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Il Tiristore o SCR (Silicon Controlled Rectifier) è un componente elettrico che permette il passaggio di corrente elettrica sempre in una sola direzione. Si comporta come un diodo, però a differenza di quest’ultimo la corrente passante è pilotabile.
Jaes impegnata da oltre 10 anni nel settore delle forniture industriali, offre nel suo catalogo un’ampia scelta di tristori dei maggiori produttori.
Il principale componente del tiristore è il silicio, un elemento molto diffuso sulla Terra. Il silicio viene purificato e viene modellato in sottili lamelle chiamate wafer.
Se guardiamo la struttura atomica del silicio, possiamo vedere che gli elettroni di valenza, cioè quelli dello strato più esterno dell’atomo, sono legati con gli altri atomi di silicio creando un reticolo cristallino molto regolare.
Tramite sofisticate tecnologie, vengono inseriti nel silicio purissimo atomi di elementi diversi. Questa operazione prende il nome di Drogaggio.
In questo modo, grazie alla presenza di impurità nel suo reticolo cristallino, il silicio diventa un semiconduttore.
Il silicio appartiene al gruppo 14 della tavola periodica degli elementi e possiede quattro elettroni di valenza. Se gli atomi droganti appartengono a elementi del gruppo 13 (quindi a tre elettroni di valenza), come boro o gallio, si ottiene un semiconduttore di tipo P e si crea una lacuna. Se invece si usano elementi del gruppo 15 (con cinque elettroni di valenza) come fosforo o arsenico, si ottiene un semiconduttore di tipo N e ci sarà un elettrone libero nel reticolo cristallino.
Portando in contatto un semiconduttore di tipo P con uno di tipo N si forma una giunzione P-N, la zona di separazione è detta “zona di svuotamento”.
In questa sottile zona, gli elettroni liberi dello strato N riempiranno le lacune dello strato P, creando una zona dove non ci sono elettroni liberi o lacune.
Raggiunta una situazione di equilibrio, la zona di svuotamento del lato N diventa carica positivamente, mentre la zona del lato P diventa carica negativamente. Si genera perciò un campo elettrico, che è una barriera per un ulteriore scambio, e si comporta dunque come un isolante.
Questo non è altro che un diodo a giunzione P-N, se vuoi approfondire il funzionamento del diodo guarda il nostro precedente video.
Connettendo alle due estremità un alimentazione che abbia voltaggio superiore alla barriera di potenziale, con il negativo sullo strato N che è il Catodo e il positivo sullo strato P che è l’Anodo, si ha il fenomeno della polarizzazione diretta.
Possiamo vedere lo scorrere di nuovi elettroni dentro lo strato N, e gli elettroni liberi attraversare la zona di svuotamento e occupare le lacune dello strato P per poi proseguire e chiudere il circuito.
Con la polarizzazione inversa, quindi invertendo la polarità dell’alimentazione, la zona di svuotamento diventerà più ampia e impedirà alla corrente elettrica di scorrere.
Jaes impegnata da oltre 10 anni nel settore delle forniture industriali, offre nel suo catalogo un’ampia scelta di tristori dei maggiori produttori.
Il principale componente del tiristore è il silicio, un elemento molto diffuso sulla Terra. Il silicio viene purificato e viene modellato in sottili lamelle chiamate wafer.
Se guardiamo la struttura atomica del silicio, possiamo vedere che gli elettroni di valenza, cioè quelli dello strato più esterno dell’atomo, sono legati con gli altri atomi di silicio creando un reticolo cristallino molto regolare.
Tramite sofisticate tecnologie, vengono inseriti nel silicio purissimo atomi di elementi diversi. Questa operazione prende il nome di Drogaggio.
In questo modo, grazie alla presenza di impurità nel suo reticolo cristallino, il silicio diventa un semiconduttore.
Il silicio appartiene al gruppo 14 della tavola periodica degli elementi e possiede quattro elettroni di valenza. Se gli atomi droganti appartengono a elementi del gruppo 13 (quindi a tre elettroni di valenza), come boro o gallio, si ottiene un semiconduttore di tipo P e si crea una lacuna. Se invece si usano elementi del gruppo 15 (con cinque elettroni di valenza) come fosforo o arsenico, si ottiene un semiconduttore di tipo N e ci sarà un elettrone libero nel reticolo cristallino.
Portando in contatto un semiconduttore di tipo P con uno di tipo N si forma una giunzione P-N, la zona di separazione è detta “zona di svuotamento”.
In questa sottile zona, gli elettroni liberi dello strato N riempiranno le lacune dello strato P, creando una zona dove non ci sono elettroni liberi o lacune.
Raggiunta una situazione di equilibrio, la zona di svuotamento del lato N diventa carica positivamente, mentre la zona del lato P diventa carica negativamente. Si genera perciò un campo elettrico, che è una barriera per un ulteriore scambio, e si comporta dunque come un isolante.
Questo non è altro che un diodo a giunzione P-N, se vuoi approfondire il funzionamento del diodo guarda il nostro precedente video.
Connettendo alle due estremità un alimentazione che abbia voltaggio superiore alla barriera di potenziale, con il negativo sullo strato N che è il Catodo e il positivo sullo strato P che è l’Anodo, si ha il fenomeno della polarizzazione diretta.
Possiamo vedere lo scorrere di nuovi elettroni dentro lo strato N, e gli elettroni liberi attraversare la zona di svuotamento e occupare le lacune dello strato P per poi proseguire e chiudere il circuito.
Con la polarizzazione inversa, quindi invertendo la polarità dell’alimentazione, la zona di svuotamento diventerà più ampia e impedirà alla corrente elettrica di scorrere.
