四的疑惑

安卓佳

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三极管是模拟型的有源器件，拿它做开关不是不行，你得要持续地施以足量的驱动才会持续地完全开通，
跟一般的开关用三极管相比，四层晶体管在开关方面所需的各项性能指标的优化更深更全，而线性度则更形忽略。
晶体三极管的原理，是势垒的控制，BJT的功率流穿越结面，势垒无法完全消隐，FET的功率流从结旁经过，没有饱和压降，但因沟道电阻受制于芯材，通常比BJT要大，
如果沟道能受到电导调制，阻力即可大减，此效果在一般三極管看来是无法做到的了，而PNPN架构则可以，也许这就是强功率有源器件都向四层化发展的原因吧。

安卓佳

跟三极管相比，可控硅才是货真价实的开关，但晶体管开关电路却不包括可控硅及其族类，
开与关，是两个稳态，自保持和可翻转，是双稳态的实现条件， 个人认为，真正的双稳，其翻转的策动方式应该一致，要么都靠触发，要么都在电源上做文章， 以此论之，可控硅就只能叫做准双稳，
对于可控硅的学习认知，绝大多数都是从互补管交连拓扑入手，如果你对BJT原理的了解较为深透，就会发觉BJT其实只是用了集电结的一半，
给NPN管基极接个上拉开关，管子不就可饱和导通了吗，反偏的PN结既然还可传导另一种载流子，那么，把NPN管的集极造薄并且在头上放个P，就等于接上了PNP管，Ib中的关键载流子就可由这个PNP给予，不需讯号也能维持导通，这就是可控硅的运作机制。

bidinghong

学学习习

安卓佳

BJT的导通压降为零当然理想不过，至少也应该低于二极管的门槛电压才对头吧？
好了，可控硅中的这个『PNP』只有基区，却没有基极，那么，它的「Ube」在哪，饱和时的「集电结」正偏是怎么样个偏法？

安卓佳

集成电路的每一级都是完整的，而有源器件本身却是每增添一层就相当于加了一级，但其属性依然是有源器件一个而不是三端集成电路一枚！
为求令强功率开关元件的性能更进一步，打从IGBT以后的管子，其层数亦更进一步，这些元件我不打算在此讨论，只是有点好奇，同样是四层架构，为甚么可以弄出不同的功能来？

qwqwqw2088

安卓佳 发表于 2015-7-20 16:52
集成电路的每一级都是完整的，而有源器件本身却是每增添一层就相当于加了一级，但其属性依然是有源器件一个 ...

这些元件我不打算在此讨论，只是有点好奇，，？

安卓佳

且先往BJT进内看看，BJT有两个结，结的厚度跟掺杂浓度合符反关联规则，Jc基区段的厚度受Je的状态影响，
而Jc的集电区段只受Vcc影响，cascode拓扑的共射级被共基级钳位，情况就如测量h参数时设置的那个『交流短路』，在此状态下，Jc集电极段的厚度是不随Ic而变的。

安卓佳

基区虽薄，却是讯号的接收处及功率通道的咽喉，基区联同集电层组建出集电结，在BJT中，集电区是厚，大，淡的，但其实，淡才是必须的，厚和大却非必然，可控硅的集电区就是对方的基区嘛，
正由于基区对有源功能是如此的重要，故在可控硅中，层的名称只有基，没有集（对方的基区就是集电区），但集电结却永远是集电结，可控硅的通断就是取决于此结，这跟BJT没啥分别，
基集的共性，都是淡，所以，由两个基区构成的集电结可以耐受很高的电压，但正因构成集电结的是两个基区，即使採用异质射极，基区掺杂也不能像HBT那样比射极还浓，否则，耐压就会大减甚至像隧道二极管那样完全喪失阻断能力，
图中，从左到右，1显示可控硅的基本构造及各结在未馈电时的情况，2显示的是Ic与Ib(两个发射结的空乏处消失了)，3则显示Ie(扩散与漂移)，4嘛，可控硅开通时大概就是这样，两种载流子混着走，漫滩了，三个结都被淹没，只剩下0.6V的饱和压降（逃了和尚跑不了庙，那三条黄线代表的是可控硅的物理结面）。

