IT302 Aula 03 - Diodos e tiristores-1

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IT302 - Eletrônica de Potência – Aula 03
Dispositivos semicondutores: diodos e tiristores
Características desejadas dos 
componentes semicondutores
◼Características desejadas de um componente 
semicondutor:
◼ Tensões de ruptura elevadas
◼ Tensões pequenas durante o estado de condução 
(transistores bipolares, diodos, etc) ou resistência de 
condução pequena (dispositivos MOSFET).
◼ Tempos de acionamento e desligamento pequenos
◼Grande capacidade de dissipação de potência: 
consegue conduzir elevadas correntes com perdas 
pequenas e com geometria que permita a fácil 
dissipação do calor
2
Características desejadas dos 
componentes semicondutores
◼Não existe um componente eletrônico com todas as 
características desejadas
◼Em geral existe um compromisso entre tensão de 
ruptura e perdas de condução.
◼Nos transistores bipolares (que são componentes de 
portadores minoritários) existe um compromisso entre 
perdas de condução e velocidade de chaveamento, 
ou seja, um componente mais rápido possui mais perdas 
e um componente mais lento tem menos perdas (isso 
tem a ver com o tempo de recombinação dos 
portadores).
3
Dispositivos eletrônicos de potência
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Diodo de potência
◼Os componentes eletrônicos de potência são versões 
modificadas dos componentes de pequenos sinais.
◼O diodo de potência possui uma camada N- fracamente 
dopada e com grande comprimento.
◼A função da camada N- é alojar a zona de depleção. 
Com isso a zona de depleção tem um grande 
comprimento e o campo elétrico é melhor distribuído.
◼Apesar de seu comprimento maior e baixa dopagem a 
região N- não oferece muita resistência à passagem de 
corrente durante o estado de condução (quando o diodo 
está ligado) devido à injeção de portadores. 
5
6
Diodo de potência
◼As elevadas dopagens nas regiões P+ e N+ 
proporcionam contatos ôhmicos com os terminais 
metálicos do anodo e do catodo. 
◼Por terem muitos portadores majoritários livres, os 
semicondutores P+ e N+ comportam-se como bons 
condutores.
◼O diodo de potência possui então duas junções: uma 
P+N- e uma N-N+.
◼A área da seção transversal do componente depende 
da corrente máxima que o diodo vai conduzir.
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Diodo de potência: curva IxV
◼ Na polarização direta a 
corrente sobe linearmente e 
não exponencialmente como 
no diodo de sinal.
◼ As quedas ôhmicas devido à 
condução de correntes de 
grande intensidade 
mascaram o comportamento 
exponencial do diodo 
básico.
◼ Com polarização reversa 
somente uma pequena 
corrente de fuga (saturação 
reversa) circula. Essa 
corrente independe da 
tensão reversa aplicada.
◼ Quando a tensão de ruptura é 
atingida a tensão reversa passa a 
ser constante e a corrente cresce, 
sendo limitada apenas pelo circuito.
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Diodo de potência: curva IxV
◼ Diodo de pequenos sinais
◼ Diodo de potência
Vj = tensão da junção
Vd = queda de tensão na região de drift
Vak = Vj + Vd = tensão de polarização do diodo
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𝐼 = 𝐼𝑜 exp
qVj
kT
− 1
𝐼 = 𝐼𝑜 exp
qVj
kT
− 1 + 𝑉𝑑/𝑅𝑜𝑛
Diodo de potência: perdas de condução
◼ Praticamente toda a dissipação de potência no diodo ocorre durante a 
condução (polarização direta).
◼ Porém em altas frequências as perdas por chaveamento também 
começam a ser significativas.
◼ Durante o estado de condução existe uma redução substancial da 
resistência da região N- devido à grande injeção de portadores em 
excesso. É por isto que esta região de grande largura e baixa 
dopagem não causa tantas perdas como seria esperado.
◼ Em diodos de menor potência a tensão aplicada nos terminais é 
aproximadamente a mesma encontrada nas junções 
(em torno de 0,7 V). 
