Ing. Mecatrnica

Profesor: Ral Paz Reveriano

Presenta: No. cuenta

Hernndez Esquivel Ivn 10281302

Metepec, Mxico; a 26 de febrero de 2014Contenido1.- Diodos Rectificadores2.-Diodos Emisores de Luz3.-Fotodiodo4.-Diodo Schottky5.-Diodo Zener6.-Diodo Varicap7.-Diodo Laser8.-Diodo Pin9.-Diodo SCR10.-Diodo TRIAC11.-Diodo SHOCKLEY12.-Diodo SUS13.-Diodo SBS14.-Diodo GTO

Introduccin

Un diodo es una sustancia cuya conductividad es menor que la de un conductor y mayor que la de un aislante. El grado de conduccin de cualquier sustancia depende, en gran parte, del nmero de electrones libres que contenga. En un conductor este nmero es grande y en un semiconductor pequeo es insignificante. El nmero de electrones libres de un semiconductor depende de los siguientes factores: calor, luz, campos elctricos y magnticos aplicados y cantidad de impurezas presentes en la sustancia.Es inconcebible la vida moderna sin los medios de comunicacin (radio, televisin, telefona), sin los sistemas de manejo de informacin (computacin), sin la electrnica de consumo en el hogar, sin los avances de la medicina auxiliados por la tcnica. Todo ha sido posible gracias a los trabajos de investigacin y desarrollo tecnolgico, los cuales se han visto acelerados a partir de la invencin de los diodos y transistores. Estos dispositivos basados en materiales semiconductores, a partir de los cuales se fabrican prcticamente todos los sistemas electrnicos actuales. La tecnologa de los semiconductores es un factor bsico en las economas de los pases desarrollados.De acuerdo con la facilidad con que se mueven los electrones por el interior de las sustancias se establecen tres tipos de stas: conductores, aislantes y semiconductores. La facilidad del movimiento depende de la estructura atmica de la sustancia.

Diodos RectificadoresEl diodo rectificador es uno de los mecanismos de la familia de los diodos ms sencillos. El nombre diodo rectificador deriva de su aplicacin, la cual reside en separar los ciclos positivos de una seal de corriente alterna. Si se aplica al diodo una tensin de corriente alterna durante los medios ciclos positivos, se polariza en forma directa; de esta manera, permite el paso de la corriente elctrica. Pero durante los medios ciclos negativos, el diodo se polariza de manera inversa; con ello, evita el paso de la corriente en tal sentido. Durante la fabricacin de los diodos rectificadores, se consideran tres factores: la frecuencia mxima en que realizan correctamente su funcin, la corriente mxima en que pueden conducir en sentido directo y las tensiones directa e inversa mximas que soportarn. En electrnica, 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 slido, vlvulas al vaco o vlvulas gaseosas como las de vapor de mercurio (actualmente en desuso).Dependiendo de las caractersticas de la alimentacin en corriente alterna que emplean, se les clasifica en monofsicos, cuando estn alimentados por una fase de la red elctrica, o trifsicos cuando se alimentan por tres fases.Atendiendo al tipo de rectificacin, pueden ser de media onda, cuando slo se utiliza uno de los semiciclos de la corriente, o de onda completa, donde ambos semiciclos son aprovechados.El tipo ms bsico de rectificador es el rectificador monofsico de media onda, constituido por un nico diodo entre la fuente de alimentacin alterna y la carga.La rectificacin de una corriente alterna (C.A.) para convertirla en corriente directa (C.D.) denominada. tambin corriente continua (C.C.) es una de las tecnologas ms antiguas empleadas en los circuitos electrnicos desde principios del siglo pasado, incluso antes que existieran los elementos semiconductores de estado slido, como los diodos de silicio que conocemos en la actualidad.

Puesto que los diodos permiten el paso de la corriente elctrica en una direccin y lo impiden en la direccin contraria, se han empleado tambin durante muchos aos en la deteccin de seales de alta frecuencia, como las de radiodifusin, para convertirlas en audibles en los receptores de radio. En la actualidad varios tipos de diodos de construccin especial pueden realizar otras funciones diferentes a la simple rectificacin o deteccin de la corriente cuando se instalan en los circuitos electrnicos.

