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轉折二極管的概述
轉折二極管又稱為反向阻斷二端晶閘管或者Shockley二極管,它是一種能夠正向開關工作的單向開關二極管管。
轉折二極管的特性
轉折二極管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(即正向導通狀態),從而具有開關性能。并且二極管的正向導通電壓很低(近似等于一個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。
當轉折二極管加上正向電壓時,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管,可用兩個處于放大狀態的晶體管(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系數很小時,即(a1+a2) <<1,則二極管的工作電流很小,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系數增大到(a1+a2)≈1時,轉折二極管的電流即趨于無窮大,即二極管導通,這就是正向導通狀態。
由于轉折二極管二極管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的放大系數都必將很小(a1<<1,a2<<1),于是通過二極管的總電流就只有很小的漏電流(I≈ICBo1+ICBo2),這正是二極管的正向阻斷狀態。
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,并導致晶體管的基區寬度減小、電流放大系數變大,當達到a1+a2≈1時,則二極管電流I迅速增大,與此同時電壓也很快降低(即產生負組特性),二極管就進入正向導通狀態。之所以在導通時電壓會很快降低,這顯然是由于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,于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。器件導通以后,J1、J2和J3結都處于正偏,這時等效的兩個晶體管(BJT1和BJT2)即都處于飽和狀態,因此器件的導通電壓很低(等于一個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電壓和電流,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二極管進入正向飽和狀態以后,如果要它再返回到正向阻斷狀態的話,那么就必須降低端頭電壓或者改變端頭電壓的極性。
當轉折二極管二極管加上反向電壓時,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。
轉折二極管的用途
轉折二極管常常用作為SCR的觸發開關管(能給SCR的柵極提供尖銳電流脈沖)。








