Transistoren mit Gedächtnis
Wir betrachten die Schaltung in Bild 1:
- Nach dem Anlegen der Versorgungsspannung ist die LED aus.
- Wenn wir den Taster betätigen, leuchtet die LED.
- Wenn wir den Taster loslassen, bleibt die LED an.
- Mehrmaliges Betätigen des Tasters bewirkt nichts, die LED bleibt an.
- Schalten wir die Stromversorgung aus, geht die LED wieder aus.
- Sie wird erst durch den Taster wieder eingeschaltet.
Zunächst bekommt keiner der beiden Transistoren einen Basisstrom: Sie sind ausgeschaltet.
Betätigen wir den Taster, fließt über R1 ein Basisstrom in Q2. Q2 schaltet ein, sodass ein Strom in die Basis von Q1 fließen kann. Der Strom fließt durch den Vorwiderstand der LED und durch die LED in die Basis von Q1. Die LED leuchtet. Q1 schaltet ebenfalls ein und ein Strom fließt vom Kollektor von Q1 in die Basis von Q2.
Wenn wir nun den Taster loslassen, bleiben beide Transistoren eingeschaltet, weil sie sich gegenseitig mit Basisstrom versorgen.
Wie können wir die beiden Transistoren ausschalten?
Indem wir ihnen keinen Strom mehr zuführen, indem wird die Stromversorgung kurz unterbrechen.
Es gibt noch eine weitere Möglichkeit:
In Bild 2 werden die beiden Transistoren mit dem Taster T2 überbrückt. Durch die Transistoren fließt kein Strom mehr und sie bleiben nach dem Loslassen von T2 ausgeschaltet.
Diese Schaltung mit NPN- und PNP-Transistoren wird selten verwendet, aber es gibt ein Bauelement mit genau diesen Eigenschaften: den Thyristor.
Ein Thyristor hat besitzt Anschlüsse:
- Anode
- Kathode
- Gate
Der Thyristor wird eingeschaltet, wenn ein Strom durch das Gate fließt.
In der Regel ist ein Strom von mehr als 10 mA erforderlich, um einen Thyristor einzuschalten.
Ein Thyristor kann nur eingeschaltet werden, wenn die Spannung zwischen Anode und Kathode positiv ist. (Plus an der Anode, in Pfeilrichtung)
Thyristoren werden als Leistungsschalter eingesetzt und meistens in entsprechenden Gehäusen geliefert, z.B. TO-220.
Thyristoren als Leistungsschalter bei Wechselspannung
Thyristoren werden als Leistungsschalter für hohe Spannungen und Strömen verwendet. Sie werden häufig an der Netzspannung von 230V betrieben. Da die Netzspannung eine Wechselspannung ist, die immer zwischen -320V und +320V schwingt, ist sie kurzzeitig 0V und der Thyristor schaltet aus. Wir brauchen keine Schaltung, um den Thyristor auszuschalten.
Ein Thyristor leitet nur in eine Richtung: von der Anode zur Kathode. Wenn die Kathode positiv zur Anode ist, kann er nicht eingeschaltet werden.
Für Wechselstrom werden daher zwei Thyristoren antiparallel geschaltet. Meistens werden allerdings die Freunde der Thyristoren, TRIACs verwendet, die Wechselspannung steuern können.
Wir gehen hier nicht näher auf derartige Schaltungen ein, weil 230V für uns tabu sind.
Überspannungsschutz
Wir kennen bereits einen Überspannungsschutz mit Z-Dioden oder Suppressordioden. Mit Z-Dioden oder Suppressordioden gibt es das Problem, dass an den Dioden eine relativ hohe Leistung abfällt, weil an ihnen die begrenzte Spannung abfällt und sie den vollen Strom bis zum Auslösen der Sicherung aufnehmen müssen.
Mit Thyristoren kann ein wirksamer Überspannungsschutz realisiert werden.
Mit einem Thyristor wird einfach ein Kurzschluss erzeugt.
Überspannungsschutz
Ein Überspannungsschutz soll empfindliche Elektronik vor gefährlichen Spannungen schützen.
Mit brachialer Gewalt wird mit einem Thyristor einfach ein Kurzschluss erzeugt.
Diese Schaltung wird deshalb als
- Crowbar, Brecheisen
bezeichnet.
Wenn die Eingangsspannung die Z-Spannung der Z-Diode D1 überschreitet, löst der Strom den Thyristor aus. Der Thyristor schließt die Stromversorgung kurz. Die Sicherung F1 löst aus. Der Thyristor muss maximal den Auslösestrom der Sicherung aufnehmen. Allerdings ist die Spannung am eingeschalteten Thyristor mit 2V wesentlich geringer als die Z-Spannung von z.B. 6V. Außerdem sind Thyristoren für hohe Leistungen ausgelegt.
- Ein Überspannungsschutz mit Thyristor ist gut für Versuche und Laborzwecke geeignet.
- Gegen Spannungsspitzen ist eine Z-Diode besser geeignet, da sie schneller reagiert.
Moderne Kondensatoren
Moderne Netzgeräte sind an Ausgang mit Kondensatoren ausgestattet, die einen sehr geringen Innenwiderstand haben.
Im Falle eines Kurzschlusses können diese Kondensatoren kurzzeitig einen sehr hohen Strom liefern.
Dieser Strom kann einen Crowbar-Thyristor zerstören.
Oft muss der Thyristor für den zehn- bis hundertfachen Strom ausgelegt sein, um den Kondensator eines Netzgeräts sicher entladen zu können.
Regeln
- Thyristoren haben drei Anschlüsse: Anode, Kathode und Gate.
- Thyristoren sind Schalter, die durch einen Strom zwischen das Gate und Kathode eingeschaltet werden.
- Der Gate-Strom muss meistens höher als 10 mA sein.
- Ist ein Thyristor eingeschaltet, fließt zwischen Anode und Kathode ein Strom.
- An einem eingeschalteten Thyristor fallen etwa 2V ab.
- Ein eingeschalteter Thyristor schaltet aus, wenn kein Strom mehr durch ihn fließt.
- Genau genommen, wenn der Strom unter den Haltestrom von etwa 50mA fällt.
- Ein Thyristor schaltet nur ein, wenn an der Anode eine gegen die Kathode positive Spannung liegt.
- Ein Thyristor sperrt, wenn an der Anode eine gegen die Kathode negative Spannung liegt.
- Triacs können in beide Richtungen eingeschaltet werden.
Schichten
NPN- und PNP-Transistoren bestehen aus drei Schichten NPN bzw. PNP. Ein Thyristor besteht aus vier Schichten: NPNP.