Símbolos de tiristores: guía de esquemas para el diseño de PCB

El símbolo del tiristor parece sencillo, pero en realidad representa a toda una familia de dispositivos de potencia: SCR, TRIAC, DIAC, GTO, SCS y LASCR, entre otros, cada uno con su propio símbolo y su propia forma de conmutar.

El SCR se dibuja como un diodo con un terminal de puerta, mientras que el TRIAC se representa con dos estructuras de tiristor enfrentadas. El DIAC no tiene puerta y utiliza otro símbolo bidireccional. Cuando varios de ellos aparecen en el mismo esquema, es fácil confundirlos de un vistazo.

Si sabes leer bien estos símbolos, podrás identificar el dispositivo correcto antes de elegir el componente o asignarle una huella en la PCB.

En esta guía vas a aprender:

• Los símbolos de tiristores más habituales: SCR, TRIAC, DIAC, GTO, SCS y LASCR
• Cómo distinguir un SCR de un TRIAC
• Cómo identificar el ánodo, el cátodo y la puerta a partir del símbolo
• En qué se diferencian las convenciones IEC y ANSI/IEEE al representar los tiristores

Tabla de símbolos de tiristores (referencia rápida)

La IEC 60617-5 incluye una serie de símbolos de tiristores para esquemas eléctricos. Los 10 símbolos siguientes cubren los tipos y configuraciones de tiristores más habituales.

Figura: tabla completa de símbolos de tiristores

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¿Qué es el símbolo de un tiristor?

El símbolo de un tiristor representa un dispositivo semiconductor diseñado para la conmutación controlada y la conducción con enclavamiento.

El símbolo de un SCR se parece al de un diodo porque el SCR conduce principalmente en un solo sentido; el terminal de puerta añadido indica que el disparo es controlado. Un impulso de corriente adecuado en la puerta puede hacer que el SCR entre en conducción y, una vez enclavado, retirar la señal de puerta normalmente no lo apaga. El SCR sigue conduciendo mientras su corriente de ánodo se mantenga por encima de la corriente de mantenimiento.

El símbolo te dice cuatro cosas importantes antes incluso de mirar la referencia del componente:

• Es, sobre todo, un interruptor: un tiristor está diseñado para controlar la corriente pasando de un estado de bloqueo a uno de conducción, no para amplificar de forma lineal.
• Puede quedarse enclavado: un impulso de disparo adecuado puede encender un SCR, que seguirá conduciendo mientras siga circulando la corriente necesaria.
• La puerta es un disparador, no un acelerador: quitar la señal de puerta normalmente no apaga un SCR una vez enclavado.
• Tiene una corriente de mantenimiento: cuando la corriente de ánodo del SCR cae por debajo de la corriente de mantenimiento especificada, el dispositivo puede volver al estado de corte.

Anatomía del símbolo del SCR: ánodo, cátodo y puerta

El símbolo del SCR es la forma básica con la que se identifica un tiristor convencional. Tiene tres terminales (ánodo [A], cátodo [K] y puerta [G]) y cada uno representa una función eléctrica concreta.

Figura: símbolo del SCR con el ánodo, el cátodo, el terminal de puerta y el sentido convencional de la corriente.

• El cuerpo en forma de diodo: el SCR usa un símbolo parecido al de un diodo, con el ánodo (A) a un lado y el cátodo (K) al otro. El cátodo se identifica por la barra, igual que en el símbolo de un diodo normal. Cuando el SCR conduce, la corriente convencional circula del ánodo al cátodo.
• El terminal de puerta: el tercer terminal es la puerta (G), que se dibuja junto al lado del cátodo. Una corriente de puerta positiva respecto al cátodo hace que un SCR convencional entre en conducción. Este terminal adicional es lo que diferencia al tiristor controlado de un diodo normal.

Por qué la puerta va referida al cátodo: en un SCR convencional, la puerta está referida eléctricamente al cátodo porque controla el dispositivo a través de la unión puerta-cátodo.

Por eso, el circuito de disparo tiene que aplicar la tensión y la corriente adecuadas entre puerta y cátodo. Consulta siempre la hoja de datos del fabricante para conocer los requisitos reales de disparo y el patillaje físico.

Modelo de dos transistores del SCR: cómo funciona el enclavamiento

Si divides por la mitad la estructura PNPN de cuatro capas, puedes verla como un transistor PNP acoplado a un transistor NPN, en el que cada uno alimenta la base del otro. Ese lazo de realimentación positiva es lo que da al SCR su comportamiento de enclavamiento: un breve impulso en la puerta desencadena un proceso regenerativo que lleva el dispositivo a conducción y lo mantiene conduciendo mientras la corriente de ánodo siga por encima de la corriente de mantenimiento.

