Tiristor, SCR: O que é, Aplicações, Funcionamento, Símbolos e Mais

13 de dezembro de 2022 1 Comentário Leitura: 13 min

Tiristores ou retificadores controlados de silício (SCR), como às vezes são conhecidos, podem parecer componentes eletrônicos incomuns de várias maneiras, mas são particularmente úteis para controlar circuitos de energia.

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O tutorial Triac, Diac, SCR inclui:

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Como tal, esses componentes eletrônicos são usados para muitas aplicações de controle de potência, geralmente onde os níveis de corrente e tensão são relativamente altos. Os tiristores também podem ser usados em aplicações de baixa potência, incluindo controle de luz, bem como para proteção de fontes de alimentação e muitas outras aplicações. Os tiristores são simples de usar e baratos de comprar, tornando-os uma opção ideal para muitos circuitos.

A ideia do tiristor não é nova. A ideia para o dispositivo foi apresentada pela primeira vez em 1950 por William Shockley, um dos inventores do transistor. Embora algumas investigações posteriores do dispositivo tenham sido realizadas por outros alguns anos depois, não foi até o início da década de 1960 quando elas se tornaram disponíveis. Após a introdução do tiristor, eles logo se tornaram populares para circuitos de comutação eletrônica e fonte de alimentação.

Sumário

O que é um tiristor?

O tiristor pode ser considerado uma forma bastante incomum de componente eletrônico porque consiste em quatro camadas de silício dopado de forma diferente, em vez das três camadas dos transistores bipolares convencionais.

Enquanto os transistores bipolares convencionais podem ter uma estrutura p-n-p ou n-p-n com os eletrodos denominados coletor, base e emissor, o tiristor possui uma estrutura p-n-p-n com as camadas externas com seus eletrodos denominados ânodo (tipo n) e cátodo (p- modelo). O terminal de controle do SCR é chamado de porta e está conectado à camada tipo p que é adjacente à camada catódica.

Os tiristores são geralmente fabricados a partir de silício, embora, em teoria, outros tipos de semicondutores possam ser usados. A primeira razão para usar silício para tiístores é que o silício é a escolha ideal devido às suas propriedades gerais. É capaz de lidar com a tensão e as correntes necessárias para aplicações de alta potência.

Além disso, tem boas propriedades térmicas. A segunda razão principal é que a tecnologia de silício está bem estabelecida e é amplamente utilizada para uma variedade de dispositivos semicondutores. Como resultado, é muito barato e fácil para os fabricantes de semicondutores usarem seus componentes eletrônicos.

Qual a função do Tiristor: Aplicações

Tiristores, ou retificadores controlados por silício, os SCRs são usados em muitas áreas da eletrônica onde encontram usos em uma variedade de aplicações diferentes. Algumas das aplicações mais comuns para eles são descritas abaixo:

Controle de energia AC (incluindo luzes, motores, etc).
Comutação eletrônica de energia CA.
Pé-de-cabra de proteção contra sobretensão para fontes de alimentação.
Elementos de controle em controladores acionados por ângulo de fase.
Dentro das luzes do flash fotográfico, elas atuam como o interruptor eletrônico para descarregar uma tensão armazenada através da lâmpada do flash e, em seguida, cortá-la no momento necessário.

Os tiristores são capazes de comutar altas tensões e suportar tensões reversas, tornando-os ideais para aplicações de comutação eletrônica, especialmente em cenários de CA.

Um tiristor / SCR de alta corrente com parafuso de fixação para dissipador de calor

História do Tiristor

A ideia para o tiristor foi descrita pela primeira vez por Shockley em 1950. Foi referido como um transistor bipolar com um coletor de gancho p-n. O mecanismo para a operação foi analisado em 1952 por Ebers.

Então, em 1956, Moll investigou o mecanismo de comutação do tiristor. O desenvolvimento continuou e mais foi aprendido sobre o dispositivo, de modo que os primeiros retificadores controlados por silício ficaram disponíveis no início da década de 1960, onde começou a ganhar um nível significativo de popularidade para comutação de energia.

Quando a GE lançou seus dispositivos, eles usaram o termo retificador controlado por silício, ou SCR, porque conduzia apenas em uma direção e era controlável. Eles usaram o nome SCR como marca registrada de seus produtos.

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Como funciona um tiristor?

A maneira pela qual um tiristor opera é diferente de outros dispositivos. Normalmente, nenhuma corrente flui através do dispositivo. No entanto, se uma fonte estiver conectada ao dispositivo e uma pequena quantidade de corrente for injetada no portão, o dispositivo “disparará” e conduzirá. Ele permanecerá no estado de condução até que a alimentação seja removida.

Para ver como o tiristor opera, vale a pena olhar para um circuito equivalente de tiristor. Por uma questão de explicação, o circuito do tiristor pode ser considerado como dois transistores consecutivos.

O primeiro transistor com seu emissor conectado ao cátodo do tiristor é um transistor NPN, enquanto um segundo transistor com seu emissor conectado ao ânodo do tiristor, SCR é um transistor PNP. A porta é conectada à base do transistor NPN como mostrado abaixo.

