肖克利二极管特性，晶闸管和可控硅

并不是所有人都是威廉·肖克利的粉丝。他飘忽不定的管理风格和极端的观点使他在后来的生活中被人唾弃。尽管如此，我们还是应该给予应有的认可，我们要感谢威廉·肖克利在开发晶体管方面所做的工作。还有另一个以他的名字命名的重要电子元件:肖克利二极管。

与其他常见类型的二极管相比，重要的肖克利二极管特性使该二极管在某些应用中有用。当我们检查肖克利二极管的结构时，我们可以看到这个二极管是如何像一对具有独特配置的晶体管一样工作的，这要归功于二极管中p型和n型层的堆叠方式。虽然这些二极管还没有商业化，但它们构成了晶闸管的基础。以下是肖克利二极管特性与晶闸管的关系，以及如何在模拟中使用这些器件。

重要的肖克利二极管特性

由于其结构，肖克利二极管有时被称为“pnpn”二极管。就像其他二极管一样，它是一个2电极器件，但它包含三个p-n结，有两个前后串联的p-n层。下图(左)显示了肖克利二极管的基本结构。由于p型和n型区域是串联的，这个结构可以重写为PNP和NPN晶体管连接在一起。PNP侧的采集器连接NPN侧的底座，NPN侧的采集器连接PNP侧的底座。

肖克利二极管的基本结构和等效电路

通过比较“pnpn”结构和等效电路图，可以看出肖克利二极管的一些重要特性。在上面所示的配置中，阳极的输入电压需要上升到足够高的水平，以便来自PNP侧的集电极电流转到NPN侧。在这一点上，一个强大的反馈循环被创建，驱动PNP侧打开。一旦施加到阳极的电压增加到足够高的值，这就驱动通过阴极的输出电流增加到一个高值。

对于p-n结，结J1和J3被驱动为正偏置，而J2被驱动为反向偏置，当对阳极施加正电压时。如果施加的电压足够大，结J2将进入击穿，器件将突然开始传导一个大得多的电流。这样一来，肖克利二极管就像一个2端开关，双晶体管等效电路就开始显得直观了。只需施加一个足够高的正向电压，就可以将等效晶体管锁存到开状态，就可以打开该器件。同样地，通过施加足够大的反向电压，可以关闭该设备。

从肖克利二极管到晶闸管和可控硅

肖克利二极管的主要应用是控制可控硅整流器(SCR)，这是一种双稳态开关。可控硅只是一个肖克利二极管，在肖克利二极管的NPN堆栈中有一个门连接到p型层。如下图所示。所述第三端子的添加提供了一种使用第二电压源对外调制所述第二等效晶体管中的栅极的方法。如果这个门连接是浮动的，那么一个可控硅将只是表现为一个普通的肖克利二极管。

一种可控硅的基本结构和等效电路

这两种设备的I-V曲线有很大不同。肖克利二极管会有一个磁滞回线而可控硅将表现出高度非线性的整流行为。直流特性可以通过仿真确定扫直流电压在高低值之间，然后测量阴极上的电流。两种设备的I-V曲线如下所示。

可控硅与肖克利二极管特性及I-V特性

使用开关数字信号的锁存

与其使用稳定增加的直流电压，迫使肖克利二极管闩锁的一种方法是使用快速上升的数字信号。当信号的上升时间超过某个阈值时，由于每个p-n结之间的结电容，有可能迫使二极管锁存。这可以迫使肖克利二极管打开，即使数字信号电平可能不在开关设备进入on状态所需的电平。制造商将在数据表中列出导致闭锁的临界电压上升。

这种锁存形式通常是不可取的，因为您希望设备作为受控开关运行。这种意外的锁存可以通过连接一个系列来消除RL电路与二极管串联，并通过串联RC电路与二极管并联(见下面的电路图)。RL部分通过产生反电动势减慢上升时间，而RC部分减慢整个二极管的电压上升。

肖克利二极管的缓冲电路

当你需要研究器件和电路的肖克利二极管特性时，你需要使用最好的PCB设计和分析软件还有一套验证的组件模型为模拟。仿真和分析工具PSpice模拟器OrCAD和全套分析工具从节奏是理想的评估这些和其他组件的开关行为在一个更大的系统。制造准备工具还有助于确保您的组件可大规模采购。

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