Figura: analogía de los dos transistores con la estructura PNPN del SCR

Sin embargo, el símbolo no muestra los límites eléctricos que determinan cuándo conmuta el dispositivo. La tensión de ruptura puede disparar el SCR sin señal de puerta, mientras que la corriente de mantenimiento determina cuándo se apaga una vez enclavado.

Figura: curva característica I-V del SCR

Tipos de tiristores y sus símbolos

Figura: símbolos de SCR, TRIAC, DIAC, GTO, SCS, LASCR, RCT e IGCT

Símbolo del SCR (rectificador controlado de silicio)

Un cuerpo en forma de diodo, un terminal de puerta y tres terminales marcados como A, K y G.

Un SCR normalmente permanece en bloqueo directo hasta que un disparo adecuado en la puerta inicia la conducción, aunque también puede entrar en conducción por ruptura directa.

Una vez enclavado, el SCR puede apagarse cuando su corriente de ánodo cae por debajo de la corriente de mantenimiento.

Símbolo del TRIAC (tiristor triodo bidireccional)

El símbolo del TRIAC representa un tiristor que actúa en ambos sentidos, con dos terminales principales y una puerta. Los terminales principales se llaman MT1 y MT2 en lugar de ánodo y cátodo porque la corriente puede circular en cualquier sentido.

Funcionalmente, un TRIAC se puede entender como dos SCR conectados en antiparalelo, aunque eso no significa que físicamente sean dos SCR convencionales puestos juntos. Su comportamiento de puerta se describe mediante cuatro cuadrantes de disparo, y la sensibilidad depende de la polaridad de MT2 y de la de la puerta respecto a MT1.

Símbolo del DIAC (tiristor diodo bidireccional)

Un DIAC es un dispositivo de disparo bidireccional de dos terminales y sin puerta. Su símbolo simétrico indica que funciona en ambos sentidos: puede conducir en cualquiera de ellos en cuanto se alcanza su tensión de ruptura.

Lo importante aquí es que no tiene puerta: el DIAC se dispara por la tensión aplicada, no por un impulso externo en una puerta. Un ejemplo habitual es el DB3, que se suele usar como elemento de disparo en circuitos con TRIAC.

Símbolo del GTO (tiristor de apagado por puerta)

Un GTO se parece a un SCR, pero su puerta está pensada para controlar tanto el encendido como el apagado. Una corriente de puerta positiva adecuada inicia la conducción, mientras que una corriente de puerta inversa lo bastante grande puede forzar su apagado.

A diferencia de un SCR, un GTO necesita un impulso de corriente de puerta considerable para apagarse. Por eso, el circuito de disparo tiene que manejar una corriente mucho más exigente que el de un SCR convencional.

Símbolo del SCS (interruptor controlado de silicio)

Un SCS es un tiristor de cuatro terminales que, además del ánodo y el cátodo, tiene conexiones independientes para la puerta de ánodo y la puerta de cátodo. Estas dos puertas permiten un control del dispositivo más completo que la puerta única de un SCR convencional.

El terminal de puerta adicional es la clave para reconocer el símbolo de un SCS.

Símbolo del LASCR (SCR activado por luz)

Un LASCR es un SCR que se puede disparar mediante luz incidente. Su símbolo añade unas flechas que apuntan hacia la estructura semiconductora para indicar que se activa con luz.

Según la convención que se use, puede que el símbolo siga mostrando un terminal de puerta. No confundas un LASCR con un optoacoplador u optotriac: un LASCR es un tiristor que se dispara con luz, mientras que un optoacoplador combina un emisor y un receptor ópticos en un mismo encapsulado para aislar dos circuitos.

Símbolo del RCT (tiristor de conducción inversa)

Un RCT combina un tiristor con un diodo en antiparalelo, que ofrece un camino para la corriente inversa a través del dispositivo.

Este diodo resulta especialmente útil en convertidores de potencia en los que hace falta corriente inversa, como en ciertas aplicaciones con cargas inductivas y en inversores.

Símbolo del IGCT (tiristor de conmutación por puerta integrada)

Un IGCT es un tiristor de alta potencia diseñado para apagarse rápidamente gracias a un circuito de disparo integrado de baja inductancia. Su símbolo destaca el tiristor y su conexión de control de puerta, sin dar a entender que un rectángulo aparte representa físicamente toda la electrónica del driver de puerta.

Los IGCT se usan en aplicaciones de alta potencia, como variadores de media tensión y convertidores industriales, donde se necesitan alta tensión, corrientes elevadas y capacidad de apagado rápido.

Otros dispositivos de disparo relacionados con los tiristores

En las tablas de símbolos de tiristores también pueden aparecer algunos dispositivos relacionados:

• SIDAC: dispositivo de ruptura bidireccional que funciona de forma parecida a un DIAC, pero pensado para conmutar energías mayores.
• SBS: interruptor bilateral de silicio con un umbral de conmutación bidireccional relativamente bien definido.
• SUS: el interruptor unilateral de silicio (SUS) es un dispositivo de conmutación unidireccional que se dispara por tensión y se usa en circuitos de disparo de baja potencia.
• QUADRAC: combinación de un TRIAC y un DIAC en un mismo encapsulado, que integra el elemento de disparo y el de conmutación.