Quando uma tensão é aplicada em um tiristor, nenhuma corrente flui porque nenhum dos transistores está conduzindo. No entanto, se uma tensão for aplicada ao portão, isso fará com que a corrente flua na base e isso fará com que o TR2 seja ligado.

Uma vez que o TR2 está ligado, isso puxa para baixo a base do TR1 fazendo com que este transistor ligue e, por sua vez, isso empurra a corrente através da base do TR2, o que significa que o dispositivo permanecerá ligado mesmo que a tensão do portão seja removida.

Símbolos e Fundamentos do Tiristor

O retificador controlado por tiristor ou silício, SCR é um dispositivo semicondutor que possui várias características incomuns. Possui três terminais: ânodo, cátodo e porta, refletindo a tecnologia de válvula termiônica / tubo de vácuo. Como seria de esperar, a porta é o terminal de controle enquanto a corrente principal flui entre o ânodo e o cátodo.

Como pode ser imaginado a partir de seu símbolo de circuito mostrado abaixo, o dispositivo é um “dispositivo unidirecional” dando origem ao nome GE de retificador controlado por silício. Portanto, quando o dispositivo é usado com CA, ele só conduzirá por no máximo metade do ciclo.

Em operação, o tiristor ou SCR não conduzirá inicialmente. Requer um certo nível de corrente para fluir no portão para “dispará-lo”. Uma vez disparado, o tiristor permanecerá em condução até que a tensão entre o ânodo e o cátodo seja removida – isso obviamente acontece no final do meio ciclo sobre o qual o tiristor conduz.

O próximo meio ciclo será bloqueado como resultado da ação do retificador. Será então necessária corrente no circuito da porta para disparar o SCR novamente. Desta forma, o tiristor pode ser usado como um interruptor eletrônico.

O símbolo do retificador controlado por silício, SCR ou tiristor usado para diagramas de circuito ou circuito procura enfatizar suas características de retificador ao mesmo tempo em que mostra a porta de controle. Como resultado, o símbolo do tiristor mostra o símbolo tradicional do diodo com um portão de controle entrando próximo à junção.

Especificações do Tiristor

Para selecionar o dispositivo tiristor correto para qualquer circuito, é necessário estudar as folhas de dados e garantir que o dispositivo tenha as características corretas para o circuito ou aplicação pretendido.

Os tiristores são componentes bastante exclusivos e suas especificações e parâmetros de folha de dados são diferentes de outros componentes eletrônicos mais amplamente utilizados, como transistores bipolares e JFETs, MOSFETs, etc.

Outros Tipos de Tiristor ou SCR

Existem vários tipos diferentes de tiristores – são variantes do componente básico, mas oferecem recursos diferentes que podem ser usados em várias instâncias e podem ser úteis para determinados circuitos.

Tiristor de condução reversa, RCT: Embora os tiristores normalmente bloqueiem a corrente na direção reversa, existe uma forma chamada tiristor de condução reversa que possui um diodo reverso integrado para fornecer condução na direção reversa, embora não haja controle nessa direção.

Dentro de um tiristor de condução reversa, o próprio dispositivo e o diodo não conduzem ao mesmo tempo. Isso significa que eles não produzem calor simultaneamente. Como resultado, eles podem ser integrados e resfriados juntos.

O RCT pode ser usado onde um diodo reverso ou de roda livre seria necessário. Os tiristores de condução reversa são frequentemente usados em variadores de frequência e inversores.

Tiristor de desligamento assistido por portão, GATT: O GATT é usado em circunstâncias em que é necessário um desligamento rápido. Para auxiliar neste processo, às vezes pode ser aplicada uma tensão de porta negativa. Além de reduzir a tensão anodo-catodo. Essa tensão de porta reversa ajuda a drenar os portadores minoritários armazenados na região de base do tipo n e garante que a junção porta-catodo não seja polarizada diretamente.

A estrutura do GATT é semelhante à do tiristor padrão, exceto que as tiras estreitas do cátodo são frequentemente usadas para permitir que o portão tenha mais controle porque está mais próximo do centro do cátodo.

Tiristor de desligamento do portão, GTO: O GTO às vezes também é chamado de interruptor de desligamento do portão. Este dispositivo é incomum na família dos tiristores porque pode ser desligado simplesmente aplicando uma tensão negativa ao portão – não há necessidade de remover a tensão do cátodo do ânodo. Veja mais páginas nesta série descrevendo mais detalhadamente o GTO.
Tiristor Assimétrico: Este dispositivo é usado em circuitos onde o tiristor não vê uma tensão reversa e, portanto, a capacidade do retificador não é necessária. Como resultado, é possível fazer com que a segunda junção, muitas vezes referida como J2 (consulte a página sobre a estrutura do dispositivo), seja muito mais fina. A região n-base resultante fornece um Von reduzido, bem como um tempo de ativação e desativação aprimorado.

