¿Cuáles son las principales diferencias entre diodo y SCR (tiristor)?
El diodo y el tiristor son interruptores semiconductores que controlan el flujo de corriente. Son interruptores unidireccionales utilizados en fuentes de alimentación y otros circuitos electrónicos para controlar y proteger equipos sensibles. Tanto el diodo como el tiristor comparten algunas similitudes, como que ambos se usan para rectificación y el tiristor puede denominarse diodo controlado. Pero son muy diferentes entre sí en cuanto a su estructura, funcionamiento, clasificaciones y aplicaciones.
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Antes de entrar en la lista de diferencias entre diodo y tiristor, analicemos primero sus conceptos básicos.
Diodo
Un diodo es un interruptor electrónico que permite que la corriente fluya en una sola dirección. Es un interruptor unidireccional no controlado que se utiliza principalmente para la rectificación de CA en CC. Tiene dos capas semiconductoras y tiene 2 terminales llamados Ánodo y Cátodo. Permite la corriente del ánodo al cátodo y bloquea el flujo de corriente del cátodo al ánodo.
El diodo está hecho de una combinación de dos capas de material semiconductor: material tipo P y tipo N. El terminal conectado a la región P se llama ánodo, mientras que el terminal conectado a la región N se llama cátodo. El límite entre la región P y la región N se llama unión PN. Por tanto, un diodo tiene 1 unión PN.
Bueno saber: El nombre de Diodo se deriva de la combinación de dos palabras, es decir, Di (palabra griega que significa «Dos») y Oda como una forma corta de electrodo = Diodo. En otras palabras, un diodo tiene dos electrodos como ánodo y cátodo que solo permiten que la corriente fluya en una dirección conocida como polarización directa. Un diodo ofrece una alta resistencia en una dirección mientras que tiene una baja resistencia en la otra. Por eso sólo puede permitir el flujo de corriente en una sola dirección.
El diodo conduce corriente en polarización directa y bloquea la corriente en polarización inversa. En condiciones de polarización directa, la región P (ánodo) está conectada a un potencial (voltaje) más alto que la región N (cátodo). Mientras está en condición de polarización inversa, el cátodo está conectado a un voltaje más alto que el ánodo.
La región P tiene huecos como portadores mayoritarios y la región N tiene electrones como portadores mayoritarios. Hay una región de agotamiento entre la unión PN que no permite el flujo de corriente. Los huecos son cargas positivas o ausencia de carga negativa y los electrones son cargas negativas. Sabemos que las cargas iguales se repelen y las cargas diferentes se atraen. El diodo funciona según el mismo principio.
En condición de polarización directa, la región P está conectada al terminal + y la región N está conectada al terminal – de la batería. La batería empuja al portador de carga mayoritario, lo que provoca atracción entre las dos regiones. Esta atracción reduce el ancho de la región de agotamiento, creando así un camino para que los portadores de carga crucen la unión.
En condiciones de polarización inversa, la polaridad de la batería se invierte. El potencial de la batería extrae el portador de carga mayoritario de la región respectiva. Hace que las regiones se separen, aumentando así el ancho de la región de agotamiento. Los portadores de carga no pueden pasar la región de agotamiento. Por lo tanto, el diodo no conducirá en polarización inversa.
Hay muchos tipos de diodos, cada tipo se utiliza para diferentes aplicaciones. Algunos de estos diodos son LED «diodo emisor de luz», diodo Zener, diodo de avalancha, fotodiodo, diodo láser, varactor, diodo de túnel y diodo PIN básico, etc.
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SCR (tiristor)
SCR o rectificador controlado por silicio es un miembro de la familia de los tiristores. Generalmente se le conoce como tiristor. Es un interruptor unidireccional controlado por semiconductores que tiene 3 terminales y está hecho de 4 capas. Convierte CA en CC con conmutación controlada, como sugiere su nombre.
Tiene 3 terminales: Ánodo (A), Cátodo (C) y Puerta (G). El ánodo y el cátodo son los terminales principales utilizados para la conducción de corriente, mientras que el terminal Gate es el terminal de control utilizado para activar o disparar el SCR.
Es un dispositivo de cuatro capas hecho de capas alternas de material semiconductor tipo P y tipo N que forman una estructura PNPN. Por lo tanto, tiene 3 cruces PN. El terminal Ánodo está conectado con una región P externa mientras que el Cátodo está conectado con una región N externa. Mientras que la Puerta está conectada con la región P media.
Bueno saber: La palabra tiristor se deriva de la combinación de dos palabras, es decir, Thyratron y Transistor = tiristor. Donde un tiratrón es un dispositivo de tubo lleno de gas que se utiliza para rectificadores de control y aplicaciones de conmutación eléctrica de alta potencia.
La siguiente figura muestra la estructura y una representación simbólica de un tiristor.
SCR funciona en tres modos: bloqueo directo, conducción directa y modo de bloqueo inverso. En el modo de bloqueo directo, el SCR se conecta en polarización directa sin ningún impulso de activación en la puerta. En este modo, el SCR no conduce.
En el modo de bloqueo inverso, el SCR está conectado en polarización inversa. El SCR no conduce en este modo incluso si hay una señal de control.
En el modo de conducción directa, el SCR está conectado en polarización directa y se activa aplicando un pulso de activación en su terminal de puerta. La conducción directa también ocurre si el voltaje excede su voltaje de ruptura, pero es un método destructivo y puede dañar el dispositivo.