◼ Em diodos de maior potência as quedas ôhmicas são significativas e 
a tensão nos terminais pode ser próxima de 1 V.
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Diodo de potência: perdas de condução
◼ Com correntes muito elevadas deve ser levada em conta a dissipação 
de potência na região N- (perda ôhmica). Isso é o que limita a potência 
máxima nos diodos comerciais.
◼ Com elevadas correntes a característica ôhmica da região N- começa a 
prevalecer. Então uma estimativa da potência dissipada pelo diodo 
durante a condução pode ser:
◼ Isto porque:
◼ Ron = resistência do diodo durante o estado de condução (causada pela 
presença da região N-)
on akP V I=
◼ Potência dissipada no diodo durante a condução sem considerar as 
perdas na região N-:
2
on j onP I RV I+=
ak j onV V IR= +
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Diodo de potência: 
características de chaveamento
◼O diodo de potência requer algum tempo para sair do 
estado desligado para o estado de condução e vice-
versa.
◼Normalmente as características das folhas de dados são 
informadas para um determinado di/dt, que depende das 
características do circuito.
◼O di/dt depende do tipo de circuito no qual o diodo está 
sendo usado (indutivo, resistivo, capacitivo).
◼O comportamento com carga resistiva seria diferente (as 
transições seriam mais rápidas).
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Diodo de potência: 
acionamento – turn-on (1ª fase – intervalo t1)
◼O acionamento é compreendido pelos intervalos t1 e t2 
da figura mostrada no slide a seguir.
◼Dois processos físicos ocorrem em sequência durante o 
acionamento e podemos desmembrá-los em duas fases.
◼ 1ª fase (intervalo t1): Primeiramente as cargas espaciais 
da zona de depleção são retiradas e a zona de depleção 
é encolhida.
◼Observa-se um pico de tensão ao final desta fase. 
Quando a condução começa a resistência da região N- é 
grande, o que causa o surgimento de uma tensão 
elevada sobre o diodo. A resistência da região N- vai 
diminuir na 2ª fase.
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Remoção das 
cargas espaciais e 
encolhimento da 
zona de depleção.
Injeção de 
portadores 
minoritários
Final da injeção 
de portadores: 
tensão atinge o 
valor de regime
Tensão cai 
conforme a 
resistência de N-
diminui
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Diodo de potência: 
acionamento – turn-on (2ª fase – intervalo t2)
◼ 2ª fase (intervalo t2): 
Depois que a zona de 
depleção foi desfeita a 
junção fica diretamente 
polarizada e os 
portadores minoritários 
começam a ser 
difundidos.
◼ Durante o intervalo t2 
(injeção de portadores 
minoritários) o excesso de 
portadores cresce até 
alcançar o valor de 
regime, que depende da 
máxima corrente que vai 
circular pelo circuito.
N-P+ N+
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Diodo de potência: 
acionamento – turn-on (2ª fase – intervalo t2)
◼ Lacunas minoritárias são 
injetadas na região de 
drift pela borda da junção 
P+N-
◼ Elétrons minoritários são 
injetados na região de 
drift pela borda da junção 
N-N+
N-P+ N+
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Início da injeção de portadores minoritários no intervalo t2 19
Final da injeção de portadores minoritários no intervalo t2 20
Diodo de potência: 
acionamento – turn-on (2ª fase – intervalo t2)
◼Quando os portadores minoritários em excesso são 
injetados a resistência começa a cair até que a tensão 
chega ao valor final (aproximadamente 1 V).
◼O intervalo entre o pico da tensão e o instante em que a 
tensão se estabiliza (no valor pequeno perto de 1 V) 
representa o preenchimento da região N- com 
portadores excesso (lacunas minoritárias na borda com 
P+ e elétrons na borda com N+).
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Diodo de potência: 
acionamento – turn-on
◼ O tempo de acionamento do diodo depende do di/dt (que depende do 
circuito). Um di/dt elevado permite a descarga rápida das cargas 
espaciais da zona de depleção.