安卓佳

可控硅的正向转折电压会随闸极偏压而定，这特点可用之于电压粗测或PWM，
市电是频率固定，波形对称的交流电，控制每个周期通断的早晚，可以调压，这其实也是种PWM，
可控硅是个异控双稳器件，它的「先天缺陷」令它不宜以转折模式为常规，当它开通后，大量的载流子满足饱和之需绰绰有余，但未开通的时候是没货的，想令可控硅开通，就要把它当作一个NPN管，施加足以让NPN管饱和的驱动，直到管子开通透了为止，撤早了开得不踏实，撤晚了徒费资源，
电压电流，你调与不调都要稳，要稳就要负反馈，可控硅自己的行为模式不合负反馈的逻辑，可控硅靠触发是关不掉的，必须断电，旁路或逆向施压才能使它截止，强迫换流，就是逆向施压，让另一个可控硅做出合符PWM的逻辑来；另一种方法，就是作为开关三极管的关断驱动部份，当然，真的要这么玩，用PUT或SCS肯定比可控硅更合适；
λ二极管是两个互补的jFET，当电压高于某上限，就会彻底截止(直至击穿)，这特性正好合符交流调压所需，既然jFET既比可控硅快，又可造到高耐压，强功率，λ二极管理论上也该可以吧？

安卓佳

可控硅中的电流跟导线中的一样，都是直通通地涌过的，
跟BJT一样，可控硅也需要Ib，触发开通时Ib是从闸极注入的，在基区里头挪动，开通后的『Ib』就是对方的整个Ic，从集电结哗啦啦的涌来，
可控硅开通后，发射结是从功率通道取得远超饱和所需的驱动，闸极就是BJT的基极，载流量小，反向耐压低，对于这样的超量驱动而言，给闸极加反偏只是杯水车薪，无济无事，
断流，旁路，逆向馈电，目的都是使可控硅因流量低于维持电流而hold不住，曾做过这样的实验，即使带的负载很轻（接近它的维持电流）也无法以反偏将之关断，但反偏可减低关断后误开通的风险，亦能让BV稍许增加（在上图中没有标示Ig为负的转折曲线）。

安卓佳

倘若这些超量Ib可以直接一举抽掉，或跟闸极反偏时的负向电流关联受控，可控硅就可以触发关断，GTO的结构就是为此而设（对于一切四层有源器件，等效电路好像就是那么一个，如9楼的图所示，但我觉得等效电路的表达方式也是可以修改的，对GTO而言，改成这样可能更切合）。

安卓佳

有源器件的所有伏安特性曲线都是单支的，可控硅的真实结构与等效电路也都是直接耦合，所以，开通跟关断的增益应该是一致的，否则岂非像磁芯或介电材料那样呈现出滞迴曲线？
器件能否以反偏关断只是层区布局的成果，把可控硅开通，灌的是N管的Ib，令可控硅关断，要抽掉的的是P管的Ic！
假设，P与N的β都是10，那么，N管发射结吃的就是100Ib，想把可控硅关断，就必须令发射结剩下0.99……Ib才行，山洪海啸当前，神马抽水机下水道分洪区都是浮云了吧？！
可控硅是自持器件，两个「BJT」的增益愈高，正反馈就愈深重，愈是易通难断，至于资源分配，为求开得省力，小功率的应该是N管，而欲关得轻松，小功率的应该是P管，
把射极造淡，基区做厚，可降低增益，从根本上减小自持能力，是使元件易较易关断的办法之一，另外就把两个「BJT」的耦合削弱，不让对方的『Ic』过多的进入发射结，
在真实结构中，每层都不能引入额外的阻抗，只能透过分流解决，把部份基区还原为集电极，就可把对方的发射结短路，起到了分流的作用，此法广为四层(及以上)的有源器件所採用，GTO因而成为真正的双稳元件，在强功率开关三极管中可保证器件的模拟属性(线性指标似不考虑)及防止闩锁故障的发生 。