Errores habituales con los símbolos de tiristores

1. Tratar la puerta como si sirviera para apagar: un SCR estándar normalmente no se puede apagar desde la puerta una vez enclavado.

Solución: prevé un circuito de conmutación adecuado o usa un dispositivo apagable, como un GTO, cuando necesites apagarlo desde la puerta.

2. Confundir el símbolo de un TRIAC con el de un SCR: ambos tienen tres terminales y, cuando el símbolo es pequeño, es fácil no darse cuenta de su estructura bidireccional.

Solución: fíjate en los nombres de los terminales. A/K indica un dispositivo unidireccional tipo SCR, mientras que MT1/MT2 corresponde a los terminales principales de un TRIAC.

3. Llamar tiristor a un IGBT: un IGBT es un transistor de potencia controlado por tensión, no un tiristor con enclavamiento. Su puerta está aislada y normalmente se puede encender y apagar desde ella.

Solución: identifica la estructura del dispositivo y el nombre de sus terminales antes de elegir cómo atacar la puerta.

4. Dejar la puerta al aire: una puerta de SCR sin control o mal referida puede captar ruido y provocar disparos inesperados.

Solución: prevé un camino de retorno adecuado entre puerta y cátodo, normalmente con una resistencia elegida según la hoja de datos del dispositivo y los requisitos de disparo.

5. Dar por hecho que la pestaña es el cátodo: la conexión de la pestaña del encapsulado no está normalizada por familia de dispositivos. Por ejemplo, en el BT151 la pestaña está conectada al ánodo, mientras que en el BT136 está conectada a MT2.

Solución: comprueba siempre en la hoja de datos el plano del encapsulado y a qué está conectada la pestaña antes de diseñar el disipador o el aislamiento.

SCR, TRIAC, DIAC y GTO: comparativa de símbolos

La forma más rápida de distinguir estos cuatro símbolos es fijarte en la disposición de los terminales, en la configuración de la puerta y en el sentido de conducción.

Los SCR y los GTO tienen terminales de ánodo, cátodo y puerta; los TRIAC usan MT1, MT2 y puerta; y los DIAC tienen dos terminales principales y ninguna puerta.

De estos cuatro dispositivos, el GTO es el único que permite apagarlo directamente desde la puerta.

Los demás suelen seguir enclavados hasta que su corriente principal cae por debajo de la corriente de mantenimiento, así que el circuito tiene que provocar una conmutación de corriente o un paso por cero adecuados.

Por eso un tiristor que trabaja en un bus de continua necesita una estrategia de conmutación, mientras que un MOSFET normalmente se puede apagar directamente desde su puerta.

IEC vs. ANSI: diferencias en los símbolos de tiristores

Las convenciones IEC y ANSI/IEEE pueden usar formas gráficas distintas para representar el mismo tiristor.

Las diferencias son sobre todo visuales; la función eléctrica del dispositivo es la misma.

La IEC 60617 es la principal referencia internacional para símbolos gráficos, mientras que muchos esquemas estadounidenses y documentos técnicos antiguos siguen convenciones derivadas de la IEEE 315 y la ANSI Y32.2.

Figura: representación IEC y ANSI de los símbolos de SCR, TRIAC y DIAC

• Geometría de la puerta: IEC y ANSI/IEEE pueden dibujar la conexión de puerta de forma diferente. En una convención la puerta puede salir del cuerpo del tiristor en ángulo y en otra, más en horizontal. Cambia la geometría, pero el terminal de puerta y su función eléctrica son los mismos.
• El círculo exterior: algunos esquemas de estilo ANSI/IEEE dibujan un círculo alrededor del semiconductor discreto para indicar su encapsulado, mientras que los símbolos IEC normalmente lo omiten. El círculo es una convención gráfica y no forma parte del comportamiento eléctrico del dispositivo.
• Nombres de los terminales: la designación de los terminales puede variar según el tipo de dispositivo, el fabricante y la convención de dibujo. Por ejemplo, en los TRIAC los dos terminales principales pueden aparecer como MT1/MT2 o como A1/A2. Guíate por los nombres de los terminales y por la hoja de datos del fabricante para identificar el dispositivo.

Nota: algunas hojas de datos mezclan ambas convenciones sin problema, a menudo en el mismo documento.

Cómo identificar los terminales del tiristor a partir del símbolo

La clave es sencilla: el símbolo identifica los terminales eléctricos, mientras que el encapsulado y la hoja de datos definen el patillaje físico.