◼ O valor final da corrente também influencia a velocidade de 
acionamento. Uma corrente elevada faz com que a injeção de 
portadores demore mais até chegar à situação de regime.
◼ Valores típicos: 
◼ t1: centenas de nano-segundos
◼ t2: micro-segundos
◼ Componentes mais rápidos podem ser fabricados com a redução do 
tempo de vida dos portadores (recombinação mais rápida). Entretanto 
isto aumenta as perdas de condução do componente.
◼ Existe sempre um compromisso entre velocidade e perda de condução. 
(Componente mais rápido → mais perdas de condução)
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Diodo de potência: 
desligamento –turn-off (1ª fase: t3+t4)
◼ O desligamento do diodo é compreendido pelo intervalo (t3 + t4 + t5) 
(veja próximo slide)
◼ O desligamento é essencialmente o processo inverso do acionamento.
◼ 1ª fase do turn-off (intervalo t3 + t4): Portadores minoritários em excesso na 
região N- são removidos.
◼ A remoção das cargas ocorre pela ação conjunta do processo de 
recombinação e da corrente negativa do circuito durante o intervalo (t3 + t4)
◼ Somente após a remoção dos portadores as junções podem tornar-se 
reversamente polarizadas (quando o diodo de fato é desligado).
◼ Enquanto existirem portadores em excesso as junções estarão diretamente 
polarizadas. Isto explica por que a tensão continua pequena (e positiva) 
durante o intervalo t3 + t4.
23
24
Neste instante a polaridade da fonte de 
alimentação do circuito foi invertida ou a 
fonte de alimentação foi desligada
Diodo de potência: 
desligamento – turn-off (1ª fase: intervalo t3+t4)
◼ Durante a 1ª fase do 
desligamento o 
excesso de 
portadores é 
removido. N-P+ N+
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Diodo de potência: 
desligamento – turn-off (2ª fase: intervalo t5)
◼ Após a remoção dos portadores em excesso na fase anterior a zona de 
depleção começa a ser reconstruída.
◼ A reconstrução da zona de depleção demanda corrente negativa para o 
armazenamento das cargas espaciais.
◼ Neste momento já não existe mais movimentação de cargas através da 
junção. As cargas espaciais são criadas por corrente negativa drenada 
da fonte externa do circuito.
◼ Depois que os portadores em excesso foram retirados (no final do 
intervalo t4) a tensão do diodo começa a ficar negativa durante a 
reconstrução da zona de depleção.
◼ Conforme a zona de depleção vai se completando a corrente negativa 
começa a diminuir até zerar (no final do intervalo t5).
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Diodo de potência: 
desligamento – recuperação reversa
◼ O intervalo trr = t4 + t5 (final da 1ª fase e 2ª fase 
do turn-off) é chamado de período ou tempo de 
recuperação reversa.
◼ Neste período existe a condução de corrente 
negativa para desalojar os portadores em 
excesso (1ª fase) e para reconstruir a zona de 
depleção com o armazenamento de cargas 
espaciais (2ª fase).
◼ A recuperação reversa (constituída na verdade 
por dois processos distintos) é a principal 
responsável pelo atraso no desligamento do 
diodo, ou seja, na comutação do estado de 
condução para o estado de corte.
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Diodo de potência: 
desligamento – recuperação reversa
◼ O retorno da corrente para o nível zero que se 
inicia após o bloqueio (instante final do 
intervalo t4 e início do t5) pode ter grandes 
derivadas e isso pode causar sobretensões
com a presença de indutâncias parasitas no 
circuito.
◼ Nos diodos soft recovery o decaimento desta 
corrente negativa durante a recuperação 
reversa é mais lento, evitando assim a 
ocorrência de sobretensões.
