DIAC de tres capas

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El DIAC (Diodo para Corriente Alterna) es un dispositivo semiconductor de dos
conexiones. Es un diodo bidireccional disparable que conduce la corriente sólo tras haberse
superado su tensión de disparo, y mientras la corriente circulante no sea inferior al valor
característico para ese dispositivo. El comportamiento es fundamentalmente el mismo para
ambas direcciones de la corriente. La mayoría de los DIAC tienen una tensión de disparo de
alrededor de 30 V. En este sentido, su comportamiento es similar a una lámpara de neón.
Los DIAC son una clase de tiristor, y se usan normalmente para disparar los triac, otra clase
de tiristor.
Es un dispositivo semiconductor de dos terminales, llamados ánodo y cátodo. Actúa como
un interruptor bidireccional el cual se activa cuando el voltaje entre sus terminales alcanza
el voltaje de ruptura, dicho voltaje puede estar entre 20 y 36 volts según la referencia.
DIAC de tres capas
Existen dos tipos de DIAC:
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DIAC de tres capas: Es similar a un transistor bipolar sin conexión de base y con
las regiones de colector y emisor iguales y muy dopadas. El dispositivo permanece
bloqueado hasta que se alcanza la tensión de avalancha en la unión del colector.
Esto inyecta corriente en la base que vuelve el transistor conductor, produciéndose
un efecto regenerativo. Al ser un dispositivo simétrico, funciona igual en ambas
polaridades, intercambiando el emisor y colector sus funciones.
DIAC de cuatro capas. Consiste en dos diodos Shockley conectados en
antiparalelo, lo que le da la característica bidireccional.
Triac
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Símbolo.
Un TRIAC o Triodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de
la familia de los transistores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste
es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse
que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna.
Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dos
SCR en antiparalelo.
Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación de ánodo y
cátodo) y puerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al
electrodo puerta.
Aplicaciones más comunes [editar]
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Su versatilidad lo hace ideal para el control de corrientes alternas.
Una de ellas es su utilización como interruptor estático ofreciendo muchas ventajas sobre
los interruptores mecánicos convencionales y los relés.
Funciona como switch electrónico y también a pila.
Se utilizan TRIACs de baja potencia en muchas aplicaciones como atenuadores de luz,
controles de velocidad para motores eléctricos, y en los sistemas de control
computarizado de muchos elementos caseros. No obstante, cuando se utiliza con cargas
inductivas como motores eléctricos, se deben tomar las precauciones necesarias para
asegurarse que el TRIAC se apaga correctamente al final de cada semiciclo de la onda de
Corriente alterna.
El punto VBD ( tensión de ruptura) es el punto por el cual el dispositivo pasa de una
resistencia alta a una resistencia baja y la corriente, a través del Triac, crece con un
pequeño cambio en la tensión entre los ánodos.
El Triac permanece en estado ON hasta que la corriente disminuye por debajo de la
corriente de mantenimiento IH. Esto se realiza por medio de la disminución de la
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tensión de la fuente. Una vez que el Triac entra en conducción, la compuerta no
controla mas la conducción, por esta razón se acostumbra dar un pulso de corriente
corto y de esta manera se impide la disipación de energía sobrante en la compuerta.
El mismo proceso ocurre con respecto al tercer cuadrante, cuando la tensión en el
ánodo MT2 es negativa con respecto al ánodo MT1 y obtenemos la característica
invertida. Por esto es un componente simétrico en cuanto a conducción y estado de
bloqueo se refiere, pues la característica en el cuadrante I de la curva es igual
METODOS DE DISPARO
Como hemos dicho, el Triac posee dos ánodos denominados ( MT1 y MT2) y una
compuerta G.
La polaridad de la compuerta G y la polaridad del ánodo 2, se miden con respecto al
ánodo 1.