Funcionamiento de un diodo rectificador comn de media onda

Para comprender mejor la forma en que funciona un semiconductor diodo, es necesario recordar primero que la corriente alterna (C.A.) circula por el circuito elctrico formando una sinusoide, en la que medio ciclo posee polaridad positiva mientras y el otro medio ciclo posee polaridad negativa. Es decir, cuando una corriente alterna circula por un circuito elctrico cerrado su polaridad cambia constantemente tantas veces como ciclos o hertz por segundo de frecuencia posea. En el caso de la corriente alterna que llega a nuestros hogares la frecuencia puede ser de 50 o de 60 ciclos en dependencia del sistema que haya adoptado cada pas en cuestin. En Europa la frecuencia adoptada es de 50 ciclos y de 60 ciclos en la mayor parte de los pases de Amrica (Ver tabla de frecuencia de la corriente por pases y los respectivos voltajes).

Animacin de un circuito rectificador simple de media onda, compuesto por un solo diodo.

En la animacin de arriba se puede apreciar que en el proceso de rectificacin de la corriente alterna (C.A.) utilizando un solo diodo, durante un primer medio ciclo negativo los electrones circularn por el circuito atravesando primero el diodo y a continuacin el consumidor o carga elctrica, representado por una resistencia (R). En ese instante, en los extremos de la resistencia se podr detectar una corriente directa "pulsante" que responde a ese medio ciclo. En el medio ciclo siguiente (esta vez positivo), los electrones cambiarn su sentido de circulacin y no podrn atravesar ni la resistencia, ni el semiconductor diodo, porque en ese instante el camino estar bloqueado por el terminal positivo del diodo y no habr circulacin de corriente por el circuito. A continuacin y durante el medio ciclo siguiente negativo, de nuevo el diodo vuelve a permitir el paso de los electrones, para bloquearlo nuevamente al cambiar la corriente el sentido de circulacin y as sucesivamente mientras se contine suministrndole corriente al diodo.

Por tanto, durante cada medio ciclo negativo de una fuente de corriente alterna (C.A.) conectada a un diodo se registra una polaridad fija en los extremos de un consumidor conectado al circuito de salida del propio diodo, mientras que durante el siguiente medio ciclo positivo no aparecer polaridad alguna debido al bloqueo que ofrece el propio diodo al paso de los electrones en sentido inverso. De esa forma, a travs del consumidor circular una corriente pulsante, pues en este caso el diodo acta como un rectificador de corriente alterna de media onda.

Funcionamiento de los diodos rectificadores de onda completa

Cuando un circuito elctrico o electrnico requiere de una corriente directa que no sea pulsante, sino mucho ms lineal que la que permite un simple rectificador de media onda, es posible combinar de dos a cuatro diodos rectificadores de forma tal que la resultante sea una corriente directa (C.D.) con menos oscilaciones residuales.

La estructura ms usual para obtener un puente rectificador de "onda completa" es la compuesta por cuatro diodos conectados de forma conveniente. Sin embargo, en algunos casos se obtiene un efecto similar conectando solamente dos diodos, empleando como fuente de suministro de corriente alterna (C.A.) un transformador con una derivacin en el centro del enrollado secundario. Esa derivacincentral permite alimentar por igual a cada uno de los diodos gracias a su simetra en contrafase que hace posible que el

punto medio del enrollado sea siempre el polo negativo mientras el polo positivo cambia en sus extremos cada medio ciclo de frecuencia alterna de la corriente aplicada al circuito. Sin embargo, a la salida del circuito rectificador se obtiene una corriente directa (C.D.) de onda completa.

Animacin del funcionamiento de un circuito rectificador de corriente alterna de onda completa compuesto por dos diodos de silicio.

No obstante, la mayora de los circuitos elctricos o electrnicos que funcionan con corriente directa (C.D.), emplean rectificadores de onda completa compuestos por cuatro diodos. A continuacin se ilustran tres formas de esquematizar en un diagrama la conexin de esos cuatro diodos para obtener un rectificador de onda completa.

Diferentes formas de representar esquemticamente un mismo puente rectificador de onda completa integrado por cuatro diodos, aunque la figura de la izquierda es la forma ms comn de representarlo.

Un puente rectificador de cuatro diodos funciona de la siguiente forma: como se puede observar en la parte (A) de la ilustracin, durante el primer medio ciclo negativo () de la corriente que proporciona la fuente de suministro alterna (C.A.) conectada al puente rectificador, los electrones atraviesan primero el diodo (1), seguidamente el consumidor (R) y despus el diodo (2) para completar as la circulacin de la corriente de electrones por una mitad del circuito correspondiente al puente rectificador.