安卓佳

这短路块是直达物理结面的，被短接的是结，不是极，结被短路，势垒就无法运作，
这做法只会在发射结施行，基于有源器件本身的宽高比，基区总会有一定的横向电阻，
当发射结正偏，强大的功率电流贯通基区时，横向电阻的效果就显露出来，离短路块愈远，势垒受短路的影响就愈小，有源器件的功能不愁被破坏，而在接近短路块的区域，这『横向电阻』正好作为假负载(势垒其实可有可无)，把过剩的内部驱动分流掉(理论上，四层晶体管是模拟或双稳器件，可透过假负载的阻值来控制哩)，
不过，此法在反偏时有一利一弊，在没有驱动时，「横向电阻」使贮存于发射结的载流子得以泄放，且三极管的耐压会变成BVcer，但也因这短路，发射结似乎是加不上反偏的，即使能受反偏，也不均匀。

安卓佳

在原理图中，BJT跟MOSFET的结构可说是一样的，不同的只是控制方式，没有电气连系，就没有电导调制，功率通道就没有饱和压降但电阻就较同规格的BJT大了，
在IGBT中，受控部份的结构竟然就跟这图不谋而合，为避免闩锁故障的发生，设计者利用MOSFET跟BJT形成所需的条件差异，让这架构只剩下MOSFET功能，况且，IGBT不需要NPN的Ib，故可在此处使用发射结短路法，对于需要『Ib』 的各类有源器件，在控制端属区中使用发射结短路法我想会是不太合适的吧？

安卓佳

用互补BJT接成的仿可控硅电路，两个端子都是射极，遗憾的是，通过两个射极的都只是Ib，想引出Ic就要把负载连至集电极，
而在一切四层器件中，射极跟对方的集电极是直接耦合的，双方的Ic都能直通对方的射极，射极原本应有的载流能力不会被架空了，PNPN四层皆尽其用，
不过，事物往往无两全，双稳器件的关断确是个问题，可控硅关不断是因「Ib」过多，分流可以解决此问题，其实，第二射极的作用，就是使BJT转化成可控硅，但我发觉，其实並不需要把整个BJT都转化，只需改一点点就把『PNP』（或『NPN』）控制住，跟可控硅部份联动，
Ic大流中本来就只有极小部份起着「Ib」的作用，设立分流机制后，承载可控硅部份所需「Ib」的电流，就只是『BJT』的「Ic」的小分支，关断时需要抽掉的电流自然就小多了，
发射结短路法确会降低『BJT』的β，但由于对过剩流量的疏导，「关断增益」就得以提高，当然，正如楼上提到，此法会使触发所需的功率大增，还有反偏不均甚至加不上的可能，GTO可以不在闸极（NPN部份）施行，IGBT是以场效应驱动的，没这顾忌，但PUT呢，还有像SCS那样的互补对称元件呢，可就逃不掉了，用二氧化硅（芯片中常用的绝缘物）把SCR跟「BJT」隔开，此问题或可解决吧？

安卓佳

可控硅家族都是建基于BJT，但各自的具体结构却不一样，根据它们的真实结构描绘其等效电路，你会发觉竟然就像TTL里头的多极BJT。

hk6108

安卓佳 发表于 2015-8-3 17:44
……在触发端子属区搞发射结短路似乎不太合适吧？

为使pnpn四层器件可以触发关断或防止闩锁，引入了阴极或阳极短路法，
在IGBT中，须去除MOSFET的NPNBJT功能，短路要在阴极，在GTO中，需要足够高的通断增益(减小触发功率)，短路要在阳极，至于SCS嘛，对称器件对称处理，阴阳两极都短路了，
短路分流分的是功率电流，不能把讯号旁路，故此，短路点的位置，必须远离输入端，也就是说，如果是单个元件，短路跟闸极应各踞一端，若然是多胞体系，则间插排列。