Diskreter Thyristor: Haltestrom bestimmen

Im wesentlichen: Die Stromverstärkung der Einzeltransistoren.


Wundere dich bitte nicht, das als worst-case ein minimal zu erwartender 
Haltestrom im uA Bereich und darunter rauskommt.

Hallo Andrew,

bist Du Dir da sicher? Laut meiner Simulation laufen beide Transistoren 
in Sättigung.

Wundern tu' ich mich nicht, aber wie man das berechnet würde mich 
interessieren.

@ Matthias E. (meb)

>bist Du Dir da sicher? Laut meiner Simulation laufen beide Transistoren
>in Sättigung.

Ist auch so.

>Wundern tu' ich mich nicht, aber wie man das berechnet würde mich
>interessieren.

Schau dir die Schaltung an. Der Laststrom fließt in den Emitter von Q2, 
der ist nahezu gleich dem Kollektrom (hohe Stromverstärkung). Der fließt 
in die Basis von Q1. Normale Transistoren verkraften aber nicht extrem 
viel Basisstrom, ausserdem ist der Basisbahnwiderstand deutlich höher 
als am Kollektor. Daran sieht man, dass ein richtiger Thytristor im 
Detail noch einiges anders macht als die einfache Ersatzschaltung.

Matthias E. schrieb:

> bist Du Dir da sicher? Laut meiner Simulation laufen beide Transistoren
> in Sättigung.

Kurz vor der Unterschreitung des Haltestroms sind die Transistoren 
sicherlich nicht mehr in der Sättigung.
Gruss
Harald

Matthias E. schrieb:
> Hallo Andrew,
>
> bist Du Dir da sicher? Laut meiner Simulation laufen beide Transistoren
> in Sättigung.
>
> Wundern tu' ich mich nicht, aber wie man das berechnet würde mich
> interessieren.

Da bin ich mir sicher.

Übrigens kannst/konntest du sowas kommerziell kaufen, BRX44...49 z.B.

Mindesthaltestrom war so in der Region wenige xy   uA.

Achim S. schrieb:
> Solche Angaben
> finden sich aber in keinem Datenblatt, noch werden sie von den
> Spice-Modellen beschrieben.

Hallo Achim,
danke da liegt glaube ich, mein Problem. Du gehst also davon aus, das 
ich es nicht rechnerisch bestimmen kann?

Andrew Taylor schrieb:
> Mindesthaltestrom war so in der Region wenige xy   uA.

Bei den kommerziellen habe ich mich umgesehen. Aber ich fand nur welche 
mit wenigen mA und auch die von Dir vorgeschlagenen haben eher einige 
wenige kµA.

Ich hätte gerne etwas im Bereich einige hundert µA. Deshalb der diskrete 
Aufbau.

ArnoR schrieb:
> Der "Thyristor" geht wahrscheinlich gar nicht aus, weil dazu die
> Stromverstärkung der Transistoren unter 1 absinken muss, was aber erst
> bei so niedrigen Strömen erfolgt, dass die Restströme dann schon
> erreicht sind.

Hallo Arno,
danke, ich denke mit dem Ansatz kommt man weiter. Aber wie Achim 
geschrieben hat, wird es wohl schwer Parameter zu bekommen.

ArnoR schrieb:
> Man kann durch
> einen Widerstand an B-E eines Transistors erzwingen, dass die wirksame
> Stromverstärkung bei einem bestimmten Strom unter 1 fällt.

Hallo Arno,

vielen Dank! Wenn man jetzt die Temperatur noch berücksichtigt kann ich 
mit Deinem Ansatz auf jeden Fall sagen, ich liege im Bereich 0,3V ... 
1V, sprich bei einem Strom von 300µA ...  1mA, also Worst Case ist somit

I_Halte_max ist somit für mich der Strom, den ich mindestens zur 
Verfügung stellen muss, damit der Thyristor sicher nicht abschaltet.

Ein "gefällt mir" für die systematische Herangehensweise mit der 
DC-Analyse. Danke.

Gruß
Matthias

Achim S. schrieb:
er will
> den Strom nach unten bringen, mit dem der Thyristor noch sicher leitend
> bleibt.

Hallo Achim,
im Prinzip hast Du recht! Ich möchte den Thyristor leitend halten und 
dazu wissen, welchen Strom ich sicher zur Verfügung stellen muss 
(größter möglicher Vorwiderstand) um nicht nichtleitend zu werden.

ArnoR schrieb:

> beispielhaft etwa 500µA. Der Stromverlauf ist zeitlich von rechts nach
> links zu lesen. Der Spannungsanstieg markiert das Sperren.

eine Sache ist mir noch aufgefallen. Du setzt vorraus, dass der 
Thyristor in dem durch den Widerstand eingestellten Bereich von sich aus 
noch nicht sperrt.

@ Matthias E. (meb)

>Ich hätte gerne etwas im Bereich einige hundert µA. Deshalb der diskrete
>Aufbau.

Beschreibe was du insgesamt erreichen willst, dann kann man dir besser 
helfen. Siehe Netiquette.