Como aclaracin, al llegar los electrones en su recorrido al punto de conexin (a), no pueden atravesar el diodo (4) porque, de acuerdo con la colocacin que ste ocupa en el circuito, bloquear o impedir la circulacin de los electrones en ese sentido.

Una vez que los electrones continan su recorrido, al llegar al punto de conexin (b), tampoco pueden atravesar el diodo (4), porque la corriente de electrones nunca circula en direccin a su propio encuentro (de forma similar a como ocurre con la corriente de agua en un ro), sino que siempre se mueve en direccin al polo opuesto de la fuente de suministro que le proporciona la energa elctrica, o sea, el polo positivo de la corriente alterna (C.A.) en este caso.

En la parte (B) de la ilustracin podemos ver que la corriente alterna cambia la polaridad y, por tanto, el sentido de circulacin de los electrones. En esta ocasin, los electrones atraviesan primeramente el diodo (3), a continuacin atraviesan el consumidor (R) y, por ltimo, el diodo (4) para retornar a la fuente de suministro elctrico y completar as el circuito. De forma similar a lo ocurrido en el ciclo anterior, ahora el diodo (1) es el encargado de bloquearle el paso a los electrones para que se puedan dirigir en direccin al consumidor (R), mientras que el diodo (2) tampoco pueden atravesarlo los electrones, porque no pueden ir a su propio encuentro, tal como ocurre en el medio ciclo anterior.

Animacin del funcionamiento del rectificador de onda completa o puente rectificador, compuesto por cuatro diodos.

Como se habr podido apreciar, tanto en el primer medio ciclo, como en el siguiente, los signos de polaridad positiva (+) y negativa () a la salida del circuito del puente de rectificacin donde se encuentra conectado el consumidor (R), se mantiene constante, pues una vez rectificada la corriente alterna (C.A.) y convertida en directa (C.D.) las polaridades no sufren variacin alguna como ocurre con la corriente alterna a la entrada del circuito. En esa ilustracin se puede ver tambin que a la salida del circuito de rectificacin se obtienen una serie de pulsaciones continuas, es decir, no intermitentes como ocurre cuando se emplea un solo diodo rectificador en un circuito de media onda.

Diodo emisor de luzCuando un led se encuentra en polarizacin directa, los electrones pueden recombinarse con los huecos en el dispositivo, liberando energa en forma de fotones. Este efecto es llamado electroluminiscencia y el color de la luz (correspondiente a la energa del fotn) se determina a partir de la banda de energa del semiconductor. Por lo general, el rea de un led es muy pequea (menor a 1mm2), y se pueden usar componentes pticos integrados para formar su patrn de radiacin.

El funcionamiento normal consiste en que, en los materiales conductores, un electrn, al pasar de la banda de conduccin a la de valencia, pierde energa; esta energa perdida se manifiesta en forma de un fotn desprendido, con una amplitud, una direccin y una fase aleatoria. El que esa energa perdida, cuando pasa un electrn de la banda de conduccin a la de valencia, se manifieste como un fotn desprendido o como otra forma de energa (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 estn en la misma regin, pueden recombinarse, es decir, los electrones pueden pasar a "ocupar" los huecos "cayendo" desde un nivel energtico superior a otro inferior ms estable. Este proceso emite con frecuencia un fotn en semiconductores de banda prohibida directa [direct bandgap]) con la energa correspondiente a su banda prohibida (vase semiconductor). Esto no quiere decir que en los dems semiconductores (semiconductores de banda prohibida indirecta [indirect bandgap]) no se produzcan emisiones en forma de fotones; sin embargo, estas emisiones son mucho ms probables en los semiconductores de banda prohibida directa (como el nitruro de galio) que en los semiconductores de banda prohibida indirecta (como el silicio).La emisin espontnea, por tanto, no se produce de forma notable en todos los diodos y solo es visible en diodos como los leds de luz visible, que tienen una disposicin constructiva especial con el propsito de evitar que la radiacin sea reabsorbida por el material circundante, y una energa de la banda prohibida coincidente con la correspondiente al espectro visible. En otros diodos, la energa se libera principalmente en forma de calor, radiacin infrarroja o radiacin ultravioleta. En el caso de que el diodo libere la energa en forma de radiacin ultravioleta, se puede conseguir aprovechar esta radiacin para producir radiacin visible mediante sustancias fluorescentes o fosforescentes que absorban la radiacin ultravioleta emitida por el diodo y posteriormente emitan luz visible.El dispositivo semiconductor est comnmente encapsulado en una cubierta de plstico de mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lmparas incandescentes. Aunque el plstico puede estar coloreado, es solo por razones estticas, ya que ello no influye en el color de la luz emitida. Usualmente un led es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razn por la cual el patrn de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo.Para obtener buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el led. Para ello hay que tener en cuenta que el voltaje de operacin va desde 1,8hasta 3,8voltios aproximadamente (lo que est relacionado con el material de fabricacin y el color de la luz que emite) y la gama de intensidades que debe circular por l vara segn su aplicacin. Los valores tpicos de corriente directa de polarizacin de un led corriente estn comprendidos entre los 10 y los 40mA. En general, los ledes suelen tener mejor eficiencia cuanto menor es la corriente que circula por ellos, con lo cual, en su operacin de forma optimizada, se suele buscar un compromiso entre la intensidad luminosa que producen (mayor cuanto ms grande es la intensidad que circula por ellos) y la eficiencia (mayor cuanto menor es la intensidad que circula por ellos). El primer led que emita en el espectro visible fue desarrollado por el ingeniero de General Electric Nick Holonyak en 1962.Circuito bsico de polarizacin directa de un solo led.

