Che cos'è un tiratrone?
Un tiratrone è una prima forma di componente elettronico e una variazione sui tubi a vuoto utilizzati per la prima volta nei primi computer. Originariamente concepito nel 1914 e messo in produzione commerciale nel 1928, il tiratrone è ancora in uso. È una forma di interruttore ad alta energia e funge anche da raddrizzatore, in grado di convertire la corrente alternata (CA) in corrente continua (CC). A differenza dei tubi a vuoto standard, un tiratrone è un interruttore riempito di gas, solitamente contenente un gas inerte, come vapore di mercurio, neon o gas xenon.
Il gas in un tiratrone ha ioni positivi che possono trasportare corrente elettrica, il che rende il dispositivo in grado di condurre livelli di corrente molto più elevati rispetto a un tipico tubo a vuoto. Non è raro che uno sia in grado di condurre 10-20 kilovolt (kV) di potenza. Le applicazioni per tali dispositivi includono l'uso in trasmettitori televisivi ad altissima frequenza (UHF), acceleratori di particelle nucleari, sistemi laser ad alta energia e apparecchiature radar.
Esistono anche diverse varianti sul tiratrone. I Kryton, che sono anche una forma di tubo riempito di gas, differiscono impiegando una scarica ad arco di corrente elettrica anziché scarica di gas, e sono stati implementati in trasmettitori radar che sono stati ampiamente utilizzati durante la seconda guerra mondiale. I tiristori sono una versione più moderna e sono un ibrido tra i progetti di tiratron e transistor. Basato sulla tecnologia standard a semiconduttore utilizzata per produrre microprocessori, il tiristore viene impiegato in ambienti a bassa e media potenza per convertire anche AC in DC. Questi dispositivi vengono utilizzati come interruttori per controllare la velocità del motore e le operazioni chimiche, come le variazioni di pressione e temperatura nelle apparecchiature.
Una delle aree in cui il tiratrone sta iniziando a essere gradualmente eliminata è nell'arena della ricerca fisica ad alta energia. La loro sostituzione è il transistor bipolare a gate isolato (IGBT), un altro dispositivo di commutazione a semiconduttore a stato solido come il tiristore. Le prime versioni di IGBT erano lente e soggette a fallimenti quando sono entrate sul mercato negli anni '80, ma gli IGBT hanno raggiunto una terza generazione di perfezionamento del design. Ora hanno frequenze di impulso più elevate per la commutazione e sono più prontamente disponibili rispetto ai tiratroni. Usi per l'IGBT sono stati visti anche in prodotti come auto elettriche e amplificatori audio.
La vita operativa del tiratrone a base di idrogeno è nell'intervallo di 1.200 ore, con altri modelli che durano fino a 20.000 ore, mentre un IGBT durerà per circa 250.000 ore. Anche il consumo di energia è molto più alto con un tiratrone rispetto a un IGBT. A causa delle restrizioni all'importazione e all'esportazione imposte da diverse nazioni e della crescente difficoltà nell'ottenere i tiratroni, il loro costo per unità tende anche ad essere significativamente superiore rispetto all'utilizzo di un IGBT per la stessa applicazione.