Falk Brunner schrieb:
> Beschreibe was du insgesamt erreichen willst, dann kann man dir besser
> helfen. Siehe Netiquette.
ich will wirklich nur wissen, wie man es analytisch ermittelt, so wie 
ich es oben geschrieben habe. Warum zeigst Du mir gleich die 
Netiquetten-gelbe Karte? ;-)

Achim S. schrieb:
> Ob dieser Thyristor wirklich nie abschaltet (im realen Leben, nicht in
> der Simu) bin ich mir nicht sicher. Vielleicht muss ich es nacher
> zuhause einfach mal ausprobieren.

Das wird der Punkt sein, Achim. Aber mir geht es natürlich nicht um 
typische Werte in einem Aufbau, sondern, wie man es allgemein 
bestimmt. Vor allem ist ja seltsam, dass Thyristoren auf einem 
Silizium, also als käufliches Bauteil, doch sehr "hohe" Haltströme von 
einigen mA haben.

Wilhelm Ferkes schrieb:

> Zu Gumble-Poon findet sich auch was im Internet, bspw. schon bei
> Wikipedia.

Mit den Gumble-Poon Parametern habe ich mich auch schon im Tietze/Schenk 
beschäftigt. Mir ist dadurch allerdings noch kein Zugang zu meiner 
Problematik gekommen. Aber mit den Ansätzen von Dir, Wilhelm und von 
Arno sollte ich mir das morgen nochmal zu Gemüte führen. Danke!

@ Matthias E. (meb)

>ich will wirklich nur wissen, wie man es analytisch ermittelt, so wie
>ich es oben geschrieben habe.

OK.

> Warum zeigst Du mir gleich die  Netiquetten-gelbe Karte? ;-)

Weil ich dachte, du willst ein praktisches Problem lösen.

Matthias E. schrieb:
>
> Das wird der Punkt sein, Achim. Aber mir geht es natürlich nicht um
> typische Werte in einem Aufbau, sondern, wie man es allgemein
> bestimmt. Vor allem ist ja seltsam, dass Thyristoren auf _einem_
> Silizium, also als käufliches Bauteil, doch sehr "hohe" Haltströme von
> einigen mA haben.

Der hohe Haltestrom ist gewünscht, und wird (vereinfacht gesagt) durch 
den mit eingebauten Widerstand zwischen G und K erreicht.

Läßt man diesen weg, erreicht man Thyristoren mit Halteströmen im uA 
Bereich (und darunter).

Natürlich wird da kein Widerstand zusätzlich auf's Silizium gelötet, 
sondenr man steuert das über die Herstellung (auf dem Die).

Andrew Taylor schrieb:
> Natürlich wird da kein Widerstand zusätzlich auf's Silizium gelötet,
> sondenr man steuert das über die Herstellung (auf dem Die).
OK, das war mir nicht klar, dass dieser Widerstand im Design eines 
Thyristors enthalten ist. Danke für den Hinweis.

Erstmal Danke an alle, die mir bei der Lösungsfindung so engagiert 
geholfen haben! Ich versuche mal zusammenzufassen:

1. Der Thyristor (auch der diskrete) leitet so lange, bis die 
Verstärkung am unteren Transitor < 1 wird.

2. Dies findet theoretisch und in der Simulation erst bei Strömen << µA 
statt. Ein parasitäres Bauteil im Modell, dass den Haltestrom bestimmt, 
konnte hier nicht ermittelt oder benannt werden.

3. Durch einen Widerstand R_BE am unteren Transistor (oder R_GK) kann 
man den maximalen Haltestrom mit der Beziehung I_Halte = U_BE / R_BE 
gezielt setzen. (U_BE sollte über Temperatur etc. betrachtet werden, 
variiert also zwischen 0,6V ... 1,2V )

4. Ein-Chip-Thyristoren haben per Design einen R_GK implementiert, der 
den Haltestrom bestimmt.

5. Der R_GK ist notwendig, um den Thyristor sicher gesperrt zu halten, 
trotz Sperrströme des oberen Transistors: 
http://elektroniktutor.de/bauteilkunde/thyrist.html

Matthias E. schrieb:
>
> 5. Der R_GK ist notwendig, um den Thyristor sicher gesperrt zu halten,
> trotz Sperrströme des oberen Transistors:


Nein, ein R_gk ist dafür definitv nicht notwendig.
Siehe z.B. die von mir bereits genannten Bauteile BRX4x
Die sperren auch, wenn man das Gate schlicht offen läßt.
Und haben keinen R_gk, auch keinen "eingebauten".

Und genauso funktioniert auch Dein diskreter Aufbau aus 2 
Bipolartransistoren ohne R_gk einwandfrei (zumindest bei meinem 
Testaufbau).

Der R_gk ist üblicherweise deswegen drin, um etwas "Störabstand" zu 
haben.

Andrew Taylor schrieb:
> Und haben keinen R_gk, auch keinen "eingebauten".
>
Sorry, jetzt komm ich nicht mehr mit. Du hast mich doch vorher darauf 
aufmerksam gemacht, dass die käuflichen Thyristoren einen integrierten 
R_GK haben um den Haltestrom gewünscht hoch zu halten.