Circuito bsico para polarizar varios ledes de manera directa.Para conectar ledes de modo que iluminen de forma continua, deben estar polarizados directamente, es decir, con el polo positivo de la fuente de alimentacin conectado al nodo y el polo negativo conectado al ctodo. Adems, la fuente de alimentacin debe suministrarle una tensin o diferencia de potencial superior a su tensin umbral. Por otro lado, se debe garantizar que la corriente que circula por ellos no exceda los lmites admisibles, lo que daara irreversiblemente al led. (Esto se puede hacer de manera sencilla con una resistencia R en serie con los ledes). En las dos imgenes de la derecha pueden verse unos circuitos sencillos que muestran cmo polarizar directamente ledes.La diferencia de potencial vara de acuerdo a las especificaciones relacionadas con el color y la potencia soportada.En trminos generales, pueden considerarse de forma aproximada los siguientes valores de diferencia de potencial:71. Rojo = 1,8 a 2,2 voltios.2. Anaranjado = 2,1 a 2,2 voltios.3. Amarillo = 2,1 a 2,4 voltios.4. Verde = 2 a 3,5 voltios.5. Azul = 3,5 a 3,8 voltios.6. Blanco = 3,6 voltios.Luego, mediante la ley de Ohm, puede calcularse la resistencia R adecuada para la tensin de la fuente Vfuente que utilicemos. El trmino I en la frmula se refiere al valor de corriente para la intensidad luminosa que necesitamos. Lo comn es de 10 miliamperios para ledes de baja luminosidad y 20mA para ledes de alta luminosidad; un valor superior puede inutilizar el led o reducir de manera considerable su tiempo de vida.Otros ledes de una mayor capacidad de corriente, conocidos como ledes de potencia (1W, 3W, 5W, etc.), pueden ser usados a 150mA, 350mA, 750mA o incluso a 3000mA dependiendo de las caractersticas optoelctricas dadas por el fabricante.Cabe recordar que tambin pueden conectarse varios en serie, sumndose las diferencias de potencial en cada uno. Tambin se pueden hacer configuraciones en paralelo, aunque este tipo de configuraciones no son muy recomendadas para diseos de circuitos con ledes eficientes.

El LED (Light-Emitting Diode: Diodo Emisor de Luz), es un dispositivo semiconductor que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unin PN en la cual circula por l una corriente elctrica . Este fenmeno es una forma de electroluminiscencia, el LED es un tipo especial de diodo que trabaja como un diodo comn, pero que al ser atravesado por la corriente elctrica, emite luz . Este dispositivo semiconductor est comnmente encapsulado en una cubierta de plstico de mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lmparas incandescentes. Aunque el plstico puede estar coloreado, es slo por razones estticas, ya que ello no influye en el color de la luz emitida. Usualmente un LED es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razn por la cual el patrn de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo.Para obtener una buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el LED y evitar que este se pueda daar; para ello, hay que tener en cuenta que el voltaje de operacin va desde 1,8 hasta 3,8 voltios aproximadamente (lo que est relacionado con el material de fabricacin y el color de la luz que emite) y la gama de intensidades que debe circular por l vara segn su aplicacin. Los Valores tpicos de corriente directa de polarizacin de un LED estn comprendidos entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en los diodos de color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros LED. Los diodos LED tienen enormes ventajas sobre las lmparas indicadoras comunes, como su bajo consumo de energa, su mantenimiento casi nulo y con una vida aproximada de 100,000 horas. Para la proteccin del LED en caso haya picos inesperados que puedan daarlo. Se coloca en paralelo y en sentido opuesto un diodo de silicio comnEn general, los LED suelen tener mejor eficiencia cuanto menor es la corriente que circula por ellos, con lo cual, en su operacin de forma optimizada, se suele buscar un compromiso entre la intensidad luminosa que producen (mayor cuanto ms grande es la intensidad que circula por ellos) y la eficiencia (mayor cuanto menor es la intensidad que circula por ellos).Smbolo del LEDESTRUCTURA DEL LED

