Di recente, preso nel tentativo di riparare un “"dispositivo lampeggiatore", ho avuto necessità di verificare la bontà di un Tiristore.
Non avendo altre soluzioni, ma solo il mio fido multimetro analogico della ICE 680G, settando quest’ultimo in portata x ohm, ho verificato il tiristore con una semplice misura delle giunzioni, pensando poi di tirare giù, in un secondo tempo, due righe sulla procedura utilizzata, ed altrettanto sulla teoria dei tiristori più noti, ma senza entrare nella specifico degli stessi semplicemente perché non potrei .. :)

i tiristori

struttura e simbolo dell' SCR ed il TRIAC :

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sono sostanzialmente dei diodi multigiunzione controllati, che commutano dallo stato off allo stato on a seguito di una tensione di comando fornita ad un terzo elettrodo (gate). Noti quindi per la loro caratteristica di funzionamento come “interruttore”, lo scopo è quello di avere la possibilità di controllare in un circuito elettrico ed maniera statica, il circuito di potenza di un generico carico, caratteristica che li rende molto utilizzati in applicazioni industriali sostituendo il classico relè elettromeccanico, in quanto offrono tempi di commutazione estremamente elevati, nonché in circuiti di commutazione .

I tiristori più noti sono gli SCR, (Silicon Controlled Rectifier), ed i TRIAC (Triode for Alternate Current) in contenitori di tipo differente a seconda del valore di intensità di corrente e tensione che controllano. Si differenziano anche per il loro funzionamento; entrambi presentano tre terminali: quelli di catodo (C) e di anodo (A) per l’SCR; quello di anodo uno (A1) ed anodo due (A2) per il TRIAC; ovviamente entrambi hanno il terzo terminale di controllo ovvero il gate (G).

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cos’è l’SCR in breve..

Gli SCR (Silicon Controlled Rectifier), sono dei raddrizzatori controllati al silicio, simili al diodo, ma realizzati da quattro strati diversamente drogati a formare tre giunzioni (PNPN); sono costituiti da tre terminali: il terminale di Anodo (A) e di Catodo (K), il primo collegato generalmente al carico (in questo caso la lampada) ed il secondo collegato a massa, mentre il terzo terminale, detto gate (G) è il terminale di eccitazione o controllo dell’SCR.

Questi presenta una resistenza fra anodo e catodo (che realizza in sostanza l’interruttore elettronico), che diventa di valore molto basso quando si applica al terminale di gate un’intensità di corrente portandolo in conduzione; stato che può essere interrotto diminuendo l’intensità di corrente anodica (in genere ad 1-2 mA) o semplicemente disalimentando l’SCR.

Esistono diversi contenitori di SCR. In genere, per qualche decina di ampere, hanno il classico contenitore tipo LM, mentre per alte intensità di correnti, hanno un contenitore che somiglia ad un bullone, come semplicemente di seguito rappresentati con il relativo simbolo

funzionamento di un SCR in breve..

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Il circuito rappresenta il funzionamento tipico dell’SCR :
1 - con l’interruttore I chiuso si alimenta il carico, che in questo caso è una lampada L, fra anodo e catodo attraverso le batterie Va, poi si comanda il gate dell’SCR polarizzandolo attraverso il pulsante P con la tensione delle batterie Ve eccitando così l’SCR, ovvero si porta in conduzione e la lampada si accende.

Ora (2) rilasciando il pulsante P l’SCR rimane in conduzione e la lampada L rimane accesa, perché questa si spenga è necessario disalimentare l’SCR aprendo il relativo circuito di alimentazione con l’interruttore I (3).

la verifica di un SCR

Per verificare la bontà di un SCR ho utilizzato un multimetro analogico eseguendo delle misure sui rispettivi terminali, di anodo (A), catodo (K) e gate (G).

Dapprima si controlla la giunzione Gate–Catodo come se si stesse verificando la giunzione PN di un diodo. Pertanto dovremmo avere una conduzione polarizzando direttamente la giunzione e non averla quando la polarizzeremo inversamente, come nel caso di un diodo.

