Tiristores

O tiristor é um dispositivo  semicondutor de quatro camadas, de estrutura pnpn, com três junções pn. Ele tem três terminais: anodo, catodo e gatilho (do inglês gate). a Figura 4.1 mostra o símbolo do tiristor e uma vista da seção transversal das três junções pn. Os tiristores são fabricados por difusão.
Quando a tensão de anodo é positiva em relação ao catodo, as junções J1 e J3  estão polarizadas diretamente. A junção J2 está reversamente polarizada e apenas uma pequena corrente de fuga fluido anodo para o catodo . Diz-se então que p tiristor está na condição de bloqueio direto (do inglês forwad blocking) ou estdo desligado (do inglês off-state) e a corrente de fuga é conhecida como corrente de estado desligado Id. Se a tensão anodo-catodo Vak for aumentada a um valor suficientemente grande, a junção reversamente polarizada J2 romperá. Isto é conhecido como ruptura por avalanche e a tensão correspondente é chamada tensão de ruptura direta. Como as junções J1 e J3 já estão diretamente polarizadas, haverá um movimento livre de portadores através de todas as três junções, resultado em uma grande corrente de anodo no sentido direto. O dispositivo estará então no estado de condução ou estado ligado (do inglês on-state). A queda de tensão se deve à queda ôhmica nas quatro camadas e é pequena, tipicamente 1 V. No estado de condução, a corrente de anodo é limitada por uma impedância ou resistência externa Rl, como mostrado na Figura 4.2a. A corrente de anodo tem de estar acima de um valor conhecido como corrente de travamento, afim de manter a quantidade necessária do fluxo de portadores na junção; de outra forma o dispositivo voltará à condição de bloqueio quando a tensão anodo-catodo for reduzida. A corrente de travamento Il é a mínima corrente de anodo necessária  para manter o tiristor  no estado de condução imediatamente após um tiristor ter sido ligado e o sinal do gatilho ter sido removido. Uma curva característica típica vi de  um tiristor é mostrado na Figura 4.2b.

Uma vez que o tiristor conduz, ele se comporta como um diodo em condução e não há controle sobre o dispositivo.  Ele continuará a conduzir porque não a  camada de depleção devido ao movimento livre de portadores na junção J2. Entretanto, se a corrente direta de anodo  for reduzida abaixo de um nível conhecido como corrente de manutenção (Ih), uma região de depleção se desenvolverá em torno da junção J2, devido ao reduzido número de portadores, e o tiristor estará no estado de bloqueio. A corrente de manutenção está na ordem de miliampères e é menor que a corrente de travamento Il.  Isto é,  Il > Ih. A corrente de travamento Ih é a mínima corrente de anodo para manter o tiristor no estado de condução. A corrente de manutenção é menor que a corrente de travamento.

Quando a a tensão de catodo é positiva em relação ao anodo,a junção J2 está diretamente  polarizada, mas as junções J2 e J3 estão reversamente polarizadas. Isto é, como dois diodos conectados em série, com tensção reversa sobre eles. O tiristor estará no estado de bloqueio reverso e uma corrente de fuga reversa, conhecida como corrente reversa Ir, fluirá através do dispositivo.
Um tiristor pode ser ligado pelo aumento da tensão direta Vak além de Vbo, mas tal forma de liga-lo pode ser destrutiva. Na prática, a tensão direta é mantida abaixo de Vbo e o tiristor é ligado (disparado) pela aplicação de uma tensão positiva entre seus terminais de gatilho e catodo. Isto é mostrado na Figura 4.2b pelas linhas pontilhadas. Uma vez que o tiristor seja disparado por um sinal de gatilho e sua corrente de anodo seja maior que a corrente de manutenção, o dispositivo continua a conduzir devido à realimentação positiva, mesmo que  o sinal de gatilho seja removido. Um tiristor é um dispositivo de retenção ou travamento.


TIPOS DE TIRISTORES


Os tiristores são fabricados quase exclusivamente por difusão. A corrente de anodo necessita de um tempo finito para se propagar por toda a área de junção, a partir do ponto próximo ao gatilho, quando o sinal deste é iniciado para controlar o di/dt, tempo de disparo e o tempo de desligamento. Dependendo da contrução física, e do comportamento do tempo de disparo e de desligamento, os tiristores podem genericamente ser classificados em nove categorias:

1. tiristores de controle de fase (SCRs);
2. tiristores de chaveamento rápido (SCRs) ;
3. tiristores de desligamento pelo gatilho (GTOs);
4. tiristores triodos bidirecionais (TRIACs);
5. tiristores de condução reversa (RCTs);
6. tiristores de indução estática (SITHs);
7. retificadores controlados de silício ativados por luz (LASCRs);
8. tiristores controlados por FET (FET-CTHs);
9. tiristores controlados por MOS (MCTs).

Referência:

 

RASHID, Muhammad H. Eletrônica de potência: circuitos, dispositivos e aplicações. São 

Paulo: Makron Books, 1999.