¿Qué distingue a un tiristor ordinario de un tiristor GTO?

Question

Un tiristor, lo sé, es una estructura PNPN de cuatro capas, con un ánodo en la primera sección P, una puerta en la segunda sección P y un cátodo en la segunda sección N. Esta sencilla estructura sugiere que cualquier tiristor debería poder apagarse, desviando toda la corriente del ánodo a través de la puerta, haciendo que la corriente del cátodo llegue a cero, con lo que se desenclava el tiristor.

En un simulador, un modelo de dos transistores de un tiristor como el que se muestra a continuación se apaga cuando se proporciona una ruta de baja resistencia a tierra.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Y se pueden comprar tiristores diseñados específicamente para ser utilizados así, llamados tiristores GTO (gate turn-off).

Así que mi pregunta es la siguiente: ¿Qué hace especial a un tiristor GTO? ¿Es un tiristor normal con características específicas para este modo de funcionamiento? ¿O hay alguna estructura de silicio diferente en su interior que hace que funcione de forma fundamentalmente distinta?

Answer 1

Interesante pregunta.

Empecemos por el uso típico de un tiristor. El cátodo suele estar conectado a tierra y el ánodo a la alimentación a través de la carga:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Así, los electrones entran en el cátodo y viajan hasta el ánodo.

En los dibujos siguientes, el cátodo está arriba. ¡Así que los electrones fluyen de arriba a abajo (sólo en los perfiles de dopaje, no en el esquema de arriba)!

Después de buscar un poco he encontrado estos dos dibujos de los perfiles de dopaje de ambos dispositivos.

Este es el perfil de dopaje de un tiristor "normal", de este sitio .

Y aquí está el perfil de dopaje de un GTO (misma fuente que arriba, pulse Siguiente unas cuantas veces).

La principal diferencia que veo es que el GTO tiene una región P+ adicional (región P altamente dopada) para el contacto de puerta. Esa región altamente dopada se utiliza para hacer un contacto "mejor", más bajo en ohmios, con esa región dopada.

Según Wikipedia:

La desconexión se consigue mediante un impulso de "tensión negativa" entre los terminales de la puerta y el cátodo. Parte de la corriente de avance (entre un tercio y un quinto) se "roba" y se utiliza para inducir una tensión cátodo-puerta que, a su vez, hace que la corriente de avance disminuya y el GTO se apague (pasando al estado de "bloqueo").

Para mí, eso podría explicar por qué el GTO se puede apagar mientras que el tiristor normal no. En un tiristor normal, la puerta no tiene un contacto tan bueno con la región P superior, lo que le impide desviar suficientes electrones para que el tiristor se apague.

En un GTO, el contacto con esa región P es mucho mejor, por lo que se pueden extraer muchos más electrones (a través de la puerta) de esa región P. También el voltaje de esta región P puede ser controlado mucho mejor a través del contacto de bajo ohmio. Esto también permite que la Puerta baje el voltaje de esta región P en relación con el Cátodo, lo que predispondrá la unión Cátodo (N+) a Puerta (P) a la inversa y bloqueará la corriente del Cátodo.