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SCR polar C G diretta.JPG

SCR polar C G indiretta.JPG

A questo punto si verificano le altre giunzioni del semiconduttore andando a misurare la giunzione catodo-anodo, polarizzandola direttamente, rilevando la giunzione aperta finché non si porta a contatto con il terminale di anodo con il terminale di gate. Così facendo l’SCR si porta in conduzione nella giunzione di catodo-anodo, rilevata dallo strumento che indica la rispettiva misura.

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SCR polar C A diretta.JPG

1 SCR C A e G.JPG

Questa rimarrà in conduzione anche una volta tolto il collegamento di gate sull’anodo, grazie all’intensità di corrente fornita dalla batteria dello strumento.

SCR in conduzione.JPG

Ovviamente togliendo uno dei due puntali di misura (aprendo il circuito K-A), non si avrà più alcuna conduzione, e se si misurerà nuovamente la giunzione catodo-anodo direttamente, si avrà ancora circuito aperto, poiché l’SCR non è in più in conduzione e bisognerà ripetere il collegamento fra il gate e l’anodo .

Quindi dalle misure eseguite l’SCR risulta essere funzionante.
Questa verifica è stata eseguita con l’SCR S0802 in contenitore tipo T0220 e con l’SCR 2N5060 in contenitore tipo TO92, differenti nel tipo di contenitore per le loro diverse portate di intensità di corrente, da qualche decina di ampere il primo a qualche ampere il secondo.

Le stesse verifiche sui componenti indicati sono state eseguite anche con un multimetro digitale (GBC KD 350CTF) in portata prova diodi, ottenendo gli stessi risultati, ovvero verificando l’efficienza dell’ SCR.

cos’è il TRIAC ...e differenze con l’SCR in breve..

Il TRIAC (Triode Alternate Current) è un dispositivo semiconduttore simile all’ SCR. Differisce da questo per la sua caratteristica di bidirezionalità e può essere pilotato da impulsi di gate di entrambe le polarità. La struttura del TRIAC è di tipo PNPN in parallelo ad una struttura NPNP; ha in sostanza una struttura relativa al gate molto complessa. Anche il TRIAC ha tre terminali: il terminale di anodo uno (A1) collegato a massa, il terminale di anodo due (A2) collegato al carico da controllare, ed il terminale di gate (G) che viene utilizzato per l’eccitazione del TRIAC. Diversamente dall’SCR, in questo caso la tensione da applicare sul G può essere sia di tipo positivo che di tipo negativo; questo sta a significare che può assumere anche una grandezza alternata, realizzando così su entrambe le semionde l’accensione del TRIAC, a differenza dell’SCR che ha bisogno di avere l’anodo positivo ed altrettanto sul gate per poter funzionare. In sostanza il TRIAC risulta essere un tiristore di tipo “bidirezionale” e l’SCR un tiristore di tipo “unidirezionale”.

Per quanto riguarda il tipo di contenitore il TRIAC utilizza come per l’SCR, un contenitore tipo T0 220 ed un contenitore tipo bullone per tensioni e intensità di correnti maggiori, fermo restando la disponibilità in commercio per entrambe di tiristori in contenitori tipo T092 (tipo il classico BC ) per valori di tensioni molto qualche ampere al massimo.

funzionamento di un TRIAC

Il funzionamento del TRIAC va considerato in funzione della tensione di alimentazione che si fornisce al circuito di potenza (carico =lampada L) ed al circuito di controllo (gate=G), ovvero se si fornisce una tensione di alimentazione continua o alternata .

