Thyristoren

Der Thyristor ist ein Halbleiterbauelement mit einer pnpn Struktur, Bild I. Er vermag bei positiver Spannung zwi schen der auBeren p-Zone (Anode) und der auBeren n-Zone (Kathode) zwei stabile Zustande anzunehmen, einen sperren den und einen leitenden. Seine Strom-Spannungs-Kennlinie, Bild II, weist dementsprechend bei dieser Polaritat einen Sperrbereich und einen DurchlaBbereich auf. Diese Eigen schaft wird zum Schalten von Strom ausgenutzt. Urn den Thyristor vom sperrenden in den leitenden Zustand zu bringen, muB der Strom grundsatzlich tiber einen gewis sen Schwellwert angehoben werden. Das geschieht normaler weise durch einen Strompuls, der tiber den SteueranschluB (Gate) in eine der beiden inneren Zonen eingepragt wird. Eine andere Moglichkeit besteht z.B. darin, die Anoden spannung so weit zu steigern, daB die Kippspannung (U ) BO tiberschritten wird, Bild IIa. Wenn der Thyristor eingeschaltet oder "geztindet" ist, ver halt er sich wie eine Diode, Bild lIb. Er vermag dann in K th d a 0 en IK n IG p 8 Steu er- un (Gate) schl n p Anode! !IA a b Bild I. Thyristor. a) pnpn-Struktur, b) Schaltsymbol 13 Durchlallbereich --------, -j ROckworls- Vorworls- Sperrbereich a b Bild II. Strom-Spannungskennlinie des Thyristors. a) ohne Steuer strom b) mit Steuerstrom IGI . IH Haltestrom, GT IGT Zlindstrom U Kippspannung.

Klappentext

Der Thyristor ist ein Halbleiterbauelement mit einer pnpn­ Struktur, Bild I. Er vermag bei positiver Spannung zwi­ schen der auBeren p-Zone (Anode) und der auBeren n-Zone (Kathode) zwei stabile Zustande anzunehmen, einen sperren­ den und einen leitenden. Seine Strom-Spannungs-Kennlinie, Bild II, weist dementsprechend bei dieser Polaritat einen Sperrbereich und einen DurchlaBbereich auf. Diese Eigen­ schaft wird zum Schalten von Strom ausgenutzt. Urn den Thyristor vom sperrenden in den leitenden Zustand zu bringen, muB der Strom grundsatzlich tiber einen gewis­ sen Schwellwert angehoben werden. Das geschieht normaler­ weise durch einen Strompuls, der tiber den SteueranschluB (Gate) in eine der beiden inneren Zonen eingepragt wird. Eine andere Moglichkeit besteht z.B. darin, die Anoden­ spannung so weit zu steigern, daB die Kippspannung (U ) BO tiberschritten wird, Bild IIa. Wenn der Thyristor eingeschaltet oder "geztindet" ist, ver­ halt er sich wie eine Diode, Bild lIb. Er vermag dann in K th d a 0 en IK n IG p 8 Steu er- un (Gate) schl n p Anode! !IA a b Bild I. Thyristor. a) pnpn-Struktur, b) Schaltsymbol 13 Durchlallbereich --------, -j ROckworls- Vorworls- Sperrbereich a b Bild II. Strom-Spannungskennlinie des Thyristors. a) ohne Steuer strom b) mit Steuerstrom IG>I . IH Haltestrom, GT IGT Zlindstrom U Kippspannung.

Inhalt
1 Funktionsprinzip des Thyristors.- 1.1 Ersatzmodell des Thyristors.- 1.2 Schaltkriterium.- 1.3 Zeitverlauf der Ströme.- 1.4 Übergang vom Sperr- zum Durchlaßzustand.- 1.5 Der stationäre Durchlaßzustand.- 1.6 Statische Strom-Spannungskennlinien.- 1.7 Ausgezeichnete Kennlinienpunkte.- 1.8 Thyristor-Ersatzmodell und Experiment.- 2 Statisches Verhalten des Thyristors bei Vorwärtspolung.- 2.1 Stromloser Zustand.- 2.2 Spannungsaufteilung.- 2.3 Wechselseitige Beeinflussung der pn-Übergänge.- 2.4 Ladungsgleichgewicht.- 2.5 Kennliniengleichung.- 2.6 Ladungsträgermultiplikation.- 2.7 Kennlinienkonstruktion.- 2.8 Kennlinienberechnung.- 3 Theorie der Durchlaßcharakteristik.- 3.1 Allgemeine Vorbemerkungen.- 3.2 pin-Dioden-Modell.- 3.3 Die verschiedenen Bereiche der Durchlaßcharakteristik.- 4 Sperrvermögen.- 4.1 Sperrvermögen in Rückwärtsrichtung.- 4.2 Sperrvermögen in Vorwärtsrichtung.- 4.3 Verbesserung der Vorwärtssperrfähigkeit durch Emitterkurzschlüsse.- 4.4 Einfluß der Halbleiteroberfläche auf die Sperrfähigkeit.- 4.5 Maßnahmen zur Verhinderung des Oberflächendurchbruchs.- 5 Methoden zur Analyse der Schaltvorgänge.- 5.1 Quasistatische Behandlung.- 5.2 Strombilanz bei schnell veränderlichem Strom.- 5.3 Übergangsfunktion.- 5.4 Frequenzgang.- 5.5 Ladungssteuerungsmodell.- 5.6 Ladungssteuerungsmodell im Vergleich mit den beiden vorhergehenden Analysenmethoden.- 5.7 Lösung der zeitabhängigen Strom- und Kontinuitätsgleichung.- 6 Einschaltverhalten.- 6.1 Qualitative Beschreibung.- 6.2 Berechnung des Einschaltvorganges bei schwacher Injektion in den Basiszonen.- 6.3 Berechnung des Einschaltvorganges bei starker Injektion in der n-Basis.- 6.4 Zur Theorie des Einschaltvorganges auf der Basis des Ladungssteuerungsmodells.- 6.5 Auswirkung verschiedener Effekteauf den Einschaltvorgang.- 7 Die Steuerstromzündung großflächiger Thyristoren.- 7.1 Einführung.- 7.2 Primärer Zündbereich.- 7.3 Transiente Ladungsträger- und Potentialverteilung.- 7.4 Ausbreitungsvorgang.- 7.5 Theoretische Modelle der Zündausbreitung.- 7.6 Experimentelle Untersuchung der Zündausbreitung.- 7.7 Auswirkung der Zündausbreitung auf die dynamischen Thyristoreigenschaften.- 7.8 Methoden zur Erhöhung der Einschaltbelastbarkeit.- 8 Das Ausschaltverhalten.- 8.1 Einführung.- 8.2 Trägerspeichereffekt.- 8.3 Kenngrößen.- 8.4 Abrupte Stromkommutierung.- 8.5 Berechnung der Schaltzeiten nach dem Ladungssteuermodell.- 8.6 Zur exakten Berechnung des Ausschaltvorgangs.- 8.7 Ausräumvorgang bei starker Injektion in beiden Basiszonen.- 8.8 Maßnahmen zur Verkürzung der Freiwerdezeit.- 9 Vom Thyristor abgeleitete Bauelemente und spezielle Gate-Konfigurationen.- 9.1 Die bidirektionale Thyristor-Diode (Diac).- 9.2 Gate-Konfigurationen zur Zündung bidirektionaler Thyristoren.- 9.3 Der Bidirektional-Thyristor mit vier Torfunktionen (Triac).- 9.4 Der abschaltbare Thyristor.- 9.5 Der lichtzündbare Thyristor.