> Der R_gk ist üblicherweise deswegen drin, um etwas "Störabstand" zu
> haben.

"Störabstand" von was zu was?

Deine Argumentation ist ähnlich krude wie: Du hast mich darauf 
aufmerksam gemacht das käufliche Äpfel grün sind. Jetzt sehe ich bei 
Edeka aber rote Äpfel in der Obstabteilung.

Ich mach es mal kurz:

BRX4x = käuflich = kein eingebauter Widerstand.
Dutzende andere Thyristorenlabel = käuflich = mit eingebautem 
Widerstand.

Wenn Du schon quotest, dann bitte den Kontext mit verwerten.

Andrew Taylor schrieb:
> Deine Argumentation ist ähnlich krude wie: Du hast mich darauf
> aufmerksam gemacht das käufliche Äpfel grün sind. Jetzt sehe ich bei
> Edeka aber rote Äpfel in der Obstabteilung.
>
> Ich mach es mal kurz:
>
> BRX4x = käuflich = kein eingebauter Widerstand.
> Dutzende andere Thyristorenlabel = käuflich = mit eingebautem
> Widerstand.
>
> Wenn Du schon quotest, dann bitte den Kontext mit verwerten.

Ich will eigentlich nur wissen, was Du mir sagen willst. Du wirfst 
verschiedene Fakten in den Raum, aber die Deutung ist mir nicht klar.

Also mit Kontext:
BRX4x = käuflich = kein integrierter Widerstand --> meine Frage: Warum 
hat er dann Halteströme größer mA und nicht µA?

Und weiter bleibt meine Frage zu Deiner Antwort: Welcher Störabstand 
wird wie durch den R_gk verändert?

Matthias E. schrieb:
> Also mit Kontext:
> BRX4x = käuflich = kein integrierter Widerstand --> meine Frage: Warum
> hat er dann Halteströme größer mA und nicht µA?
>


Tja, wenn ich hier mal 3 willkürlich aus der Schublade gegriffene BRX46 
ausmesse, liefern diese Minimal-Halteströme von 17, 24, und 33 uA  @ 21 
Grad Celsius an meinem Labortisch.

Ich würde also mal behaupten, die Angabe des hier bei mir liegenden 
Intermetalldatenblattes von 1977 und die hier gemessenen Halteströme 
korrelieren ganz wunderbar.

Ich hätte bei dem Thyristoraufbau auch nix anderes erwartet.

Andrew Taylor schrieb:

> Ich würde also mal behaupten, die Angabe des hier bei mir liegenden
> Intermetalldatenblattes von 1977 und die hier gemessenen Halteströme
> korrelieren ganz wunderbar.

Dann muss ich mir den Apfelvergleich wohl gefallen lassen ;-) Die 
auffindbaren Datenblätter sprechen von etwa 5mA.

@Achim und @Andrew
Erstmal vielen Dank für die praktischen Versuche. Ich habe natürlich 
auch Versuche gemacht und konnte einige µA feststellen.
Akademisch ja, Spielerei eher nein. Denn es geht darum, deterministisch 
zu sagen, dass der Thyristor bei bestimmten Strömen noch leitet. Also 
eine Auslegung zu finden, die ich nach Datenblatt auslegen kann, ohne 
jeden Aufbau typisch vermessen zu müssen. Und um das reproduzierbar zu 
gewährleisten muss man die Theorie verstehen.

@Matthias:
Schön das es nun paßt.

Übrigens, den oben stehenden Hinweis von Diode über das Zehnern und 
damit "Selbstzünden" der selbstaufgebauten Teile bitte ernst nehmen.
d.h. beim diskreten Aufbau aus 2 Transistoren ist das schon bei kleinen 
Spannungen unter 6..10v gelegentlich zu beobachten.

Habe da gerade noch ein bischen gelesen: findest Deine 2 transistor 
Lösung ebenfalls im Buch "50 Schaltungen mit LEDs" (oder so) als 
Blinkgenerator - nutzt dort exakt diesen Effekt.

Achim S. schrieb:
>
> und darauf bezieht sich mein Widerspruch: der BRX wird sich mit offenem
> Gate nicht so undefiniert verhalten wie ein FET.

Weil wir gerade so schön korinthenk...  habe ich das mal praktisch 
ausprobiert,

und siehe da: auch der BRX46 hier verhält sich in "Wohnzimmerumgebung" 
undefiniert.

Will sagen: Handempfindlichkeit bei "Herumwedeln in 20cm Abstand vom 
offenen Gate" und das Teil zündet.  Das Gate NICHT berührt.

Gegenprobe:
FET und BRX in 2 cm Abstand von elektrostatischer leitender 
Labortischauflage: Alles ruhig.

Ernsthaft, und war irgendwie zu erwarten.

> ich will nicht unnütz streiten, aber um meine Ehre als halbwegs
> intelligenten Elektroniker zu retten:

lass es.
Und der Effekt hat nix mit Deiner Ehre zu tun, sondern ist simple 
Physik.