Possiamo capire che un diodo funziona in maniera unidirezionale, facendo scorrere la corrente solo in un verso.
Il Tristore differisce dal diodo per avere ben quattro strati di wafer semiconduttori alternati nella configurazione P-N-P-N i quali formano tre zone di svuotamento; e dove l’anodo è lo strato P esterno, il catodo lo strato N opposto, e il così detto Gate si trova alla fine del semiconduttore P intermedio.
Come si può vedere, sarebbe impossibile far scorrere della corrente perché in polarizzazione diretta si andrebbe ad aumentare la zona di svuotamento centrale, e in polarizzazione inversa si andrebbero ad aumentare le altre due.
Il Tiristore, per poter condurre corrente elettrica in polarizzazione diretta, deve vincere la zona di svuotamento centrale con un metodo chiamato segnale di innesco.
Una seconda alimentazione viene collegata tra il catodo e il gate, gli elettroni passano per il primo strato N, superano la prima zona di svuotamento e fluiscono nello strato P.
Ora il semiconduttore P ha molti più elettroni del semiconduttore N soprastante!
Per questo lo strato P si comporta come uno strato N, nei confronti dello strato N superiore; così gli elettroni possono attraversare la zona di svuotamento centrale.
I tre strati inferiori ora sembrano un grande semiconduttore N e la corrente elettrica può attraversare l’ultima giunzione P-N e chiudere il circuito. L’alimentazione secondaria ora può essere rimossa perché il tiristore si sta comportando come un diodo a giunzione P-N e continuerà a funzionare senza necessità di un ulteriore segnale di innesco.
Il segnale di innesco funziona come interruttore per consentire o meno il passaggio di corrente nel Tiristore, permettendone il pilotaggio.
Per questa sua caratteristica viene utilizzato negli inverter, nei convertitori di tensione alternata e nei raddrizzatori di tensione controllabili, in grado di fornire tensioni continue regolabili da una tensione alternata fissa.
Se infatti forniamo ad un Tiristore una corrente alternata (che ha una tensione alternata sinusoidale), esso potrà fornire solo una corrente raddrizzata a singola semionda, chiamata unidirezionale pulsante. Inoltre, ritardando il segnale di innesco si può innescare il tiristore in qualsiasi istante dell’alternanza positiva della tensione così da regolare l’intensità della corrente in uscita.
Un condensatore provvede a livellare il segnale, fornendo una corrente continua
I tristori possono essere molto piccoli in grado di gestire poche decine di milliampere, o a media e alta tensione, adatti per l’uso in applicazioni di controllo dell’alimentazione, come la dimmerazione di una lampada o nel controllo di saldatrici.
Tuttavia, i tiristori sono utilizzati principalmente in dispositivi dove è richiesto il controllo di alta potenza, e trovano impiego in applicazioni industriali e nella regolazione della velocità di motori elettrici nella trazione ferroviaria.
Scopri il funzionamento del treno elettrico guardando il nostro precedente video!
Il Tristore differisce dal diodo per avere ben quattro strati di wafer semiconduttori alternati nella configurazione P-N-P-N i quali formano tre zone di svuotamento; e dove l’anodo è lo strato P esterno, il catodo lo strato N opposto, e il così detto Gate si trova alla fine del semiconduttore P intermedio.
Come si può vedere, sarebbe impossibile far scorrere della corrente perché in polarizzazione diretta si andrebbe ad aumentare la zona di svuotamento centrale, e in polarizzazione inversa si andrebbero ad aumentare le altre due.
Il Tiristore, per poter condurre corrente elettrica in polarizzazione diretta, deve vincere la zona di svuotamento centrale con un metodo chiamato segnale di innesco.
Una seconda alimentazione viene collegata tra il catodo e il gate, gli elettroni passano per il primo strato N, superano la prima zona di svuotamento e fluiscono nello strato P.
Ora il semiconduttore P ha molti più elettroni del semiconduttore N soprastante!
Per questo lo strato P si comporta come uno strato N, nei confronti dello strato N superiore; così gli elettroni possono attraversare la zona di svuotamento centrale.
I tre strati inferiori ora sembrano un grande semiconduttore N e la corrente elettrica può attraversare l’ultima giunzione P-N e chiudere il circuito. L’alimentazione secondaria ora può essere rimossa perché il tiristore si sta comportando come un diodo a giunzione P-N e continuerà a funzionare senza necessità di un ulteriore segnale di innesco.
Il segnale di innesco funziona come interruttore per consentire o meno il passaggio di corrente nel Tiristore, permettendone il pilotaggio.
Per questa sua caratteristica viene utilizzato negli inverter, nei convertitori di tensione alternata e nei raddrizzatori di tensione controllabili, in grado di fornire tensioni continue regolabili da una tensione alternata fissa.
Se infatti forniamo ad un Tiristore una corrente alternata (che ha una tensione alternata sinusoidale), esso potrà fornire solo una corrente raddrizzata a singola semionda, chiamata unidirezionale pulsante. Inoltre, ritardando il segnale di innesco si può innescare il tiristore in qualsiasi istante dell’alternanza positiva della tensione così da regolare l’intensità della corrente in uscita.
Un condensatore provvede a livellare il segnale, fornendo una corrente continua
I tristori possono essere molto piccoli in grado di gestire poche decine di milliampere, o a media e alta tensione, adatti per l’uso in applicazioni di controllo dell’alimentazione, come la dimmerazione di una lampada o nel controllo di saldatrici.
Tuttavia, i tiristori sono utilizzati principalmente in dispositivi dove è richiesto il controllo di alta potenza, e trovano impiego in applicazioni industriali e nella regolazione della velocità di motori elettrici nella trazione ferroviaria.
Scopri il funzionamento del treno elettrico guardando il nostro precedente video!