Il tiristore, conosciuto anche con il nome di SCR (Silicon Controlled Rectifier), è un dispositivo elettronico a semiconduttore che ha avuto un impatto notevole nel campo dell'elettronica di potenza. La sua versatilità e capacità di controllare flussi di corrente ad alta potenza lo rendono fondamentale in numerosi applicazioni industriali e domestiche. La sua invenzione ha segnato una svolta nella gestione delle correnti elettriche, offrendo soluzioni efficienti per il controllo dell'energia.

Il tiristore è composto da quattro strati di materiale semiconduttore, alternando zone di tipo p e n. Questa struttura consente di avere tre giunzioni pn, denominate J1, J2 e J3. Le principali caratteristiche del tiristore sono la capacità di condurre corrente in entrambe le direzioni, una volta attivato, e la possibilità di essere spento solo quando la corrente scende al di sotto di un certo valore chiamato corrente di mantenimento. Il principio di funzionamento del tiristore si basa sul fenomeno della conduzione controllata di corrente, che avviene grazie all'applicazione di un segnale di gate, il quale attiva il dispositivo. Quando il tiristore è in stato di off, può essere attivato mediante un impulso positivo applicato al terminale di gate; successivamente, rimane in conduzione anche se il segnale di gate viene rimosso, fino a quando la corrente che lo attraversa non scende sotto la soglia di mantenimento.

Il tiristore trova ampio impiego in numerose applicazioni grazie alla sua capacità di gestire alte tensioni e correnti. Uno dei campi di utilizzo più significativi è quello della conversione dell'energia elettrica. Nelle applicazioni di alimentazione, i tiristori sono utilizzati nei circuiti di controllo della potenza, come nei dimmer per lampade, nei controllori di velocità per motori elettrici e nei sistemi di riscaldamento elettrico. In particolare, sono molto utilizzati nei sistemi di regolazione della potenza per le stufe elettriche e nelle caldaie. Un altro settore in cui i tiristori sono indispensabili è quello della conversione AC-DC. Nelle applicazioni di raddrizzatori controllati, i tiristori possono essere utilizzati per convertire la corrente alternata in corrente continua, mantenendo un controllo preciso sulla tensione di uscita.

Un esempio pratico dell’uso dei tiristori è rappresentato nei circuiti di controllo della potenza per le lampade. Un dimmer per lampade a incandescenza utilizza un tiristore per controllare la quantità di energia elettrica fornita alla lampada. Variando il punto in cui il tiristore viene attivato durante il ciclo di corrente alternata, è possibile regolare la luminosità della lampada. Questo non solo offre un risparmio energetico, ma consente anche di creare atmosfere più adatte a diverse situazioni. Inoltre, nei motori elettrici, i tiristori sono impiegati per il controllo della velocità. Attraverso un circuito di controllo, è possibile modulare la tensione e la corrente fornite al motore, migliorando l'efficienza e la funzionalità dell’intero sistema.

Un altro esempio significativo è il raddrizzatore controllato, dove i tiristori sono utilizzati per convertire la corrente alternata in corrente continua. Questo è particolarmente utile nelle applicazioni industriali, dove sono richieste tensioni costanti e controllate, come nei processi di elettrolisi e nelle alimentazioni di vari dispositivi elettronici. I tiristori possono essere utilizzati in configurazioni di ponte, consentendo di gestire correnti elevate con una buona efficienza energetica.

Dal punto di vista delle formule, il comportamento del tiristore può essere descritto attraverso vari parametri elettrici. Uno dei più importanti è il valore della corrente di mantenimento, che deve essere superato affinché il tiristore rimanga in conduzione. La corrente di mantenimento, indicata con I_H, è un valore critico, poiché se la corrente scende al di sotto di questo valore, il tiristore si spegne. Inoltre, è utile considerare il termine di angolo di fase, denotato con α, che si riferisce all'angolo di attivazione del tiristore durante il ciclo di corrente alternata. Questo angolo determina il punto in cui il tiristore inizia a condurre corrente. La relazione tra l'angolo di fase e la potenza fornita al carico è essenziale per il controllo della potenza in circuiti dimmer e raddrizzatori.

La storia dello sviluppo del tiristore è affascinante e coinvolge diversi pionieri dell'elettronica. Le origini del tiristore risalgono agli anni '50, quando i ricercatori iniziarono a sperimentare con dispositivi a semiconduttore. Tra i nomi più importanti troviamo quelli di John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley, che hanno gettato le basi per la tecnologia dei semiconduttori. Tuttavia, il tiristore come lo conosciamo oggi è stato sviluppato da un team di ingegneri della General Electric, tra cui il dottor Gordon Hall e il dottor Karl D. H. H. Schreiber, negli anni '60. La loro invenzione ha rivoluzionato il campo dell'elettronica di potenza, aprendo la strada a molteplici applicazioni industriali e commerciali.

L'impatto dei tiristori sulla tecnologia moderna è innegabile. Oltre alla loro applicazione nei circuiti di potenza, i tiristori sono stati incorporati in una varietà di dispositivi elettronici, contribuendo a migliorare l'efficienza energetica e la gestione dell'energia. Negli anni successivi alla loro invenzione, il design e le tecnologie associate ai tiristori sono evoluti, portando allo sviluppo di varianti come i triac, utilizzati per applicazioni a corrente alternata, e i tiristori controllati in modo ottico (optical-controlled SCR).

In sintesi, il tiristore rappresenta un componente fondamentale nell'elettronica di potenza, grazie alla sua capacità di controllare correnti elevate con efficienza e precisione. La sua invenzione ha aperto la strada a innumerevoli applicazioni, rendendolo uno strumento imprescindibile in molti settori dell'industria e della tecnologia moderna. La continua evoluzione e innovazione nel campo dei semiconduttori garantiranno che il tiristore rimanga un elemento chiave nella gestione dell'energia per gli anni a venire.