TRIAC - Tiristore a doppio effetto

Per spiegare il processo d'innesco di un tiristore a semplice effetto (detto brevemente tiristore) si suppone mentalmente un tiristore-NPNP (sotto figura a sinistra), come formato da un transistore-NPN e da un transistore PNP (figura a destra).

Per l’innesco il tiristore deve essere polarizzato in avanti. (cioè con l’emettitore P positivo, e con l'emettitore N negativo). Alla base P del transistore NPN viene portata una corrente di pilotaggio I_ST. Essa provoca una corrente di collettore i_N del transistore NPN, che viene portata da elettroni; questa a sua volta entra come corrente di pilotaggio negativa nella base N del transistore PNP. Anche questa provoca una corrente di collettore i_P del transistore PNP che viene portata da cavità e che rinforza la corrente di pilotaggio iniziale del transistore NPN.

Così entrambi i transistori si influenzano vicendevolmente fino a che si ha nella zona della base un'inondazione di portatori di cariche (elettroni e cavità). A questo punto il tiristore è innescato, e può portare una corrente di carico fra gli emettitori del tiristore contrassegnati con + e -.

Figura 1

Come principio è indifferente se la corrente di pilotaggio iniziale I_ST viene fornita al transistore NPN 0 a quello PNP, cioè se il contatto d’innesco del tiristore viene dato alla base P (figura a sinistra) o alla base N (figura a destra). Solo che il contatto d’innesco dovrà essere positivo per la base P, e negativo per la base N, esattamente come IN nella figura 1
Ciò vi aiuterà più tardi a comprendere il funzionamento del tiristore a doppio effetto o triac.

Figura 2

Un tiristore semplice, che venga collegato ad una tensione alternata, può essere reso conduttore per una delle due possibili direzioni di corrente. Con adatti impulsi della corrente di pilotaggio nella fase appropriata si può influire sul valore medio istantaneo della corrente raddrizzata. (I particolari relativi si possono apprendere dalla lettura relativa al funzionamento del tiristore).

Qui occorre solo osservare che il tiristore può svolgere due diverse ed importanti funzioni: raddrizzamento della corrente e regolazione del valore medio della corrente. Per molti utilizzatori di corrente è indifferente che essi vengano percorsi da corrente continua o da corrente alternata. Ed anche per questi si può regolare il valore medio della corrente a mezzo di tiristori.

Però l’effetto raddrizzante del tiristore in questi casi è inutile, e perfino indesiderato. Perciò si collegano spesso due tiristori, come qui sotto in figura, in collegamento antiparallelo. Gli impulsi di pilotaggio possono ad es. essere forniti da due avvolgimenti secondari S₁ ed S₂ di un trasformatore. In tal modo vengono utilizzate entrambe le direzioni di corrente.

Figura 3

Forse vi domanderete se per l’impiego indicato precedentemente, siano proprio necessari due tiristori semplici con i relativi costosi contenitori e due circuiti di corrente di pilotaggio. Non si potrebbe risolvere con un solo elemento costruttivo, cioè con un tiristore a doppio effetto (triac)? A condizione però che questo elemento costruttivo potesse essere innescato con un solo circuito di pilotaggio. Vedrete che ciò è possibile.

Resta la domanda: quando un triac è più economico di due tiristori‘? A ciò non si può rispondere in modo generale.

Con un determinato componente semiconduttore, avente una determinata sezione, non si può condurre una corrente di carico di qualsiasi intensità, poiché è ammesso solo un determinato riscaldamento. Pertanto un triac deve avere una sezione almeno doppia del corrispondente tiristore, anche di più, perché la dispersione del calore con grandi sezioni è più difficile.
La produzione di tiristori di grande sezione porta a costi sproporzionati, e la produzione di triac implica complicazioni aggiuntive.

D’altra parte ci sono degli impieghi in cui il costo del componente di controllo non è determinante, ma è invece più importante quello dei restanti circuiti interessati.
Si deve quindi esaminare caso per caso, quale sia il componente più adatto per grandi potenze elettriche, cioè se convenga inserire un triac o due tiristori in antiparallelo. ‘

Se si riflette a come si possono unire in un’unica unità le due strutture quadrigiunzione, cioè i due tiristori semplici visti prima, si trovano due semplici possibilità, che qui sono indicate in figura 3. Le due figure superiori indicano l'abbinamento in una struttura NPNPN. le due inferiori quello in una struttura PNPNP.

Figura 4

Come possibilità, entrambe le soluzioni della figura 4 sono equivalenti. Differenze si manifestano solo allorquando si sceglie un metodo più o meno comodo di produzione.

Nello stato attuale dei metodi di costruzione viene spesso data la preferenza alla prima soluzione, cioè alla struttura NPNPN. Essa nella pratica viene variata come in figura 5 a destra, in modo da ottenere un disco semiconduttore di uniforme spessore. Si parte da un materiale semiconduttore di tipo N (per lo più silicio). Questo forma lo strato N centrale del triac, relativamente spesso a causa della sua capacità d’interdizione.

Gli strati P e quelli N esterni vengono ottenuti coi normali sistemi di drogaggio (per diffusione o per lega).

Il tiristore parziale sinistro, la cui parte superiore è uno strato N, vien detto tiristore normale, quello destro, la cui parte inferiore è anche uno strato N, vien chiamato antitiristore.

Figura 5

Vi preghiamo di notare che le dimensioni di spessore del disco semiconduttore, cioè l’altezza delle rappresentazioni di esso in tutte le figure, è fortemente ingrandita. Le doppie freccie nella figura sottostante possono dare una reale rappresentazione delle dimensioni fisiche nel caso di un triac, nel caso di uno relativamente grosso.

La parte di sotto della figura deve essere sotto anche in realtà; deve cioè far contatto col corpo del contenitore. Il contatto d’innesco dovrà quindi essere portato sopra. Di ciò si è tenuto conto nella figura indicando il contatto a tutta superficie della parte inferiore.

Qui il potenziale di terra, in altre parole il potenziale zero, è stato associato alla parte superiore. Ciò è vantaggioso in quanto poi il segno della corrente di pilotaggio nel proseguimento dell'articolo avrà un semplice significato fisico. Infatti il punto zero del potenziale può essere stabilito a volontà, poiché esso è solo una semplice questione di indicazione.

Figura 6