Cuando el SCR está conectado en polarización directa, es decir, el potencial del ánodo es mayor que el del cátodo, las dos uniones del extremo se convierten en polarización directa, mientras que la unión del medio se polariza en inversa, como se muestra en la figura (b). La unión con polarización inversa no permite la corriente. La aplicación de un pulso de voltaje positivo a la puerta convierte la unión en polarización directa, creando un camino para que la corriente fluya del ánodo al cátodo.
Cuando el SCR está en modo de conducción directa, eliminar el pulso de puerta no lo apagará. Pero el voltaje entre el ánodo y el cátodo debe reducirse para que la corriente caiga por debajo del límite de «corriente de mantenimiento». Al hacerlo, el SCR interrumpe el flujo de corriente y entra en modo de bloqueo.
Un tiristor es un dispositivo de bloqueo, lo que significa que cuando se enciende permanecerá encendido ya sea que haya una señal de puerta o no. Sólo requiere un pulso momentáneo para iniciar la conducción. Se requiere el cruce por cero para romper su estado de conducción.
Dado que el tiristor no detiene la conducción cuando se elimina la señal de la puerta, se necesitan circuitos adicionales para apagar el tiristor cuando se le ordena.
SCR se utiliza principalmente para la rectificación controlada y para controlar la energía suministrada a cualquier carga, como atenuación de lámparas, reguladores y control de motores.
El SCR se utiliza para gestionar y controlar grandes potencias, por lo que se clasifican en kilovatios. y son más voluminosos en comparación con un diodo.
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Diferencias clave entre diodo y SCR (tiristor)
La siguiente tabla comparativa muestra las principales diferencias entre un diodo y un tiristor (SCR).
| Diodo | SCR (tiristor) |
| Es un interruptor semiconductor no controlado que convierte CA en CC. | Es un interruptor semiconductor controlado que convierte CA en CC. |
| Tiene dos terminales Ánodo y Cátodo. | Tiene tres terminales Ánodo, Cátodo y Puerta. |
| Tiene 2 capas semiconductoras P y N. | Tiene 4 capas semiconductoras alternas que tienen dos capas P y dos N. |
| Su estructura es PN. | Su estructura en PNPN. |
| Tiene 1 cruce PN. | Tiene 3 cruces PN. |
| Inicia la conducción cuando el voltaje supera los 0,4 v para el germanio y los 0,7 v para un diodo de silicio. | Comienza la conducción cuando se proporciona el pulso de puerta. |
| Tiene un voltaje de funcionamiento bajo. | Tiene un alto voltaje de funcionamiento. |
| La potencia de salida no se puede controlar. | La potencia de salida se puede controlar variando el ángulo de disparo. |
| Tiene índices de potencia comparativamente bajos. | Tiene una potencia nominal muy alta. |
| Tiene bajas pérdidas de energía. | Tiene mayores pérdidas de potencia. |
| No puede bloquear la corriente en polarización directa. | Puede bloquear la corriente en polarización directa. |
| Es de menor tamaño. | Es de mayor tamaño. |
| Es más barato que el SCR. | Es caro. |
| Un diodo se utiliza para diversas aplicaciones que incluyen recorte, sujeción, rectificación, protección de circuitos, fuente de luz, sensores, etc. | SCR se utiliza para rectificación controlada y administración de energía en aplicaciones de energía y alto voltaje. |
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Propiedades y características del diodo y SCR (tiristor)
Las siguientes propiedades diferentes diferencian tanto al diodo como a un “tiristor” SCR que tienen diferentes características y aplicaciones.
Estructura
- El diodo está hecho de dos capas de material semiconductor tipo P y N para formar una estructura PN.
- El SCR está formado por 4 capas semiconductoras alternas para formar una estructura PNPN.
Terminales
- Un diodo tiene dos terminales: ánodo y cátodo.
- SCR tiene tres terminales: Ánodo, Cátodo y Puerta.
Uniones PN
- Un diodo tiene una sola unión PN.
- SCR tiene tres uniones PN.
Operación
- El diodo inicia la conducción en una sola dirección cuando el voltaje excede 0,4 o 0,7 voltios para el germanio o el silicio, respectivamente.
- El SCR inicia la conducción en polarización directa sólo cuando se proporciona el pulso de puerta positivo.
Bloqueo hacia adelante
- El diodo no puede bloquear la corriente cuando está conectado en polarización directa.
- El SCR puede bloquear el flujo de corriente en polarización directa si no se proporciona la señal de puerta. Este modo se conoce como modo de bloqueo directo.
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Rectificación
La rectificación es la conversión de corriente alterna CA en corriente continua CC.
- El diodo sólo puede realizar una rectificación incontrolada.
- El SCR puede realizar una rectificación controlada donde se puede controlar la potencia de carga.
Caída de voltaje
- La caída de voltaje en un diodo de germanio o silicio es de 0,4 o 0,7 voltios respectivamente.
- La caída de voltaje a través de un SCR conductor es mayor que la del diodo, alrededor de 1,5 voltios.
Pérdidas de energía
- La pérdida de energía dentro del diodo es muy menor.
- El SCR tiene mayores pérdidas de potencia.
Clasificaciones de voltaje
- El diodo se utiliza para aplicaciones de voltaje comparativamente bajo porque tiene una sola unión.
- El SCR puede manejar voltajes muy altos.
Manejo de poder
- El diodo no tiene mejores capacidades de manejo de potencia, aunque los diodos de potencia se utilizan para aplicaciones de alta potencia.
- El SCR está especialmente diseñado para manejar aplicaciones de muy alta potencia.
Aplicaciones
- El diodo se utiliza para recortar y sujetar señales, multiplicadores, protección de circuitos, rectificadores, protectores contra sobretensiones, sensores, etc.
- El SCR se utiliza principalmente para la rectificación controlada para gestionar la energía suministrada a la carga.
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