OSCAR VATRANO

OSCAR VATRANO
ANODO
A
IL TIRISTORE (SCR)
K
G
P
N
P
PORTA
N
L'SCR è UN DIODO PILOTATO DA UN TERZO TERMINALE
DETTO PORTA (GATE) CIOè APPLICANDO UN SEGNALE
POSITIVO AL GATE AVREMO UNA CONDUZIONE TRA
ANODO E CATODO;INOLTRE UNA VOLTA ENTRATO IN
CONDUZIONE RIMANE TALE ANCHE DISECCITANDO IL
GATE. IL DISPOSITIVO SI DISECCITERà SOLO IN DUE CASI:
-QUANDO IL GATE VIENE POLARIZZATO INVERSAMENTE
(CON TENSIONE NEGATIVA)
CATODO
-QUANDO LA TENSIONE TRA ANODO E CATODO SCENDE
IN PROSSIMITà DELLO ZERO (Vak=0V)
STRUTTURA EQUIVALENTE
P
Anodo
N
P
N
Catodo
Gate
L'SCR è COMPOSTO DA QUATTRO ZONE DROGATE IN MODO ALTERNATIVO, E
PERTANTO è POSSIBILE INDIVIDUARE TRE GIUNZIONI PN. LE 4 ZONE NON SONO
DROGATE IN MODO UGUALE: LE ZONE ESTERNE (QUELLE COLLEGATE AI
TERMINALI A E K) SONO DROGATE MAGGIORMENTE RISPETTO ALLE DUE
ZONE CENTRALI.
A
+++
+++
J1
|
|
J2
+
+
Vak
G
J3
|
|
|
|
|
|
K
UNA EVENTUALE TENSIONE APPLICATA FRA I TERMINALI A E K NON PRODUCE
PASSAGGIO DI CORRENTE FINCHè NON SUPERI UN CERTO ELEVATO VALORE
DETTO DI breakover (Vfb). E' PERò POSSIBILE PROVOCARE L'INNESCO DEL
DISPOSITIVO SENZA RAGGIUNGERE IL VALORE DI BREAKOVER, INIETTANDO
UNA CORRENTE Ig ATTRAVERSO IL TERMINALE GATE. LA SPIEGAZIONE FISICA
DI QUESTO COMPORTAMENTO è ABBASTANZA SEMPLICE: ABBIAMO DETTO
CHE LE 4 ZONE DI CUI è COMPOSTO L'SCR NON SONO IN REALTà DROGATE
ALLO STESSO MODO. LE DUE ZONE ESTERNE, QUELLA ANODICA E QUELLA
CATODICA, SONO DROGATE IN MISURA MAGGIORE RISPETTO ALLE DUE
INTERNE E QUINDI SONO Più RICCHE DI PORTATORI DI CARICA LIBERI.
QUANDO VIENE APPLICATA UNA TENSIONE Vak POSITIVA, LE GIUNZIONI J1 E J3
SONO POLARIZZATE DIRETTAMENTE, MENTRE LA GIUNZIONE J2 (GIUNZIONE
DI BLOCCO) è POLARIZZATA INVERSAMENTE ED è RESPONSABILE DELL'
INTERDIZIONE DEL DISPOSITIVO. SI HA PERò UNO SPOSTAMENTO DI CARICHE,
DENTRO L'SCR, DI LACUNE ATTRAVERSO J1 E DI ELETTRONI ATTRAVERSO J3.
