Hysterese

Thyristoren sind eine Klasse von Halbleiterbauelementen mit Hysterese, dieser Eigenschaft, bei der ein System nicht in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehren kann, nachdem eine Ursache für eine Zustandsänderung beseitigt wurde. Ein sehr einfaches Beispiel für Hysterese ist die mechanische Wirkung eines Kippschalters:Wenn der Hebel gedrückt wird, springt er in einen von zwei Extremzuständen (Positionen) und bleibt dort, auch wenn die Bewegungsquelle entfernt wird (nachdem Sie Ihre Hand entfernen vom Schalthebel). Um das Fehlen einer Hysterese zu veranschaulichen, stellen Sie sich die Aktion eines „momentanen“ Druckknopfschalters vor, der in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt, nachdem der Knopf nicht mehr gedrückt wird:wenn der Stimulus (Ihre Hand) entfernt wird, das System (Schalter) sofort und vollständig kehrt zu seinem vorherigen Zustand ohne "Verriegelungsverhalten" zurück.

Bipolar-, Sperrschicht-Feldeffekttransistoren und Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate sind allesamt nichthysterische Bauelemente. Das heißt, diese "rasten" nicht von Natur aus in einen Zustand ein, nachdem sie durch ein Spannungs- oder Stromsignal stimuliert wurden. Für jedes gegebene Eingangssignal zu einem gegebenen Zeitpunkt zeigt ein Transistor eine vorhersagbare Ausgangsantwort, wie durch seine charakteristische Kurve definiert. Thyristoren hingegen sind Halbleiterbauelemente, die dazu neigen, nach dem Einschalten „an“ zu bleiben, und dazu neigen, nach dem Ausschalten „aus“ zu bleiben. Ein kurzzeitiges Ereignis kann diese Geräte entweder in den Ein- oder Aus-Zustand versetzen, wo sie selbst dann bleiben, wenn die Ursache der Zustandsänderung beseitigt wurde. Als solche sind diese nur als Ein-/Ausschaltgeräte nützlich – ähnlich wie ein Kippschalter – und können nicht als analoge Signalverstärker verwendet werden.

Thyristoren werden unter Verwendung der gleichen Technologie wie Bipolartransistoren konstruiert und können tatsächlich als Schaltungen analysiert werden, die aus Transistorpaaren bestehen. Wie kann dann ein hysterisches Bauelement (ein Thyristor) aus nicht-hysterischen Bauelementen (Transistoren) hergestellt werden? Die Antwort auf diese Frage ist positives Feedback, auch als regeneratives Feedback bekannt. Wie Sie sich erinnern sollten, ist Feedback der Zustand, bei dem ein Prozentsatz des Ausgangssignals zum Eingang eines Verstärkers „zurückgeführt“ wird. Eine negative oder degenerative Rückkopplung führt zu einer Verringerung der Spannungsverstärkung mit einer Erhöhung der Stabilität, Linearität und Bandbreite. Positives Feedback hingegen führt zu einer Art Instabilität, bei der der Ausgang des Verstärkers dazu neigt, zu „sättigen“. Im Fall von Thyristoren entspricht diese Sättigungstendenz dem „Wollen“, dass das Gerät nach dem Einschalten eingeschaltet bleibt und nach dem Ausschalten ausgeschaltet bleibt.

In diesem Kapitel werden wir verschiedene Arten von Thyristoren untersuchen, von denen die meisten aus einer einzigen, grundlegenden Zwei-Transistor-Kernschaltung stammen. Bevor wir das tun, wäre es jedoch von Vorteil, den technologischen Vorgänger von Thyristoren zu studieren:Gasentladungsröhren.

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• Thyristoren-Arbeitsblatt