Thyristor

En tyristor er en elektronisk halvlederkomponent, som ofte bruges i elektronik til at styre og regulere høje strømme og spændinger. Den kan beskrives som en elektronisk kontakt, der leder eller blokerer under bestemte forhold. I effektelektronik er den særligt velegnet til applikationer, hvor høj elektrisk effekt skal skiftes sikkert.

En tyristor består af fire skiftevis doterede lag af silicium (p-n-p-n-struktur). Hvert lag udfører en specifik funktion i strømgennemstrømningen. Strukturen ligner til dels en transistor, og tyristoren kan repræsenteres i et ækvivalent kredsløb som en kombination af en PNP- og en NPN-transistor.

1. Struktur og funktion

De fire halvlederlag danner tre pn-overgange og genererer dermed en kompleks kontroladfærd. Komponenten har tre forbindelser:

• Anode (A)
• Katode (K)
• Port (G)

Gaten, som i sin funktion kan sammenlignes med basen i en transistor, bruges til at tænde tyristoren. Tyristoren forbliver i en blokeret tilstand, så længe der ikke flyder nogen kontrolstrøm gennem gaten. Først når der tilføres en kort puls til gaten, antændes komponenten – strømmen flyder nu gennem tyristoren fra anoden til katoden. Denne tilstand forbliver, selv når gate-pulsen slutter, så længe der flyder en minimumsstrøm, den såkaldte holdestrøm, gennem komponenten.

Tyristoren udviser derfor bistabil adfærd: Den er enten fuldt ledende eller fuldt blokerende. Den kaldes også nogle gange for en siliciumstyret ensretter (SCR), som betyder “siliciumstyret ensretter”. Denne betegnelse understreger det tætte forhold til dioden, men med den forskel, at tyristoren kan styres af en gate-puls.

2. Sammenligning med dioder og transistorer

Sammenlignet med dioden, som altid leder, når den drives i fremadgående retning, er tyristoren en kontrollerbar komponent. Ledningen begynder først efter en bestemt puls ved gaten. I modsætning til transistoren, som fungerer kontinuerligt gennem en basisstrømstyring, opretholder tyristoren sin ledende tilstand uafhængigt – indtil strømmen falder under holdestrømmen eller afbrydes af eksterne foranstaltninger.

Den interne feedback mellem lagene sikrer denne selvbevarende adfærd, som kan illustreres med transistorerne (PNP og NPN), der er vist i det ækvivalente kredsløb.

3. Andre tyristortyper: Triac og meget mere

Ud over den klassiske tyristor findes der andre typer, som er mere velegnede afhængigt af anvendelsen:

• Triac: En komponent, der fungerer og er mærket som to tyristorer, der er koblet i opposition. Den bruges ofte i vekselstrømsapplikationer, f.eks. i lysdæmpere eller motorstyringer.
• Diac: Fungerer som tændingselement for triac’en.
• GTO (Gate Turn-Off Thyristor): Kan også slukkes igen via gaten.
• IGCT (Integrated Gate-Commutated Thyristor): Højtydende tyristor til energitransmission.

4. Anvendelser inden for effektelektronik

Tyristorer bruges på mange områder, hvor der skal skiftes mellem høje spændinger og strømme:

• Kontrol af fasevinkel
• Motorstyring
• Strømomformere og ensrettere
• Kontrol af varme
• Lysdæmpere og kontroller til husholdningsapparater
• Svejseudstyr

Evnen til at skifte høj effekt med lav kontrolindsats gør dem særligt velegnede til industrielle anvendelser og energiforsyning.

5. Fordele og ulemper

Fordele:

• Høj ydeevne med lavt effekttab
• Robust og holdbar
• Enkel aktivering med en kort puls
• Modstandsdygtighed over for høj spænding og strøm

Ulemper:

• Ingen direkte afbrydelse via porten mulig (undtagen for specielle typer)
• Udsat for utilsigtet tænding med stejle spændingsstigninger
• Mindre fleksibel end moderne transistorer

Konklusion

Tyristoren er en central komponent i moderne effektelektronik. Den kombinerer diodernes og transistorernes egenskaber og muliggør pålidelig kobling af store strømme takket være sin særlige struktur, der består af fire halvlederlag. Særlige typer som triac eller GTO udvider dens anvendelsesområde. På trods af nye teknologier er tyristoren stadig en gennemprøvet og alsidig komponent på mange områder.