DEFINICIÓN.
El TRIAC (Triode for Alternative Current) es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El TRIAC puede ser disparado independientemente de la polarización de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa.
Figura 1: Símbolo del TRIAC.
En la Figura 1 se muestra el símbolo esquemático e identificación de las terminales de
un triac, la nomenclatura Ánodo 2 (A2) y Ánodo 1 (A1) pueden ser reemplazados por
Terminal Principal 2 (T2) y Terminal Principal 1 (T1) respectivamente.
ESTRUCTURA.
Figura 2 : Estructura básica del TRIAC.
La estructura contiene seis capas como se indica en la Figura 2, aunque funciona
siempre como un tiristor de cuatro capas. En sentido T2-T1 conduce a través de
P1N1P2N2 y en sentido T1-T2 a través de P2N1P1N4. La capa N3 facilita el disparo
con intensidad de puerta negativa. La complicación de su estructura lo hace más
delicado que un tiristor en cuanto a di/dt y dv/dt y capacidad para soportar sobre
intensidades. Se fabrican para intensidades de algunos amperios hasta unos 200 (A)
eficaces y desde 400 a 1000 (V) de tensión de pico repetitivo. Los TRIAC son
fabricados para funcionar a frecuencias bajas; los fabricados para trabajar a frecuencias
medias son denominados alternistores.
El TRIAC actúa como dos rectificadores controlados de silicio (SCR) en paralelo Figura
3, este dispositivo es equivalente a dos "latchs"( transistores conectados con
realimentación positiva, donde la señal de retorno aumenta el efecto de la señal de
entrada).
Figura 3.
La diferencia más importante que se encuentra entre el funcionamiento de un triac y el
de dos tiristores es que en este último caso cada uno de los dispositivos conducirá
durante medio ciclo si se le dispara adecuadamente, bloqueándose cuando la corriente
cambia de polaridad, dando como resultado una conducción completa de la corriente
alterna. El TRIAC, sin embargo, se bloquea durante el breve instante en que la corriente
de carga pasa por el valor cero, hasta que se alcanza el valor mínimo de tensión entre
T2 y T1, para volver de nuevo a conducir, suponiendo que la excitación de la puerta sea
la adecuada. Esto implica la perdida de un pequeño ángulo de conducción, que en el
caso de cargas resistivas, en las que la corriente esta en fase con la tensión, no supone
ningún problema. En el caso de cargas reactivas se debe tener en cuenta, en el diseño
del circuito, que en el momento en que la corriente pasa por cero no coincide con la
misma situación de la tensión aplicada, apareciendo en este momento unos impulsos
de tensión entre los dos terminales del componente.
MÉTODOS DE DISPARO.
Como hemos dicho, el TRIAC posee dos ánodos denominados ( MT1 y MT2) y una
compuerta G. La polaridad de la compuerta G y la polaridad del ánodo 2, se miden con
respecto al ánodo 1.
El triac puede ser disparado en cualquiera de los dos cuadrantes I y III mediante la
aplicación entre los terminales de compuerta G y MT1 de un impulso positivo o negativo.
Esto le da una facilidad de empleo grande y simplifica mucho el circuito de disparo.
Veamos cuáles son los fenómenos internos que tienen lugar en los cuatro modos
posibles de disparo.
1. El primer modo del primer cuadrante designado por I (+), es aquel en que la tensión
del ánodo MT2 y la tensión de la compuerta son positivas con respecto al ánodo MT1 y
este es el modo más común (Intensidad de compuerta entrante).
La corriente de compuerta circula internamente hasta MT1, en parte por la unión P2N2 y
en parte a través de la zona P2. Se produce la natural inyección de electrones de N2 a
P2, que es favorecida en el área próxima a la compuerta por la caída de tensión que
produce en P2 la circulación lateral de corriente de compuerta. Esta caída de tensión se
simboliza en la figura por signos + y -. Parte de los electrones inyectados alcanzan por
difusión la unión P2N1 que bloquea el potencial exterior y son acelerados por ella
iniciándose la conducción.
2. El Segundo modo, del tercer cuadrante, y designado por III(-) es aquel en que la
tensión del ánodo MT2 y la tensión de la compuerta son negativos con respecto
al ánodo MT1(Intensidad de compuerta saliente).
Se dispara por el procedimiento de puerta remota, conduciendo las capas P2N1P1N4.
La capa N3 inyecta electrones en P2 que hacen más conductora la unión P2N1. La
tensión positiva de T1 polariza el área próxima de la unión P2N1 más positivamente
que la próxima a la puerta. Esta polarización inyecta huecos de P2 a N1 que alcanzan
en parte la unión N1P1 y la hacen pasar a conducción.