Diodo emisor de luz con la unin polarizada en sentido directoCuando estos portadores se recombinan, se produce la liberacin de una cantidad de energa proporcional al salto de banda de energa del material semiconductor. Una parte de esta energa se libera en forma de luz, mientras que la parte restante lo hace en forma de calor, estando determinadas las proporciones por la mezcla de los procesos de recombinacin que se producen.La energa contenida en un fotn de luz es proporcional a su frecuencia, es decir, su color. Cuanto mayor sea el salto de banda de energa del material semiconductor que forma el LED, ms elevada ser la frecuencia de la luz emitida.

Diodo emisor de luz con la unin polarizada en sentido directaFotodiodoUn fotodiodo es un semiconductor construido con una unin PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producir una cierta circulacin de corriente cuando sea excitado por la luz. Debido a su construccin, los fotodiodos se comportan como clulas fotovoltaicas, es decir, en ausencia de luz exterior generan una tensin muy pequea con el positivo en el nodo y el negativo en el ctodo. Esta corriente presente en ausencia de luz recibe el nombre de corriente de oscuridad.Principio de operacinUn fotodiodo es una unin PN o estructura P-I-N. Cuando un haz de luz de suficiente energa incide en el diodo, excita un electrn dndole movimiento y crea un hueco con carga positiva. Si la absorcin ocurre en la zona de agotamiento de la unin, o a una distancia de difusin de l, estos portadores son retirados de la unin por el campo de la zona de agotamiento, produciendo una fotocorriente.Los diodos tienen un sentido normal de circulacin de corriente, que se llama polarizacin directa. En ese sentido el diodo deja pasar la corriente elctrica y prcticamente no lo permite en el inverso. En el fotodiodo la corriente (que vara con los cambios de la luz) es la que circula en sentido inverso al permitido por la juntura del diodo. Es decir, para su funcionamiento el fotodiodo es polarizado de manera inversa. Se producir un aumento de la circulacin de corriente cuando el diodo es excitado por la luz.ComposicinEl material empleado en la composicin de un fotodiodo es un factor crtico para definir sus propiedades. Suelen estar compuestos de silicio, sensible a la luz visible (longitud de onda de hasta 1m); germanio para luz infrarroja (longitud de onda hasta aprox. 1,8 m ); o de cualquier otro material semiconductor.MaterialLongitud de onda (nm)

Silicio1901100

Germanio8001900

Indio galio arsnico (InGaAs)8002600

sulfuro de plomo 0)1.a) Regin de corte. El diodo se encuentra en corte con unas corrientes muy bajas. En esta regin se puede modelar como una resistencia ROFF de valor

1.b) Regin de resistencia negativa. Cuando la tensin entre nodo y ctodo es suficientemente alta se produce la ruptura de la unin con un incremento muy elevado en corriente comportndose el diodo como si fuera una resistencia negativa debido a la realimentacin positiva de su estructura.1.c) Regin de saturacin o conduccin. En esta regin, la cada de tensin entre nodo y ctodo est comprendida entre 0.5V y 1.5V, prcticamente independiente de la corriente. Se mantendr en este estado siempre que la tensin y corriente alcancen unos valores mnimos conocidos como niveles de mantenimiento definidos por VH e IH.2.- Zona inversa (V < 0 )2.a) Regin de ruptura. El diodo puede soportar una tensin mxima inversa VRSM que superado ese valor entra en conduccin debido a fenmenos de ruptura por avalancha.Diodo de cuatro capasEl diodo de cuatro capas o diodo Shockley es un dispositivo compuesto por cuatro capas semiconductoras npnp, cuya estructura y smbolo se describen en la figuras 12.2.a y 12.2.b.Esencialmente es un dispositivo interruptor.Al aplicar un tensin positiva entre nodo y ctodo se puede observar que la unin J1 y J3 est polarizada en directa, y la unin J2 polarizada en inversa.En estas condiciones nicamente circula una corriente muy baja (despreciable) y el dispositivo se encuentra cortado.Aumentando esta tensin positiva se llega a una tensin VBO de ruptura o avalancha donde la corriente crece de forma abrupta y la cada de tensin decrece de la misma manera.En este momento, el diodo ha conmutado desde el estado de bloqueo a conduccin.

