Tiristor: Dispositivos Semicondutores Multicamadas

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TIRISTOR
O nome Tiristor vem do termo grego "thyr" (que significa porta) e 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 seqüência P-N-P-N (três junções semicondutoras), apresentando um comportamento funcional biestável.
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 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.
Como exemplo de tiristores, podemos citar o SCR, o TRIAC e o DIAC.
SCR
O SCR (Silicon Controlled Rectifier) se assemelha a um diodo pelo fato da corrente poder 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).
Ao invés de usar um sinal de permanência continua na porta (como nos transistores) 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 comutado para o estado de ligado, o tiristor SCR permanecerá por tempo indefinido neste estado, enquanto o dispositivo estiver diretamente polarizado e a corrente de anodo se mantiver acima de um patamar mínimo.
Os SCR's 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's são dispositivos semicondutores comumente utilizados em comutação de corrente alternada.
A figura abaixo ilustra a estrutura e o símbolo de um SCR:
A imagem a seguir mostra três modelos de SCR's: baixa, média e alta potência (da esquerda para a direita). Seus tamanhos não estão em escala.
TRIAC
Um TRIAC (TRIode for Alternating Current) é um componente eletrônico equivalente a dois retificadores controlados de silício (SCR/tiristores) ligados em antiparalelo e com os terminais de disparo (gate) ligados juntos. Este tipo de ligação resulta em uma chave eletrônica bidirecional, que pode conduzir a corrente elétrica nos dois sentidos.
Um TRIAC pode ser disparado tanto por uma corrente positiva quanto negativa aplicada no terminal de disparo. Uma vez disparado, o dispositivo continua a conduzir até que a corrente elétrica caia abaixo do valor de corte. Isto torna o TRIAC um conveniente dispositivo de controle para circuitos de corrente alternada, que permite acionar grandes potências com circuitos acionados por correntes da ordem de miliamperes.
Também podemos controlar o início da condução do dispositivo, aplicando um pulso em um ponto pré-determinado do ciclo de corrente alternada, o que permite controlar a percentagem do ciclo que estará alimentando a carga (também chamado de controle de fase).
O TRIAC de baixa potência é utilizado em várias aplicações como controles de potência para lâmpadas dimmers, controles de velocidade para ventiladores, entre outros. Contudo, quando usado com cargas indutivas, como motores elétricos, é necessário que se assegure que o TRIAC seja desligado corretamente, no final de cada semi-ciclo de alimentação elétrica. Para circuitos de maior potência, podemos utilizar dois SCRs ligados em antiparalelo, o que garante que cada SCR estará controlando um semiciclo independente, não importando a natureza da carga.
O símbolo do componente e um exemplo comercial estão demonstrados na figura abaixo:
DIAC
O DIAC (DIode for Alternating Current) é um gatilho bidirecional ou diodo que conduz corrente apenas após a tensão de disparo ser atingida e para de conduzir quando a corrente elétrica cai abaixo de um valor característico, chamado de corrente de corte. Este comportamento é o mesmo nas duas direções de condução de corrente. A tensão de disparo é por volta dos 30 volts para a maioria destes dispositivos.
O DIAC é normalmente usado para disparar TRIACs e SCRs.
Como um DIAC é um gatilho bidirecional, seus terminais não são marcados como anodo ou catodo mas a maioria é marcada como A1 ou MT1 e A2 ou MT2.
Abaixo encontram-se ilustrados o símbolo do DIAC e um exemplo de componente comercial.