◼ Tipos especiais de diodos: soft recovery, 
fast recovery, ultra fast recovery
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Diodo de potência
◼ Resultados experimentais: turn on e turn off
corrente
tensão
corrente
tensão
Recuperação 
reversa
Sobretensão
no início da 
condução
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Diodo Schottky
◼ Formado por apenas um tipo de semicondutor e um metal
◼ Normalmente o semicondutor tipo N é usado, pois a mobilidade de 
elétrons do material N é maior do que a de lacunas no material P
◼ Não possui junção PN
◼ É um componente de portadores majoritários. No caso do diodo do 
tipo N, somente elétrons conduzem corrente. Não há lacunas 
envolvidas no processo de funcionamento do componente.
◼ Por não ter portadores minoritários não apresenta o fenômeno da 
recombinação e não tem o processo de difusão de portadores. 
Vantagem: acionamento e desligamento são muito rápidos.
◼ Possui uma região N com dopagem moderada e uma região N+ para 
fazer o contato ôhmico com o metal no catodo (K). 
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Diodo Schottky
◼ Estrutura física: possui somente um tipo de semicondutor
◼ Possui uma junção metal-N (não existe junção PN)
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Diodo Schottky
◼ Na fabricação do diodo usa-se um metal com nível de energia menor do 
que o silício
◼ Isto permite formar uma junção retificadora (no lugar de uma junção 
ôhmica)
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Diodo Schottky
◼ A condução de corrente se dá apenas por elétrons majoritários
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Diodo Schottky
◼ O desligamento do diodo Schottky é muito rápido porque não existem 
portadores minoritários em excesso para serem retirados, como 
ocorre no diodo de junção PN.
◼ O único atraso no desligamento ocorre pelo restabelecimento da 
zona de depleção do diodo. 
◼ A recuperação reversa do Schottky não possui a etapa de retirada de 
portadores, portanto é muito rápida. 
◼ Existe recuperação reversa apenas para a reconstrução da barreira 
de depleção.
◼ O acionamento (turn on) do Schottky também é rápido pois não há 
injeção de portadores minoritários 
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Diodo Schottky
◼ O diodo Schottky possui tensões de ruptura menores pois a camada 
N- não pode ter uma dopagem exageradamente fraca (o que permitiria 
zonas de depleção mais extensas e campos elétricos menores – ou 
tensões maiores).
◼ Uma dopagem muito fraca teria o efeito indesejado de uma 
resistência de condução muito grande, ocasionando perdas.
◼ Como não existe injeção de portadores minoritários, a região N- não 
se torna mais condutiva quando o diodo está em condução (como 
ocorre no diodo de junção PN).
◼ A dopagem do Schottky deve ser moderada. Não pode ser muito alta 
para não eliminar o efeito retificador (produzindo um contato ôhmico). 
Também não pode ser muito fraca, pois isso aumentaria as perdas. 
◼ Pelo fato de a dopagem N- não poder ser muito fraca, o Schottky não 
pode ter zonas de depleção muito profundas e por isso não suporta 
tensões reversas muito elevadas.
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Diodo Schottky: princípio de funcionamento
◼ Metal e semicondutor antes de formar a junção
O metal tem um 
nível de energia 
mais baixo
O silício tem um 
nível de energia 
mais alto
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Nível de Fermi. Pode ser entendido 
como um “nível médio” de energia entre 
as bandas de condução e valência. É o 
nível que tem 50% de chance de ser 
ocupado pelos elétrons de valência.
Nível de 
Fermi do 
semicondutor 
dopado.
Nível de 
Fermi do 
semicondutor 
intrínseco.
Nível de 
Fermi do 
metal.
◼ Metal e semicondutor: formação da junção
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Diodo Schottky
◼ Junção Metal-Semicondutor (N-) 
◼ Sem polarização
Quando a junção é 
formada os níveis de 
Fermi igualam-se 
(sem polarização)
Com a migração de elétrons para o 
metal é criada uma zona de depleção 
Diferença de energia associada à 
tensão da junção criada pelo campo 
elétrico das cargas espaciais
Anodo Catodo
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Diodo Schottky
◼ Junção Metal-Semicondutor (N-) 
◼ Polarização reversa
A polarização reversa (com tensão 
VR) amplia a diferença de energia. 