El triac puede ser disparado en cualquiera de los dos cuadrantes I y III mediante la
aplicación entre los terminales de compuerta G y MT1 de un impulso positivo o
negativo. Esto le da una facilidad de empleo grande y simplifica mucho el circuito
de disparo. Veamos cuáles son los fenómenos internos que tienen lugar en los
cuatro modos posibles de disparo.
1 – El primer modo del primer cuadrante designado por I (+), es aquel en que la
tensión del ánodo MT2 y la tensión de la compuerta son positivas con respecto al
ánodo MT1 y este es el modo mas común (Intensidad de compuerta entrante).
La corriente de compuerta circula internamente hasta MT1, en parte por la union
P2N2 y en parte a través de la zona P2. Se produce la natural inyección de
electrones de N2 a P2, que es favorecida en el área próxima a la compuerta por la
caida de tensión que produce en P2 la circulación lateral de corriente de compuerta.
Esta caída de tensión se simboliza en la figura por signos + y - .
Parte de los electrones inyectados alcanzan por difusión la unión P2N1 que bloquea
el potencial exterior y son acelerados por ella iniciándose la conducción.
2 – El Segundo modo, del tercer cuadrante, y designado por III(-) es aquel en que
la tensión del ánodo MT2 y la tensión de la compuerta son negativos con respecto al
ánodo MT1 (Intensidad de compuerta saliente).
Se dispara por el procedimiento de puerta remota, conduciendo las capas
P2N1P1N4.
La capa N3 inyecta electrones en P2 que hacen más conductora la unión P2N1. La
tensión positiva de T1 polariza el área próxima de la unión P2N1 más positivamente
que la próxima a la puerta. Esta polarización inyecta huecos de P2 a N1 que
alcanzan en parte la unión N1P1 y la hacen pasar a conducción.
3 – El tercer modo del cuarto cuadrante, y designado por I(-) es aquel en que la
tensión del ánodo MT2 es positiva con respecto al ánodo MT1 y la tensión de
disparo de la compuerta es negativa con respecto al ánodo MT1( Intensidad de
compuerta saliente).
El disparo es similar al de los tiristores de puerta de unión. Inicialmente conduce la
estructura auxiliar P1N1P2N3 y luego la principal P1N1P2N2.
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El disparo de la primera se produce como en un tiristor normal actuando T1 de
puerta y P de cátodo. Toda la estructura auxiliar se pone a la tensión positiva de T2
y polariza fuertemente la unión P2N2 que inyecta electrones hacia el área de
potencial positivo. La unión P2N1 de la estructura principal, que soporta la tensión
exterior, es invadida por electrones en la vecindad de la estructura auxiliar,
entrando en conducción.
4 – El cuarto modo del Segundo cuadrante y designado por III(+) es aquel en que
la tensión del ánodo T2 es negativa con respecto al ánodo MT1, y la tensión de
disparo de la compuerta es positiva con respecto al ánodo MT1(Intensidad de
compuerta entrante).
El disparo tiene lugar por el procedimiento llamado de puerta remota. Entra en
conducción la estructura P2N1P1N4.
La inyección de N2 a P2 es igual a la descrita en el modo I(+). Los que alcanzan por
difusión la unión P2N1 son absorbido por su potencial de unión, haciéndose más
conductora. El potencial positivo de puerta polariza más positivamente el área de
unión P2N1 próxima a ella que la próxima a T1, provocándose una inyección de
huecos desde P2 a N1 que alcanza en parte la unión N1P1 encargada de bloquear la
tensión exterior y se produce la entrada en conducción.
El estado I(+), seguido de III(-) es aquel en que la corriente de compuerta necesaria
para el disparo es mínima. En el resto de los estados es necesaria una corriente de
disparo mayor. El modo III(+) es el de disparo más difícil y debe evitarse su empleo
en lo posible.
En general, la corriente de encendido de la compuerta, dada por el fabricante,
asegura el disparo en todos los estados.
SCR - Rectificador controlado de silicio. Símbolo, estructura y
funcionamiento básico.
El SCR es un dispositivo semiconductor de 4 capas que funciona como un
conmutador casi ideal.