Os tiristores são amplamente utilizados em muitas áreas da eletrônica atuando como chaves eletrônicas. Os circuitos de tiristores podem ser usados para muitas aplicações de energia, pois esses componentes eletrônicos são capazes de alternar altas correntes com muita facilidade. Além disso, eles são muito baratos e estão amplamente disponíveis.

Qual a Diferença entre um Tiristor e um Diodo?

Um tiristor e um diodo são ambos dispositivos semicondutores que controlam o fluxo de corrente em uma direção. Eles são usados para retificação e aplicações de comutação. No entanto, eles têm algumas diferenças importantes em sua estrutura, funcionamento, características e usos.

Um diodo é um dispositivo de dois terminais formado pela combinação de uma camada p e uma camada n de material semicondutor. O terminal conectado à camada p é chamado de ânodo e o terminal conectado à camada n é chamado de cátodo. O diodo permite a passagem de corrente do ânodo para o cátodo quando está polarizado diretamente e bloqueia a passagem de corrente do cátodo para o ânodo quando está polarizado inversamente. O diodo tem apenas uma junção pn entre as duas camadas.

Um tiristor é um dispositivo de três terminais formado pela combinação alternada de quatro camadas p e n de material semicondutor. Os terminais são chamados de ânodo, cátodo e porta. O tiristor funciona como um interruptor controlado que pode ser ativado por um pulso na porta. O tiristor conduz corrente do ânodo para o cátodo quando está polarizado diretamente e recebe um pulso na porta, e permanece conduzindo até que a corrente caia abaixo de um valor mínimo chamado corrente de manutenção. O tiristor bloqueia a passagem de corrente do cátodo para o ânodo quando está polarizado inversamente ou não recebe nenhum pulso na porta. O tiristor tem três junções pn entre as quatro camadas.

Algumas das principais diferenças entre diodo e tiristor são:

Um diodo é um dispositivo não controlado que não precisa de nenhum pulso externo para operar, enquanto um tiristor é um dispositivo controlado que precisa de um pulso na porta para operar.
Um diodo tem duas camadas e uma junção pn, enquanto um tiristor tem quatro camadas e três junções pn.
Um diodo tem dois terminais (ânodo e cátodo), enquanto um tiristor tem três terminais (ânodo, cátodo e porta).
Um diodo tem uma menor capacidade de manipulação de potência do que um tiristor.
Um diodo opera em baixas tensões, enquanto um tiristor opera em altas tensões.
Um diodo é menos caro e mais leve do que um tiristor.

Qual a Diferença entre um Tiristor e um Transistor?

Um transistor e um tiristor são ambos dispositivos semicondutores que possuem três terminais e são usados para comutação e amplificação de sinais. No entanto, eles têm algumas diferenças importantes em sua estrutura, funcionamento, características e aplicações.

Um transistor é um dispositivo de três camadas formado pela combinação de duas camadas do mesmo tipo (p ou n) e uma camada intermediária do tipo oposto. Os dois tipos de transistores são NPN e PNP, dependendo da disposição das camadas. Os três terminais do transistor são chamados de emissor, base e coletor. O transistor funciona como um interruptor controlado por corrente que pode ser ligado ou desligado por um pulso na base. O transistor também funciona como um amplificador que aumenta a corrente ou a tensão do sinal aplicado na base.

Um tiristor é um dispositivo de quatro camadas formado pela combinação alternada de quatro camadas p e n. O tipo mais comum de tiristor é o SCR (retificador controlado de silício), que tem os terminais chamados de ânodo, cátodo e porta. O tiristor funciona como um interruptor controlado por tensão que pode ser ligado por um pulso na porta quando está polarizado diretamente. Uma vez ligado, o tiristor permanece conduzindo até que a corrente caia abaixo de um valor mínimo ou seja polarizado inversamente.

Algumas das Principais Diferenças entre Transistor e Tiristor são:

Um transistor tem três camadas e duas junções pn, enquanto um tiristor tem quatro camadas e três junções pn.
Um transistor precisa de pulsos regulares na base para manter a condução, enquanto um tiristor precisa apenas de um pulso inicial na porta para iniciar e manter a condução.
Um transistor pode ser ligado ou desligado por ambos os tipos de polarização (direta ou inversa), enquanto um tiristor só pode ser ligado por polarização direta e desligado por polarização inversa ou interrupção da corrente.
Um transistor tem uma menor capacidade de manipulação de potência do que um tiristor.
Um transistor opera em baixas tensões, enquanto um tiristor opera em altas tensões.
Um transistor é menos caro e mais leve do que um tiristor.
Um transistor tem menor tempo de acionamento do que um tiristor.
Um transistor não precisa de circuito auxiliar para desligar, enquanto um tiristor precisa.
Um transistor tem maiores perdas de potência do que um tiristor.
Um transistor é adequado para aplicações de alta frequência mas não para aplicações de alta potência, enquanto um tiristor é adequado para aplicações de alta potência mas não para aplicações de alta frequência.

Comente abaixo o que você entendeu sobre o que é um tiristor. Colocar nas suas próprias palavras o seu aprendizado é a melhor maneira de solidificar o conhecimento

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