Impiego del Tiristore

Finora ci siamo occupati esclusivamente del circuito principale di un collegamento con tiristore. Occupiamoci ora del circuito di controllo.

La generazione degli impulsi d’innesco ed il loro spostamento di fase può essere ottenuta nel modo più semplice con un condensatore, al quale viene applicata una tensione, e la cui scarica provoca la corrente di controllo. Inserendovi in serie una resistenza R ohmica, la carica del condensatore C può essere ritardata nel tempo. In questo modo si può spostare l’attimo di scarica del condensatore e così anche spostare il momento dell'innesco. La figura 9 a sinistra mostra l’elemento RC con la resistenza variabile R. La tensione alternata u∼ applicata, viene raddrizzata dal diodo D. Il modo in cui la tensione u_C applicata al condensatore viene modificata variando la R, è indicato dalla figura 9 a destra.

Se R = 0, si ha la piena tensione u applicata a C, cioè u_C= u. Aumentando R si riduce u_C, poiché ora si ha una notevole caduta di tensione attraverso R. Contemporaneamente col crescere di R si sposta la posizione di fase di u_C rispetto ad u sino a 90°.

Questo avviene perché in ogni condensatore la tensione è in ritardo sulla corrente, cioè sfasata di 90°. Nel nostro schema di collegamento (figura 9 a sinistra) la corrente viene regolata dal valore della resistenza R. ln essa la corrente è in fase con la tensione u, e di conseguenza sfasata di 90° con u_C.

Figura 9

Se si applicasse la tensione u_C direttamente all'elettrodo di controllo, si potrebbe molto presto osservare che non sarebbe possibile un esatto pilotaggio del tiristore. Le ragioni di ciò sono da attribuirsi alla forma della curva di salita della tensione u_C al suo colmo, alla curva caratteristica del circuito di controllo stesso ed agli scostamenti tra l’una e l’altra delle singole curve caratteristiche dello stesso tipo di transistore, tra esemplare ed esemplare.

I suddetti inconvenienti non appaiono se si inserisce nel circuito un diodo particolare.

Questo diodo viene anche chiamato diodo a quattro strati o diodo Shockley. Esso può assumere i seguenti stati di funzionamento:

1. interdire (come in un normale diodo o tiristore),
2. bloccare,
3. condurre.

Gli ultimi due stati possono entrambi presentarsi, come nel tiristore, se al diodo è applicata una tensione positiva (figura 10 a sinistra). Gli stati di funzionamento sono strettamente imparentati con quelli del tiristore. Anche la costruzione stratificata del cristallo di silicio (figura 10 a destra) è identica a quella del tiristore. In realtà manca solo l’elettrodo di controllo. Il passaggio dallo stato di blocco a quello di conduzione avviene qui per innesca spontaneo .

Figura 10

Se il circuito di figura 9 viene completato col diodo Shockley SD, si ottiene una unità di controllo, come rappresentata nella figura 11 a sinistra. Per comprendere il funzionamento di questo diodo d’innesco, consideriamo il comportamento della tensione al condensatore in relazione alla tensione di sblocco del diodo d’innesco. Nella figura 11 a destra è indicata la tensione u_C al condensatore C per diversi valori della. resistenza R. Inoltre è riportata la tensione di sblocco u_K (vedi figura 10) del diodo Shockley. Ogni volta che la tensione al condensatore raggiunge il valore della tensione di blocco del diodo d’innesco, cioè nei punti d’intersezione delle curve (punti A, B, C), questo si innesca spontaneamente, e ne risulta in questo punto un impulso di pilotaggio che si applica all'elettrodo di controllo del tiristore. Con questo schema di collegamento il tiristore è controllabile da 0° (punto A) a 180° (punto C) o pressapoco. A condizione però che il valore di u_C per alti valori della resistenza R sia almeno uguale al valore di u_K! (figura 11 a destra punto C).

Per valori maggiori di u_K (nella figura 11 a destra indicato con u_K) ed anche per valori minori di un (indicati con u_K”), non è possibile un controllo sino a 180°. Fissiamo bene in mente: per il controllo totale e completo del tiristore, i valori di R e di C (a causa del conseguente Valore di u_C) e la tensione di sblocco del diodo SD di Shockley devono essere mutuamente correlati.

Figura 11

La figura indica il completo circuito di un tiristore unidirezionale, composto da un circuito di pilotaggio e da un circuito principale di utilizzazione. Il circuito di controllo è alimentato dalla sorgente a tensione alternata U∼ (così come il circuito principale). Il diodo D raddrizza questa tensione e provvede alla esatta polarizzazione della corrente di controllo. Attraverso la resistenza R variabile il condensatore viene caricato. Quando la tensione del condensatore raggiunge la tensione d’innesco spontaneo del diodo d’innesco SD, questo diviene conduttore e fornisce un impulso di corrente di controllo attraverso la resistenza R_s all'elettrodo di controllo del tiristore Th.

R_s è una resistenza limitatrice. Essa limita la corrente di controllo, allo scopo di prevenire una distruzione termica del tiristore.

L’impulso di controllo innesca il tiristore e lo porta in stato di conduzione, così che ora quella parte di tensione U∼ raddrizzata dal tiristore viene applicata al carico R_L e fa scorrere attraverso questo (ed anche attraverso il tiristore) una corrente i La tensione continua applicata al carico R_L. e la corrente che ne risulta dipendono dalla posizione di fase dell'impulso di controllo.

Figura 12

Considerate ora il circuito, completo di circuito di controllo e circuito principale, con un collegamento di due tiristori antiparallelo (vedi figura 13). Il circuito di controllo si compone di due unità di controllo unidirezionale (figura 12) collegate assieme. Abbiamo nuovamente la combinazione diodo D, resistenza R, condensatore C con l’appropriato diodo d’innesco SD e la resistenza di sicurezza contro il sovraccarico R_s. Gli elementi relativi al tiristore Th 1 portano l’indice 1, e quelli del tiristore Th 2, l’indice 2. Osservate che è prevista una sola resistenza R per entrambi i tiristori. Ciò è dovuto al fatto che entrambe le direzioni di corrente vengono controllate <em una dall'altra. Questo schema di collegamento è un tipico esempio di controllo della luminosità di lampade ad incandescenza (in inglese light-dimmer).

Figura 13

Il circuito di controllo che abbiamo visto, viene usato ovunque sia possibilmente richiesta una piccola spesa per l’impianto. Esso viene perciò acquistato in commercio, poiché con questo tipo di controllo non si pone il problema di una grande precisione. Inoltre con i questo tipo di regolazione non si possono costruire circuiti di regolazione automatica.

Il campo d’impiego di questo diffusissimo tipo di controllo è perciò compreso nell'ordine delle potenze prelevabili da una normale presa di corrente domestica (cioè circa 2000 W). Si possono perciò controllare piccoli apparecchi per l’industria o per la casa. È il caso di sottolineare che per questi usi questo tipo di controllo è pienamente sufficiente. Per particolari impieghi nella tecnica delle forti correnti, il costo necessario è maggiore.