I diodi SCR

I diodi SCR appartengono alla famiglia dei "tiristori", di cui fanno parte, tra gli altri, anche il TRIAC ed il DIAC. Si tratta di semiconduttori caratterizzati da un funzionamento a commutazione, che vengono spesso usati per il controllo di potenza. Vedremo tuttavia come, sfruttando il suo funzionamento caratteristico, sia possibile utilizzare un scr anche per realizzare un semplice e versatile oscillatore in grado di generare delle oscillazioni a dente di sega.

Un scr ha tre elettrodi (figura 1) denominati anodo (A), catodo (K) e gate (G). Il suo funzionamento può essere simulato facendo riferimento al modello rappresentato a destra nella stessa figura 1: un transistor pnp (Q1) ed un transistor npn (Q2) accoppiati in modo che la base di ciascuno risulti collegata al collettore dell'altro. Nessuno dei due transistor può condurre, non essendoci alcuna corrente che entri nelle rispettive basi; tuttavia, nel momento in cui si applica all'elettrodo gate una tensione superiore a quella di soglia, Q2 passa in conduzione e la corrente ic2 che scorre nel suo collettore porta in conduzione anche Q1. Ma la corrente ic1 proveniente dal collettore di Q1 è sufficiente a mantenere in conduzione Q2, per cui, anche rimuovendo la tensione applicata al gate, i due transistori, ormai innescati, continuano a condurre indefinitamente.

Un scr che sia stato innescato si "spegne" soltanto quando la corrente che lo attraversa dall'anodo al catodo scende al di sotto della IH, ovvero della holding current (corrente di mantenimento), che ha il valore di alcuni mA.

L'oscillatore a dente di sega

Dopo aver velocemente richiamato il funzionamento dell'scr, vediamo come utilizzarlo in funzione di oscillatore.
Il circuito che ho realizzato e sperimentato è illustrato in figura 2: alimentando il circuito, il condensatore C1 inizia a caricarsi attraverso la resistenza R1. La tensione presente su C1 arriva anche al gate dell'SCR, tramite il partitore formato dalla R2 e dalla R3. Quando la tensione sul gate raggiunge un valore sufficiente, il diodo SCR passa in conduzione, provocando la scarica di C1. Contemporaneamente la tensione a valle della R1 scende quasi a zero, spegendo l'SCR.
A questo punto il ciclo ricomincia e si ripete indefinitamente. Il segnale disponibile su C1 è quindi un "dente di sega", il cui tratto verticale di discesa corrisponde alla scarica del condensatore.

Il diodo SCR che ho usato nel mio circuito è un P0102 della ST (figura 3), ma anche altri equivalenti vanno ugualmente bene.
Con alimentazione a 9V, e usando per le resistenze e per C1 i valori indicati nello schema, si ottiene in uscita un segnale di poco superiore a 2 Vpp, con una frequenza di circa 100 Hz.
Chi necessita di valori di frequenza differenti, può cambiare il valore del condensatore C1, attenendosi al grafico di figura 4.


Una caratteristica di questo oscillatore è la dipendenza della frequenza dalla tensione di alimentazione. A seconda degli scopi, questo può essere un fattore negativo o positivo. Il grafico di figura 5 illustra appunto tale comportamento.



In figura 6 è riportata la visualizzazione su oscilloscopio dell'onda prodotta dall'oscillatore: si notano la caratteristica curva di carica del condensatore, seguita dalla rapida discesa a zero del segnale, corrispondente all'istante in cui il diodo scr entra in conduzione.

Il segnale di questo oscillatore, in abbinamento ad un amplificatore operazionale, risulta inoltre particolarmente adatto a realizzare circuiti di regolazione come quello descritto alla pagina Regolazione della velocità con PWM.