DIODI SCR, SCS, DIAC e TRIAC
I diodi SCR e TRIAC possono essere impiegati per commutare elevate correnti,per rettificare,per impianti di luci psicadeliche ,per accensioni elettroniche,per modificare la velocità di motori elettrici o l’accensione di lampade,per calcolatrici elettroniche,ecc.
IL DIODO SCR ED IL RELE’
Un relè,come in fig 1,possiede una bobina di eccitazione ed uno scambio che servirà ad inviare tensione ad una lampadina ,ad un motore oppure a comandare una qualsiasi altra apparecchiatura elettronica.
Se eccitiamo la bobina del relè con una pila ,fig 2,il relè verrà eccitato nella sua totalità e la lampadine si accenderà.
Il relè presenta le seguenti caratteristiche:
1) la bobina di eccitazione può essere pilotata da una tensione di basso valore mentre sugli scambi potrà essere applicata un’alta tensione ed una forte corrente.
2) Inserendo la pila di eccitazione in un verso o nell’altro (vale a dire con il + da una parte ed il – dall’altra o viceversa) la bobina risulterà sempre eccitata con conseguente possibilità di ottenere il contatto degli scambi.
3) Sui contatti degli scambi può indifferentemente essere inserita una corrente continua oppure alternata.
4) Lo scambio rimane in contatto fino a quando rimane applicata la tensione della pila alla bobina di eccitazione; togliendo tale tensione il relè torna in posizione di riposo.
Il diodo SCR potrebbe essere paragonato ad un relè,ma un relè internamente costituito come quello che appare descritto in fig 3.
Questo relè quindi,come funziona?
Se noi applichiamo sull’elettrodo di controllo (chiamato gate) la tensione positiva della pila,questa potrà passare attraverso il diodo DG1 per raggiungere quindi la bobina di eccitazione ed attirarla.
I contatti dello scambio si comporteranno come nel caso precedente,cioè faranno giungere tensione alla lampadina LP1 che si accenderà ,fig 4. Però la tensione della lampadina passa attraverso il diodo DG2,che si trova posto in serie alla bobina di eccitazione,per cui,se anche togliamo ora la tensione che ci era servita per eccitare la bobina,noteremo,come in fig 5,che a differenza del normale relè la lampadina continuerà a restare accesa. Per poter spegnere la lampadina sarà necessario togliere la tensione esistente tra il catodo e l’anodo del relè,fig 6,perchè solo in queste condizioni avremo il disinnesco .
Possiamo quindi concludere che un diodo SCR a differenza del normale relè ,presenta le seguenti caratteristiche:
1) L’eccitazione del diodo SCR può essere sempre ottenuta con delle tensioni basse mentre tra anodo e catodo possono essere applicate elevate tensioni e forti correnti.
2) La tensione di eccitazione dello SCR va applicata al gate dello stesso e solo ed esclusivamente tensione positiva (dall’esempio di fig 3,appare chiaro che se noi applicassimo una tensione negativa questa non potrebbe scorrere per via del diodo DG1 che si troverebbe con la polarità disposta nel senso della non conduzione).
3) Anche sull’anodo deve essere sempre applicata una tensione positiva,come appare chiaro riguardando l’esempio precedente nel quale si nota che il diodo DG2 verrebbe ad opporsi al passaggio di una tensione negativa).
4) A differenza ultima dal relè di chiara conoscenza,quando ad un SCR si toglie la tensione di eccitazione ,il diodo rimane eccitato lo stesso fino a che non viene tolta anche la tensione applicata all’anodo.
Quest’ultima caratteristica può risultare veramente interessante, come ad esempio negli impianti di allarme nei quali diviene sufficiente che una debole tensione inneschi lo SCR perchè il campanello,o chi per lui,rimanga sempre in funzione fino a che non venga eliminata la tensione di alimentazione,vantaggio questo che non viene offerto da nessun tipo di relè.
IL DIODO SCR IN ALTERNATA
Esso si comporta esattamente,quando è innescato con una tensione positiva sul gate,come fosse sottoposto ad una tensione continua ,solo che togliendo sul gate la tensione di eccitazione all’arrivo della semionda negativa regolarmente bloccata dal diodo DG2 il diodo si disinnescherà.
In questo caso quindi il diodo SCR viene a comportarsi esattamente come un normalissimo relè.
Da ciò possiamo quindi affermare che :
1) Applicando tra catodo ed anodo una corrente continua (con il polo positivo sull’anodo),una volta che il diodo SCR risulti innescato,esso rimarrà in conduzione fino a che non venga eliminata la tensione di alimentazione.
2) In corrente alternata invece appena viene tolta la tensione di eccitazione sul gate, automaticamente il diodo SCR si disinnesca.
Proprio per questa sua peculiare caratteristica lo SCR si può sfruttare per un impianto di luci psicadeliche; alimentando infatti il diodo con una tensione alternata ed inviando gli impulsi positivi al gate, quando quest’ultimi verranno a mancare le lampade verranno a spegnersi.
