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学子专区-ADALM2000实验:硅控整流器
(2026/11/13更新)

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。

材料

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)

说明

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。

硬件设置

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?

寄生在集成电路中无意形成SCR

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。

问题:

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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关于AD公司

AD它是世界领先的高性能模拟技术公司,致力于解决最困难的工程设计挑战。通过优秀的测试、测量、电源、连接和解释技术,构建连接现实世界和数字世界的智能桥梁,帮助客户重新了解周围的世界。详情请浏览AD官网www.analog.com/cn。

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。


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