什么是肖克利二极管：工作原理及其应用

肖克利二极管于1950年末由肖克利半导体实验室制造和销售。这种二极管的名字取自发明者威廉·布拉德福德·肖克利。这个二极管是晶闸管家族中的第一个器件。因此，这个二极管有助于创建其他类型的晶闸管，如TRIAC、DIAC和SCR。它是一个四层半导体二极管，相当于一个包括断开栅极的晶闸管。因此，本文讨论了肖克利二极管以及它与应用程序的配合。

什么是肖克利二极管？

肖克利二极管的定义是；包括像P-N-P-N这样的四层和像阳极和阴极这样的两个端子的半导体开关二极管，该二极管也被称为PNPN二极管或四层二极管。

该二极管的功能类似于普通二极管，不包括任何触发输入。这些二极管只包括两个条件，如接通或断开，因此这些二极管被归类为晶闸管。该二极管具有负电阻特性，这意味着当器件端子两端的电压增加时，整个二极管的电流将减少。肖克利二极管符号如下图所示。

肖克利二极管的结构及其工作

肖克利二极管的构造可以通过连接4层以形成PNPN结来完成。该二极管的两个晶体管的等效电路如下所示。在这个电路中，“T1”晶体管的集电极端子连接到T2晶体管的基极端子。

J1结可以形成在T1晶体管的发射极-基极（EB）结处，J2结可以形成于T1和T2之间的基极-集电极（BC）结处。J3结可以形成在T2晶体管的be结处。

这四层将在内部包括两个晶体管。因此，J1是T1晶体管的EB结，J2结是T1和T2晶体管的公共连接BC，T2晶体管的BE结是J3。

当这个二极管在正向偏置下工作时，那么像J1和J3这样的两个结都是正向偏置的，而J2结是反向偏置的。类似地，一旦J1和J3以反向偏置连接，并且J2正向偏置，则器件将开始以这种模式工作。然而，当二极管在反向偏置模式下工作时，电压超过击穿电压，二极管就会损坏。所以这个二极管只在正向偏置模式下工作。

肖特基二极管Vs肖克利二极管

肖特基二极管和肖克利二极管之间的区别将在下面讨论。

肖特基二极管	肖克利二极管
肖特基二极管是一种双金属层半导体结型二极管。	肖克利二极管是一种四层（PNPN）半导体二极管。
肖特基二极管的结可以通过使用不同的材料如钼、铬、钨和铂来形成。	肖克利二极管的结可以由不同的金属形成，如钨、金、铬、钼、铂或某些硅化物。
这个二极管的作用是降低温度。	该二极管的功能与没有任何触发输入的普通二极管相同。
肖特基二极管作为整流和信号装置工作。	这种二极管作为一种功率、无机太阳能电池和开关器件工作。
这些二极管用于它们的快速恢复时间、低导通电压以及在较高频率下的较少能量损失。	这些二极管主要用于开关应用，如弛豫振荡器和触发开关。

肖克利二极管作为触发开关

斯库利二极管被用作开关电路来接通可控硅整流器。在以下电路中，可控硅可以通过肖克利二极管激活。RC网络是通过直流电源来驱动二极管的。

当提供VDC时，二极管将正向偏置，电容器通过电阻充电。一旦电容器的充电电压达到二极管的击穿电压，二极管将开始导通，电容器将开始在整个二极管中放电。该二极管的导通将使可控硅开关处于导通状态，之后蜂鸣器将发出警报。

一旦SCR接通，它将保持在闭锁状态。因此，电路中的二极管不会使SCR关闭。但可以通过选择适当的电容器和电阻器元件值来控制SCR触发时间。

肖克利二极管方程的推导

肖克利二极管方程提供了二极管在正向偏置或反向偏置中的I-V特性。因此，肖克利二极管方程可以给出为：；

I=Is（e^Vd/（nVt）-1

在这里

‘I’是二极管电流，

‘Is’是反向偏置的饱和电流，

Vd是二极管两端的电压，

Vt是热电压，

‘n’是理想因子或质量因子或排放系数。

基于制造过程以及半导体材料，该因子“n”的范围从1到2。

在300K的温度下，类似“Vt”的热电压约为25.85mV，该温度接近设备模拟软件中通常使用的室温。所以，在任何温度下，它都是一个所谓的常数，可以由下式给出：

Vt=kT/q

在这里

“k”是玻尔兹曼常数。

“T”是PN结的绝对温度

“q”是电子的电荷大小。

特点

这个肖克利二极管特性包括以下内容。

肖克利二极管的电压-电流特性如下图所示。该二极管包括导通和不导通两种工作条件。在非导通状态下，该二极管通过可忽略的电流在较低的线路上工作&电压小于断路过电压或开关电压。

一旦电压试图超过击穿电压，则设备将击穿并通过虚线向导通状态或导通状态的方向切换。在这里，虚线被称为不稳定的临时条件。

在这条虚线上，设备在这一状态下保持很短时间，因为它在两种稳定的操作条件之间切换。在导通状态或导通状态下，设备可以在较高的线路上运行。如果整个设备的电流高于保持电流（I<sub>H)，则其两端的电压略高于拐点电压（VK）。一旦电流下降到保持电流水平以下，则设备将通过虚线切换回断开状态或不导通状态。

击穿电压和反向击穿电压

一旦该二极管被正向偏置，它就为电流提供高电阻。一旦正向电压增加，那么在J2结处反向偏压也增加。在击穿电压VBo下，J2结发生反向击穿。这种击穿将降低电阻，因此二极管将提供更小的电阻。因此，它进入导通状态，并起到开关的作用。所以电流开始流过它。

类似地，在反向偏置条件下，如果反向电压被充分增强，则反向电压达到反向击穿电压或VBR。因此，在这个电压下，像J1和j3这样的两个结将进入反向电压击穿。流经它们的反向电流将迅速增加&这种电流产生的热量可能会损坏设备。因此，该二极管从未在高于反向电压击穿的反向电压下工作。

优点和缺点

这个Shockley diod的优势e包括以下内容。

• 这些二极管具有高的开关速度。
• 与晶体管相比，它可以执行更多的操作，因为它的结构包括通过公共端子连接的两个晶体管。
• 它被锁定在打开状态。
• 正向电压降较低，因此功耗也较低。
• 反向电压很容易被阻断。
• 它可以通过保险丝进行保护，防止过电流。

这个肖克利二极管的缺点包括以下内容。

• 它的构造有些困难，因为它使用了四个半导体材料层。
• 它只在一个方向上传导。
• 由于速率效应，它可能会突然打开。
• 关闭并不简单。
• 它不能以很快的速度控制。
• 它不包括任何控制终端。
• 在正向击穿电压以上没有控制。

应用

肖克利二极管的应用包括以下几个方面。

• 该二极管可用作电路内的触发开关，以接通SCR。
• 它可以用于弛豫振荡器。

因此，这一切都是关于肖克利二极管作为开关的概述。当正向电压低于击穿电压时，该二极管提供非常高的电阻并且实际上不传导电流。类似地，一旦电压高于击穿值，该二极管就提供非常小的电阻。这里有一个问题要问你，什么是晶闸管？