The Diode Shockley

LEARN AND GROW !! SHOCKLEY DIODE ! (Julai 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

The Diode Shockley

Bab 7 - Thyristors


Penjelajahan thyristors kami bermula dengan peranti yang disebut diod empat lapisan, juga dikenali sebagai dioda PNPN, atau dioda Shockley selepas penciptanya, William Shockley. Ini tidak boleh dikelirukan dengan diod Schottky, bahawa peranti dua-lapisan logam-semikonduktor dikenali untuk kelajuan beralih tinggi. Ilustrasi mentah dari dioda Shockley, yang sering dilihat dalam buku teks, adalah sandwich empat lapisan bahan semikonduktor PNPN, Figurebelow.

Shockley atau 4-lapisan diod

Malangnya, ilustrasi ringkas ini tidak memberi apa-apa untuk memberi penerangan tentang bagaimana ia berfungsi atau mengapa. Pertimbangkan pengubahsuaian peranti pembinaan di Figurebelow.

Transistor setara dengan dioda Shockley

Ditunjukkan seperti ini, nampaknya satu set transistor bipolar yang saling berkaitan, satu PNP dan NPN yang lain. Dilambangkan menggunakan simbol skema standard, dan menghormati kepekatan lapisan doping yang tidak ditunjukkan pada imej terakhir, dioda Shockley kelihatan seperti ini (Figurebelow)

Dioda Shockley: gambarajah fizikal, gambarajah skematik setara, dan simbol skema.

Mari sambungkan salah satu peranti ini ke sumber voltan berubah dan lihat apa yang berlaku: (Figurebelow)

Litar bersamaan dioda Shockley yang dihidupkan.

Dengan tiada voltan yang digunakan, tentu saja tidak akan ada arus. Oleh kerana voltan pada awalnya meningkat, masih tidak ada arus kerana transistor tidak dapat menghidupkan: kedua-duanya akan berada dalam mod pemotongan. Untuk memahami mengapa ini, pertimbangkan apa yang diperlukan untuk menghidupkan transistor junction bipolar pada: semasa melalui simpang asas-pemancar. Seperti yang dapat dilihat dalam gambar rajah, arus asas melalui transistor yang lebih rendah dikawal oleh transistor atas, dan arus asas melalui transistor atas dikawal oleh transistor yang lebih rendah. Dengan kata lain, transistor tidak boleh dihidupkan sehingga transistor lain menghidupkan. Apa yang kita ada di sini, dalam istilah vernakular, dikenali sebagai Catch-22.

Jadi, bagaimanakah suatu diod Shockley pernah menjalankan arus, jika transistor konstituennya mengekalkan diri dalam keadaan cuti "# 03196.png"> di bawah)

Sifar voltan yang digunakan; sifar semasa

Seterusnya, kami akan meningkatkan voltan DC. Semasa melalui litar adalah pada atau hampir pada sifar, kerana had kerosakan belum dicapai untuk sama ada transistor: (Figurebelow)

Sesetengah voltan yang digunakan; masih tiada semasa

Apabila had pecahan voltan satu transistor dicapai, ia akan mula menjalankan arus pengumpul walaupun tiada arus asas telah melaluinya. Biasanya, rawatan seperti ini akan memusnahkan transistor junction bipolar, tetapi persimpangan PNP yang terdiri daripada satu dioda Shockley direka bentuk untuk melakukan penyalahgunaan seperti ini, sama seperti cara diod Zener dibina untuk menangani kerosakan terbalik tanpa mengalami kerosakan. Demi ilustrasi saya akan menganggap transistor yang lebih rendah memecah terlebih dahulu, menghantar arus melalui pangkal transistor atas: (Figurebelow)

Lebih banyak voltan yang digunakan; transistor rendah rosak

Apabila transistor atas menerima pangkalan arus, ia berubah seperti yang diharapkan. Tindakan ini membolehkan transistor yang lebih rendah untuk menjalankan secara normal, kedua-dua transistor "menyegel" diri mereka dalam keadaan "di". Arus penuh dengan pantas dilihat dalam litar: (Figurebelow)

Transistor kini sedang menjalankan sepenuhnya.

Maklum balas positif yang disebutkan di dalam bab ini jelas kelihatan di sini. Apabila satu transistor terputus, ia membenarkan arus melalui struktur peranti. Semasa ini boleh dilihat sebagai isyarat "keluaran" peranti. Apabila arus output ditubuhkan, ia berfungsi untuk memegang kedua-dua transistor dalam ketepuan, dengan itu memastikan penerusan arus keluaran yang besar. Dalam erti kata lain, arus keluaran "umpan balik" secara positif kepada input (arus pangkalan transistor) untuk memastikan kedua-dua transistor dalam keadaan "pada", sekali gus mengukuhkan (atau menanam semula ) itu sendiri.

