July 26th, 2017

FET - Eine kleine Einführung1

FET ist die Abkürzung für Feldeffekttransistor. Bei dieser Art von Transistoren wird der Stromfluss durch ein elektrisches Feld gesteuert. Dieses wird durch eine angelegte Spannung an der Steuerelektrode beeinflusst.

Der Vorteil dieser Transistoren ist, dass man für einen recht hohen Strom einen sehr geringen Steuerstrom benötigt, da er durch ein elektrisches Feld gesteuert wird. Es gibt N-Kanal (npn) und P-Kanal (pnp) FETs, der Unterschied ist die Dotierung des Substrat und der Source/Drain.

Schaltzeichen:

fet_zeichen.png

Die Anschlüsse eines FET werden etwas anders bezeichnet als die eines bipolaren Transistors. Da die Physikalischen Eigenschaften etwas anders sind ist die Bedeutung der Anschlüsse auch unterschiedlich.

Das Gate (G) ist die Steuerelektrode. Der Drain (D) ist mit dem Kollektor vergleichbar und die Source (S) mit dem Emitter, dort fließt der Elektronenstrom hinein.

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Triac4

Ein Triac (Triode Alternating Current Switch) ist eine antiparallelschaltung von zwei Thyristoren. In einigen Quellen findet man ihn auch als Symistor oder Zweirichtungsthyristortriode.

Der Nachteil eines einzelnen Thyristors, dass man ihn nur in den positiven Halbwellen der Wechselspannung nutzen kann wird mit diesem Bauteil beseitigt. Ähnlich wie der Diac ist der Triac zum Schalten von Wechselströmen geeignet. Dazu wurden nicht nur zwei Thyristoren antiparallel geschaltet, sondern zusätzlich um den Schaltungsaufwand klein zu halten, weitere Zündthyristorstrecken eingebaut. Dadurch kann er mit einem positiven und negativen Steuerimpuls am Gate gekippt werden. Auch der Triac hat zwei Anoden (A1 und A2), da keine Polarität bestimmt werden kann.

triac_schzei.png

Triacs erzeugen durch das verformen von Signalen Oberwellen, die teilweise den Rundfunk stören können. Deshalb müssen Triac-Schaltungen immer entstört werden. Das kann mit Kondensatoren und/oder Drosseln geschehen.

Anwendung finden Triacs in:

  • Lichtdimmer
  • Motorsteuerungen
  • leistungslose Steuerung von Wechselstromleistungen
  • Drehzahlsteuerung

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Der Thyristor3

Einen Thyristor kann man sich im Prinzip wie eine steuerbare Diode vorstellen. Eine Diode mit einem dritten Anschluss also, mit dem man sie “zünden” kann. Entstanden ist der Begriff aus Thyratron und Transistor.
Die zwei wichtigsten Schaltbilder und das Ersatzschaltbild sei hier einmal dargestellt:

thyri.png thyristor.png ersatz_thyri.png

Zur Funktionsweise des Thyristors:

Im Gegensatz zur Diode hat der Thyristor einen Anschluss mehr, den Gate-Anschluss. Im Inneren besteht er aus vier Schichten und drei pn-Übergängen (pnpn).

In Sperrrichtung sperrt der Thyristor wie eine normale Diode, aber in Durchlassrichtung ist das Verhalten etwas verändert. Zunächst sperrt der Thyristor auch hier, solange man ihn noch nicht “gezündet” hat. Um ihn nun leitfähig zu machen gibt es einige Methoden der Zündung. Voraussetzung ist allerdings eine positive Spannung zwischen Anode und Kathode. Im Normalbetrieb steuert man das Durchlassverhalten durch Anlegen einer Steuerspannung an den Gate-Anschluss. Durch diese stellt sich dann ein Steuerstrom ein. Dadurch ändern sich die Gegebenheiten der Schichten im Inneren des Thyristors und er wird leitfähig

Eine spezielle Art, den Fotothyristor, kann man durch Licht zünden. Unzulässige Methoden der Zündung sind Überschreiten der Nullkippspannung, Überschreiten der zulässigen Spannungsanstiegsgeschwindigkeit oder eine Temperaturerhöhung.

Um den Thyristor nun wieder in den sperrenden Zustand zu versetzen gibt es zwei Möglichkeiten: Der Haltestrom zwischen Anode und Kathode kann unterschritten werden, oder man erzeugt einen kurzzeitigen negativen Stromimpuls am Gate, in Höhe des Laststroms.

Hier einmal die wichtigsten Arten des Thyristors:

  • GTO-Thyristor: Kann an dem Steuereingang gezündet und gelöscht werden.
  • Thyristortetrode: Sie besitzt an der zweiten und dritten Schicht eine Elektrode und kann dadurch gezündet und gelöscht werden.
  • Fotothyristor: Kann durch Licht gezündet werden.
  • Diac: Wechselstromdiode mit Schaltschwelle
  • Triac: Zusammengeschaltete Thyristoren.

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