Thyristor

Der Thyristor ist ein Bauelement mit Diodencharakteristik und zusätzlicher Blockierung in Durchlassrichtung.
Bauelemente mit dieser Verhaltensweise werden als Stromtore bezeichnet.



Das Schaltsymbol:



Bezeichnungen am Thyristor:

Die äußere p-Schicht wird Anode, die äußere n-Schicht wird Kathode genannt.
Diejenige Polung der Batteriespannung, bei der nur ein pn-Übergang sperrt, wird Vorwärtsrichtung oder Schaltrichtung genannt.
Sind 2 pn-Übergänge in Sperrrichtung, so spricht man von Rückwärtsrichtung.

Der Aufbau eines Thyristors:



Funktionsweise eines Thyristors:

Zunächst mal kannst du hier die Begriffe Halbleiter, Dotierung, Rekombination, Ladungsträgerdiffusion und ladungsträgerverarmte Zone wiederholen.



Sehen wir uns zunächst die obere Abbildung an: Die Anode ist mit dem Pluspol verbunden:
Die 'Löcher' werden vom Pluspol abgestoßen, die Elektronen von ihm angezogen, der linke pn-Übergang füllt sich also mit Ladungsträgern, es findet Ladungsträgerdiffusion und Rekombination statt. Der linke pn-Übergang ist durchlässig.

Dasselbe gilt für den rechten pn-Übergang: Die Elektronen der rechten Schicht werden vom Minuspol abgestoßen, die 'Löcher' der daneben liegenden p-Schicht von ihm angezogen, auch dieser Übergang füllt sich mit Ladungsträgern, die diffundieren.

Dem mittleren Übergang werden also die Ladungsträger "weg gesaugt", er sperrt:



Da nur ein pn-Übergang sperrt, liegt hier Vorwärtsrichtung (Schaltrichtung) vor.

Bevor wir uns überlegen, wie in Vorwärtsrichtung auch noch die innere Sperrschicht abgebaut werden kann, sehen wir uns noch die pn-Übergänge bei Rückwärtsrichtung an:

Die Anode ist nun mit dem Minuspol, die Kathode mit dem Plupol der Batterie verbunden. Der Minuspol saugt in der linken Schicht die Löcher an und stößt in der daneben liegenden Schicht die Elektronen ab. Am linken pn-Übergang ist also eine ladungsträgerverarmte Zone, dieser Übergäng sperrt.
Die Elektromen der rechten n-Schicht werden vom Plupol der Batterie angesaugt, die Löcher der daneben liegenden p-Schicht werden von ihm abgestoßen. Auch am linken pn-Übergang entsteht eine ladungsträgerverarmte Zone und auch dieser Übergang sperrt.
Zum mittleren Übergang werden die Ladungsträger "hin gestoßen", dort kann Ladungsträgerdiffusion stattfinden, er ist durchlässig:





Fassen wir zusammen: Wie auch immer die angelegte Spannung gepolt ist, der Thyristor sperrt.





Zurück zur Vorwärtsrichtung:

Liegt Spannung in Vorwärtsrichtung an, dann soll auch noch die innere Sperrschicht abgebaut werden. Dies geschieht nun durch das Einbringen beweglicher Ladungsträger in die innere p-Schicht über die sogenannte Steuerelektrode (Gate): Wir erweitern unsere Schaltung in Vorwärtsrichtung.



Auch bei voll zugeschaltetem Potentiometer fließt bereits ein kleiner Steuerstrom und die Lampe beginnt zu leuchten: Die rechte p-Schicht wird durch die Verbindung mit dem (neuen) Pluspol so mit Ladungsträgern 'überflutet', dass die mittlere Sperrschicht überwunden wird. Der Thyristor hat gezündet.



Da eine neu zugeschaltete Spannungsquelle doch etwas lästig ist, überlegen wir, wie es möglich ist, den erforderlichen Steuerstrom der Schaltung selbst zu entnehmen: Die positive Spannung, an der die Anode bei Vorwärtsrichtung liegt, wird über einen Vorwiderstand an den Steueranschluss des Thyristors gelegt, um diesem den erforderlichen Zündstrom zu liefern. Sobald der Thyristor dann gezündet hat, bricht an ihm die Spannung zusammen - abgesehen natürlich vom Spannungsabfall an seinem Durchlasswiderstand.
Wir erhalten also die ff. Schaltung:



Durch kurzes Drücken des Tasters fließt Steuerstrom und die innere Sperrschicht wird abgebaut. Der durch die Lampe fließende Laststrom (Vorwärtsstrom) fließt weiter. Der Thyristor wurde also durch einen Stomimpuls gezündet.


Und wie schaltet man das Ganze wieder ab? Ganz einfach: Wir verbinden die Anode kurzzeitig mit dem Minuspol (Thyristor in Rückwärtsrichtung), es bilden sich dann 2 Sperrschichten aus und der Thyristor sperrt.