Se invece lo alimentassimo in corrente continua,esse rimarrebbero sempre accese,una volta ottenuto l’innesco.
IL DIODO TRIAC
Se vogliamo riprendere il nostro esempio del relè dobbiamo supporre che la bobina di eccitazione sia composta da due avvolgimenti posti in opposizione di fase,come da fig 9,dei quali uno si ecciti solamente in presenza di tensioni positive e l’altro di tensioni negative.
In un relè di questo genere noi possiamo applicare sull’anodo una tensione sia di polarità negativa che positiva certi che esso verrà sempre eccitato. In ogni modo alimentando con corrente continua detto relè,una volta eccitato,rimarrà tale fino a che ,come risulta necessario anche per l’SCR,non venga eliminata la tensione di alimentazione.
Quindi il TRIAC si differenzia dallo SCR per le caratteristiche seguenti:
1) Sull’anodo può essere indifferentemente applicata una tensione di polarità positiva o negativa mentre con l’SCR era indispensabile che la polarità di alimentazione risultasse positiva.
2) Sul gate di un TRIAC si può inserire tranquillamente sia una tensione di polarità positiva che negativa mentre su quello dell’SCR era necessaria una tensione esclusivamente positiva.
3) Alimentando catodo e anodo con corrente continua il TRIAC una volta innescato,si comporta come l’SCR per cui per disinnescarlo,occorrerà disinserire la tensione.
IL DIODO TRIAC SU CORRENTE ALTERNATA
Prendiamo l’esempio di fig 13,se noi tra catodo ed anodo applichiamo una corrente alternata noteremo l’accensione della lampadina e togliendo detta tensione avverrà la diseccitazione del relè con relativo spegnimento della lampadina stessa.
Infine se invece di eccitare il relè con una corrente continua lo eccitiamo con una corrente alternata,otterremo lo stesso funzionamento,vale a dire che fintanto che è presente sul gate la tensione di eccitazione il relè risulterà sempre innescato (cosa appurabile dalla lampadina che resterà sempre accesa). Togliendo la tensione di eccitazione vedremo che la lampadina automaticamente si spegnerà dimostrando inconfutabilmente che in mancanza di eccitazione il relè si disinnesca.
Per concludere possiamo riassumere che in corrente alternata il TRIAC,rispetto all’SCR, si comporta esattamente con queste caratteristiche:
1) Il gate può essere eccitato indifferentemente da tensioni negative o positive (mentre l’SCR richiede solo tensioni positive).
2) L’SCR non poteva essere eccitato da tensioni alternate mentre il TRIAC funziona egregiamente sia con correnti alternate sinusoidali,a dente di sega o ad onde quadre.
IL DIODO SCR
negli schemi elettrici il diodo SCR viene raffigurato nel modo che appare in fig 15, i tre terminali di cui è provvisto vengono chiamati rispettivamente ANODO,CATODO e PORTA (o GATE) dove quest’ultimo rappresenta l’elettrodo di controllo.
L’SCR, a seconda del tipo,può sopportare delle tensioni anodiche che vanno da un minimo di 100 ad un massimo di 1.000 volt ed oltre,con correnti da 3 ampere fino a 100 e più (ne esistono dei tipi che possono arrivare fino a 1.000 A).
Sul gate occorre sempre,come abbiamo già specificato,applicare una tensione positiva per ottenere l’eccitazione del diodo e metterlo in conduzione,tensione che non supera di solito i 3 volt con correnti che possono variare da un minimo di 2 mA ad un massimo di 100 mA.
SCR COMPLEMENTARE
Il diodo SCR complementare non differisce sostanzialmente da un SCR normale se non dal fatto che per metterlo in conduzione occorre applicare sul gate un impulso negativo e solo negativo,a differenza del tipo normale che richiede invece una tensione positiva. Come si nota nella figura,questo tipo di SCR viene disegnato con il gate inserito dal lato dell’anodo anzichè da quello del catodo.
DIODO SCS
Consiste sostanzialmente in uno SCR però con dimensioni molto più piccole e adatto a sopportare correnti anodiche molto basse (con un massimo di 1 ampere). L’SCS dispone di due elettrodi di controllo,detti rispettivamente GATE CATODICO e GATE ANODICO,dei quali uno può essere eccitato da impulsi positivi e l’altro da impulsi negativi.
Dei due elettrodi di controllo se ne usa semplicemente uno solo lasciando l’altro inutilizzato oppure collegandolo,in certi circuiti, in modo che il diodo risulti interdetto.
L’SCS, poichè richiede una tensione di eccitazione ed una corrente molto debole, viene spesso impiegato come elemento di controllo per pilotare degli SCR di potenza.
DIODO CS
E’ una denominazione molte volte utilizzata per distinguere un diodo SCR di potenza da uno di bassa potenza; in disegno esso viene riportato,esattamente come un normale diodo SCR.
I CS in pratica svolgono le stesse funzioni dei diodi SCR a grande potenza,solo che differiscono dagli stessi per il fatto che dispongono di un solo elettrodo di controllo (Gate),fig 15.