Una manera sencilla de entender el funcionamiento de este diodo consiste en separar su estructura fsica en dos mitades (figura 12.2.c).La mitad izquierda es un transistor NPN y la mitad derecha PNP, resultando el circuito mostrado en la figura 12.3.d que normalmente es referido como candado.Las caractersticas elctricas de un diodo de cuatro capas se muestran en la grfica de la figura 12.3. En esta grfica, se pueden identificar dos zonas y cuatro regiones de operacin:SUS (Conmutador unidireccional de silicio)Se llama SUS combinacin de un tirirstor con puerta andica y un diodo Zener entre puerta y ctodo. Se usa para el disparo de tiristores. Su principal parmetro es VS 6 y 10 V. Se dispara a una tensin fija, Vzener , y su corriente IS est muy cercana a IH . Sincronizacin mediante impulsos en puerta del SUS. Se comporta esencialmente como diodo de cuatro capas de bajo voltaje y con compuerta para su disparo. Se controla con mayor exactitud y depende menos de la temperatura que el diodo de cuatro capas.

Aplicaciones practicas del SUS:2N4987 Interruptor unilateral de silicioInterruptor Unilateral de Silicio SUS El Interruptor unilateral de silicio o mejor conocido por sus siglas en ingls como SUS (Silicon Unilateral Switch), es un dispositivo de tres terminales (nodo, ctodo y compuerta) el cual conduce en una sola direccin de nodo a ctodo cuando el voltaje en el primero es mayor que en el segundo. Presenta caractersticas elctricas 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 carcter unidireccional es utilizado para el control de SCRs y para el control de TRIACS. .1

ESTRUCTURA Y SIMBOLOGA. 1. Se puede apreciar las 4 capas y la presencia de la compuerta en la Capa N adems del Zener entre compuerta y ctodo. 2 Circuito Equivalente de un tiristor de puerta de nodo al que se asocia el Zener. 3. simbologa comn. 4.SUS en empaque TO98.Este dispositivo presenta cuatro capas de materiales semiconductores; en el nodo se tiene la terminal de compuerta y un diodo Zener de bajo voltaje entre los terminales de compuerta y ctodo. Por esta razn, muchas veces es representado como un tiristor de puerta de nodo al que se asocia el Zener.

Curva de comportamiento de la corriente en trminos del voltaje.ComportamientoEste dispositivo comienza a conducir cuando el voltaje entre nodo y Ctodo alcanza un valor Vs el cual tpicamente es de 6 a 10V. Despus de esto el voltaje cae dependiendo de la corriente de conduccin. Hay que destacar que este dispositivo seguir conduciendo mientras se mantenga un voltaje por encima de 0.7 y la corriente de conduccin no caiga por debajo de la corriente de mantenimiento IH la cual tpicamente es de 1.5mA. En el caso que se d una polarizacin inversa este dispositivo no conduce, sin embargo tiene un lmite 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. 2onmutador unilateral : smbolo, circuitoequivalente y caracterstica V-I.

Switch unilateral de Silicio SUSEl SUS es tambin un dispositivo de cuatro capas que tiene una compuerta de nodo y un diodo Zener de bajo voltaje entre los terminales de compuerta y ctodo. En la figura 16 se muestra la conformacin fsica, su representacin circuital y la caracterstica tensin-corriente.En trminos generales trabaja con compuerta abierta y se saturar tan pronto como el voltaje de nodo se haga lo suficientemente alto, de tal forma que el diodo Zener entre a conducir.

Figura 16. Caractersticas del SUSDiodo SBSPara otros usos de este trmino, vase SBS (desambiguacin).

