Hysterese in Thyristoren: Wie positive Rückkopplung Latching ermöglicht

Thyristoren sind Halbleiterbauelemente, die Hysterese aufweisen – ein Verhalten, bei dem das Bauelement in seinem aktuellen Zustand verbleibt, auch nachdem der auslösende Reiz entfernt wurde. Ein klassisches Beispiel ist ein Kippschalter: Einmal betätigt, rastet er in einer von zwei stabilen Positionen ein und bleibt dort, bis er erneut bewegt wird. Im Gegensatz dazu kehrt ein Taster sofort in seinen ursprünglichen Zustand zurück, wenn man loslässt, und zeigt kein Latching-Verhalten.

Die meisten modernen Transistoren – Bipolartransistoren (BJTs), Junction-Feldeffekttransistoren (JFETs) und Isolierte-Gate-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) – sind nicht hysterisch. Sie erzeugen einen vorhersagbaren Ausgang für jeden gegebenen Eingang und rasten nicht in einen Zustand ein. Thyristoren hingegen bleiben nach dem Auslösen „ein“ und nach dem Ausschalten „aus“. Aufgrund dieser Latching-Eigenschaft funktionieren sie nur als Ein/Aus-Schalter und können nicht als analoge Verstärker eingesetzt werden.

Thyristoren bestehen aus derselben zugrundeliegenden Technologie wie BJTs und können als ein Paar Transistoren modelliert werden, die in einer Rückkopplungsschleife verbunden sind. Der Schlüssel zur Erzeugung von Hysterese aus inhärent nicht-hysterischen Komponenten ist positive (regenerative) Rückkopplung. Während negative Rückkopplung den Verstärkungsfaktor glättet und die Stabilität verbessert, treibt positive Rückkopplung den Ausgang in die Sättigung – genau das Verhalten, das einen Thyristor „wollen“ lässt, in seinem aktuellen Zustand zu verbleiben.

In den folgenden Abschnitten werden wir verschiedene Thyristor-Typen untersuchen, die alle einen gemeinsamen Zwei-Transistor-Kernschaltkreis teilen. Bevor wir in diese eintauchen, ist es nützlich, die Technologie zu betrachten, die ihnen vorausging: Gasentladungsröhren, die ebenfalls Latching-Verhalten zeigen.

Verwandtes Arbeitsblatt

• Thyristors Worksheet