Rectificador controlado por silicio (SCR): definición y construcción

El rectificador controlado por silicio (SCR) es un dispositivo de estado sólido utilizado para el control de potencia en sistemas de CC y CA. Un SCR se llama así porque se utiliza silicio para su construcción y se puede controlar su funcionamiento como rectificador.

El rectificador controlado por silicio es el miembro más antiguo de la familia de tiristores. El tiristor es una familia de dispositivos de estado sólido cuyas características son similares a las de tubo de tiratrona. La construcción del tiristor es similar a la de un transistor. El nombre THYRISTOR se deriva de las primeras tres letras de THYRatron y las últimas cuatro letras de transISTOR. Además del rectificador controlado por silicio, hay varios otros miembros como GTO, TRIAC, DIAC, etc. Pero la aplicación de SCR es tan grande que SCR se ha convertido en sinónimo de tiristor. Por lo tanto, la palabra SCR y tiristor se usan indistintamente.

Construcción de rectificador controlado de silicio

Un rectificador controlado por silicio o SCR consta de tres uniones pn y tiene dos estados estables, un estado ENCENDIDO y un estado APAGADO, y puede cambiar su estado de uno a otro. Tiene tres terminales: ánodo, cátodo y puerta. La siguiente figura muestra el detalle constructivo de SCR.

Construcción de rectificador controlado de silicio

De lo anterior se puede ver que el SCR consta de cuatro capas de semiconductores alternativos de tipo p y tipo n que forman tres uniones pn. Estas tres uniones pn se muestran mediante J1, J2 y J3 en la figura anterior. El propósito principal del espárrago roscado es montar el SCR en el disipador de calor. Esto es muy importante ya que la clasificación de SCR puede ser del orden de 10 kV y 3000 A, lo que corresponde a una capacidad de manejo de energía de 30 MW. Por lo tanto, es vital hacer arreglos para el enfriamiento adecuado de SCR. El espárrago roscado se usa para montar el SCR en el disipador de calor para disipar el calor generado en él durante su servicio.

El terminal de la puerta generalmente se mantiene cerca del semiconductor de tipo p cerca del terminal del cátodo. El diagrama esquemático y el símbolo del circuito del rectificador controlado por silicio se muestran en las Figuras 1 y 2 respectivamente.

Diagrama esquemático y símbolo del circuito del rectificador controlado por silicio

En el diagrama esquemático, los tres terminales de SCR se muestran como ánodo, cátodo y puerta. El terminal conectado a la región exterior p se llama Ánodo, el terminal conectado a la región exterior n se llama Cátodo y el conectado a la región p interior se llama Puerta.

Al igual que el diodo, el SCR bloquea el flujo de corriente del cátodo al ánodo en el modo de conducción inversa, pero a diferencia del diodo, también bloquea el flujo de corriente del ánodo al cátodo hasta que se activa la conducción mediante la señal de puerta adecuada entre la puerta y el terminal del cátodo de SCR.

Cuando el ánodo es positivo con respecto al cátodo con el circuito de puerta abierto, se dice que el SCR está en modo de bloqueo directo. De manera similar, cuando el ánodo es negativo con respecto al cátodo, se dice que está en modo de bloqueo inverso. En ambos modos, no conduce. En el modo de bloqueo directo, se aplica una señal positiva en el terminal de puerta para llevar la conducta SCR al modo de conducción directa. En el modo de conducción directa, se comporta como un interruptor cerrado para permitir el flujo de corriente a través de él.

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