In questo tutorial, impareremo a conoscere Shockley diodo. Anche se non è disponibile in commercio (la produzione si fermò nel 1950) e non è particolarmente utile, la tecnica del modello del diodo Shockley è molto utile nella creazione di altri tipi di tiristori come SCR, DIAC e TRIAC ecc.
È il primo membro della famiglia di dispositivi a tiristori e prende il nome dall’inventore William Bradford Shockley. Una volta compresa questa operazione di base di questo diodo, capiremo facilmente i prossimi concetti trattati nei tiristori. Fateci sapere circa il funzionamento del diodo Shockley e applicazioni.
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Introduzione al diodo Shockley
Il diodo Shockley o diodo PNPN è un dispositivo di commutazione a semiconduttore a quattro strati (P-N-P-N), due terminali (cioè anodo e catodo). È anche chiamato diodo a quattro strati. Funziona come un diodo normale senza ingressi di trigger, in condizioni di polarizzazione inversa, nessuna corrente scorre attraverso di essa e in condizioni di polarizzazione diretta la corrente scorre attraverso di essa quando la tensione su di essa è superiore alla tensione di rottura.
Questi diodi hanno solo due stati, ON o OFF ecco perché questi sono classificati come tiristori. La costruzione di base, due analogia transistor e simbolo del diodo shockley sono mostrati in figura sotto.
La costruzione di questo diodo è semplice: è costruito unendo i quattro strati per formare la giunzione PNPN. Il circuito equivalente di questo diodo utilizzando due transistor è mostrato in figura sopra dove nel collettore di un transistor T1 è collegato alla base di T2.
La giunzione J1 è formata alla giunzione di base dell’emettitore di T1, J2 è alla giunzione comune del collettore di base collegato tra T1 e T2 e J3 è alla giunzione di base dell’emettitore di T2. Pertanto, poiché le giunzioni di base dell’emettitore, J1 e J3 devono essere prevenute in avanti e come giunzione di base del collettore, J2 deve essere prevenuta in retromarcia per il funzionamento lineare.
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Funzionante
Come discusso sopra, questi diodi sono costituiti da tre giunzioni J1, J2 e J3. Quando la tensione viene applicata a questo diodo in modo tale che l’anodo sia reso positivo rispetto al catodo, le giunzioni J1 e J3 sono prevenute in avanti e J2 è prevenuta inversa.
Fino a quando la tensione attraverso il diodo è inferiore alla rottura sopra tensione, come un interruttore aperto questo diodo presenta una resistenza molto elevata e permette nessuna corrente di fluire attraverso di essa. Una volta raggiunta la tensione di rottura (all’aumentare della tensione diretta), presenta una resistenza molto bassa dovuta alla rottura della giunzione J2.
Pertanto, agisce come un cortocircuito e consente alla corrente di fluire fino a quando la corrente raggiunge il livello di corrente di mantenimento del diodo. Questo flusso di corrente diretta attraverso il diodo dipende dalla tensione applicata e dalla resistenza di carico esterna. La figura seguente mostra le caratteristiche VI del diodo shockley per la conduzione e stati non conduttori in cui la corrente sullo stato scorre solo quando la tensione è superiore alla rottura sopra tensione VBO.
Quando l’anodo è reso negativo rispetto al catodo, le giunzioni J1 e J3 sono polarizzate in senso inverso e la giunzione J2 è polarizzata in avanti. Se la tensione di polarizzazione inversa viene aumentata (oltre la tensione di rottura del diodo shockley), J1 e J3 sono invertiti, quindi la corrente inversa fluirà attraverso il diodo come mostrato nella figura sopra.
Questa corrente inversa produce il calore, ulteriormente questo potrebbe rovinare l’intero diodo. Di conseguenza, il diodo di shockley non dovrebbe mai essere azionato nello stato polarizzato inverso con una tensione uguale alla tensione inversa di ripartizione.
Una volta che il diodo shockley è acceso, agisce come un interruttore chiuso che offre una resistenza molto bassa al flusso di corrente. Per spegnere il diodo (o per agire come un interruttore aperto), la tensione applicata deve essere ridotta ad un valore tale che la corrente che scorre attraverso il diodo sia inferiore alla corrente di mantenimento IH del diodo. In questo stato, la giunzione J2 proviene dallo stato di rottura inversa e ripristina il suo alto valore di resistenza.
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Applicazioni dei diodi Shockley
I diodi Shockley sono utilizzati principalmente per applicazioni di commutazione. Le due principali applicazioni importanti del diodo shockley come oscillatore di rilassamento e interruttore di innesco sono discussi di seguito.
Come oscillatore di rilassamento
La figura seguente mostra il circuito dell’oscillatore di rilassamento utilizzando un diodo shockley. In questo il diodo è collegato attraverso la potenza del condensatore con una batteria di alimentazione.
Quando la tensione della batteria viene applicata al circuito, il condensatore si carica attraverso una resistenza R. Quando la tensione applicata o la tensione attraverso il condensatore è superiore alla tensione di rottura del diodo shockley, si accende e funge da interruttore.
Questo fa sì che rapidamente per scaricare il condensatore attraverso il diodo. E quando la corrente attraverso il diodo è inferiore alla corrente di mantenimento del diodo, il diodo si spegne e il condensatore si carica di nuovo. La tensione attraverso il condensatore è mostrata sotto la figura in cui la tensione al riferimento è superiore a zero volt perché il condensatore non si scarica completamente.
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Come Trigger Switch
Le applicazioni più comuni del diodo Shockley sono circuiti di commutazione , per accendere l’SCR. Nel circuito sottostante SCR viene attivato dal diodo shockley. La rete resistiva e condensatore RC è alimentato con un alimentatore DC che aziona il diodo shockley.
Quando viene applicato il VDC, shockley è prevenuto in avanti e anche il condensatore inizia a caricarsi attraverso la resistenza. Quando la tensione di carica del condensatore raggiunge la tensione di rottura del diodo, il diodo inizia a condurre e il condensatore inizia a scaricarsi attraverso il diodo.
Questa conduzione del diodo shockley aziona l’SCR in stato di accensione, quindi il cicalino emette un allarme. Una volta che l’SCR è acceso, rimarrà nello stato di aggancio o ON fino a quando l’alimentazione non viene rimossa o le tecniche di commutazione applicate all’SCR. Quindi non vi è alcun effetto del cancello o del circuito a diodi shockley per rendere SCR OFF. Tuttavia, i tempi di attivazione dell’SCR sono controllati selezionando i valori corretti di condensatori e resistori.
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