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Schaltzeichen von Thyristor (oben), Triac (mitte) und Diac (unten)
  • Thyristoren (auch rückwärtssperrende Thyristortrioden genannt) sind nichtlineare elektronische Halbleiterbauelemente, die praktisch als steuerbare Dioden eingesetzt werden. Sie stellen das Grundelement für die beiden Folgenden dar.
  • Triacs sind elektronisches Bauteile mit einer Halbleiterschichtstruktur, die eine Antiparallelschaltung zweier Thyristoren darstellt. Das ermöglicht es, in beide Richtungen Strom zu führen.
  • Diacs sind nichtlineare elektronische Bauteile mit zwei Anschlüssen und werden auch Zweirichtungs-Diode genannt. Ein Diac wird erst leitend, wenn die Spannung an den Anschlüssen die Durchbruchspannung übersteigt.

Die drei hier aufgeführten sowie weitere aus dem Thyristor abgeleiteten Bauelemente (Thyristordiode, Thyristortetrode sowie GTO-Thyristor) werden hauptsächlich im Bereich der Leistungselektronik, in der analogen Signalverarbeitung sowie an Hoch- und Wechselspannungen verwendet. Eine sinnvolle Verwendung in der Digitaltechnik ist dem Autor dieses Artikels nicht bekannt.


Thyristor

Aufbau und Funktion

Thyristoren sind aus vier oder mehr Halbleiterschichten wechselnder Dotierung aufgebaut. Wie bei einer Diode besitzt ein Thyristor Anode und Kathode, im Gegensatz zur Diode kommt aber noch ein Gate-Anschluss hinzu.

Im Grundzustand ist ein Thyristor in beiden Richtungen sperrend. In Durchlaßrichtung sperrt er bis zur Zündspannung (unzulässige oder unerwünschte Überkopfzündung). Durch einen positiven Stromimpuls am Gate kann er jedoch vorzeitig und gesteuert in den leitenden Zustand geschaltet, gezündet werden. In den Sperrzustand versetzt, gelöscht wird ein Thyristor durch Unterschreiten des Haltestroms, üblicherweise durch Abschalten oder Umpolen der Spannung im Laststromkreis.
In Sperrrichtung sperrt ein Thyristor den Strom wie eine normale Diode.


Verwendung

Einfache Crowbar-Schaltung

Thyristoren für kleine Leistungen werden wie Triacs in Haushaltsgeräten zu Drehzahlregelung von Universalmotoren (Staubsauger, Mixer, Handbohrmaschine) eingesetzt.

In Verbindung mit einer Zener-Diode findet der Thyristor seine Anwendung als Sicherheitselement in Netzteilen. Im Normalbetrieb sperren Zener-Diode und Thyristor. Wird die Zener-Spannung der Diode überschritten, wird der Thyristor leitend und verursacht einen gewollten Kurzschluß, der die Schmelzsicherung des Netzteils auslöst. Eine schöne Beschreibung dieser Crowbar (engl. für Brechstange) genannten Schaltung in einer einfachen sowie einer komplexen Ausführung findet man hier.

Früher wurden Tyristoren auch in Schaltnetzteilen und Röhrenfernsehern für die Horizontalablenkung eingesetzt. Heute werden sie da aber fast vollständig durch MOSFETs, Transistoren oder IGBTs ersetzt.

In Bereichen höherer Leistung (ab 2 kW bis in den MW-Bereich) werden Thyristoren auch heute noch in zahlreichen industriellen Anwendungen als Schalter, Gleichrichter oder Drehzahlregler eingesetzt.


Triac

Aufbau und Funktion

Triacs sind Mehrschicht-Halbleiter mit fünf unterschiedlich dotierten Schichten, ihr Aufbau entspricht einer Antiparallelschaltung zweier Thyristoren. Ein Triac hat eine Steuerelektrode G (engl. gate) und zwei Anoden A1 und A2. Damit für die beiden Thyristoren ein Steueranschluss ausreicht, sind zwei Zündstrecken eingebaut, damit mit positivem und negativem Steuerimpuls geschaltet werden kann.

Der Vergleich mit zwei antiparallelen Thyristoren stimmt jedoch nicht ganz: Der interne Aufbau ist unsymmetrisch, daher bezieht sich die Steuerspannung immer auf A1. Es ist nicht möglich, einen Triac zu zünden, indem man an das Gate dieselbe Spannung anlegt wie an A1.

Tricas eignen sich fast ausschließlich für Wechselstrom, denn zum Ausschalten ist man darauf angewiesen, dass der Strom unter den Haltestrom sinkt, z.B. durch den Nulldurchgang der Wechselspannung. Das Ausschalten geschieht immer bei einem eher kleinen Strom, so dass auch induktive Lasten keine größeren Probleme machen.

Verwendung

Verwendung finden Triacs vor allem im Bereich der Phasenanschnittsteuerungen im Wechselspannungsbereich. Zu nennen sind hier die Helligkeitsregulierung von Glühlampen (Dimmer), Lichtorgeln oder die Drehzahleinstellung von kleinen Motoren, z.B. in Bohrmaschinen. Halbleiterrelais haben intern meistens einem Triac als Schaltelement.

Opto-Triacs

Opto- oder Foto-Triacs bestehen aus zwei antiparallelen Foto-Thyristoren. Eine Leuchtdiode wird verwendet, um die Übergänge leitend zu machen. Dies ermöglicht eine Trennung zwischen Steuer- und Arbeitstromkreis, wodurch Hochspannungslasten wie z.B. die Glühlampen einer Lichtorgel ohne Gefahr mit der Niederspannung der Ansteuerungselektronik gesteuert werden können.


Diac

Aufbau und Funktion

Diacs sind Mehrschicht-Halbleiter mit drei, vier oder fünf unterschiedlich dotierten Schichten. Vom Aufbau her entsprechen sie einer Antiparallelschaltung zweier Thyristoren (ähnlich einem Triac); im Gegensatz zu diesem fehlt jedoch der Steueranschluß. Beiden Anschlüsse bezeichnet man als Anoden (A1 und A2), da keine Polarität angegeben werden kann.

Ein Diac kann auch Wechselspannungen schalten. Sobald die Spannung an A1 und A2 eine bestimmte Schwellenspannung (z.B. 30 V) übersteigt, wird der Diac leitfähig; er schaltet durch. Diese Art der Durchschaltung nennt man Überkopfzündung.

Erst wenn der durch den Diac fließende Strom einen bestimmten Wert unterschreitet (Haltestrom), steigt der Widerstand wieder stark an. Dieser Vorgang wird als Löschen des Diacs bezeichnet.

Verwendung

Diacs werden hauptsächlich in Zündschaltungen von Tyristoren oder Triacs eingesetzt, um einen kurzen Zündimpuls zu erzeugen. Daneben werden sie in der Steuerelektronik von Energiesparlampen oder in Dimmern eingesetzt, aber auch zum Schutz vor starken Störgeräuschen (Knackschutz) in der Telefonie. Andere Verwendungszwecke finden in der Praxis kaum Anwendung.


Anmerkungen

Der Autor möchte hier weder Formelsammlungen wiedergeben noch ein Fachbuch ersetzten. Diese Bauteile sollten als Grundlagenartikel vorhanden sein, auch wenn die Verwendungsmöglichkeiten im Robotikbereich gegen Null gehen.


Weblinks

Autor

--Williwilli 14:54, 3. Nov 2009 (CET)