Tiristor

O nome Tiristor engloba uma família de dispositivos semicondutores multicamadas, que operam em regime de chaveamento, tendo em comum uma estrutura de no mínimo quatro camadas semicondutoras numa sequência P-N-P-N (três junções semicondutoras), apresentando um comportamento funcional. Diferentemente do diodo comum, ele possui 3 terminais: dois, denominados ânodo e cátodo, são usados para a passagem da corrente enquanto um, denominado porta (gate em inglês), é utilizado para controle de quando os outros dois irão realizar a condução da corrente.

Símbolo esquemático de um tiristor tipo SCR
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Os tiristores permitem, por meio da adequada ativação do terminal de controle, o chaveamento do estado de bloqueio para estado de condução, sendo que alguns tiristores (mas não todos) permitem também o chaveamento do estado de condução para estado de bloqueio, também pelo terminal de controle. Chama-se de disparo o momento que que o tiristor sai de seu estado de bloqueio e passa a conduzir. O disparo ocorre quando há um pulso de tensão no gate, que é o terminal de controle, mas também pode acontecer de maneira indesejada, em casos de oscilação, sobretensão e elevadas temperaturas. Chama-se comutação o momento em que o tiristor para de conduzir a corrente e passa a bloqueá-la. A comutação pode ser natural, quando a fonte abaixa a corrente, ou forçada quando a corrente é desviada do tiristor. Como exemplo de tiristores, podemos citar o SCR (Retificador Controlado de Silício) e o TRIAC. No caso do tiristor SCR este se assemelha a uma fechadura, pois a corrente consegue fluir pelo dispositivo em um único sentido, entrando pelo terminal de anodo e saindo pelo terminal de catodo. No entanto difere de um diodo porque mesmo quando o dispositivo está diretamente polarizado ele não consegue entrar em condução enquanto não ocorrer a ativação do seu terminal de controle (terminal denominado porta, ou gate em inglês) , ele funciona como uma porta, ao ser "destrancada" acionada com o gate, ele permite a passagem de corrente, mas quando essa passagem cessar, o fluxo será bloqueado, e só poderá passar novamente quando o gate for acionado novamente. Ao invés de usar um sinal de permanência continua na porta (como nos TBJs e MOSFETs) como sinal de controle, os tiristores são comutados ao ligamento pela aplicação de um pulso ao terminal de porta, que normalmente pode ser de curta duração. Uma vez disparado, o tiristor SCR permanecerá conduzindo por tempo indefinido enquanto o dispositivo estiver diretamente polarizado e a corrente de anodo se mantiver acima de um patamar mínimo.

Para os SCRs, o sinal de controle é um pulso de corrente, tiristores DB-GTO usam um pulso de tensão e os LASCRs um pulso de luz aplicado diretamente a junção do dispositivo por meio de fibra ótica.

A invenção do tiristor no fim dos anos 50 do século passado foi responsável por um grande surto de evolução tecnológica da eletrônica de potência, que se estendeu pelos anos 60 e propiciou no anos 70 o início da implantação da eletrônica de potência em escala industrial. A principal vantagem dos tiristores é o controle de grande quantidade de energia. Essa característica faz com que esses dispositivos sejam utilizados tanto no controle eletrônico de potência quanto na conversão de energia.

Os SCRs (Silicon Controlled Rectifier) são dispositivos semicondutores cuja condição de sentido direto é comandável através da aplicação de um pulso de corrente ao terminal de Porta (ou gate em inglês). A condução, uma vez iniciada se mantém, mesmo na ausência do sinal no terminal de porta, até que a corrente que o atravessa caia abaixo de um determinado valor, o qual denominamos de Corrente de Manutenção de Condução, em inglês Holding Current (IH). Em sentido inverso, o SCR comporta-se como um diodo normal. Os SCR são empregados em corrente alternada como retificadores controlados, e quando utilizados em corrente contínua comportam-se como chaves. O SCR é apenas um tipo de tiristor, mas devido ao seu disseminado uso na indústria, muitas vezes os termos tiristor e SCR são confundidos. Os TRIAC são dispositivos semicondutores comumente utilizados em comutação de corrente alternada.

Já os Diacs são dispositivos semicondutores de avalanche bidirecional, também da classe dos tiristores e de junção PNPN. Possuem a propriedade de apresentarem muito alta impedância, se a tensão entre seus dois terminais for mantida abaixo de uma tensão, chamada comumente de Tensão de Ruptura. Se essa tensão, geralmente em torno dos 30 V, for ultrapassada, o Diac passa a conduzir corrente elétrica, e tem sua impedância uma queda brusca. Os Diacs são geralmente utilizados como auxiliares de disparo em Triacs, em osciladores de relaxação. O Tiristor (Triac) pode ser usado para controle de potência para lâmpadas (dimmers), controles de velocidade para ventiladores, controle de aquecimento, entre outros. Com o TRIAC é possível controlar o início da condução da senoide, aplicando um pulso em um ponto pré-determinado do ciclo de corrente alternada. Esse pulso no pino de disparo (GATE) está na ordem de miliamperes, e assim pode-se controlar grandes cargas AC com uma corrente baixa de acionamento. Porém, para o correto disparo é necessário um circuito para identificar a passagem por zero da senoide. Esse circuito é conhecido como detector de zero-crossing.


Tipos de tiristores

  • SCR- Retificador controlado de Silício.
  • DB-GTO- Gate Turn- Off (consegue comutar pelo terminal gate)
  • TRIAC ou Triodo de Corrente Alternada. Esse tipo de tiristor exerce a função de 2 SCRs em um processo de onda completa.
  • DIAC- Bloqueia a passagem de corrente até que a tensão entre seus terminais ultrapasse um certo valor.
  • LA-SCR- Ou fototiristor. Seu disparo é feito por incidência da luz em sua área sensível exercendo o papel do gate.
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