DIODO LASCR
I diodi LASCR consistono praticamente in SCR che vengono eccitati da una sorgente luminosa. Il loro involucro è dotato di una finestrella trasparente attraverso la quale la luce può colpire una zona fotosensibile del diodo così da metterlo in conduzione.
In questi diodi il gate viene impiegato per applicarvi una tensione di polarizzazione che può essere regolata in riflesso all’intensità di luce alla quale si desidera che il diodo si inneschi e passi in conduzione. Negli schemi elettrici viene raffigurato come un SCR normale,solo che nel suo interno è presente la lettera greca “lambda”.
IL DIODO TRIAC
Consiste sostanzialmente in due SCR che sono collegati con le polarità opposte; proprio per questo negli schemi elettrici i due diodi vengono disegnati in maniera inversa l’uno dall’altro.
L’elettrodo che nello SCR veniva denominato anodo,nel TRIAC prende il nome di ANODO 1 e e quello che chiamavano catodo viene invece ad essere distinto come ANODO 2.
Il Gate o porta,resta sempre con la medesima definizione. Il TRIAC,come già affermato,può essere messo in conduzione sia da impulsi positivi o negativi; sia da correnti alternate.
IL DIODO DIAC
Il Diac consiste essenzialmente in un doppio diodo con i componenti in parallelo e con le polarità opposte.
Esso viene usato normalmente per pilotare in corrente alternata il gate di un TRIAC , in certi apparati elettronici. Negli schemi elettrici il simbolo del Diac appare simile a quello riportato in fig.15, come dire un semplice diodo di potenza nel quale i due elettrodi che fuoriescono dall’involucro vengono detti rispettivamente ANODO 1 e ANODO 2.
COME SI PRESENTANO
I diodi SCR-SCS-TRIAC-DIAC possono presentarsi con forme e dimensioni diverse,dipendentemente dall’uso e dalla potenza che essi sono in grado di sopportare. Ne possiamo quindi trovare di dimensioni analoghe a quelle a quelle di comuni transistor,altri invece a forma di parallelepipedo,altri come i transistor di potenza (tipo,per esempio,il transistor AD161), altri ancora a forma di grossa vite (come diodi raddrizzatori di potenza),ecc. In fig.16 presentiamo i tipi più usati con la relativa disposizione dei terminali.
UTILE A SAPERSI
I diodi controllati, durante il funzionamento,si riscaldano quindi occorrerà provvederli sempre di una adeguata aletta di raffreddamento che servirà a dissipare il calore prodotto in quanto, se raggiungono la temperatura massima sopportabile non solo possono deteriorarsi ma anche entrare in conduzione senza ricevere l’impulso sul gate.
Inoltre,le tensioni da applicare al gate di ogni diodo normalmente nei diodi di potenza non superano i 10 volt,nei diodi di media potenza i 2 volt ed in quelli di bassa potenza e gli SCS i 0,5 volt.
Occorre quindi cercare di non superare mai tale valore per non correre il rischio di mettere fuori uso il diodo.
I diodi SCR e TRIAC sono reperibili per tensioni di lavoro sui 100-300-400-600-800-1000 volt, però occorre sapere che la tensione di alimentazione è riferita alla corrente continua quindi utilizzandolo in corrente alternata la massima tensione da applicare non è quella indicata dalle caratteristiche che accompagnano il diodo,ma è notevolmente minore. Per ottenere il valore massimo della tensione in CA quando si conosca quello in CC occorrerà moltiplicare quest’ultima per 0,7 così,se scegliamo un SCR con tensione massima di 800 volt, utilizzandolo in alternata dovremo considerare come massima una tensione di 800×0,7 = 560 volt.
Terminiamo dicendo che un SCR per 1000 volt lavoro può funzionare anche con una tensione variante fra i 3 ed i 10 volt.
UNA PROVA PRATICA
Per fissare la teoria è necessaria la pratiUNA PROVA PRATICAca. Le prove che potete eseguire sono le stesse che abbiamo prospettato con i relè,infatti,potete prendere il diodo SCR ,inserite sull’anodo una tensione continua (positiva) di 12 volt ed inserite in serie una lampadina di 12 volt 3-5 watt. Provate ad eccitare il gate con la tensione di una pila da 1,5 volt a 3 volt,sia con tensione negativa che positiva con la possibilità così di studiarne il comportamento come in fig.17.
Constaterete inoltre che con una tensione continua il diodo,una volta innescato,rimarrà tale e per disinnescarlo sarà necessario togliere la tensione di alimentazione di 12 volt.
Eseguite infine la stessa prova alimentandolo invece con una tensione alternata di 12 volt e constaterete che togliendo l’eccitazione la lampadina si spegnerà. Procedete quindi con le stesse esperienze,ma questa volta con un TRIAC; dalle prove di fig 18,potrete comprendere agevolmente il funzionamento e la differenza che lo distingue da un SCR comune.