Smbolo esquemtico de un SBS.Un SBS o Interruptor Bilateral de Silicio, por sus siglas en ingls (Silicon Bilateral Switch) es un tiristor del tipo bidireccional, que est 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 relajacin para el control de disparo de dispositivos que entregan potencia elctrica 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.ConstruccinComo casi todos los familiares de los tiristores, el SBS cuenta con tres conexiones: la compuerta (G), el nodo o terminal 1 (A1 o T1) y el nodo o terminal 2 (A2 o T2). Una caracterstica muy especial de este dispositivo es que no es una versin modificada de un diodo con sus capas NPNP, sino ms bien est compuesto internamente por transistores, diodos Zener y resistencias internas, y que adems vienen fabricados como circuitos integrados.Curva Caracterstica de Voltaje-CorrienteUn SBS puede dispararse con la compuerta conectada o desconectada; esta terminal solamente proporciona mayor flexibilidad en el disparo y por tanto altera sus caractersticas de voltaje-corriente. Si se comparara esta curva caracterstica con la de un DIAC, se podra observar que son muy similares; sin embargo, la curva del SBS tiene una regin de resistencia negativa ms pronunciada, lo que significa que su cada de voltaje es mucho ms drstica despus de llegar a su estado de conduccin. 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 caracterstica de un SBSLa compuerta de un SBS es usada para alterar el comportamiento mostrado en la curva caracterstica Voltaje-Corriente; por ejemplo, si se desea tener ngulos 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 aplicacin cualquiera, aunque no es comn tener diferentes ngulos de ruptura.El SBS o Silicon Bidirectional Switch es un dispositivo de baja potencia simtrico para aplicaciones de disparo ms verstil que el SIDAC.Tiene adems un terminal adicional (gate o G) que permite modificar sus caractersticas de disparo con pequeos pulsos de corriente (decenas de A).Su reducido coste, alta velocidad y capacidad para disparar puertas de tiristores con altos valores de corriente hace que este dispositivo sea muy til en muchas aplicaciones.EL SBS no es solamente un versin mejorada del diodo de cuatro capas, sino que es fabricado como un circuito integrado constituido por transistores, diodos y resistencias.La figura 12.7.a muestra su smbolo, la figura 12.7.b su estructura a nivel circuital y la figura 12.7.c sus caractersticas I-V. El MBS4991 de Motorola es un ejemplo tpico de un SBS simtrico.Sus parmetros caractersticos de acuerdo a la grfica de la figura 12.7.c son: V =8 V, I =175 A, I =0.7 mA y V =1.4 V. El disparo de este dispositivo se puede realizar bien superando la tensin V o bien aplicando una corriente de puerta I =100A.

SBS (Conmutador bidireccional de silicio)Se llama SBS (Silicon Bilateral Switch) a una clase de tiristor bidireccional. Est formado por dos SUS conectados en antiparalelo. A diferencia de otros tiristores, el SBS, desde un punto de vista tecnolgico, no es una versin mejorada del diodo npnp, sino que es un circuito integrado que incorpora diodos Zener conectados a la puerta, transistores y resistencias. Esto le da la ventaja de poder aparear estrechamente los componentes, consiguiendo una asimetra en la tensin de disparo inferior a medio voltio. Aunque funciona como un dispositivo de dos puertas, se ha incorporado un electrodo de puerta para una mayor flexibilidad en el uso del dispositivo.S.B.S. Conmutador bilateral : smbolo, circuitoequivalente y caracterstica V-I.

Tiristor GTOUn Tiristor GTO o simplemente GTO (del ingls Gate Turn-Off Thyristor) es un dispositivo de electrnica 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 caractersticas de apagado son un poco diferentes. Cuando un voltaje negativo es aplicado a travs de las terminales puerta (G) y ctodo (C o K), la corriente en la puerta (ig), crece. Cuando la corriente en la puerta (G) alcanza su mximo valor, IGR, la corriente de nodo comienza a caer y el voltaje a travs del dispositivo (VAK), comienza a crecer. El tiempo de cada de la corriente de nodo (IA) es abrupta, tpicamente menor a 1 us. Despus de esto, la corriente de nodo vara lentamente y sta porcin de la corriente de nodo es conocido como corriente de cola.La razn (IA/IGR) de la corriente de nodo IA a la mxima corriente negativa en la puerta (IGR) requerida para el voltaje es baja, comnmente entre 3 y 5. Por ejemplo, para un voltaje de 2500 V y una corriente de 1000 A, un GTO normalmente requiere una corriente negativa de pico en la puerta de 250 A para el apagado.Estructura y funcionamientoLa 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: nodo (A), ctodo (C o K) y puerta (G). La diferencia en la operacin radica en que una seal negativa en la puerta (G) puede apagar el GTO. Mientras el GTO se encuentre apagado y no exista seal en la puerta, el dispositivo se bloquea para cualquier polaridad en el nodo, pero una corriente de fuga (IA leak) existe. Con un voltaje de bias en directa el GTO se bloquea hasta que un voltaje de ruptura VAK = VB0 es alcanzado. En este punto existe un proceso dinmico de encendido., VAK = 3V y la corriente IA es determinada por la carga. Cuando el GTO se apaga y con la aplicacin de una voltaje en inversa, solo una pequea corriente de fuga (IA leak) existe. Una polarizacin en inversa VAK puede ser alcanzada cuando ocurra un corte. El valor del voltaje de ruptura inverso depende del mtodo de fabricacin para la creacin de una regeneracin interna para facilitar el proceso de apagado. Con un voltaje de polarizacin directo aplicado al nodo y un pulso de corriente positiva es aplicada a la puerta G (gate), el GTO se enciende y permanece de esa forma. Para sta condicin, existen 2 formas de apagarlo. Una forma es reduciendo la corriente de nodo IA por medios externos hasta un valor menor a la corriente de holding Ih, en la cual, la accin regenerativa interna no es efectiva. La segunda forma de apagarlo es por medio de un pulso en el gate, y este es el mtodo ms recomendable porque proporciona un mejor control. Como el GTO tiene una conduccin de corriente unidireccional, y puede ser apagado en cualquier instante, ste 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 conmutacin rpida son preferibles. En la conversin de AC - DC, los GTO's, son tiles porque las estrategias de conmutacin que posee, pueden ser usadas para regular la potencia, como el factor de potencia.GTO (Gate Turn-off Thyristor)

