晶闸管可以由两个晶体管构成吗?


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据说,SCR /晶闸管只是一种简单的四层PNPN半导体。

如果是这样的话..

当一个电路需要SCR /晶闸管,而没有一个可用时,是否可以用两个BJT(或其他分立元件)代替(或由它们制成)?


这是我想到的几个例子。阳极=蓝色,门=绿色,阴极=橙色: 在此处输入图片说明 在此处输入图片说明


是的,可以。但这很棘手,因为您需要正确匹配它们。您也可以稍微扩展一下电路即可制作电路,而不必进行所有匹配。
2015年

@jonk酷。告诉我这个扩展。
声音

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你Spehro有答案,如果你换成用二极管,大约是在我写的我在想什么。电阻和二极管将是“扩展”。如果可以设计/选择BJT,也可以使用一个PNP和一个NPN以及零添加的组件来完成,这就是为什么我也说了另一句话。R3
2015年

Answers:


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由两个BJT组成的晶闸管有两种简单。一个是SCR,另一个是PUJT。(该PUJT将使用的基础而不是基地的的 -见下面的电路)。但我在制作分立器件的这些工作出来的一个遇到的主要问题是,你需要手动选择的BJT使这项工作。否则,它不会带来任何好处,而且非常令人沮丧。因此,下面显示的左侧示意图几乎是不切实际的。因此,甚至不用理会。Q2Q1

原理图

模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图

一些添加的组件可以使事情顺利进行。我认为,Spehro的电路代表了我在使用实际零件之前所做的补充。(见中间电路)的想法是,持有关闭和还持有关闭,直到事情发生。通过栅极输入提供一些电流,更多的电流最初会流经,但随着电流的增加,最终会在两端达到足够的压降,以使的集电极设法在的基础上(也保持在离开一点R1Q1 R2Q2 R1R1Q1Q2R2起初)打开。当为,它的集电极供应更大量电流,是很能拉起来的基础上没有再提供栅极电流的存在。因此,两个BJT现在可以互相提供基本电流和“ SCR点火”。Q2 Q2Q1

该电路的问题在于两个BJT变得非常非常非常饱和。因此,如果您查看整个SCR阳极到阴极的电流并询问其流动方式,您将意识到阳极电流流过的发射极,然后分成大约一半(),以便一半流过通过的基极-发射极结,大约一半通过其集电极。类似的逻辑也适用于的发射极电流。结果是设备两端的压降必须是非常饱和的的总和Q2β=1Q2Q1VCE加上一个超大电流驱动的基极-发射极二极管结,其压降几乎完全取决于您要驱动通过该器件的电流量。而且由于这可能会很高,因此您可以轻松承受超过一伏甚至1.5伏的压降。


为此,将提出一种减少所需基极电流的方法,以便可以类似地减少BE结两端的电压降。

解决此问题的一种方法是重新设计上部,以更好地分配SCR电流,使更多的SCR流经的集电极。使用1N4148之类的二极管即可达到此目的。(请参见上面最右边的电路。)Q1

该二极管本质上只是一个二极管连接的BJT,但有一个重要的区别。典型二极管的饱和电流远高于小信号BJT的饱和电流。(它们也可以承载一定的电流。)这意味着,对于它们之间相同的电压,它们可以通过它们传导更多的电流。实际上,这使得电流镜的电流增益大大降低比1多一点,确切地说,多少并不重要,因为这里的任何改进都有助于减少整个电路上的压降。因此,一切都很好。具有不同饱和电流的不同二极管将产生不同的结果。但是几乎所有您可以使用的二极管都会比您可能会应用的大多数BJT具有更高的饱和电流。因此,通常它“有效”。

那会怎样呢?好吧,相同的过程适用于触发电流。您需要向栅极提供一些电流。但是现在,当的集电极从其上方的“电流镜”中汲取电流时,大部分电流将通过二极管流出。(但是由于这不是电阻器,因此产生的电压与电流没有线性关系,因此每十倍电流变化,二极管两端的电压可能会升高一百毫伏。)这将在二极管两端产生电压,它应用于的基极-发射极结。但是,的集电极电流在这里几乎不会像二极管电流那么大,因此现在,大部分SCR总电流都通过的集电极转移。Q1Q2Q2Q1集电极电流要小得多(但仍然足够)。Q2

在此集电极电流仍然方式绰绰有余拉充分。但是现在,这只是SCR电流的一小部分,其中大部分流经二极管和的集电极。这意味着每个BJT 的较低。而且这也意味着整个电路上的总压降可以较小(有一定幅度)。取决于的确切电阻值和通过电路的所需峰值电流,您可以使整体“设备”的性能更好这条路。Q2Q1Q1VBER1

