Tiristor

Um tiristor é um componente eletrónico semicondutor, semelhante a um díodo ou transístor, utilizado principalmente em eletrónica. A sua principal função é controlar ou comutar correntes e tensões eléctricas. Um tiristor pode processar uma elevada potência eléctrica, pelo que é frequentemente utilizado em instalações industriais, sistemas de controlo ou sistemas de fornecimento de energia. Em muitas aplicações, vários tiristores trabalham em conjunto para realizar tarefas de controlo complexas.

O tiristor é um semicondutor controlável e é particularmente adequado para aplicações de alta potência. Pode alternar entre dois estados: um estado condutor, no qual a corrente flui através do componente, e um estado de bloqueio, no qual o fluxo de corrente é bloqueado. Estas propriedades tornam o tiristor particularmente adequado para aplicações em que é necessário comutar ou controlar potências elevadas. Nestas aplicações, funciona frequentemente como um potente interrutor eletrónico.

Estrutura de um tiristor

O tiristor é constituído por quatro camadas semicondutoras de silício dopadas alternadamente. Esta estrutura é conhecida como uma estrutura de camadas p-n-p-n. Entre as camadas individuais ou entre cada camada individual são criadas as chamadas junções p-n. Estas junções determinam significativamente o comportamento elétrico do componente. Estas junções determinam significativamente o comportamento elétrico do componente.

Um tiristor tem três ligações:

• Ânodo (A)
• Cátodo (K)
• Portão (G)

O ânodo e o cátodo formam o percurso principal da corrente do componente. A corrente flui entre estas duas ligações assim que o tiristor é ligado. A porta serve como elétrodo de controlo. O tiristor pode ser ativado através desta ligação.

A estrutura interna de um tiristor também pode ser vista como uma combinação de dois transístores. Numa representação simplificada, a estrutura é frequentemente descrita como uma combinação de um transístor PNP e um NPN. Este circuito equivalente ajuda a compreender melhor o comportamento do componente. Nesta representação, a ligação da porta assume uma função semelhante à da base de um transístor.

Funcionalidade

No estado normal, o tiristor bloqueia o fluxo de corrente entre o ânodo e o cátodo, mesmo que seja aplicada uma tensão. O tiristor só é ativado quando uma corrente de controlo curta é aplicada à porta. Esta corrente de controlo é frequentemente designada por impulso. Este impulso faz com que a corrente comece a fluir através do componente.

Uma propriedade especial do tiristor, também conhecido como SCR (Silicon Controlled Rectifier), é o seu comportamento de auto-retenção. Uma vez que o componente se torna condutor, este estado é mantido mesmo que o impulso de controlo na porta seja novamente removido. O tiristor só volta a desligar-se quando a corrente que o atravessa desce abaixo de um determinado valor. Este valor é conhecido como a corrente de retenção.

Este comportamento distingue claramente o tiristor de outros componentes semicondutores, como os transístores. Enquanto um transístor necessita constantemente de um sinal de controlo, um tiristor permanece ligado automaticamente após a ativação. Este comportamento mostra porque é que os tirístores são frequentemente utilizados na eletrónica de potência.

Comparação com outros componentes de semicondutores

O tiristor tem propriedades que fazem lembrar tanto um díodo como um transístor.

Um díodo só permite que a corrente flua num sentido e começa a conduzir automaticamente assim que é aplicada uma tensão suficiente. O tiristor, por outro lado, requer um sinal de controlo adicional na porta antes de se tornar condutor.

Um transístor também pode ser utilizado como um componente controlável. No entanto, funciona continuamente com um sinal de controlo. O tiristor, por outro lado, comporta-se mais como um interrutor eletrónico, que permanece permanentemente condutor após a ativação até que o fluxo de corrente seja interrompido.

Estas propriedades tornam o tiristor particularmente adequado para aplicações de elevado desempenho.

Tipos de tiristores

Para além do tiristor clássico, existem diversas variantes deste componente. Estas diferem principalmente no seu modo de funcionamento e nas suas áreas de aplicação. Muitas destas variantes pertencem também ao grupo dos tirístores.

Um representante bem conhecido é o triac. Este componente pode conduzir corrente em ambos os sentidos e é frequentemente utilizado em aplicações de corrente alternada, por exemplo, em reguladores de intensidade luminosa ou controlos de motores.

Outro componente é o diac, que é frequentemente utilizado como um elemento de ignição para triacs. O diac gera um impulso curto que ativa o triac.

Existem também variantes especiais, como o tiristor GTO (gate turn-off thyristor). Com este componente, o estado condutor também pode ser ativamente terminado de novo através da porta.

Um desenvolvimento moderno é o IGCT (Integrated Gate-Commutated Thyristor). Este componente é utilizado em aplicações de elevado desempenho, por exemplo, em grandes sistemas de transmissão de energia ou em accionamentos industriais onde é processada elevada potência eléctrica.

Aplicações

Os tirístores podem ser encontrados em muitas áreas da engenharia eléctrica e eletrónica. São utilizados com particular frequência na eletrónica de potência, onde grandes potências eléctricas têm de ser comutadas ou reguladas. Nestas aplicações, os tirístores funcionam frequentemente como interruptores electrónicos.

As aplicações típicas são

• Conversores e rectificadores de energia
• Controlos do motor
• Regulador de intensidade para sistemas de iluminação
• Controlos do aquecimento
• Sistemas de controlo industrial
• Equipamento de soldadura
• Sistemas de transmissão de energia

Nestas aplicações, o tiristor assume a tarefa de controlar e regular eficazmente a energia eléctrica em circuitos electrónicos.

Vantagens e desvantagens

O tiristor tem várias vantagens que o tornam atrativo para muitas aplicações.

Vantagens:

• Resistência a altas tensões e correntes
• Conceção robusta com várias camadas de semicondutores
• Baixa perda de potência
• Funcionamento fiável com elevada potência eléctrica

Desvantagens:

• Os tiristores standard não podem ser desligados diretamente através da porta
• Sensível a mudanças rápidas de tensão
• Menos flexibilidade do que os transístores de potência modernos

Conclusão

O tiristor é um componente importante na eletrónica de potência moderna e é frequentemente referido como um SCR. Devido à sua estrutura especial de semicondutor constituída por várias camadas, pode controlar e comutar potências eléctricas elevadas. O seu comportamento de auto-retenção permite um controlo eficiente da corrente e da tensão em muitas aplicações técnicas.

Mesmo que sejam utilizados componentes semicondutores modernos, como os transístores de potência, os tiristores continuam a ser um componente eletrónico comprovado e versátil em muitas áreas.