Un tiristor GTO es un SCR que puede apagarse por una pulsacin suficientemente grande en su compuerta de entrada, aun si la corriente iD excede IH. se usan desde 1960, pero se potencializaron al final de los aos setenta. son comunes en las unidades de control de motores, ya que eliminan componentes externos para apagar los SCR en circuitos de cc.

CARACTERISTICAS

El disparo se realiza mediante una VGK >0

El 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 mas dimensionado.

El GTO con respecto al SCR disipa menos potencia.

FUNCIONAMIENTO DEL GTO

Mientras el GTO se encuentre apagado y no exista seal en el gate, el dispositivo se bloquea para cualquier polaridad en el nodo, pero una corriente de fuga (IA leak) existe. Con un voltaje de bias en directa el GTO se bloquea hasta que un voltaje de ruptura VAK = VB0 es alcanzado. En este punto existe un proceso dinmico de encendido., VAK = 3V y la corriente IA es determinada por la carga. Cuando el GTO se apaga y con la aplicacin de una voltaje en inversa, solo una pequea corriente de fuga (IA leak) existe. Una polarizacin en inversa VAK puede ser alcanzada cuando ocurra un corte. El valor del voltaje del voltaje de ruptura inverso depende del mtodo de fabricacin para la creacin de una regeneracin interna para facilitar el proceso de apagado.

Con un voltaje de polarizacin directo aplicado al nodo y un pulso de corriente positiva es aplicada al gate, el GTO se enciende y permanece de esa forma. Para sta condicin, existen 2 formas de apagarlo. Una forma es reduciendo la corriente de nodo IA por medios externos hasta un valor menor a la corriente de holding Ih, en la cual, la accin regenerativa interna no es efectiva. La segunda forma de apagarlo es por medio de un pulso en el gate, y este es el mtodo ms recomendable porque proporciona un mejor control.La ganancia se calcula con la siguiente formula.

Para conseguir cortar el GTO, con una corriente soportable por la puerta, debe ser lo mayor posible, para ello debe ser a2=1 (lo mayor posible) y a1=0 (lo menor posible):

alfa2=1 implica que la base de T2 (capa de control) sea estrecha y poco dopada y que su emisor (capa catdica) este muy dopado. Estas condiciones tambin son normales en los SCRs.alfa1=0 implica que la base de T1 (capa de bloqueo) sea ancha y tenga una vida media de los huecos muy corta.

ESPECIFICACIONES DE PUERTA DEL GTO

FORMA DE ONDA EN EL ENCENDIDO DEL GTO

Para entrar en conduccin, se necesita una subida rpida y valor IGM suficientes para poner en conduccin todo el cristal. Si solo entra en conduccin una parte y circula toda la corriente se puede daar. Si solo entra en conduccin bajara una parte de la tensin nodo-ctodo y el resto de celdillas que forma el cristal no podrn entrar en conduccin.Cuando se ha establecido la conduccin se deja una corriente IGON de mantenimiento para asegurar que no se corta espontneamente (tiene menos ganancia que el SCR).