通过正确选择二极管(实际上并不难),您可以安排一些东西,使BJT在更高的饱和,这可以改善电压降,同时仍能执行所需的功能。β

您也可以申请一个的串联电阻与二极管以降低有效在。(但在某些时候你失去了二极管的所有好处,如果该值过大。),或使用一个的并联电阻与二极管提高有效在。(但是,如果将并联电阻设置得太小,整个组件将停止工作。)我想,也可以使用另一个并联的二极管。我还没有尝试过,但是这种效果在减小总电压降方面也可能是有用的。Q 1 β Q 1βQ1βQ1


我之前没有进行过模拟,但是下面的示例输出显示了阳极-阴极电流大约为的差异:50mA

在此处输入图片说明

红线显示类似于仅电阻器版本的电路的功耗(上面的中间电路),绿线显示二极管版本的电路的功耗(上面的右电路。)(否则它们几乎相同。)请注意,这些是模拟的原理图部分。因此实际结果将有所不同。但是基本思想仍然存在。您会看到,绿线比红线低(功耗更低),在这种情况下,功耗降低了约三分之一。

同时,浅蓝色(aqua?)线显示仅电阻器版本的阳极电流,深蓝色线显示二极管版本的阳极电流。在这里,您可以看到出现了更多的阳极电流,因为二极管版本上的压降较小(在我的电路仿真测试中,使用电阻作为阳极负载,使用电源电压。)10200Ω10V

因此,基于二极管的电路中的电路压降更低(更好),功耗也更低(也更好)。


很好的彻底答案。+1
Spehro Pefhany

您是否声称一个晶体管(可以是普通的BJT)被迫作为PUJT投入使用,或者您需要使用PUJT?
rackandboneman

@rackandboneman我什至不知道那个问题在哪里出现。OP问:“晶闸管可以由两个晶体管构成吗?” 我回答说,SCR和PUJT都可以由两个晶体管构成,但是“门”来自两者之间的不同位置。就这样。您从哪里得知我正在处理与您的问题有关的“一个晶体管”的任何内容???
jonk

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是的,这很容易。通常,您可能希望在一个或两个晶体管上增加基极-发射极电阻,以控制触发电流和保持电流。

这是一个模拟的SCR,它以大约400uA的栅极电流触发。

原理图

模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图

这种结构为您提供了两个“门”,最上面的门可用于补充普通SCR(例如2N506x),如果它们甚至存在,也不常见。

但是请注意,您不能通过这种方式来制造双向可控硅(可控硅)。

另请注意,所有电流都流经BE结,因此请遵守额定值,并且必须对两个晶体管进行额定额定阻断电压。


1
我正在考虑在使用地方使用二极管。这个想法是,这将使 +二极管对中的电流镜具有电流增益<<1。其余的大约相同。(我也很想寻找一种方法来创建一些从的收集器返回到输入的附加正反馈。但是会有更多的零件,我会拒绝这种想法。)但是我认为二极管的变化可能会使效果更好一些。不过,触发电流可能会低一些。Q 2 Q 1R3Q2Q1
2015年

谢谢(你的)信息。但是,原理图中的锯齿波振荡器是怎么回事?希望这不是一个愚蠢的问题。
声音

我在仿真中运行了锯齿波以增大栅极电流,直到触发“ SCR”为止,因此我只需要运行一次SIM卡,然后查看触发该事件的图表即可。它还验证了SCR动作是否有效,因为在移除栅极电流后“ SCR”保持导通状态-至少添加了足够的栅极电阻以防止GTO动作。
Spehro Pefhany

@jonk有趣的主意。您必须有一个与小晶体管匹配的大二极管,以使电流适当分配,或者可能要使用两个匹配的PNP晶体管,并在鲍勃·维德拉(la Bob Widlar)的发射极中引入电阻的味道。不确定究竟会获得什么-如果您对两者都做了,可能会得到更多的当前功能。您想把它变成答案吗?
Spehro Pefhany

@SpehroPefhany我想我可以。当我努力了解2N6028 PUJT的工作原理并试图从BJT中“制造一个”时,这个想法就产生了。那些实验坦率地说“非常有效”。但是后来我跌跌撞撞地想到,用1N4148制成的电流镜可以创造奇迹。不过,我担心一个好的答案会花一些时间来解释。
2015年
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