本实验活动的目的是检查硅控整流器(SCR)结构及操作。SCR主要用于需要(在高压下)控制更高功率的设备。SCR适用于中高压AC灯光调节、稳压器、电机控制等电源控制应用。此外，集成电路可能无意中形成SCR，当它们被触发时，可能会导致电路故障，甚至可靠性问题和损坏。

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SCR它是一种四层固态电流控制器，有三个端子。它们有阳极和阴极端子，就像传统的二极管一样，第三个是控制端子，被称为栅极。SCR它是一个单向装置：只向一个方向传输电流，就像二极管或整流器一样。SCR只能由传输到栅极的电流触发；它具有二极管的整流功能和晶体管的开关控制功能。

SCR一般用于电源开关应用。该装置在常闭状态下将电流限制为泄漏电流。当电流超过一定阈值时，设备打开并传输电流。即使在消除栅极电流后，只要通过设备的电流高于维持电流，SCR保持开放状态。一旦电流低于保持电流一段时间，器件就会关断。若栅极有脉冲，且通过设备的电流低于闭锁电流，设备将保持关闭状态。

图1b显示SCR四层结构可以看到三个端子：一个位于外P型层，称为阳极A；第二个位于外n型层，称为阴极K；第三个位于下部NPN晶体管部分的基极， 称为栅极G。

当SCR从端子A到开启状态K在SCR两端的压降是Q1VBE和Q2VCESAT之和，与Q2VBE和Q1VCESAT并联。我们知道，当集电极基极结正偏向饱和区时，即VCE小于VBE时，BJT设备的下降。两个晶体管VCE在满足正反馈增益方程之前，它方程PNP × ?NPN等于1。

值得注意的是，BJT晶体管述方程，如果泄漏电流足够小，晶体管，如果泄漏电流足够小，在这个低泄漏电流水平下，PNP × ?NPN小于1，那么SCR将保持关闭状态。

ADALP2000模拟件套件不包括SCR，但是可以使用分立式PNP和NPN构建晶体管图1d模拟所示等效电路SCR。

u AD ADALM2000主动学习模块

u 无焊试验板

u 两个1k?电阻

u 两个100k?电阻

u 一个0.1μF电容

u 一个小信号NPN晶体管(2N3904)

u 一个小信号PNP晶体管(2N3906)

在无焊试验板上构建图2所示SCR等效电路模型。

图2.用于仿真SCR的电路

两个100 kΩ电阻R1和R2分别安装在每个晶体管中。VBE位置，确保任何小泄漏电流不会触发模拟SCR。电阻R3将来自AWG电压脉冲转换为触发电流。

SCR连接试验板。

图4.波形示例

图5.Scopy波形示例

当SCR当电流处于开启状态并传输时，测量并报告通过SCR的压降。

通过调节AWG2.找出可以触发的SCR最小脉冲电压(幅度)。根据此电压R3和Q2的VBE，估计最小触发电流。解释结果。

尝试给R1和R使用更大值(1)M?)和更小值(10k?)。如何改变最小触发电压？

使用0.1μF电容替代电阻R3.将耦合电容器作为微分器AWG输出的方波脉冲转化为方波上升边缘和下降边缘狭窄的正负流。这将如何影响SCR触发时间和方法？

前面讨论了使用SCR特性的应用。不幸的是，集成电路可能不想形成SCR，如果这些SCR触发可能导致电路故障，甚至集成电路可靠性问题和损坏。

闩锁

锁是一种潜在的破坏性情况。这种情况会引发寄生SCR，导致正负电源短路。如果电流不受限制，电气过应力就会发生。典型的锁锁发生在CMOS在输出装置中，当过压事件期间两个寄生基极发射极结暂时偏离时，驱动晶体管和井将形成四层PNPN SCR结构。SCR打开并实际造成VDD和地之间的短路。

所有这些MOS当单片芯片上出现适当的外部刺激时，当的外部刺激时，寄生SCR在设计不良的情况下，设备可能会打开。CMOS电路很常见。图6是两个晶体管的简化截面图，一个PMOS，一个NMOS；它们可以连接在一起作为逻辑门使用，或作为模拟放大器，或开关使用。寄生双极晶体管负责锁紧，Q1（纵向PNP）和Q2（横向NPN），如下图所示。

图6.PMOS和NMOS该装置的截面图包括寄生晶体管Q1和Q2

当然，适当的设计方法可以减少SCR形成的概率包括增加NMOS和PMOS设备之间的间距，以及NWELL和PWELL将高掺杂区插入周围。这两种布局方法都试图垂直PNP或横向NPN寄生双极晶体管减少到小于1。其中一些方法还倾向于降低RPWELL和RNWELL增加开启电阻SCR所需的最小触发电流。

1.SCR与普通整流二极管有何不同？您可以在学子专区 在论坛上找到答案。

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作者简介

Doug Mercer于1977年毕业于伦斯勒理工学院(RPI)，获得电子工程学士学位。自1977年入AD自公司以来，他直接或间接贡献了30多种数据转换器产品，并拥有13项专利。AD芯片代理他于1995年被任命为AD研究员。2009年，他从全职工作转继续担任名誉研究员。AD顾问，为主动学习计划写作。2016年，他被任命为RPI ECSE驻校工程师。

Antoniu Miclaus现为AD公司系统应用工程师，从事AD同时为教学项目工作Circuits from the Lab、QA嵌入式软件的自动化和流程管理开发。2017年2月，他加入了罗马尼亚克卢日-纳波卡AD公司。他目前是贝比斯鲍耶大学软件工程硕士学位的理学硕士学位，拥有克卢日-纳波卡科技大学电子与电信工程学士学位。