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PNPN二极管或肖克利二极管

在本教程中，我们将了解肖克利二极管。尽管在商业上无法获得(生产在1950年代停止)，它也不是特别有用，但肖克利二极管的模型技术在制造其他类型的可控硅(SCR)、DIAC和可控硅(trac)等晶闸管方面非常有用。

它是晶闸管家族设备的第一个成员，它是以发明者威廉·布拉德福德·肖克利的名字命名的。一旦我们理解了这个二极管的基本操作，我们将很容易理解在晶闸管覆盖的下一个概念。让我们了解肖克利二极管的工作和应用。

大纲

肖克利二极管或PNPN二极管是一个四层(P-N-P-N)，两个终端(即阳极和阴极)的半导体开关器件。它也被称为四层二极管。它的功能就像一个正常的二极管，没有任何触发输入，在反向偏置条件下，没有电流流过它，在正向偏置条件下，当它的电压超过它的开断电压时，电流流过它。

这些二极管只有两种状态，要么开，要么关，这就是为什么这些被分类为晶闸管。肖克利二极管的基本结构、两个晶体管的类比和符号如下图所示。

该二极管的结构很简单:它是通过连接四层形成PNPN结。该二极管使用两个晶体管的等效电路如图所示，其中晶体管的集电极T1连接到T2的底端。

结J1在T1的发射极基极结处形成，J2在T1和T2之间的共连接基极集电极结处形成，J3在T2的基极发射极结处形成。因此，作为基极发射极结，J1和J3必须是正向偏置的，而作为集电极基极结，J2必须是反向偏置的，以实现线性操作。

如上所述，这些二极管由三个结J1, J2和J3组成。当电压以这样一种方式施加到二极管上，使阳极相对于阴极为正，结J1和结J3为正向偏置，结J2为反向偏置。

当二极管上的电压小于开断过电压时，作为开断开关，二极管显示非常高的电阻，不允许电流通过。一旦达到突破电压(随着正向电压的增加)，由于结J2击穿，它表现出非常低的电阻。

因此，它就像一个短路，并允许电流流动，直到电流达到二极管的保持电流水平。通过二极管的正向电流取决于施加的电压和外部负载电阻。下图显示了在导电和非导电状态下的肖克利二极管的VI特性，其中on态电流仅在电压大于导通过电压VBO时流动。

当阳极相对于阴极为负时，结J1和结J3为反向偏置，结J2为正向偏置。如果反向偏置电压增加(超过肖克利二极管的击穿电压)，J1和J3为反向偏置，则反向电流将流过二极管，如图所示。

这种反向电流产生热量，进一步这可能破坏整个二极管。因此，肖克利二极管不应该在反向偏置条件下工作，电压等于反向击穿电压。

一旦肖克利二极管是ON，它就像一个闭合的开关提供了一个非常低的电流阻力。要关闭二极管(或像打开开关一样)，必须将施加的电压降低到一个值，使流过二极管的电流小于二极管的保持电流IH。在这种状态下，结J2处于反向击穿状态，恢复其高电阻值。

肖克利二极管主要用于开关应用。下面将讨论肖克利二极管作为弛豫振荡器和触发开关的两个主要应用。

下图显示了使用肖克利二极管的弛豫振荡器电路。在这种情况下，二极管通过电容器电源与电源电池连接。

当电池电压施加到电路上时，电容器通过电阻r充电，当施加的电压或电容上的电压大于肖克利二极管的开断过电压时，电容器就变为ON状态，充当开关。

这使电容器通过二极管迅速放电。当通过二极管的电流小于二极管的保持电流时，二极管变为关闭状态，电容再次充电。电容的电压如下图所示，参考电压大于零伏特，因为电容不会完全放电。

肖克利二极管最常见的应用是开关电路，以打开可控硅。在下面的电路中，可控硅由肖克利二极管触发。电阻式和电容式RC网络采用直流电源驱动肖克利二极管。

当施加VDC时，肖克利正向偏压，同时电容开始通过电阻充电。当电容器的充电电压达到二极管的开断电压时，二极管开始导电，电容器通过二极管开始放电。

这种传导的肖克利二极管驱动可控硅进入打开状态，然后蜂鸣器给出报警。一旦可控硅被打开，它将保持在锁存或ON状态，直到电源被移除或换向技术应用到可控硅。因此没有门或肖克利二极管电路的影响，使可控硅关闭。而可控硅的触发时间是通过选择合适的电容和电阻值来控制的。