Agora o silício ficou menos 
energético e os elétrons não 
conseguem de jeito nenhum 
migrar para o metal. O diodo está 
bloqueado.
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Diodo Schottky
◼ Junção Metal-Semicondutor (N-) 
◼ Polarização direta
A polarização direta (com tensão Va) reduz a
zona de depleção e facilita a passagem dos
elétrons do silício para o metal. Uma
corrente de elétrons pode então ser
estabelecida.
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Diodo Schottky: estrutura do diodo prático e 
característica de chaveamento
Observa-se que assim que a corrente se 
inverte a tensão já começa a crescer (ficando 
negativa). Não existe o intervalo t4 do diodo 
PN (compare as figuras). Isso porque não 
existem portadores minoritários.
Canal do 
osciloscópio 
está invertido!
41
Diodos especiais: 
fast / ultra fast recovery
ST Microelectronics
Tandem = 
tecnologia com 
dois diodos em 
série no mesmo 
encapsulamento 
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Diodos especiais: SiC Schottcky
◼ Tecnologia nova, onde o SiC (carbeto de silício) é o semicondutor 
empregado
◼ Desvantagem: custo
◼ Comparação entre diodos de três tecnologias no desligamento:
Tecnologia com 
dois diodos em 
série no mesmo 
encapsulamento 
Diodo de carbeto de silício
Diodode silício
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Materiais emergentes
◼ Materiais como o carbeto de silício (SiC) e o arseneto de gálio (GaAs) 
podem ser usados na fabricação de dispositivos no lugar do silício
◼ O SiC tem despontado como a próxima geração dos semicondutores 
de potência, mas seu custo ainda é elevado
◼ Fabricantes estão em busca de aprimoramentos nas técnicas de 
fabricação para produzir componentes com capacidades de corrente 
cada vez maiores e a custos menores
◼ O SiC possibilita comutações 4 vezes mais rápidas e tensões de 
junção 15% inferiores em comparação com diodos de Si.
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Tiristor
◼O nome tiristor engloba uma família de dispositivos 
semicondutores que possuem em comum uma estrutura 
de 4 camadas semicondutoras numa sequência p-n-p-n, 
apresentando um funcionamento biestável.
◼O tiristor de uso mais difundido é o SCR (retificador 
controlado de silício), chamado simplesmente de tiristor. 
Outros componentes, no entanto, possuem basicamente 
uma mesma estrutura: LASCR (SCR ativado por luz), 
também chamado de LTT (light triggered thyristor), TRIAC 
(tiristor triodo bidirecional), DIAC (tiristor diodo 
bidirecional), GTO (tiristor comutável pela porta), MCT 
(tiristor controlado por MOS)
O conteúdo desta seção sobre tiristores é baseado na apostila IT302 do Prof. J. A. Pomilio
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Tiristor: funcionamento
◼O tiristor é formado por quatro camadas semicondutoras, 
alternadamente p-n-p-n, possuindo 3 terminais: anodo e 
catodo, pelos quais flui a corrente principal, e a porta (ou 
gate) que, com uma pequena injeção de corrente, faz 
com que se estabeleça a corrente anódica. 
50
Tiristor: polarização direta
◼ Se entre anodo e catodo tivermos uma tensão positiva, as junções J1 
e J3 estarão diretamente polarizadas, enquanto a junção J2 estará 
reversamente polarizada. Não haverá condução de corrente até que 
a tensão Vak se eleve a um valor que provoque a ruptura da barreira
de potencial em J2.
reversa
direta
direta
Zona de 
depleção
51
Tiristor: polarização direta
◼ Se houver uma tensão Vgk positiva, circulará uma corrente através 
de J3, com portadores negativos (elétrons minoritários) indo do 
catodo (região N+) para a porta (região P). 