MA A CAUSA DEL BASSO DROGAGGIO DELLE ZONE INTERNE, LA BARRIERA DI
POTENZIALE DI J2 NON è ELEVATA E L'AFFLUSSO DI CARICHE DALLE ZONE
ESTERNE è TALE DA RIDURRE IN MODO SENSIBILE IL SUO VALORE Già
PICCOLO, RENDENDOLO TRASCURABILE: ED IL DISPOSITIVI ENTRA IN
CONDUZIONE. E QUESTO AVVIENE PROPRIO IN CORRISPONDENZA DELLA
TENSIONE Vfb. VA PRECISATO CHE DURANTE LO STATO DI INTERDIZIONE SI HA
COMUNQUE UN DEBOLE PASSAGGIO DI CORRENTE DOVUTO ALLE CARICHE
MINORITARIE PRESENTI NEL DISPOSITIVO. SE POLARIZZIAMO IL GATE,
INIETTANDO UNA CORRENTE POSITIVA, LA TENSIONE DI BREAKOVER SCENDE
PROPORZIONALMENTE A QUESTA CORRENTE. QUANDO IL VALORE DELLA
CORRENTE DI GATE è ABBASTANZA ELEVATO, L'SCR ENTRA IN CONDUZIONE
PER QUALUNQUE VALORE DI Vak SUPERIORE ALLA TENSIONE DI SOGLIA (1,1V).
IN OGNI CASO NON APPENA IL DISPOSITIVO ENTRA IN CONDUZIONE LA
DIFFERENZA DI POTENZIALE TRA ANODO E CATODO SCENDE AL VALORE DI
SOGLIA. QUESTO FATTO è IMPORTANTE PERCHè SIGNIFICA CHE IL
DISPOSITIVO Può ESSERE SOTTOPOSTO A VALORI DI TENSIONE O DI CORRENTE
ELEVATI, MA CHE QUESTE DUE CONDIZIONI NON SI VERIFICANO
CONTEMPORANEAMENTE. CIOè NON SI VERIFICANO CONTEMPORANEAMENTE
IN CONDIZIONI STATICHE (CON COMPONENTI CONTINUE), MENTRE DURANTE
LA COMMUTAZIONE SIA LA CORRENTE CHE LA TENSIONE POSSONO AVERE,
PER UN BREVE TEMPO, DEI VALORI CONSIDEREVOLI. PERTANTO LA
DISSIPAZIONE IN POTENZA DELL'SCR è MASSIMA DURANTE LA
COMMUTAZIONE E QUINDI IL VALOR MEDIO DELLA POTENZA DISSIPATA ED I
CONSEGUENTI PROBLEMI TERMICI CRESCONO (IN REGIME DINAMICO) AL
CRESCERE DELLA FREQUENZA DI COMMUTAZIONE.
CARATTERISTICHE DELL' SCR
CORRENTE DI MANTENIMENTO
Iak
IG2
MASSIMA TENSIONE
INVERSA
IG1
IG3=0
Vak
TENSIONE
DIRETTA DI
INNESCO
(Vfb)
-IG
IG1>IG2>IG3
NOTIAMO CHE ESISTE UNA MASSIMA TENSIONE INVERSA CHE NON DEVE
ESSERE SUPERATA SE NON VOGLIAMO DISTRUGGERE IL COMPONENTE,
INFATTI L'SCR CONDUCE IN UN SOLO VERSO POLARIZZANDO IL GATE
POSITIVAMENTE. COME NEL DIODO POLARIZZANDOLO INVERSAMENTE
ABBIAMO UNO SPOSTAMENTO DI CARICHE MINORITARIE,FINCHè NON
SUPERIAMO LA MASSIMA Ig NEGATIVA DOVE AVVERRà IL COSIDDETTO
EFFETTO VALANGA (IN CUI I LIMITI DEL DISPOSITIVO VENGONO ABBATTUTI
DISTRUGENDOLO NELLO STESSO TEMPO)
PRINCIPALI CARATTERISTICHE DELL'SCR
OSSERVANDO I MANUALI DELLE SPECIFICHE SI Può NOTARE CHE IL
COSTRUTTORE FORNISCE UNA GRANDE QUANTITà DI INFORMAZIONI SU TUTTI
I MODELLI DI SCR. VEDIAMO QUINDI LE PRINCIPALI.:
• It(RMS): massima corrente alternata efficace, che può produrre (mettendolo
