Thyristor

En tyristor er en elektronisk halvlederkomponent i elektronik, der ligner en diode eller transistor, og som hovedsageligt bruges i elektronik. Dens hovedopgave er at styre eller skifte elektriske strømme og spændinger. En tyristor kan behandle høj elektrisk effekt og bruges derfor ofte i industrianlæg, kontrolsystemer eller energiforsyningssystemer. I mange applikationer arbejder flere tyristorer sammen om at udføre komplekse kontrolopgaver.

Tyristoren er en styrbar halvleder og er særligt velegnet til højeffektsapplikationer. Den kan skifte mellem to tilstande: en ledende tilstand, hvor der flyder strøm gennem komponenten, og en blokerende tilstand, hvor strømmen er blokeret. Disse egenskaber gør tyristoren særligt velegnet til applikationer, hvor der skal skiftes eller styres høj effekt. I sådanne anvendelser fungerer den ofte som en kraftig elektronisk kontakt.

Opbygning af en tyristor

Tyristoren består af fire skiftevis doterede halvlederlag af silicium. Denne struktur er kendt som en p-n-p-n-lagstruktur. Der skabes tre såkaldte p-n-overgange mellem de enkelte lag eller hvert enkelt lag. Disse overgange bestemmer i høj grad komponentens elektriske opførsel.

En tyristor har tre tilslutninger:

• Anode (A)
• Katode (K)
• Port (G)

Anoden og katoden udgør komponentens hovedstrømvej. Strømmen løber mellem disse to forbindelser, så snart tyristoren tændes. Gaten fungerer som kontrolelektrode. Tyristoren kan aktiveres via denne forbindelse.

Den interne struktur i en tyristor kan også ses som en kombination af to transistorer. I en forenklet fremstilling beskrives strukturen ofte som en kombination af en PNP- og en NPN-transistor. Dette ækvivalente kredsløb hjælper med at forstå komponentens opførsel bedre. I denne fremstilling får gate-forbindelsen en funktion, der svarer til basen i en transistor.

Funktionalitet

I normal tilstand blokerer tyristoren for strømmen mellem anoden og katoden, selv om der tilføres en spænding. Tyristoren aktiveres kun, når der tilføres en kort kontrolstrøm til gaten. Denne kontrolstrøm kaldes ofte en puls. Denne puls får strømmen til at begynde at flyde gennem komponenten.

En særlig egenskab ved tyristoren, også kendt som SCR (Silicon Controlled Rectifier), er dens selvbevarende adfærd. Når komponenten først er blevet ledende, opretholdes denne tilstand, selv om styreimpulsen ved gaten fjernes igen. Tyristoren slukker først igen, når strømmen gennem den falder til under en bestemt værdi. Denne værdi er kendt som holdestrømmen.

Denne adfærd adskiller klart tyristoren fra andre halvlederkomponenter som f.eks. transistorer. Mens en transistor konstant kræver et styresignal, forbliver en tyristor tændt automatisk efter aktivering. Denne opførsel viser, hvorfor tyristorer ofte bruges i effektelektronik.

Sammenligning med andre halvlederkomponenter

Tyristoren har egenskaber, der minder om både en diode og en transistor.

En diode lader kun strømmen løbe i én retning og begynder automatisk at lede, så snart der tilføres tilstrækkelig spænding. Tyristoren kræver derimod et ekstra styresignal ved gaten, før den bliver ledende.

En transistor kan også bruges som en styrbar komponent. Den arbejder dog kontinuerligt med et styresignal. Tyristoren opfører sig derimod mere som en elektronisk kontakt, som forbliver permanent ledende efter aktivering, indtil strømmen afbrydes.

Disse egenskaber gør tyristoren særligt velegnet til højtydende applikationer.

Typer af tyristorer

Ud over den klassiske tyristor findes der flere varianter af denne komponent. De adskiller sig primært i deres virkemåde og deres anvendelsesområder. Mange af disse varianter hører også til gruppen af tyristorer.

En velkendt repræsentant er triac’en. Denne komponent kan lede strøm i begge retninger og bruges ofte i vekselstrømsapplikationer, f.eks. i lysdæmpere eller motorstyringer.

En anden komponent er diac’en, som ofte bruges som tændingselement til triac’er. Diac’en genererer en kort puls, som aktiverer triac’en.

Der findes også særlige varianter som GTO-tyristoren (gate turn-off thyristor). Med denne komponent kan den ledende tilstand også afsluttes aktivt igen via gaten.

En moderne videreudvikling er IGCT (Integrated Gate-Commutated Thyristor). Denne komponent bruges i højtydende applikationer, f.eks. i store energitransmissionssystemer eller industrielle drev, hvor der behandles høj elektrisk effekt.

Anvendelser

Tyristorer findes inden for mange områder af elektroteknik og elektronik. De bruges især hyppigt i effektelektronik, hvor store elektriske effekter skal skiftes eller reguleres. I sådanne anvendelser fungerer tyristorer ofte som elektroniske kontakter.

Typiske anvendelser er

• Strømomformere og ensrettere
• Motorstyring
• Lysdæmper til belysningssystemer
• Kontrol af varme
• Industrielle kontrolsystemer
• Svejseudstyr
• Energitransmissionssystemer

I disse applikationer påtager tyristoren sig opgaven med effektivt at styre og regulere elektrisk energi i elektroniske kredsløb.

Fordele og ulemper

Tyristoren har flere fordele, som gør den attraktiv til mange anvendelser.

Fordele:

• Modstandsdygtighed over for høj spænding og strøm
• Robust design med flere halvlederlag
• Lavt strømtab
• Pålidelig drift med højt elektrisk output

Ulemper:

• Standard tyristorer kan ikke slukkes direkte via gaten
• Følsom over for hurtige spændingsændringer
• Mindre fleksibilitet end moderne effekttransistorer

Konklusion

Tyristoren er en vigtig komponent i moderne effektelektronik og kaldes ofte for en SCR. På grund af sin særlige halvlederstruktur, der består af flere lag, kan den styre og skifte høj elektrisk effekt. Dens selvbevarende adfærd muliggør effektiv styring af strøm og spænding i mange tekniske anvendelser.

Selv om der anvendes moderne halvlederkomponenter som f.eks. effekttransistorer, er tyristorer stadig en gennemprøvet og alsidig elektronisk komponent inden for mange områder.