◼ Por construção, a camada P ligada à porta é suficientemente
estreita para que parte destes elétrons que cruzam J3 transbordem 
para a região N-, sendo então acelerados em direção ao anodo.
reversa
direta
direta
52
Tiristor: polarização direta
◼ Com a injeção de portadores através da junção J2 (que é 
reversamente polarizada), estabelece-se uma corrente entre anodo e 
catodo.
◼ Mesmo com a retirada da corrente da porta (gate) a corrente continua 
fluindo, com elétrons indo do catodo (K) para o anodo (A).
reversa
direta
direta
53
Tiristor: polarização reversa
◼ Quando a tensão Vak for negativa, J1 e J3 estarão reversamente
polarizadas, enquanto J2 estará diretamente polarizada. 
◼ Uma vez que a junção J3 é intermediária a regiões de alta dopagem,
ela não é capaz de bloquear tensões elevadas, de modo que cabe à 
junção J1 manter o estado de bloqueio do componente.
direta
reversa
reversa
Zona de 
depleção
Zona de 
depleção
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Tiristor: analogia com transistores
◼ Pode-se fazer uma analogia do tiristor com uma associação de dois 
transistores.
◼ Quando uma corrente Ig positiva é aplicada, Ic2 e Ik crescem.
◼ Como Ic2 = Ib1, T1 conduzirá e teremos Ib2 = Ic1 + Ig, que 
aumentará Ic2 e assim o dispositivo evoluirá até a saturação, mesmo 
que Ig seja retirada. 
55
Tiristor: funcionamento
◼ O componente se manterá em condução desde que, após o processo 
dinâmico de entrada em condução, a corrente de anodo tenha 
atingido um valor superior ao limite IL, chamado de corrente
de "latching".
Corrente de 
latching
56
Tiristor: funcionamento
◼Para desligar o tiristor é necessário que a 
corrente por ele caia abaixo do valor mínimo de 
manutenção (IH), quando os elétrons injetados 
pela base não conseguem mais penetrar a zona 
de depleção formada pela junção J2.
Corrente de 
desligamento
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Tiristor: funcionamento
◼ Devido a características construtivas do dispositivo, a aplicação de 
uma polarização reversa do terminal de gate do tiristor não permite o 
desligamento. 
◼ Mesmo aplicando-se uma corrente negativa no gate, a corrente de 
gate é pequena demais para conseguir esvaziar os portadores 
minoritários da região P.
Corrente de 
desligamento
Apenas o tiristor do 
tipo GTO pode ser 
desligado pelo 
gate.
58
Tiristor: 1º modo de acionamento
Acionamento por aplicação de tensão direta elevada
◼ Quando polarizado diretamente, no estado desligado, a tensão de 
polarização é aplicada sobre a junção J2 (que está reversa) 
◼ O aumento da tensão Vak leva a uma expansão da região de transição 
tanto para o interior da camada do gate quanto para a camada N 
adjacente. 
◼ Mesmo na ausência de corrente de gate, por efeito térmico, sempre 
existirão cargas livres que penetram na região de transição (no caso, 
elétrons), as quais são aceleradas pelo campo elétrico presente em J2. 
◼ Para valores elevados de tensão (e, consequentemente, de campo 
elétrico), é possível iniciar um processo de avalanche, no qual as cargas 
aceleradas, ao chocarem-se com átomos vizinhos, provocam a expulsão 
de novos portadores, os quais reproduzem o processo. 
◼ Este fenômeno, do ponto de vista do comportamento do fluxo de cargas 
pela junção J2, tem efeito similar ao de uma injeção de corrente pelo 
gate, de modo que, após ter início a passagem de corrente acima do 
limiar de IL o dispositivo vai se manter em condução. 
59
Tiristor: 1º modo de acionamento
Junção reversa 
com tensão 
elevada
direta
direta
Zona de 
depleção
Acionamento por aplicação 
de tensão direta elevada
60
Tiristor: 2º modo de acionamento
Ação da corrente positiva de porta (é o modo usual de disparo)
◼ Sendo o disparo através da corrente de porta a maneira mais usual 
de ligar o tiristor, é importante o conhecimento dos limites máximos e 
mínimos para a tensão Vgk e a corrente Ig.
