Ratgeber
Der Begriff Thyristor setzt sich aus den beiden Bezeichnungen Thyratron und Transistor zusammen. Ein Thyristor wird in der Elektrotechnik als steuerbare Diode eingesetzt. Gesteuert wird er über eine Spannung, die an den Gate-Anschluss angelegt werden kann. Mehr dazu finden Sie hier in unserem Ratgeber.
Thyristoren sind im Aufbau mit Dioden vergleichbar und werden in Schaltbildern ähnlich dargestellt. Eine Diode ist ein einfaches Halbleiterbauteil, welches den Strom in eine Flussrichtung sperrt und in eine anderen Richtung ab einer geringen Spannung durchfließen lässt.
An einem Ende befindet sich bei einer Diode die positiv geladene Anode, am anderen Ende die negativ geladene Kathode. Der Strom kann nur von der Anode zur Kathode fließen, in die andere Richtung wird der Strom bis zu einer bestimmten Durchbruchsspannung gesperrt. Diese liegt meist im dreistelligen Voltbereich.
Ein Thyristor fügt diesem Prinzip eine Steuerbarkeit hinzu. Während eine Diode nur zwei Anschlüsse – Anode und Kathode – aufweist, besitzt das Bauelement noch einen dritten Anschluss – sichtbar an den drei Kontakten. Beim dritten Kontakt handelt es sich um den sogenannten Gate-Anschluss. Über diesen wird der Thyristor gesteuert.
Im Grundzustand ist der Thyristor in beide Richtungen gesperrt und es fließt kein Strom. Wird nun eine bestimmte Spannung an den Gate-Anschluss angelegt, wird er in eine Richtung geöffnet. Nun kann wie bei einer Diode der Strom in eine Richtung fließen, während die andere Flussrichtung weiterhin gesperrt bleibt.
Thyristoren ausgelegt für 7.5 Ampere mit Durchführungsloch
Thyristor mit einer Zündpsannung von 2 V und einer Spannung von 1200 V
Solange ein bestimmter Mindeststrom durch den Thyristor fließt, der sogenannte Haltestrom, bleibt der Thyristor leitend, auch wenn keine Spannung mehr am Gate anliegt. Somit reicht ein kurzer Zündimpuls zur Öffnung. Sobald der Haltestrom unterschritten wird oder etwa die Polung des Stroms umgedreht wird, sperrt der Thyristor wieder in beide Richtungen.
Ein Thyristor besteht aus einem Halbleitermaterial wie etwa Silizium. Welches Material genau zum Einsatz kommt, hängt dabei vom Hersteller ab. Er ist in vier Schichten unterteilt, die mit pnpn dotiert sind. Somit entstehen drei pn-Übergänge.
Der Gate-Anschluss ist am dritten Layer angebracht, also an der letzten kathodenseitigen p-Schicht. Liegt zwischen Anode und Kathode eine Spannung an und wird ebenfalls Spannung an den Gate-Anschluss angelegt, schaltet der Thyristor in den niederohmigen Zustand und wird leitfähig.
Besondere Bauformen des Thyristors sind etwa Triacs. Bei einem Triac werden zwei Thyristoren antiparallel geschaltet. Dies bedeutet, dass beiden Bauteile zwar parallel, aber mit jeweils verschiedener Polung eingesetzt werden. So ist es möglich, den Strom in beide Richtungen zu regeln und ermöglicht so etwa die Phasenanschnittssteuerung bei Wechselstrom.
Eine weitere Spezifikation, der GTO-Thyristor, lässt sich mit einem Negativstrom am Gate manuell sperren. Bei einem normalen Thyristor würde dies zu einer Zerstörung des Bauelements führen.
Thyristoren werden als steuerbare Dioden eingesetzt. Für welche Bauart Sie sich entscheiden, hängt von ihrer Schaltung und dem Einsatzgebiet ab, in dem er verwendet werden soll. Um das richtige Bauteil für Ihren Einsatzzweck zu finden, lohnt es sich, auf einige Eckdaten zu achten.
Den technischen Daten, die sie auf jeder Artikelseite bei Conrad finden, können Sie bereits einige wichtige Eckdaten entnehmen. Unter „Dokumente & Downloads“ finden Sie das Datenblatt des Bauteils. Dort sind alle wichtigen Daten und Eigenschaften des Thyristors aufgeführt, sodass Sie anhand dieser den richtigen auswählen können.
Die Zündspannung gibt die Spannung an, die am Gate mindestens anliegen muss, um den Thyristor zu öffnen. Dazu benötigt der Thyristor auch eine kleine Stromstärke, diese ist der Zündstrom.
Ist der Thyristor geöffnet, ist er hinsichtlich der maximalen Stromstärke beschränkt, die er leiten kann. Diese wird im Datenblatt als IT bezeichnet und wird in mehreren Werten ausgedrückt.
Der Peak-Wert gibt den kurzzeitig erlaubten Strom an, wie er etwa bei einer Stromspitze auftreten kann, der Average-Wert den durchschnittlich maximalen Wert. Der RMS-Wert ("Root Mean Square") gibt den maximal möglichen dauerhaften Strom des quadratischen Mittels an. Bei einer Sinus-Wechselspannung liegt dieser bei etwa 70% des Maximalwerts.
Begrenzt wird die Stromstärke, da sich das Bauteil im Betrieb erwärmt und nur bis zu einer bestimmten Temperatur einsatzfähig bleibt. Daher sollte auch die maximale Betriebs- und Umgebungstemperatur nicht überschritten werden.
Die Durchbruchspannung, auch angegeben als UDRM, gibt den Wert an, bei dem der Strom ähnlich wie bei einer Diode trotz gesperrtem Thyristor in Sperrrichtung durchbricht.
Einen Triac können Sie direkt als Bauteil bei Conrad kaufen oder aufbauen, indem sie zwei herkömmliche Thyristoren antiparallel schalten. Möchten Sie einen oder mehrere Thyristoren kaufen, sollten Sie sich ihres Einsatzgebietes bewusst sein. Die Schaltung muss eine ausreichende Zündspannung zur Verfügung stellen und darf gleichzeitig die maximale Stromstärke nicht überschreiten, da ansonsten Überhitzungsgefahr des Bauteils besteht.
Thyristor mit Lötanschluss und Schraubbefestigung für 800 V Spannung
Thyristoren sind Dioden, die sich mittels Steuerstrom aktiv sperren und öffnen lassen. Dadurch ergeben sich neue Möglichkeiten der Stromregelung, besonders bei Anwendung mit Wechselstrom. Sie können auch einen Triac selbst bauen, mit dem sich ein Phasenanschnitt bei Wechselstrom ermöglichen lässt.