Caratteristiche e differenza tra diodo e tiristore in elettronica

In elettronica, una delle differenze cruciali tra diodo e tiristore è che un diodo è un dispositivo a due terminali utilizzato per applicazioni di rettifica e commutazione. Al contrario di un tiristore c’è un dispositivo a tre terminali utilizzato per scopi di commutazione. Questo genera la principale differenza nel loro funzionamento.

Sappiamo che sia il diodo che il tiristore sono dispositivi semiconduttori formati dalla combinazione di materiale semiconduttore di tipo p e n. Tuttavia, esistono vari fattori che differenziano i due.

Definizione di Diodo

Un diodo è un dispositivo a due terminali formato dalla combinazione di un materiale semiconduttore di tipo ap e n che consente la conduzione solo in un’unica direzione. In pratica si dice che il diodo consente la conduzione solo quando polarizzato in avanti e limita il flusso di corrente in condizione di polarizzazione inversa.

Inizialmente, quando non viene fornito alcun potenziale esterno, anche i vettori maggioritari di entrambe le regioni vanno alla deriva attraverso la giunzione per combinarsi. Dopo un certo periodo di tempo, gli ioni immobili si depositano su entrambi i lati della giunzione, producendo così una regione di svuotamento.

Una volta che lo strato di esaurimento viene generato, un ulteriore movimento dei portatori di carica avrà luogo solo quando verrà fornita una polarizzazione esterna. Quindi, quando viene fornita la polarizzazione diretta, i fori e gli elettroni rispettivamente dal lato p e n vengono respinti dal terminale positivo e negativo della batteria. Ciò riduce la larghezza della regione di svuotamento e i portatori si spostano attraverso la giunzione per l’azione del potenziale esterno.

Questo movimento di portatori genera corrente elettrica attraverso il dispositivo e la direzione del flusso di corrente sarà opposta alla direzione del flusso di elettroni.

Qui possiamo vedere chiaramente che la regione p è collegata al negativo e la regione n è collegata al polo positivo della batteria.

Quindi, ora la maggior parte dei portatori di carica di entrambe le regioni sperimenta la forza attrattiva dal terminale della batteria. Ciò porta all’allargamento della regione di svuotamento e quindi aumenta il potenziale di barriera. E quindi, questo non causerà ulteriore flusso di corrente attraverso il dispositivo.

Definizione di tiristore

Il tiristore è un dispositivo a 4 strati formato da  una combinazione alternativa di materiali semiconduttori di tipo p e n. È un dispositivo utilizzato per scopi di rettifica e commutazione. SCR è il membro più utilizzato della famiglia dei tiristori ed è il nome comunemente usato quando si parla di tiristori. L’SCR consente anche il flusso di corrente in una direzione e la sua azione è controllata da un impulso di trigger esterno applicato al suo terminale di gate.

Fondamentalmente SCR è un dispositivo a 4 strati nella configurazione PNPN. Questa configurazione genera 3 giunzioni nella struttura di SCR. Cerchiamo ora di capire in breve come funziona sostanzialmente un SCR:

Come abbiamo già discusso, il funzionamento di un tiristore dipende principalmente dal potenziale esterno applicato al terminale di gate. Quindi, cerchiamo di capire il caso in cui non viene fornito alcun potenziale esterno al terminale di gate ma viene applicata una tensione diretta tra anodo e catodo.

Quindi viene applicata una tensione diretta tra anodo e catodo che fa sì che la giunzione J ₁ e J ₃ sia polarizzata in avanti. Ma poiché allo stesso tempo la giunzione J ₂ sarà polarizzata inversamente. Ciò porterà alla generazione della regione di svuotamento intorno a J ₂. Quindi nessuna corrente diretta scorrerà attraverso il dispositivo e solo una corrente di dispersione trascurabile scorrerà attraverso di esso. Si dice che questo stato sia praticamente fuori dallo stato del tiristore (SCR).

Supponiamo ora che non venga applicato alcun potenziale di gate esterno ma sia applicato un potenziale inverso tra anodo e catodo. Questa disposizione di polarizzazione polarizza inversamente la giunzione J ₁ e J ₃ ma polarizza in avanti la giunzione J ₂. Tuttavia solo la corrente di dispersione scorrerà attraverso il dispositivo.

Quindi possiamo dire che senza alcun potenziale di gate, SCR non condurrà né in condizioni di polarizzazione diretta né inversa. Consideriamo ora il caso in cui il terminale di gate viene attivato con un potenziale diretto. Anche una tensione diretta è fornita tra catodo e anodo.

Quindi in questo caso, gli elettroni presenti nella regione n subiscono repulsione dal polo negativo della batteria. Questo movimento genera corrente di gate attraverso il dispositivo. Anche i fori nella regione p vengono respinti dal polo positivo della batteria e vanno alla deriva attraverso la giunzione J ₂ dando così origine a corrente anodica.

Questa azione rigenerativa consente all’SCR di condurre pesantemente. Tuttavia, è degno di nota qui che una volta che l’SCR inizia a condurre, il potenziale di gate non gioca più alcun ruolo nella conduzione. E il dispositivo continua ad essere nello stato ON.

Differenze chiave tra diodo e tiristore

1. Un diodo è un dispositivo a due strati avente una regione ap e una n. Mentre un tiristore è un dispositivo semiconduttore a quattro strati formato da una disposizione alternata di materiale di tipo p e n.
2. A causa dei 2 strati nel diodo, esiste un’unica giunzione in caso di diodo. Considerando che a causa di 4 strati, il tiristore ha 3 giunzioni.
3. Un diodo è un dispositivo a 2 terminali vale a dire anodo e catodo. Ma un tiristore è un dispositivo a 3 terminali, dei 3 terminali, 2 sono anodo e catodo mentre l’altro è un gate che viene utilizzato per fornire un trigger esterno al circuito.
4. La capacità di gestione della potenza dei tiristori è relativamente migliore dei diodi.
5. I diodi mostrano una bassa tensione operativa di circa 5000 V. Mentre, la tensione operativa è di circa 7000 V nel caso dei tiristori, che è relativamente superiore ai diodi.
6. Il diodo è un tale dispositivo che non richiede un impulso di attivazione esterno per avviare la conduzione. Mentre il tiristore necessita di un impulso di attivazione esterno per il funzionamento del circuito.
7. I diodi sono meno costosi  rispetto ai tiristori.
8. I tiristori sono relativamente più voluminosi dei diodi.

Conclusioni

Quindi, dalla discussione precedente possiamo dire che sebbene sia il diodo che il tiristore siano dispositivi a semiconduttore. Ma il funzionamento dei due è abbastanza diverso, quindi trovano applicazioni in campi diversi.

Anche i diodi sono ampiamente utilizzati nei circuiti di rettifica, clipper e clamper, porte logiche e nei circuiti moltiplicatori di tensione. Mentre i tiristori sono ampiamente utilizzati nei motori ad alta potenza, negli inverter, nei circuiti di rettifica controllata, nei circuiti di protezione da sovratensione e temporizzazione.