come raddrizzatore, fa passare solo mazzo ciclo quindi Veff=Vmax/2)
• It(av):massima corrente continua di conduzione
• Vtm: tensione diretta massima in conduzione
• Vrrm: tensione inversa massima applicabile
• Vfrm: tensione diretta massima applicabile senza produrre l'innesco
• Igt: corrente minima di gate per garantire l'innesco
• Igd: corrente massima applicabile al gate
• Vgt: tensione nominale di gate
• Vgt min: tensione minima di gate che risulta necessaria per garantire
l'innesco
• Vgt max: tensione massima di gate per produrre l'innesco
(NOTIAMO CHE LA TENSIONE DI BREAKOVER, LA CUI CHIAMAVAMO Vfb,IL COSTRUTTORE LA CHIAMA Vtm)
APPLICAZIONE DELL'SCR
L1
S1
+
SCR1
SCR
S2
IN
15V
V2
10V
5V
DA QUANTO ABBIAMO SPIEGATO IN PRECEDENZA POSSIAMO RISALIRE A
QUESTO SEMPLICE SCHEMA: PREMENDO,PER UN'ISTANTE, IL PULSANTE S1
INIETTIAMO UNA TENSIONE POSITIVA AL GATE INNESCANDO IL DISPOSITIVO,
COSì FACENDO AVREMO UNA CONDUZIONE TRA ANODO E CATODO
(PERMANENTE) FACENDO ILLUMINARE LA LAMPADA CON UNA TENSIONE
CONTINUA DI 15V. SOLO PREMENDO IL PULSANTE S2, CORTOCIRCUITIAMO LA
CORRENTE A MASSA AZZERANDO COSì LA CADUTA DI TENSIONE PRESENTE
TRA ANODO E CATODO,DISINNESCANDO IL DISPOSITIVO; CIOè PREMENDO IL
PULSANTE S2 LA LAMPADA RIMANE ACCESA PERCHè GLI DIAMO TENSIONE
DIRETTA MA LEVANDO IL DITO DAL PULSANTE ESSA SI SPEGNERà.
SE L'INGRESSO DI 15V FOSSE ALTERNATO, UNA VOLTA INNESCATO L'SCR
ATTRAVERSO S1, IL DISPOSITIVO CONDURRà SOLO PER LA PRIMA SEMIONDA
poiché APPENA GIUNGE A 0V IL DISPOSITIVO SI DISINNESCA
AUTOMATICAMENTE (PERCHè AVREMO Vak=0V).
UN' UTILIZZO VERAMENTE CURIOSO SAREBBE SOSTITUENDO IL PULSANTE S1
CON UN GENERATORE DI IMPULSI (TIPO L' NE 555).MA DOBBIAMO QUINDI
CONOSCERE I TEMPI DI INNESCO. CIOè USANDO SEGNALI DI TIPO IMPULSIVO
PER PILOTARE IL GATE, DOBBIAMO SAPERE QUALE DEVE ESSERE LA DURATA
MINIMA DI QUESTI IMPULSI. L' SCR, COME TUTTI I COMPONENTI REALI, NON
ENTRA IN CONDUZIONE INSTANTANEAMENTE MA RICHIEDE UN CERTO TEMPO
AFFINCHè SI REALIZZI IL PASSAGGIO DI CARICHE ATTRAVERSO LA
GIUNZIONE. QUESTI TEMPI SONO GENERALMENTE ABBASTANZA BREVI NEL
CASO DI CARICHI RESISTIVI.
NEL CASO DI CARICHI INDUTTIVI (COME MOTORI ELETTRICI) IL TEMPO DI
INNESCO SI ALLUNGA SENSIBILMENTE A CAUSA DEL RITARDO INTRODOTTO
DALL' INDUTTANZA. INFATTI LA CORRENTE ANODICA IMPIEGHERà Più TEMPO
PER RAGGIUNGERE IL VALORE DI MANTENIMENTO E QUINDI L'IMPULSO DI
COMANDO DOVRà AVERE UNA DURATA SUFFICIENTE PER CONSENTIRE
QUESTO EVENTO.