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半导体放电管在浪涌抑制电路的应用
发布时间:2012-04-08 点击次数:1489次

半导体放电管是基于晶闸管原理和结构的一种两端负阻器件。可以吸收突波,抑制过高电压,达到保护易损组件的目的。该 器件是在硅单晶片两面同时掺杂同种杂质而形成。简单的结构如图1所示。图中p区和n区连结在一起。选用不同的材料和工艺,可以做出各种不同电压和电流的放电管。  
      固态放电管的工作原理和一个两端的可控硅相似,简述如下:
  从结构图可以看出,固态放电管两面的结构基本上是相同的。在使用中两个极都有加高电位的可能性。在分析工作原理时,假定A接高电位,K接低电位,该器件的特性曲线如图2所示,可以把导通与阻断的过程分为四个阶段。
      1)阻断区:图2中的0到VBR段。
  此时器件所加电压低于击穿电压,J1正偏,J2为反偏,电流很小,J2起到了阻挡电流的作用。外加电压几乎都加在了J2上,由于漏电流很小,固态放电管电阻很大,故称为阻断区。
  2)雪崩区:VBR到VBO段
  所加电压从VBR逐渐增加到VBO时,J2的空间电荷区内的电场很强,区的宽度被拉得很宽,区内的载流子在足够强的电场作用下,产生了倍增效应,通过J2的载流子突然增加,电流也突然增大,这就是雪崩区。
  3)负阻区:VBO到A段
  当外加电压增加到大于VBO时由于雪崩效应而产生了大量的电子空穴对,此时这些载流子在电场的强烈的抽取作用下,进入N2区,大量的电子与空穴因不能很快复合而分别积累在N2区和P2区,因而使J2空间电荷区的电场减弱,降落在J2上的电压将下降,雪崩效应随之减弱,但外加电压并不变,这样加在其它结上的正偏压要增加,从而使通过J2的电流增大,于是,出现了电压不变而电流增加的负阻现象。
  4)导通区:A到B段
  雪崩效应,使J2空间电荷区越变越窄且由反偏变成了正偏,这样器件的阻抗变得很低,电流变得很大,于是器件由高阻的阻断状态,变成了低阻的导通状态,其伏安特性曲线类似于整流元件的正向特性。
  从上述原理中可以看出,当外加电压低于VBR时,漏电流很小,处于断开状态。不影响被保护组件的正常工作。当外加电压大于VBO时,放电管很快进入导通状态,压降很小,起到了保护作用。外加电压去掉后,电流很快就降到低于维持电流IH,放电管自然恢复,回到断开状态。
  综上所述,该器件的优点是导通电压小,几乎无热耗,可重复使用,能承受较大的冲击电流,响应快,使用安全、可靠,其性能优于其它瞬间过压保护元器件。

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