El símbolo y estructura del SCR son:
Analizando los diagramas: A = ánodo, G = compuerta o Gate, C = K = cátodo
Funcionamiento básico del SCR
El siguiente gráfico muestra un circuito equivalente del SCR para comprender su
funcionamiento.
Al aplicarse una corriente IG al terminal G (base de Q2
y colector de Q1), se producen dos corrientes: IC2 =
IB1.
IB1 es la corriente base del transistor Q1 y causa que
exista una corriente de colector de Q1 (IC1) que a su
vez alimenta la base del transistor Q2 (IB2), este a su
vez causa más corriente en IC2, que es lo mismos que
IB1 en la base de Q1, y......
Este proceso regenerativo se repite hasta saturar Q1 y
Q2 causando el encendido del SCR.
Los parámetros del SCR son:
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VRDM: Máximo voljaje inverso de cebado (VG = 0)
VFOM: Máximo voltaje directo sin cebado (VG = 0)
IF: Máxima corriente directa permitida.
PG: Máxima disipación de potencia entre compuerta y cátodo.
VGT-IGT: Máximo votaje o corriente requerida en la compuerta (G) para el cebado
IH: Mínima corriente de ánodo requerida para mantener cebado el SCR
dv/dt: Máxima variación de voltaje sin producir cebado.
di/dt: Máxima variación de corriente aceptada antes de destruir el SCR.
Nota: dv/dt, di/dt: Ver parámetros del SCR en SCR en corriente continua
El rectificador controlado de silicio (en inglés SCR: Silicon Controlled Rectifier) es un
tipo de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con estructura PNPN o
bien NPNP. El nombre proviene de la unión de Tiratrón (tyratron) y Transistor.
Tiristor
Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y gate (puerta). La puerta es la encargada de
controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un
diodo rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido. Mientras
no se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se inicia la conducción y en el
instante en que se aplique dicha tensión, el tiristor comienza a conducir. El pulso de disparo
ha de ser de una duración considerable, o bien, repetitivo. Según se atrase o adelante éste,
se controla la corriente que pasa a la carga. Una vez arrancado, podemos anular la tensión
de puerta y el tiristor continuará conduciendo hasta que la corriente de carga disminuya por
debajo de la corriente de mantenimiento. Trabajando en corriente alterna el SCR se
desexcita en cada alternancia o semiciclo. Trabajando en corriente continua, se necesita un
circuito de bloqueo forzado.
Cuando se produce una variación brusca de tensión entre ánodo y cátodo de un tiristor, éste
puede dispararse y entrar en conducción aún sin corriente de puerta. Por ello se da como
característica la tasa máxima de subida de tensión que permite mantener bloqueado el SCR.
Este efecto se produce debido al condensador parásito existente entre la puerta y el ánodo.
Los SCR se utilizan en aplicaciones de electrónica de potencia, en el campo del control,
debido a que puede ser usado como interruptor de tipo electrónico.
MOSFET son las siglas de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. Consiste en un
transistor de efecto de campo basado en la estructura MOS. Es el transistor más utilizado en la
industria microelectrónica. Prácticamente la totalidad de los circuitos integrados de uso comercial
están basados en transistores MOSFET.
[editar] Funcionamiento
Curvas característica y de salida de un transistor MOSFET de acumulación canal n.
Curvas característica y de salida de un transistor MOSFET de deplexión canal n.
Un transistor MOSFET consiste en un sustrato de material semiconductor dopado en el
que, mediante técnicas de difusión de dopantes, se crean dos islas de tipo opuesto separadas
por un área sobre la cual se hace crecer una capa de dieléctrico culminada por una capa de
conductor. Los transistores MOSFET se dividen en dos tipos fundamentales dependiendo
de cómo se haya realizado el dopaje:
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Tipo nMOS: Sustrato de tipo p y difusiones de tipo n.
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Tipo pMOS: Sustrato de tipo n y difusiones de tipo p.
