轉折二極體

轉折二極體又稱為反向阻斷二端晶閘管或者Shockley二極體，它是一種能夠正向開關工作的單向開關二極體。在正向電壓達到額定值時，能夠實現轉折導通。

構成

轉折二極體是由四層（p，n，p，n）、三個p-n結（j1，j2，j3）串聯構成的，如圖所示。故轉折二極體往往就稱為pnpn二極體。該二極體的兩個端頭區域的摻雜濃度都較高（～1019/cm3），左端的p區稱為陽極區（A），右端的n區稱為陰區（K）；中間的n區和p區稱為基區，它們的寬度較大，其中n基區的摻雜濃度較低（～5×1014/cm3），p基區的摻雜濃度為1016～1017/cm3。

轉折二極體的基本結構和伏安特性

特性

轉折二極體的伏安特性如圖所示。在正向工作（A極接正，K極接負）時具有雙穩定狀態，即有高阻、小電流的關斷狀態（即正向阻斷狀態）和低阻、大電流的導通狀態（即正嚮導通狀態），從而具有開關性能。並且二極體的正嚮導通電壓很低（近似等於一個p-n結的導通電壓）；由正向阻的斷狀態轉換為導通狀態的轉變電壓VBF稱為正向轉折電壓。在反向工作（A極接負，K極接正）時，通過的電流很小，只有一種工作狀態——反向阻斷狀態；但是，當反向電壓達到擊穿電壓VBR時、電流即迅速增大——擊穿。

當轉折二極體加上正向電壓時，其中的J1和J3都正偏，只有J2反偏；在正向阻斷狀態時，所加的端電壓幾乎都降落在J2上。這種正向阻斷狀態工作的二極體，可用兩個處於放大狀態的電晶體（pnp-BJT1和npn-BJT2）的組合來等效，其中J1是BJT1的發射結，J3是BJT2的發射結，而J2是這兩個電晶體共用的集電結。當兩個等效電晶體的電流放大係數很小時，即(a1+a2) <<1，則二極體的工作電流很小，為I≈ICBo=ICBo1+ICBo2，這就是正向阻斷狀態。但是，若兩個電晶體的電流放大係數增大到(a1+a2)≈1時，轉折二極體的電流即趨於無窮大，即二極體導通，這就是正嚮導通狀態。

由於轉折二極體二極體的基區寬度一般設計得比較大，則在較小的正向電流時，其中兩個BJT的放大係數都必將很小（a1<<1，a2<<1），於是通過二極體的總電流就只有很小的漏電流（I≈ICBo1+ICBo2），這正是二極體的正向阻斷狀態。

隨著正向電壓的增大，J2結上的反向偏壓也增大，就使得J2結的耗盡層擴展，並導致電晶體的基區寬度減小、電流放大係數變大，當達到a1+a2≈1時，則二極體電流I迅速增大，與此同時電壓也很快降低（即產生負組特性），二極體就進入正嚮導通狀態。之所以在導通時電壓會很快降低，這顯然是由於J2結由反偏即時變成了正偏的結果；從物理機理來看，在導通時從正偏的J1結和J3結注入到n區和p區的載流子總數為(a1+a2)I/q，但其中只有I/q部分能通過J2結，於是將有許多載流子堆積在J2結的兩側，這就使得J2結轉變為正偏，從而導致整個器件電壓突然下降。器件導通以後，J1、J2和J3結都處於正偏，這時等效的兩個電晶體（BJT1和BJT2）即都處於飽和狀態，因此器件的導通電壓很低（等於一個p-n結的正向電壓加上一個BJT的飽和壓降≈0.7V+0.2V=0.9V）。為了保持導通狀態所必須的最低電壓和最低電流，分別稱為保持電壓（VH）和保持電流（IH）。在器件套用中，總是希望正向轉折電壓VBF越大越好，保持電壓越低越好。在p-n-p-n二極體進入正向飽和狀態以後，如果要它再返回到正向阻斷狀態的話，那么就必須降低端頭電壓或者改變端頭電壓的極性。

當轉折二極體二極體加上反向電壓時，J2結正偏，J1結和J3結都反偏（這時外加電壓將主要降落在具有高阻n區一邊的J1結上），通過的電流很小；當電壓達到VBR時即擊穿。因為外加反向電壓主要是降落在J1結上，所以為了增大反向阻斷電壓，就應當增加n基區的厚度，但是這會降低開關速度。

用途

轉折二極體常常用作為SCR的觸發開關管（能給SCR的柵極提供尖銳電流脈衝）。