中心論題：

• 分析晶閘管的保護特性
• 提出TSPD並分析其特性

解決方案：

• 使用TSPD可解決簡單晶閘管不對稱保護特性的缺陷
• TSPD有雙向和單向之分

晶閘管的過壓保護設備是基於一對雙極性晶體管，這一對雙極性晶體管是由四層不同摻雜的N，P極組成
，如圖1所示。N型摻雜的N1，P型摻雜的P1，和N型摻雜的N2分別構成NPN晶體管的發射極，基極和收集極
，而P型摻雜的P2，N型摻雜的N2，和P型摻雜的P1分別構成了PNP晶jing體ti管guan的de發fa射she極ji，基ji極ji，和he收shou集ji極ji。這zhe樣yang一yi來lai一yi個ge晶jing體ti管guan的de收shou集ji極ji是shi另ling外wai一yi個ge晶jing體ti管guan的de基ji極ji。按an這zhe種zhong方fang法fa那na麼me一yi個ge晶jing體ti管guan的de發fa射she極ji到dao收shou集ji極ji流liu過guo的de電dian流liu就jiu是shi流liu向xiang另ling一yi個ge晶jing體ti管guan的de基ji極ji的de電dian流liu。如ru果guo加jia一yi個ge從cong陽yang極ji到dao陰yin極ji的de正zheng電dian壓ya，那na兩liang個ge三san極ji管guan的de發fa射she極ji與yu基ji極ji之zhi間jian，即jiJ1和J3
，都是正向電壓偏置。隻有J2處PN結形成反向電壓偏置時才能阻礙電流流動。如果從陽極到陰極的電壓增加到大於J2處PN結jie的de擊ji穿chuan電dian壓ya

，電dian流liu就jiu開kai始shi直zhi接jie流liu向xiang兩liang個ge雙shuang極ji性xing晶jing體ti管guan的de基ji極ji。這zhe使shi得de兩liang個ge三san極ji管guan都dou導dao通tong，會hui導dao致zhi含han有you兩liang個ge三san極ji管guan的de晶jing閘zha管guan的de電dian阻zu下xia降jiang，並bing且qie晶jing閘zha管guan兩liang端duan的de電dian壓ya也ye會hui減jian小xiao。如ru圖tu2所示我們可以看到晶閘管的從陽極到陰極的正電流存在時的電壓-電流曲線。有著這樣的電壓-dianliuquxiantexingdebaohuqijianyidinghuiyoufeichangyouxiudebaohutexing。dangbaohuqijianzaichufahou
，gongzuodianyaxiajiangshibaohuqijiankeyichengshoudadedianliubingqiezishengonghaohenxiao。shishishang

，juyouzhezhongdianya-電流曲線特性的保護器件通常被稱為“消弧”保護器件，因為這就好比是通過把一個“金屬消弧”放置在需要保護的端口來實現保護作用的。值得注意的是隻有當電流或者電壓降到閾值點以下
，才能使得晶閘管回到高阻態，如圖2所示。

圖1 晶閘管物理結構和電路

圖2 晶閘管正向導通的電流-電壓(I-V)曲線

而當在陽極到陰極之間加一個負電壓偏置時
，情況就完全不同了。因為此時隻有J2處PN結是正向偏置，而這個正向偏壓PN結可以認為是這對雙極性晶體管的發射極和基極
，這種非常規的情況如圖3所示 。同一個PN充當兩個三極管的發射極是不可能的。至於陽極到陰極成反偏壓的晶閘管情況很類似一個反向偏壓的二極管如圖4所示。

 
圖3 晶閘管在負電壓偏置下

圖 4 晶閘管的電流-電壓(I-V)曲線

在圖4中(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)一(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)的(de)晶(jing)閘(zha)管(guan)的(de)保(bao)護(hu)特(te)性(xing)是(shi)很(hen)不(bu)對(dui)稱(cheng)的(de)。在(zai)電(dian)壓(ya)軸(zhou)的(de)正(zheng)方(fang)向(xiang)晶(jing)閘(zha)管(guan)導(dao)通(tong)會(hui)導(dao)致(zhi)電(dian)阻(zu)急(ji)劇(ju)減(jian)少(shao)
，而(er)在(zai)電(dian)壓(ya)軸(zhou)的(de)負(fu)方(fang)向(xiang)晶(jing)閘(zha)管(guan)會(hui)發(fa)生(sheng)電(dian)位(wei)鉗(qian)製(zhi)的(de)動(dong)作(zuo)，相(xiang)當(dang)於(yu)一(yi)種(zhong)基(ji)於(yu)TVS器件的二極管。為了具備對稱的過壓保護功能，我們必要使用兩個反平行的晶閘管。這可以由一對不連續的晶閘管來實現，如圖5a所示；或者可以由五種不同摻雜濃度的P區或N區組成的矽器件來實現，如圖5b所示那樣，這種器件一般就被叫做晶閘管浪湧保護器件(TSPD)，它的電流-電壓曲線特性如圖6所示。

圖5 非平行的晶閘管 a) 一對非平行的晶閘管 b) 集成於單個矽器件的非平行的晶閘管

圖6 一對非平行的晶閘管的電流-電壓(I-V)曲線

大多數晶閘管浪湧保護器件(TSPD)是對稱的雙向特性的
，但也有內含二極管單向特性的，如圖7所示。而不對稱的雙向晶閘管浪湧保護器件(TSPD)是在一個極性方向有著減小了的觸發電壓，如圖7所示。
 

圖7 雙向和單向的晶閘管浪湧保護器件(TSPD)的例子

 
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