Las áreas de difusión se denominan fuente(source) y drenador(drain), y el conductor entre
ellos es la puerta(gate).
El transistor MOSFET tiene tres estados de funcionamiento:
[editar] Estado de corte
Cuando la tensión de la puerta es idéntica a la del sustrato, el MOSFET está en estado de no
conducción: ninguna corriente fluye entre fuente y drenador aunque se aplique una
diferencia de potencial entre ambos. También se llama mosfet a los aislados por juntura de
dos componentes.
[editar] Conducción lineal
Al polarizarse la puerta con una tensión negativa (pMOS) o positiva (nMOS), se crea una
región de deplexión en la región que separa la fuente y el drenador. Si esta tensión crece lo
suficiente, aparecerán portadores minoritarios (electrones en pMOS, huecos en nMOS) en
la región de deplexión que darán lugar a un canal de conducción. El transistor pasa
entonces a estado de conducción, de modo que una diferencia de potencial entre fuente y
drenador dará lugar a una corriente. El transistor se comporta como una resistencia
controlada por la tensión de puerta.
[editar] Saturación
Cuando la tensión entre drenador y fuente supera cierto límite, el canal de conducción bajo
la puerta sufre un estrangulamiento en las cercanías del drenador y desaparece. La corriente
entre fuente y drenador no se interrumpe, ya que es debida al campo eléctrico entre ambos,
pero se hace independiente de la diferencia de potencial entre ambos terminales.
[editar] Modelos matemáticos
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Para un MOSFET de canal inducido tipo n en su región lineal:
donde
en la que b es el ancho del canal, μn la movilidad de los electrones, ε es
la permitividad eléctrica de la capa de óxido, L la longitud del canal y W el espesor de capa
de óxido.
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Cuando el transistor opera en la región de saturación, la fórmula pasa a ser la siguiente:
Estas fórmulas son un modelo sencillo de funcionamiento de los transistores MOSFET,
pero no tienen en cuenta un buen número de efectos de segundo orden, como por ejemplo:
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Saturación de velocidad: La relación entre la tensión de puerta y la corriente de drenador
no crece cuadráticamente en transistores de canal corto.
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Efecto cuerpo: La tensión entre fuente y sustrato modifica la tensión umbral que da lugar
al canal de conducción
Modulación de longitud de canal.
Si se trata de un MOSFET de doble puerta, existirán entonces dos tensiones de puerta a
fuente, VGS1 y VGS2. Así, la expresión que sigue la corriente de drenador en la región de
saturación es:
Como es lógico, el parámetro IS2 no se mide en mA, sino en mA / V, así que no se puede
considerar una corriente propiamente dicha.
[editar] Aplicaciones
La forma más habitual de emplear transistores MOSFET es en circuitos de tipo CMOS,
consistentes en el uso de transistores pMOS y nMOS complementarios. Véase Tecnología
CMOS
Las aplicaciones de MOSFET discretos más comunes son:
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Resistencia controlada por tensión.
Circuitos de conmutación de potencia (HEXFET, FREDFET, etc).
Mezcladores de frecuencia, con MOSFET de doble puerta.
[editar] Ventajas
La principal aplicación de los MOSFET está en los circuitos integrados, p-mos, n-mos y cmos, debido a varias ventajas sobre los transistores bipolares:
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Consumo en modo estático muy bajo.
Tamaño muy inferior al transistor bipolar (actualmente del orden de media micra).
Gran capacidad de integración debido a su reducido tamaño.
Funcionamiento por tensión, son controlados por voltaje por lo que tienen una
impedencia de entrada muy alta. La intensidad que circula por la puerta es del orden de
los nanoamperios.
Un circuito realizado con MOSFET no necesita resistencias, con el ahorro de superficie que
conlleva.
La velocidad de conmutación es muy alta, siendo del orden de los nanosegundos.
Cada vez se encuentran más en aplicaciones en los convertidores de alta frecuencias y
baja potencia.
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