Faixa de 
operação
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Tiristor: 2º modo de acionamento
Ação da corrente positiva de porta
◼ O valor Vgm indica a mínima tensão de gate que garante a condução 
de todos os componentes de um dado tipo, na mínima temperatura 
especificada.
◼ O valor Vgo é a máxima tensão de gate que garante que nenhum 
componente de um dado tipo entrará em condução, na máxima 
temperatura de operação.
◼ A corrente Igm é a mínima corrente necessária para garantir a 
entrada em condução de qualquer dispositivo de um certo tipo, na 
mínima temperatura.
◼ Para garantir a operação correta do componente, a reta de carga do 
circuito de acionamento deve garantir a passagem além dos limites 
Vgm e Igm, sem exceder os demais limites (tensão, corrente e 
potência máximas).
62
Tiristor: 2º modo de acionamento
Ação da corrente positiva de porta
◼ Para garantir a operação correta do componente, a reta de carga do 
circuito de acionamento deve garantir a passagem além dos limites 
Vgm e Igm, sem exceder os demais limites (tensão, corrente e 
potência máximas).
Tensão 
mínima
Corrente 
mínima
Faixa de 
operação
63
Tiristor: 3º modo de acionamento
Taxa de crescimento da tensão direta
◼ Quando reversamente polarizada, a área de transição de uma junção 
comporta-se de maneira similar a um capacitor, devido ao campo 
criado pelas cargas espaciais. 
◼ Considerando que praticamente toda a tensão está aplicada sobre a 
junção J2 (quando o tiristor estiver desligado e polarizado 
diretamente), a corrente que atravessa a junção é dada por:
Onde Cj é a capacitância da junção
indesejado
64
Tiristor: 3º modo de acionamento
◼ Quando Vak cresce, a capacitância diminui. Entretanto, se a taxa de 
variação da tensão for suficientemente elevada, a corrente que 
atravessará a junção pode ser suficiente para levar o tiristor à 
condução.
◼ Uma vez que a capacitância cresce com o aumento da área do 
semicondutor,os componentes para correntes mais elevadas tendem 
a ter um limite de dv/dt menor. 
◼ Observe que a limitação diz respeito apenas ao crescimento da 
tensão direta (Vak > 0). A taxa de crescimento da tensão reversa não 
é importante, uma vez que as correntes que circulam pelas junções 
J1 e J3 neste caso não têm a capacidade de levar o tiristor ao estado 
de condução.
◼ Utilizam-se circuitos RC (snubbers) em paralelo com os tiristores com 
o objetivo de limitar a velocidade de crescimento da tensão direta 
sobre eles.
indesejado
65
Tiristor: 4º modo de acionamento
Temperatura
◼ Em altas temperaturas, a corrente de fuga numa junção P-N reversamente
polarizada dobra aproximadamente com o aumento de 8 oC.
◼ A elevação da temperatura pode originar uma
corrente através de J2 suficiente para levar o tiristor à condução.
reversa
direta
direta
Corrente de fuga 
reversa
indesejado
66
Tiristor: 5º modo de acionamento
Energia radiante
◼ Energia radiante dentro da banda espectral do silício, incidindo e 
penetrando no cristal, produz considerável quantidade de pares 
elétrons-lacunas, aumentando a corrente de fuga reversa,
possibilitando a condução do tiristor. 
◼ Este tipo de acionamento é o utilizado nos LASCR, cuja aplicação 
principal é em sistemas que operam em elevado potencial, onde a 
isolação necessária só é obtida por meio de acoplamentos óticos.
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Tiristor: parâmetros básicos
◼ Tensão direta de ruptura (VBO)
◼ Máxima tensão reversa (VBR)
◼ Máxima corrente de anodo (Iamax): pode ser dada como valor 
RMS, médio ou de pico
◼ Máxima temperatura de operação (Tjmax): temperatura acima da 
qual, devido a um possível processo de avalanche, pode haver 
destruição do cristal.
