Techniklexikon

Thyristor

Elektrisch steuerbarer Silicium-Gleichrichter (Gleichrichter, Silicium), bei dem der Stromdurchgang durch einen Steuerimpuls (bei positiver Anode) (Elektrode) freigegeben wird. Nach dieser »Zündung« läßt sich der Stromfluß zwischen Anode und Kathode nicht mehr durch die dritte Elektrode (Tor/Gate) beeinflussen. DerT. sperrt erst wieder, wenn der Anodenstrom unter einen bestimmten Wert absinkt, praktisch unterbrochen wird. EinT dient zur kontaktlosen und schnellen Schaltung bei hohen Stromstärken, z. B. in Elektrolokomotiven. In der Elektronik: SCR. Engl. Abk. für Silicon controlled recti-fier, steuerbarer Siliciumgleichrichter. Mehr Schichtbauelement, das durch ein an einer Steuerelektrode anliegendes Potential für eine Stromflußrichtung vom nichtleitenden in den leitenden Zustand geschaltet werden kann. .T. sind aus vier Gebieten wechselnden Leitfähigkeitstyps aufgebaut, so daß sie drei pn-Übergänge haben. Der Anschluß am äußeren p-Gebiet wird als Anode, der am äußeren n-Gebiet als Katode bezeichnet. Der dritte Anschluß, die Steuerelektrode, ist mit dem zweiten p-Gebiet verbunden. Die prinzipielle Funktionsweise kann man erkennen, wenn man sich den T. aus zwei Bipolartransistoren (Transistor, bipolarer) zusammengesetzt vorstellt. Bei positiver AnodenKatoden-Spannung und gegenüber der Katode positiver Steuerelektrode arbeitet der pn-Übergang 1 in Durchlaßrichtung. Durch die Ladungsträgerinjektion verliert der pn-Übergang 2 ebenfalls seine Spemvirkung, so daß durch die positive Anodenspannung der T. leitend wird (Zündung des T). Dieser Zustand ist selbsterhaltend; zur Zündung des T. ist somit nur ein entsprechend positiver Impuls an der Steuerelektrode notwendig. Zum Abschalten des T. (Löschen) ist eine Senkung des Stromflusses auf Werte unterhalb des Haltestroms (z. B. durch kurzzeitiges Abschalten der Betriebsspannung bei Gleichspannungsbetrieb oder durch den Nulldurchgang bei Wechselspannungsbetrieb) notwendig. Bei speziellen T. kann die Löschung auch durch einen negativen Impuls an der Steuerelektrode erfolgen { GTO-Thyristor). Bei negativer AnodenKatoden-Spannung fließt nur ein geringer Sperrstrom. Deshalb wird der T. auch rückwärtssperrender T. genannt, in Abgrenzung zum Triac, der eine entsprechende symmetrische Kennlinie hat. T. können prinzipiell auch durch Überschreiten der Kippspannung gezündet werden, dies ist aber nicht der normale Arbeitsmodus (Diac). T. werden als gesteuerter Gleichrichter zur Erzeugung regelbarer Gleichspannungen oder zur Leistungssteuerung bei Wechselstrombetrieb (durch Phasenverschiebung des Zündimpulses gegenüber dem Beginn der positiven Halbwelle) eingesetzt. T. werden für Ströme bis über 1000 A und für Spannungen bis zu einigen Kilovolt bei Frequenzen bis über 20 kHz hergestellt, so daß sie eine sehr breite Anwendung, vor allem in der Leistungselektronik, gefunden haben. Ein spezieller T., bei dem die Zündung durch einen Lichtimpuls erfolgt, ist der Fotothyristor. Im Modellbau: Diode Elektronik, Halbleiterphysik, SCR, Silicon-Controlled Rectifier, ein Leistungsschalter für hohe Ströme (kA-Bereich) und hohe Spannungen (10 kV-Bereich) auf Siliciumbasis mit der Schichtenfolge n-p-n-p und den drei Anschlüssen Anode, Kathode und Gate. Bei negativer Anode und positiver Kathode sperren die beiden äusseren p-n-Übergänge, bei umgekehrter Polung sperrt der mittlere p-n-Übergang. Wird bei dieser Polung am Gate eine positive Spannung angelegt, so setzt eine lawinenartige Ladungsträgervermehrung ein, der Thyristor »zündet«. Die Anoden-Kathoden-Spannung fällt auf einen sehr niedrigen Wert. Der Strom steigt sehr schnell auf den durch die äussere Beschaltung begrenzten Wert an. Die Gate-Spannung ist im gezündeten Zustand nicht mehr erforderlich, so dass ein Zündimpuls am Gate ausreicht. Der gezündete Zustand kann nur durch eine Stromunterbrechung oder Umpolen der Anoden-Kathoden-Spannung erfolgen. Der Zündvorgang benötigt einige Zeit, die sog. Durchschaltzeit, von typisch 10 ms bis 1 ms, je nach Leistung des Thyristors. Nach dem Abschalten muss zum Ausräumen des mittleren p-n-Überganges die Freiwerdezeit (typisch 10 ms bis einige ms) abgewartet werden, bevor wieder eine positive Anoden-Spannung angelegt werden kann.

Thyristor 1: Kennlinie.

Thyristor 2: a)Aufbau; b) Schaltsymbol.