Dengan kedua-dua transistor dikekalkan dalam keadaan ketepuan dengan kehadiran arus pangkalan yang mencukupi, masing-masing akan terus dijalankan walaupun voltan yang digunakan dikurangkan dari tahap pecahan. Kesan maklum balas positif adalah untuk memastikan kedua-dua transistor dalam keadaan tepu walaupun kehilangan rangsangan input (voltan tinggi yang diperlukan untuk memecahkan satu transistor dan menyebabkan arus pangkal melalui transistor yang lain): (Figurebelow)

Semasa dikekalkan walaupun voltan dikurangkan

Jika sumber voltan DC ditolak terlalu jauh, litar akhirnya akan mencapai titik di mana tidak ada arus cukup untuk mengekalkan kedua-dua transistor dalam ketepuan. Oleh kerana satu transistor melewati arus pemungut kurang dan kurang, ia mengurangkan arus asas bagi transistor yang lain, dengan itu mengurangkan arus asas untuk transistor pertama. Kitaran ganas berlanjutan dengan pantas sehingga kedua-dua transistor jatuh ke dalam pemotongan: (Figurebelow)

Sekiranya voltan jatuh terlalu rendah, kedua-dua transistor dimatikan.

Di sini, maklum balas positif sekali lagi berfungsi: hakikat bahawa kitaran sebab / kesan di antara kedua-dua transistor adalah "ganas" (penurunan dalam semasa melalui satu kerja untuk mengurangkan arus melalui yang lain, seterusnya menurunkan semasa melalui transistor pertama) menunjukkan positif hubungan antara keluaran (semasa terkawal) dan input (mengendalikan semasa melalui pangkalan transistor).

Keluk yang dihasilkan pada graf adalah histerisis klasik: sebagai isyarat masukan (voltan) meningkat dan menurun, output (saat ini) tidak mengikuti jalan yang sama turun kerana ia naik: (Figurebelow)

Keluk Hysteretic

Masukkan terma ringkas, dioda Shockley cenderung untuk kekal apabila ia dihidupkan, dan tinggalkan apabila ia dimatikan. Tidak ada mod "dalam-antara" atau "aktif" dalam operasi: ia adalah peranti semata-mata pada atau mati, seperti semua thyristors.

Beberapa syarat khas dikenakan untuk dioda Shockley dan semua peranti thyristor lain yang dibina di atas asas dioda Shockley. Pertama ialah istilah yang digunakan untuk menggambarkan keadaannya "pada": berteduh . Perkataan "selak" mengingatkan mekanisme kunci pintu, yang cenderung untuk menjaga pintu tertutup apabila ia telah ditutup. Istilah menembak merujuk kepada permulaan keadaan tertutup. Untuk mendapatkan dioda Shockley dengan selak, voltan yang digunakan mesti ditingkatkan sehingga pemecahan dicapai. Walaupun tindakan ini digambarkan dengan baik sebagai transistor memecah, istilah break over digunakan kerana hasilnya adalah sepasang transistor dalam ketepuan bersama daripada pemusnahan transistor. Dioda Shockley yang dilekatkan semula ke keadaan tidak beroperasi dengan mengurangkan arus melaluinya sehingga berlaku penurunan semasa .

Ambil perhatian bahawa dioda Shockley boleh dipecat dengan cara selain pemecahan: peningkatan voltan berlebihan, atau dv / dt . Sekiranya voltan yang digunakan merentasi diod meningkat pada kadar perubahan yang tinggi, ia boleh mencetuskan. Ini dapat menyebabkan penyambungan (menghidupkan) diod kerana kapasiti persimpangan yang wujud dalam transistor. Kapasitor, seperti yang anda ingat, menentang perubahan voltan dengan melukis atau membekalkan arus. Sekiranya voltan yang digunakan di atas sebuah dioda Shockley meningkat pada kadar yang pantas, kapasitans kecil ini akan menarik arus yang mencukupi pada masa itu untuk mengaktifkan pasangan transistor, menjadikan kedua-duanya. Biasanya, bentuk pengunci ini tidak diingini, dan boleh dikurangkan dengan penapisan frekuensi tinggi (voltan cepat meningkat) dari diod dengan induktor siri dan rangkaian kapasitor selari perintang yang disebut snubbers : (Figurebelow)

Kedua-dua induktor siri dan litar perintang kapasitor "snubber" membantu meminimumkan pendedahan dioda Shockley ke voltan yang semakin meningkat.

Had kenaikan voltan dioda Shockley dirujuk sebagai kadar kritikal kenaikan voltan . Pengilang biasanya menyediakan spesifikasi ini untuk peranti yang mereka jual.

  • ULASAN:
  • Dioda Shockley adalah empat lapisan peranti semikonduktor PNPN. Ini berperilaku sebagai sepasang transistor PNP dan NPN yang saling berkaitan.
  • Sama seperti semua thyristors, dioda Shockley cenderung untuk kekal dihidupkan ( dilonggarkan ), dan terus mati sekali.
  • Untuk mengunci sebuah dioda Shockley melebihi voltan pemecahan anod-to-katod, atau melebihi kadar kritikal anod-to-katod kenaikan voltan .
  • Untuk menyebabkan dioda Shockley untuk berhenti menjalankan, mengurangkan arus yang melaluinya ke tahap di bawah ambang putus sekolah rendah semasa .