Thyristoren

Ein Thyristor ist im Prinzip, wie das Schaltzeichen bereits andeutet, eine steuerbare Diode. Im Grundzustand sperrt ein Thyristor in beide Richtungen; er lässt sich allerdings in Vorwärtsrichtung durch einen kleinen Stromimpuls über den Steueranschluss (“Gate”) in den leitenden Zustand versetzen; man spricht auch vom “Zünden” des Thyristors. In Sperr-Richtung verhält sich ein Thyristor wie eine gewöhnliche Diode.

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Schaltzeichen eines Thyristors.

Die drei Anschlüsse eines Thyristors werden als Kathode, Anode und Gate bezeichnet. Die ersten beiden Anschluss-Bezeichnungen stimmen mit denen einer Diode überein, der Gate-Anschluss dient zum Ansteuern des Thrysistors.

Anders als ein Transistor gibt es bei einem Thyristor nur zwei Zustände: Leitend oder nicht leitend; Zwischenzustände der Art “ein bisschen leitend” existieren hingegen nicht. Ein weiterer Unterschied zu einem Transistor besteht darin, dass ein Thyristor auch dann leitend bleibt, wenn der Stromimpuls am Gate wieder vorbei ist – zumindest, solange zwischen den anderen Anschlüssen des Thyristors eine Gleichspannung anliegt.

Eine Folge davon ist allerdings, dass ein Thyristor nicht so einfach wieder abgeschaltet werden kann. Um dies zu erreichen, muss die Stromstärke, die von der Anode zur Kathode des Thyristors fließt, eine so genannte “Haltestromstärke” unterschreiten:

  • Liegt eine Wechselspannung zwischen der Kathode und der Anode des Thyristors an, so geschieht dies automatisch bei jedem Nulldurchgang der Wechselspannung.
  • Liegt eine Gleichspannung zwischen der Kathode und der Anode des Thyristors an, so muss “von außen” dafür gesorgt werden, dass die durch den Thyristor fließende Stromstärke kurzzeitig die Haltestromstärke unterschreitet.

Triacs

Ein Triac ist im Wesentlichen ein Wechselspannungsschalter: Er wird zum Ein-/Ausschalten sowie zur Leistungsregelung von Wechselstrom-Verbrauchern genutzt.

Am Schaltzeichen eines Triacs kann man bereits erkennen, dass er einem Thyristor recht ähnlich ist. Es handelt sich bei einem Triac tatsächlich um zwei antiparallel zueinander geschaltete Thyristoren, die in ein gemeinsames Gehäuse verbaut wurden. Es gibt allerdings nur einen Steueranschluß (“Gate”).

Die beiden anderen Anschlüsse eines Triacs werden üblicherweise als Anode-1 und Anode-2 bezeichnet. An letztere wird in der Regel der Lastwiderstand angeschlossen; zudem ist die Anode-2 meistens auch unmittelbar mit dem Kühlkörper des Bauteilgehäuses verbunden. Das ist wichtig zu wissen, denn wenn der Kühlkörper in Kontakt mit dem Gerätegehäuse steht, ist eine isolierte Montage dringend erforderlich, um zu verhindern, dass das Gehäuse unter Spannung steht.

Worin besteht der Nutzen eines Triacs? Da es sich bei diesem Bauteil um zwei antiparallel geschaltete Thyristoren handelt, lassen sich beide Halbwellen der Wechselspannung ausnutzen: Der Triac leitet den Strom in beiden Richtungen.

Mit einem Triac kann man auch die Leistung, die ein Verbraucher bekommen soll, steuern. Das geschieht, indem man den Triac nicht im Nulldurchgang der Wechselspannung anschaltet, sondern erst etwas später während einer Halbwelle. Je später dieses geschieht, desto weniger Leistung steht dem Verbraucher zur Verfügung. Dieses Steuern des Triacs nennt man auch Phasenanschnittssteuerung.

Das gleiche Prinzip funktioniert zwar auch mit einem Thyristor, ist aber mit einem Triac besonders interessant, weil man hier den vollen Leistungsumfang (beide Halbwellen) steuern kann. Ein Nachteil bei der Phasenanschnittssteuerung liegt allerdings darin, dass das ständige Ein-/Ausschalten verursacht beträchtliche Funkstörungen erzeugt, weshalb man unbedingt für geeignete Entstör-Maßnahmen sorgen muss.

Diacs

Ein Diac ist vereinfacht ein Triac ohne Gate-Anschluss. Es können also keine Zündimpulse in das Bauelement eingekoppelt werden, und es fließt nur ein geringer Sperrstrom. Ab einer bestimmten Spannung reicht der Sperrstrom aus, das “Relais” im Ersatzbild anziehen zu lassen, und der Diac schaltet durch. Die Bezeichnung entsteht durch die Kombination der Worte “Diode” und “alternating current” (Wechselstrom).

Diac werden vorwiegend in Triggerschaltungen verwendet; daher auch die Bezeichnung “Trigger-Diode”. Triggerschaltungen sind Impulsauslöser, bei denen die Auslösung vom Erreichen einer Mindestspannung abhängt. So werden Diac auch genutzt, im Stromimpulse zum Zünden von Triac zu erzeugen:

Nach jedem Nulldurchgang lädt sich der Kondensator zunächst im Verlauf der Netzspannungs-Halbwelle auf. Sobald die erforderliche Diac-Durchbruchspannung erreicht ist, wird der Diac schlagartig niederohmig und der Kondensator gibt seine Ladung mit einem Stromimpuls an das Gate des Triac ab. Der Triac zündet und bleibt bis zum nächsten Nulldurchgang leitend. In der darauf folgenden entgegengesetzten Netzspannungs-Halbwelle wiederholt sich dieser Vorgang.

Durch Verstellung des Widerstandswertes R lässt sich der Zeitpunkt, wann der Kondensator die Gate-Zündspannung erreicht, variieren. Diese Schaltung ist schon die Basisschaltung eines einfachen Phasenanschnitt-Dimmers.