Están relacionados, pero no son intercambiables. Confundir uno con otro es una de las formas más fáciles de cometer un error de conexionado.

Pasos:

1. Localiza la barra del cátodo: en el símbolo de un SCR, la barra indica el cátodo (K). El terminal opuesto es el ánodo (A).
2. Localiza la puerta: el tercer terminal es la puerta (G), que en un SCR convencional suele dibujarse en el lado del cátodo.
3. Comprueba si hay una segunda estructura: un símbolo reflejado o bidireccional puede indicar un TRIAC u otra variante de tiristor, en la que los terminales principales no son simplemente ánodo y cátodo.
4. Abre el patillaje en la hoja de datos: nunca deduzcas el orden físico de los pines a partir del símbolo esquemático. Comprueba la tabla de asignación de pines del fabricante.
5. Revisa la pestaña del encapsulado: en muchos dispositivos TO-220, la pestaña metálica está conectada eléctricamente a uno de los terminales. No des por hecho que está aislada.

Figura: encapsulados de tiristores TO-220 y TO-92 con sus pines físicos junto a los terminales eléctricos correspondientes.

Ejemplos comprobados:

• BT151, TO-220: pin 1 = cátodo, pin 2 = ánodo, pin 3 = puerta; la pestaña está conectada al ánodo.
• BT136, TO-220: pin 1 = MT1, pin 2 = MT2, pin 3 = puerta; la pestaña está conectada a MT2.
• BT169D, TO-92: pin 1 = ánodo, pin 2 = puerta, pin 3 = cátodo; sin pestaña metálica de montaje.

Cómo identificar los terminales del tiristor a partir del encapsulado

Una prueba con el multímetro en modo diodo te puede ayudar a comprobar el comportamiento esperado entre la puerta y el cátodo de un SCR.

Aun así, conviene seguir un método más riguroso, porque una lectura de 0,5–0,8 V no es una prueba universal para cualquier SCR, y la resistencia interna entre puerta y cátodo varía según el dispositivo.

Paso 1: pon el multímetro en modo de prueba de diodos, no en modo continuidad, y prueba el SCR fuera del circuito.

Paso 2: identifica en la hoja de datos los terminales que deberían ser la puerta (G) y el cátodo (K). Coloca la punta roja en G y la negra en K.

Paso 3: una unión puerta-cátodo polarizada en directa puede mostrar una tensión parecida a la de un diodo, normalmente en torno a 0,5–0,8 V en muchos SCR pequeños. La lectura exacta depende del dispositivo. Comprueba también las demás combinaciones de terminales para detectar cortocircuitos inesperados.

Paso 4: invierte las puntas entre G y K. En este sentido, un SCR convencional normalmente debería mostrar una resistencia mucho mayor o marcar circuito abierto.

Importante

Algunos SCR de mayor tamaño incluyen una resistencia entre puerta y cátodo, por lo que la medida G–K puede dar una resistencia relativamente baja en ambos sentidos. Esa lectura por sí sola no demuestra que el dispositivo esté averiado. Para una prueba concluyente, compara los valores medidos con la hoja de datos del fabricante o prueba el SCR en condiciones de disparo controladas.

Figura: multímetro en modo diodo con la punta roja en la puerta y la negra en el cátodo de un SCR.

Conclusión

Lee el símbolo de un tiristor en dos pasadas: primero cuenta los cuerpos para entender el camino de la corriente y luego cuenta los terminales para entender cómo se controla. Una vez identificado el dispositivo, deja de fiarte del símbolo y abre el patillaje en la hoja de datos. El símbolo te dice la función eléctrica, pero no garantiza el orden físico de los pines.

Antes de mandar el diseño a fabricar, revisa la huella y el layout con el mismo cuidado que el esquema:

• Trata la pestaña como una conexión eléctrica más: en muchos tiristores de potencia, la pestaña metálica está conectada internamente a uno de los terminales. Si está a tensión de red, aplícale las mismas distancias de fuga y de aislamiento que a cualquier otro conductor de alta tensión.
• Comprueba las distancias de fuga y de aislamiento: no te fíes de un único valor genérico de separación para todos los diseños. La distancia necesaria depende de la tensión de trabajo, el grado de contaminación, el tipo de aislamiento, el grupo de material, la altitud y la norma de seguridad aplicable. Usa los requisitos IPC y de seguridad de producto que correspondan a cada aplicación.

En esta guía vas a aprender:

• Los símbolos de tiristores más comunes: SCR, TRIAC, DIAC, GTO, SCS y LASCR
• Cómo distinguir un SCR de un TRIAC
• Cómo identificar el ánodo, el cátodo y la puerta a partir del símbolo
• En qué se diferencian las convenciones IEC y ANSI/IEEE a la hora de representar los tiristores

Preguntas frecuentes sobre el símbolo del tiristor