Thyristor

Anodenseitig n-gesteuert

 Katodenseitig p-gesteuert

Der Thyristor ist ein Einkristall-Halbleiter mit vier oder mehr Halbleiterschichten wechselnder Dotierung. Er ist ein Schalter und hat einen hochohmigen und einen niederohmigen Zustand. Für das Umschalten von einem Zustand in den anderen ist ein Steueranschluß vorhanden.
Der Thyristor(Thyristortriode) hat neben dem Steueranschluß(G) auch eine Anode und eine Kathode.

Anwendung finden sie in der Leistungselektronik für Drehzahl- und Frequenzsteuerung, Gleichrichtung und als Schalter.

Der Name "Thyristor" ist ein Kunstwort aus Thyratron und Transistor. Die Vorgänger der Thyristoren waren die Thyratrons. Das sind Quecksilberröhren, mit einer Zündelektrode. Bei einer Quecksilberröhe ist das Zünden schön zu sehen, wenn sie beim Einsetzen des Stromes hell aufleuchtet. Daher stammt auch der Ausdruck "ein Thyristor zündet". 

Ein Thyristor besteht aus vier Halbleiterschichten p-n-p-n. Die beiden äußeren Schichten bilden die Anschlüsse für den Hauptstromkreis und werden wie bei einer Diode mit A(=Anode) für die p-Schicht und K(=Kathode) für die n-Schicht bezeichnet. Die Steuerelektrode ist an eine der beiden mittleren Schichten angeschlossen. Je nachdem, ob die n oder p Schicht dazu verwendet wird, spricht man von einem Anoden-Gate-Thyristor bzw. von einem  Kathoden-Gate-Thyristor. Den Namen gibt jene Hauptelektrode, die näher am Gate ist als die andere. Der gebräuchlichere Typ ist der Kathoden-Gate-Thyristor. Bei diesem ist die Steuerelektrode an die p-Schicht angeschlossen.

Die Funktion eines Thyristors geht aus der Ersatzschaltung hervor. Die 4 Halbleiterschichten kann man sich als eine Zusammenschaltung aus einem pnp und einem npn Transistor vorstellen.  Aus dem Ersatzschaltbild wird die Funktion ersichtlich. Die Beschreibung soll hier nur für den Kathoden-Gate-Thyristor gegeben werden. Der Gate-Anschluss ist in diesem Fall Gk.
Nach dem Anlegen der Spannung an die Hauptelektroden (A=positiv, K=negativ) passiert zunächst nichts. Beide Transistoren sind gesperrt, es kann kein Strom fließen. Wird jetzt die Spannung am Gate gegenüber der Kathode in positiver Richtung erhöht, so beginnt in T2 ein Basisstrom zu fließen. Dadurch wird die Kollektor-Emitterstrecke von T2 leitend, was wiederum einen Basisstrom für T1 bedeutet. Wenn T1 leitend wird, verstärkt das wiederum zusätzlich den Basisstrom von T2. Ab einem gewissen Strom wird der Thyristor durch die gegenseitige Verstärkung der Basisströme schlagartig leitend. Man sagt der Thyristor zündet. Ist der Thyristor einmal gezündet, so wird er durch den fließenden Laststrom im leitenden Zustand gehalten. Es ist keine weitere Steuerung über das Gate mehr möglich. Der Thyristor kann nur gelöscht werden, indem der Laststrom kurz unterbrochen wird. Dann ist wieder der Ausgangszustand erreicht und der Thyristor sperrt.

Aus der Funktionsweise des Thyristors wird klar, warum er nur sehr schlecht in Gleichstromschaltungen einzusetzen ist. Ist er einmal gezündet, kann er nicht mehr abgeschaltet werden. Für Gleichstrom gibt es Spezialschaltungen mit Umschwingkreis, wodurch eine Löschung über einen Hilfsthyristor möglich wird. 
Wird er allerdings in einem Wechselstromkreis eingesetzt, so löscht er im Nulldurchgang des Stromes automatisch ohne, dass eine zusätzliche Beschaltung nötig wäre. In der nächsten Halbwelle kann er dann zu einem beliebigen Zeitpunkt gezündet werden und ist dann wieder bis zum Nulldurchgang leitend.

Einsatz: Gleichrichter und Kontaktloser Schalter in Welchselstromkreisen.