Il TRIAC con circuito di potenza(A1-A2)e di controllo(G)alimentati con tensione continua

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Il circuito rappresenta (come nel caso dell’SCR) il funzionamento del TRIAC, in cui il carico è alimentato dalla tensione Va attraverso l’anodo uno (A1) e l’anodo due (A2) del TRIAC con in serie l’interruttore I, mentre il terminale di controllo gate (G) si trova polarizzato dalla tensione Ve, in questo caso positivamente ma come detto la polarità è indifferente.
Come per l’SCR, una volta alimentato il carico (lampada L), chiudendo l’interruttore I la lampada L rimane spenta fino a quando non si polarizza il gate (G) attraverso il pulsante P per portare in conduzione il TRIAC ottenendo così la lampada L accesa (1), che rimarrà tale anche quando si rilascerà il pulsante P (2). Per spengere la lampada sarà sufficiente disalimentarla aprendo l’interruttore I (3).

Il TRIAC con circuito di potenza(A1-A2)alimentato con tensione alternata e di controllo(G)in tensione continua

Se si alimenta il circuito di potenza (A1-A2) del TRIAC con una tensione di alimentazione alternata chiudendo l'interruttore I e si alimenta il circuito di controllo (G) attraverso il pulsante P con una tensione (positiva o negativa), il TRIAC si porterà in conduzione chiudendo il circuito di potenza, ovvero il carico (lampada L) sarà alimentato.

Quando si apre il circuito di controllo attraverso il pulsante P, il TRIAC aprirà il suo circuito di potenza nel breve istante in cui la sinusoide della tensione alternata di alimentazione del circuito di potenza passa dalla semionda positiva a quella negativa attraversando il valore nullo.

la verifica del TRIAC.

Come per l'SCR, anche per il TRIAC si utilizza il multimetro in portata per ohm, e si verificano dapprima i terminali A1 ed A2 rispettivamente con polarità positiva e negativa, e si misurerà un valore di resistenza alto tale da indicare il circuito (A1-A2) aperto. Poi mantenendo le stesse condizioni di misura, si porta a contatto il terminale di gate con il terminale di anodo uno, lo strumento rileverà un basso valore di resistenza ad indicare il circuito (A1-A2) chiuso pur aprendo il collegamento del gate (G). Da questa verifica si trova efficiente il termistore.

verifica dei terminali A1-A2

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verifica del terminale di G

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in pratica

TRIAC prova A1-A2.JPG

TRIAC in conduzione con A2-G ponticellati

TRIAC A1-A2- con G in conduz.JPG

una volta tolto il collegamento A2-Gate il TRIAC rimane in conduzione, ccome indicato dallo strumento.

Ringraziamenti e conclusioni

Un particolare ringraziamento a carloc per la sua cortese collaborazione alla verifica prima della stesura e di alcune indicazioni in merito.
L'esposizione è limitata ai semplici aspetti pratici inerenti alla verifica di questi due noti tiristori, nella speranza che possano risultare utili, tralasciando gli aspetti teorici che richiederebbero una più completa e lunga trattazione ed una conoscenza che non credo di avere. Pertanto rimando ad eventuali riferimenti/approfondimenti disponibili sul web(link) o eventuali thread sul forum di EY.
Con quanto scritto non si vuole esaurire l'argomento, ma si resta disponibili ad eventuali critiche e/o migliorie costruttive di quanto brevemente esposto.
Non ultima e più importante considerazione è quella relativa all'utilizzo di questo tipo di verifica, che nel mio caso ha avuto efficacia (mi riferisco alla riparazione /sostituzione TRIAC), mentre più in generale occorre considerare la possibilità che la sola intensità di corrente fornita dallo strumento di misura, può non essere sufficiente a mantenere in conduzione il TRIAC o SCR, fornendo una verifica errata; questo perché non ho avuto modo di ampliare la gamma di tiristori diponibili e quindi di differenti caratteristiche, ad esempio non ho avuto modo di verificare con dei TRIAC e/o SCR di alta potenza, se mi sarà possibile aggiornerò l'esposizione.

Grazie.

datasheet tiristori in prova

S0802
2N5060-D
BT139F-600
x0402D

riferimenti

Elementi di Elettronica Teorica e Pratica.
Noel M Morris - Hoepli -

SCR http://it.wikipedia.org/wiki/SCR
TRIAC http://it.wikipedia.org/wiki/Triac