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轉折二極體又稱為反向阻斷二端晶閘管或者Shockley二極體,它是一種能夠正向開關工作的單向開關二極體管。

  轉折二極體又稱為反向阻斷二端晶閘管或者Shockley二極體,它是一種能夠正向開關工作的單向開關二極體管。


  
轉折二極體
轉折二極體的基本結構和伏安特性

轉折二極體是由四層(p,n,p,n)、三個p-n結(j1,j2,j3)串聯構成的,如圖所示。故轉折二極體往往就稱為pnpn二極體。該二極體的兩個端頭區域的摻雜濃度都較高(~1019/cm3),左端的p區稱為陽極區(A),右端的n區稱為陰區(K);中間的n區和p區稱為基區,它們的寬度較大,其中n基區的摻雜濃度較低(~5×1014/cm3),p基區的摻雜濃度為1016~1017/cm3。


  轉折二極體的伏安特性如圖所示。在正向工作(A極接正,K極接負)時具有雙穩定狀態,即有高阻、小電流的關斷狀態(即正向阻斷狀態)和低阻、大電流的導通狀態(即正嚮導通狀態),從而具有開關性能。並且二極體的正嚮導通電壓很低(近似等於一個p-n結的導通電壓);由正向阻的斷狀態轉換為導通狀態的轉變電壓VBF稱為正向轉折電壓。在反向工作(A極接負,K極接正)時,通過的電流很小,只有一種工作狀態——反向阻斷狀態;但是,當反向電壓達到擊穿電壓VBR時、電流即迅速增大——擊穿。


  當轉折二極體加上正向電壓時,其中的J1和J3都正偏,只有J2反偏;在正向阻斷狀態時,所加的端電壓幾乎都降落在J2上。這種正向阻斷狀態工作的二極體,可用兩個處於放大狀態的晶體管(pnp-BJT1和npn-BJT2)的組合來等效,其中J1是BJT1的發射結,J3是BJT2的發射結,而J2是這兩個晶體管共用的集電結。當兩個等效晶體管的電流放大係數很小時,即(a1+a2) <<1,則二極體的工作電流很小,為I≈ICBo=ICBo1+ICBo2,這就是正向阻斷狀態。但是,若兩個晶體管的電流放大係數增大到(a1+a2)≈1時,轉折二極體的電流即趨於無窮大,即二極體導通,這就是正嚮導通狀態。


  由於轉折二極體二極體的基區寬度一般設計得比較大,則在較小的正向電流時,其中兩個BJT的放大係數都必將很小(a1<<1,a2<<1),於是通過二極體的總電流就只有很小的漏電流(I≈ICBo1+ICBo2),這正是二極體的正向阻斷狀態。


  隨著正向電壓的增大,J2結上的反向偏壓也增大,就使得J2結的耗盡層擴展,並導致晶體管的基區寬度減小、電流放大係數變大,當達到a1+a2≈1時,則二極體電流I迅速增大,與此同時電壓也很快降低(即產生負組特性),二極體就進入正嚮導通狀態。之所以在導通時電壓會很快降低,這顯然是由於J2結由反偏即時變成了正偏的結果;從物理機理來看,在導通時從正偏的J1結和J3結注入到n區和p區的載流子總數為(a1+a2)I/q,但其中只有I/q部分能通過J2結,於是將有許多載流子堆積在J2結的兩側,這就使得J2結轉變為正偏,從而導致整個器件電壓突然下降。器件導通以後,J1、J2和J3結都處於正偏,這時等效的兩個晶體管(BJT1和BJT2)即都處於飽和狀態,因此器件的導通電壓很低(等於一個p-n結的正向電壓加上一個BJT的飽和壓降≈0.7V+0.2V=0.9V)。為了保持導通狀態所必須的最低電壓和最低電流,分別稱為保持電壓(VH)和保持電流(IH)。在器件應用中,總是希望正向轉折電壓VBF越大越好,保持電壓越低越好。在p-n-p-n二極體進入正向飽和狀態以後,如果要它再返回到正向阻斷狀態的話,那麼就必須降低端頭電壓或者改變端頭電壓的極性。


  當轉折二極體二極體加上反向電壓時,J2結正偏,J1結和J3結都反偏(這時外加電壓將主要降落在具有高阻n區一邊的J1結上),通過的電流很小;當電壓達到VBR時即擊穿。因為外加反向電壓主要是降落在J1結上,所以為了增大反向阻斷電壓,就應當增加n基區的厚度,但是這會降低開關速度。


  轉折二極體常常用作為SCR的觸發開關管(能給SCR的柵極提供尖銳電流脈衝)。

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