Ein Thyristor ist ein Halbleiterbauelement mit zwei stabilen Zuständen und drei (oder mehr) wechselwirkenden Gleichrichterübergängen. Von der Funktionalität her wird der Thyristor als elektronischer, nicht voll steuerbarer Schlüssel bezeichnet. Wie funktioniert dieses Gerät und wie ist es?
Thyristor-Klassifizierung
Ein typischer Thyristor hat drei Zuleitungen in Form einer Anode, einer Kathode und einer Gate-Elektrode, wobei die Anode ein Kontakt mit der äußeren p-Schicht und die Kathode ein Kontakt mit der äußeren n-Schicht ist. Die Klassifizierung von Thyristoren erfolgt in Abhängigkeit von der Anzahl der verfügbaren Zuleitungen: Beispielsweise wird ein Gerät mit zwei Zuleitungen (Anode und Kathode) als Dinistor bezeichnet, und ein Gerät mit drei oder vier Zuleitungen als Triode oder Tetrodentinistor. Als eines der interessantesten Geräte gilt ein Triac (symmetrischer Tinistor), der sich bei jeder Spannungspolarität einschaltet.
Es gibt Tinistoren mit noch mehr Halbleiter-Wechselbereichen.
Typischerweise wird diese Vorrichtung durch zwei miteinander verbundene Transistoren dargestellt, die in einem aktiven Modus arbeiten. Die äußersten Bereiche des Thyristors werden als Emitter bezeichnet, während sein mittlerer Übergang als Kollektor bezeichnet wird. Der Thyristor wird durch Anlegen eines Impulses an die Steuerschaltung positiver Polarität (relativ zur Kathode) eingeschaltet. Die Dauer der Einschwingvorgänge hängt in diesem Fall von der Art und dem Strom der Last, der Amplitude, der angelegten Spannung, der Stromanstiegsgeschwindigkeit usw. ab. Zur visuellen Erklärung der Funktionsweise eines Thyristors werden normalerweise die Strom-Spannungs-Kennlinien des Geräts verwendet.
Thyristorbetrieb
An die Anode des Geräts wird eine kleine positive Spannung angelegt. In diesem Fall wird der Kollektorübergang in entgegengesetzter Richtung und die Emitterübergänge in Durchlassrichtung eingeschaltet. Bei der Strom-Spannungs-Kennlinie ist der Abschnitt von Null bis Eins ungefähr gleich dem Rückwärtszweig der Strom-Spannungs-Kennlinie der Diode (dem geschlossenen Zustand des Geräts). Mit steigender Anodenspannung beginnt die Injektion basischer Ladungsträger, wodurch sich Löcher und Elektronen ansammeln, was der Potentialdifferenz am zentralen Übergang entspricht.
Nach Erhöhung des Stroms mit dem Thyristor sinkt die am Kollektorübergang anliegende Spannung.
Bei einem Spannungsabfall auf einen bestimmten Wert geht der Thyristor in einen Zustand über, der als negativer Differenzwiderstand bezeichnet wird. Dann werden alle Übergänge des Thyristors in Durchlassrichtung verschoben, wodurch dieser geöffnet wird. Das Gerät befindet sich darin, bis die Kollektorverbindung in die gleiche Richtung verschoben wird. Die Verpolung des Thyristors ergibt die gleiche Strom-Spannungs-Kennlinie wie zwei in Reihe geschaltete Dioden. In diesem Fall wird die Sperrspannung durch die Durchbruchspannung begrenzt.