3. El tercer modo del cuarto cuadrante, y designado por I(-) es aquel en que la tensión
del ánodo MT2 es positiva con respecto al ánodo MT1 y la tensión de disparo de la
compuerta es negativa con respecto al ánodo MT1( Intensidad de compuerta saliente).
El disparo es similar al de los tiristores de puerta de unión. Inicialmente conduce la
estructura auxiliar P1N1P2N3 y luego la principal P1N1P2N2. El disparo de la primera
se produce como en un tiristor normal actuando T1 de puerta y P de cátodo. Toda la
estructura auxiliar se pone a la tensión positiva de T2 y polariza fuertemente la unión
P2N2 que inyecta electrones hacia el área de potencial positivo. La unión P2N1 de la
estructura principal, que soporta la tensión exterior, es invadida por electrones en la
vecindad de la estructura auxiliar, entrando en conducción.
4. El cuarto modo del Segundo cuadrante y designado por III(+) es aquel en que la
tensión del ánodo T2 es negativa con respecto al ánodo MT1, y la tensión de disparo de
la compuerta es positiva con respecto al ánodo MT1(Intensidad de compuerta entrante).
El disparo tiene lugar por el procedimiento llamado de puerta remota. Entra en
conducción la estructura P2N1P1N4.
La inyección de N2 a P2 es igual a la descrita en el modo I(+). Los que alcanzan por
difusión la unión P2N1 son absorbido por su potencial de unión, haciéndose más
conductora. El potencial positivo de puerta polariza más positivamente el área de unión
P2N1 próxima a ella que la próxima a T1, provocándose una inyección de huecos desde
P2 a N1 que alcanza en parte la unión N1P1 encargada de bloquear la tensión exterior y
se produce la entrada en conducción.
Existe un gran número de posibilidades para realizar en la práctica el disparo del
TRIAC, pudiéndose elegir aquella que más resulte adecuada para la aplicación
concreta de que se trate. Se pueden resumir en dos variantes básicas:
Disparo por corriente continua,
- Disparo por corriente alterna.
DISPARO POR CORRIENTE CONTINUA.
En este caso la tensión de disparo proviene de una fuente de tensión continua aplicada
al TRIAC a través de una resistencia limitadora de la corriente de puerta. Es necesario
disponer de un elemento interruptor en serie con la corriente de disparo encargado de la
función de control, que puede ser un simple interruptor mecánico o un transistor
trabajando en conmutación.
Este sistema de disparo es el normalmente empleado en los circuitos electrónicos
alimentados por tensiones continuas cuya función sea la de control de una corriente a
partir de una determinada señal de excitación, que generalmente se origina en un
transductor de cualquier tipo.
DISPARO POR CORRIENTE ALTERNA.
El disparo por corriente alterna se puede realizar mediante el empleo de un
transformador que suministre la tensión de disparo, o bien directamente a partir de la
propia tensión de la red con una resistencia limitadora de la corriente de puerta
adecuada y algún elemento interruptor que entregue la excitación a la puerta en el
momento preciso.
CARACTERÍSTICAS GENERALES Y APLICACIONES.
La versatibilidad del TRIAC y la simplicidad de su uso le hace ideal para una amplia
variedad de aplicaciones relacionadas con el control de corrientes alternas. Una de ellas
es su utilización como interruptor estático ofreciendo muchas ventajas sobre los
interruptores mecánicos convencionales, que requieren siempre el movimiento de un
contacto, siendo la principal la que se obtiene como consecuencia de que el TRIAC
siempre se dispara cada medio ciclo cuando la corriente pasa por cero, con lo que se
evitan los arcos y sobre tensiones derivadas de la conmutación de cargas inductivas que
almacenan una determinada energía durante su funcionamiento.
Resumiendo, algunas características de los TRIACS:
- El TRIAC conmuta del modo de corte al modo de conducción cuando se inyecta
corriente a la compuerta. Después del disparo la compuerta no posee control sobre el
estado del TRIAC. Para apagar el TRIAC la corriente anódica debe reducirse por
debajo del valor de la corriente de retención Ih.
- La corriente y la tensión de encendido disminuyen con el aumento de temperatura y
con el aumento de la tensión de bloqueo.
- La aplicación de los TRIACS, a diferencia de los Tiristores, se encuentra básicamente
en corriente alterna. Su curva característica refleja un funcionamiento muy parecido al del
tiristor apareciendo en el primer y tercer cuadrante del sistema de ejes. Esto es debido a
su bidireccionalidad.
- La principal utilidad de los TRIACS es como regulador de potencia entregada a una
carga, en corriente alterna.
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