68
Tiristor: parâmetros básicos
◼ Resistência térmica (Rth): é a diferença de temperatura entre 2 
pontos especificados ou regiões, dividida pela potência dissipada sob 
condições de equilíbrio térmico. É uma medida das condições de 
fluxo de calor do cristal para o meio externo.
◼ Máxima taxa de crescimento da tensão direta Vak (dv/dt).
69
Tiristor: parâmetros básicos
◼ Máxima taxa de crescimento da corrente de anodo (di/dt):
fisicamente, o início do processo de condução de corrente pelo
tiristor ocorre no centro da pastilha de silício, ao redor da região onde
foi construída a porta, espalhando-se radialmente até ocupar toda a
superfície do catodo, à medida que cresce a corrente. Mas se a
corrente crescer muito rapidamente, antes que haja a expansão
necessária na superfície condutora, haverá um excesso de
dissipação de potência na área de condução, danificando a
estrutura semicondutora.
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Tiristor: limitação de di/dt
◼ O limite de di/dt é ampliado para tiristores de tecnologia mais 
avançada fazendo-se a interface entre gate e catodo com uma maior 
área de contato, por exemplo, “interdigitando” o gate.
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Tiristor: parâmetros básicos
◼ Corrente de manutenção de condução (IH): a mínima corrente de 
anodo necessária para manter o tiristor em condução, abaixo da qual 
o componente se desliga.
◼ Corrente de disparo (IL): mínima corrente de anodo requerida para 
manter o SCR ligado imediatamente após ocorrer a passagem do 
estado desligado para o ligado e ser removida a
corrente de porta.
corrente
tensão
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Tiristor: turn on e turn off
◼O processo de acionamento é relativamente simples e 
pode ser feito com a aplicação de uma corrente pulsada 
no gate. Circuitos de acionamento para esta finalidade 
são de fácil construção.
◼O processo de desligamento, por outro lado, é 
complicado. Não é possível desligar o tiristor por ação do 
gate.
◼O desligamento pode ocorrer por comutação natural ou 
comutação forçada.
◼O caso mais comum é a comutação natural. Nas 
aplicações com comutação forçada o tiristor pode ser 
substituído por transistores nas aplicações modernas.
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Tiristor: turn off
◼ Para o tiristor desligar-se as junções J1 e J3 devem estar reversamente
polarizadas. 
◼ Isto torna necessário a remoção dos portadores em excesso (pois as 
junções estavam diretamente polarizadas durante a condução).
◼ Além disso as zonas de depleção de J1 e J3 devem ser reconstruídas.
Recuperação reversa, 
como no diodo
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Tiristor: turn off
◼ Comutação natural
75
Circuitos de disparo
Acoplamento óptico
◼ O acoplamento com optoacopladores apresenta como principal 
vantagem a imunidade a interferências eletromagnéticas, além da 
alta isolação de potencial. São dispositivos nos quais o emissor e
o receptor estão integrados, apresentando uma isolação típica de 
2500 V. 
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Circuitos de disparo
Fibras ópticas
◼ Em aplicações de alta tensão pode-se obter isolamento de centenas 
de quilovolts com fibras ópticas.
◼ A potência necessária para o disparo é provida por duas fontes: uma 
para alimentar o emissor (em geral a própria fonte do circuito de 
controle) e outra para o lado do receptor.
◼ Eventualmente, a própria carga armazenada no capacitor do circuito 
amaciador (ou rede de equalização), através de um transformador de 
corrente, pode fornecer a energia para o lado do receptor, a partir da 
corrente que circula pelo tiristor, assegurando potência durante todo 
o período de condução.
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Lição de casa
◼ N. Mohan, T. Undeland, W. Robins, Power electronics, 3ª Ed.
◼ Capítulos 2, 19, 20, 23 e 24 – Diodos e tiristores
◼ Leitura recomendada: Apostila IT302 – Prof. J. A. Pomilio –
FEEC/UNICAMP, 2014
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