Tiristori: diodo SCR e TRIAC

TIRISTORI
I tiristori sono dispositivi semiconduttori a più strati utilizzati essenzialmente come relè (interruttore
comandato) o dimmer (regolatore di potenza). I due tiristori più importanti sono il diodo SCR e il TRIAC.
DIODO SCR (Silicon Controlled Rectifier, raddrizzatore controllato al silicio)
E’ costituito da tre giunzioni (fig. 1):
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una giunzione PN (indicata con g1)
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una giunzione NP (g2)
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una seconda giunzione PN (g3)
Se colleghiamo all'anodo una tensione positiva rispetto al catodo, a differenza del diodo comune, il diodo
SCR non lascia passare corrente; succede infatti che, mentre le giunzioni g1 e g3 sono polarizzate
direttamente, cioè con la zona p dalla parte dell’anodo, la giunzione g2 risulta polarizzata inversamente e
quindi blocca il passaggio della corrente. Se però si applica sull'elettrodo GATE, che è collegato alla
giunzione g2, una tensione positiva rispetto al catodo, tale da causare l'effetto valanga nella giunzione
stessa, questa passa in conduzione e la corrente fluisce (SCR in conduzione).
figura 1
figura 2
Il funzionamento del diodo SCR può essere compreso immaginandolo come composto da due transistor
collegati nel modo che si vede in figura 2.
Applicando all'anodo una tensione positiva rispetto al catodo non passerà alcuna corrente, poiché sia il
transistor PNP che quello NPN, mancando una tensione di base, risulteranno interdetti.
Se invece si applica al gate (e quindi alla base del transistor NPN) una tensione Vi, positiva rispetto al
catodo e quindi tale da provocare la conduzione del transistor, si innesca un processo che è
autorigenerante. Il transistor NPN, infatti, cominciando a condurre, fa passare corrente nella base del PNP;
questo a sua volta inizia a condurre, e la corrente che lo attraversa entra sulla base del transistor NPN,
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mandandolo in conduzione ancora più spinta. A questo punto, non ha alcuna importanza se la tensione Vi
sul gate è sempre presente o meno: innescata la conduzione, il diodo SCR continua a condurre in maniera
autonoma, finché non sarà tolta alimentazione al circuito.
figura 3
Dalla caratteristica del diodo SCR di figura 3 possiamo ricavare informazioni circa il suo comportamento.
Nel quadrante destro in alto si vede che il diodo non conduce finché non si raggiunge una tensione elevata
(da cui però ci si tiene distanti nell’uso normale) detta di "breakover"; superata tale tensione, la curva torna
indietro e diventa quella di un normale diodo rettificatore. L’innesco può essere raggiunto (ed è quello che
si fa normalmente) applicando al gate un piccolo impulso di corrente I L = "latching current" = “corrente di
scatto” = ovvero corrente necessaria per innescare la conduzione; I H è invece la "holding current" (corrente
di tenuta), ovvero la minima corrente sufficiente a mantenere il diodo in conduzione.
Osserviamo due importanti differenze fra il transistor, anch'esso dotato di tre terminali, ed il diodo SCR:
1. La corrente che passa nel circuito di collettore di un transistor è proporzionale alla corrente di base;
la corrente in un diodo SCR invece non può assumere valori intermedi: o passa o non passa;
2. se nel transistor rimuoviamo la tensione di base, il transistor non conduce più; il diodo SCR, invece,
una volta portato in conduzione non è più comandabile dall'elettrodo di controllo e continua a
condurre anche rimuovendo la tensione dal GATE.
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Impieghi dell’SCR
figura 4
L’SCR è utilizzato come relè (interruttore comandato) o come dimmer, ovvero dispositivo per dosare la
potenza elettrica trasmessa ad un carico. Vediamolo in questo secondo impiego. Dato un generatore di
tensione alternata ed un carico, se si inserisse fra i due un normale diodo tutta la semionda positiva del
primo giungerebbe al secondo. Con un SCR è invece possibile, applicando al gate gli impulsi di tensione
negli istanti giusti, trasmetterne solo una parte. Grazie all’SCR si può dunque controllare la potenza col
vantaggio di non avere perdite. Naturalmente, trattandosi di diodi, viene trasmessa solo la frazione voluta
di una singola semionda, a differenza del prossimo dispositivo (TRIAC) che è in grado di trasmettere la
frazione voluta di entrambe le semionde.
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TRIAC (Triode for Alternating Current)
Si tratta di un dispositivo a tre terminali, di cui due sono detti anodi e sono la via di passaggio per la
corrente controllata, mentre il terzo, definito gate, è l'ingresso di controllo. Idealmente il Triac equivale a
due SCR collegati in antiparallelo con il gate in comune. Ciascun elemento conduce solamente nel
semiperiodo dell'onda in cui è polarizzato direttamente, da quando viene applicato un impulso di corrente
al gate (superiore ad una soglia minima di sensibilità) fino al passaggio per lo zero della corrente.
Nella fig. 5 in a) vediamo il triac rappresentato come due diodi SCR collegati in antiparallelo, ovvero
affiancati ma con direzioni opposte. Gli anodi dei due SCR diventano i terminali principali del triac, ed
assumono il nome di MT2 e MT1 (Main Terminal 1 e Main Terminal 2). I gate dei due SCR vengono collegati
insieme e diventano l’unico gate del triac. In b) si vede la costruzione a blocchi di un triac, mentre in c) è
riportato il suo simbolo schematico.
figura 5
Impieghi del TRIAC
Hanno gli stessi impieghi dell’SCR con la differenza che riescono a far passare la frazione voluta di entrambe
le semionde (positivae negativa). Un’applicazione tipica è quella dei regolatori di luminosità delle lampade
domestiche.
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