一种超高速模拟单向可控硅的制作方法
【专利摘要】本实用新型是一种超高速模拟单可控硅，它由三极管V1?V2、电阻R1?R4和二极管VD1?VD5组成，电阻R1下端与三极管V2发射极相连构成模拟可控硅的阴极K；电阻R2上端与三极管V1发射极相连构成模拟可控硅的阳极A；三极管V1的基极同时接电阻R2下端和二极管VD1的阳极；二极管VD1阴极接二极管VD2阳极；三极管V1集电极同时接二极管VD4阳极和二极管VD3阳极；二极管VD2阴极与二极管VD3阴极同时接三极管V2集电极；二极管VD4阴极与二极管VD5阳极同时接电阻R1上端；二极管VD5阴极与电阻R3左端相连；电阻R3右端与电阻R4右端同时接三极管V2基极；电阻R4左端构成模拟可控硅的触发极G，作为高频脉冲信号输入端。本实用新型代替可控硅开关速度快两个数量级。
【专利说明】
一种超高速模拟单向可控硅
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种超高速全控器件的结构，尤其是开通关断时间均在纳秒量级的超高频模拟单向可控硅。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，普通可控硅的工作频率上限大概是几千赫兹，而快速可控硅或高频可控硅工作频率上限亦不过二十千赫兹左右，很难用于更高频率的场合。现有市场产品中，虽然对普通可控硅的管芯结构和制造工艺进行了改进可以提高其工作频率，但在关断时间上，普通可控硅仍需要数百微秒，而快速可控硅则需要数十微秒，即使是高频可控硅也需要10微秒左右，在一些要求可控硅的开关速度达到1-2微秒甚至更高的场合，现有产品是不能满足要求的。因此，探索具有可控硅特性的电路结构成为了新开发产品中的一个必须解决的问题。
【发明内容】
[0003]为此，本实用新型的目的就是提出一种超高速模拟单向可控硅及其制造方法，模拟可控硅用全分立器件组成，外部结构和用途与可控硅相同，但开通关断时间更短，响应速度更快，达到纳秒级，而且模拟可控硅的电路结构简单，制作方法步骤简短，产品质量稳定可靠，以此弥补现有技术的不足。
[0004]本实用新型提出的这种超高速模拟单可控硅，它由两个三极管Vl和V2、四个电阻R1-R4，以及五个二极管VD1-VD5组成，其特征在于各器件间的连接关系是:
[0005]电阻Rl的下端与三极管V2的发射极相连构成模拟可控硅的阴极K;电阻R2的上端与三极管Vl的发射极相连构成模拟可控硅的阳极A;三极管Vl的基极同时接电阻R2的下端和二极管VDI的阳极;二极管VDI的阴极接二极管VD2的阳极;三极管VI的集电极同时接二极管VD4的阳极和二极管VD3的阳极;二极管VD2的阴极与二极管VD3的阴极同时接于三极管V2的集电极;二极管VD4的阴极与二极管VD5的阳极同时接于电阻Rl的上端;二极管VD5的阴极与电阻R3的左端相连；电阻R3的右端与电阻R4的右端同时接于三极管V2的基极；电阻R4的左端构成模拟可控硅的触发极G，作为高频脉冲信号的输入端。
[0006]所述电阻R4为可调限流电阻。
[0007]所述二极管VD1-VD5均为肖特基二极管。
[0008]所述二极管VD1-VD5也可以均为IN4148 二极管。
[0009]—种超高速模拟单向可控硅的制作方法，其特征在于:用深度正反馈为工作特征的直接耦合功率开关三极管Vl和V2和五个肖特基二极管VD1-VD5及电阻R3构成对称式贝克抗饱和钳位电路，使两个功率主开关三极管的开通压降永远被钳位在放大状态，并且接入电阻Rl、R2和R4构成模拟单向可控硅电路，电路按如下连接关系构成:
[0010]电阻Rl的下端与三极管V2的发射极相连构成模拟可控硅的阴极K;电阻R2的上端与三极管Vl的发射极相连构成模拟可控硅的阳极A;三极管Vl的基极同时接电阻R2的下端和二极管VDI的阳极;二极管VDI的阴极接二极管VD2的阳极;三极管VI的集电极同时接二极管VD4的阳极和二极管VD3的阳极;二极管VD2的阴极与二极管VD3的阴极同时接于三极管V2的集电极;二极管VD4的阴极与二极管VD5的阳极同时接于电阻Rl的上端;二极管VD5的阴极与电阻R3的左端相连；电阻R3的右端与电阻R4的右端同时接于三极管V2的基极；电阻R4的左端构成模拟可控硅的触发极G，作为高频脉冲信号的输入端。
[0011]本实用新型的这种超高速模拟单向可控硅，由两个以深度正反馈为工作特征的直接耦合功率开关三极管Vl和V2及其贝克抗饱和钳位电路构成，五个肖特基二极管VD1、VD2、VD3、VD4、VD5及电阻R3构成对称式贝克抗饱和钳位电路，使两个功率主开关三极管的开通压降永远被钳位在1.4V的放大状态，这样，若两个功率主开关三极管的特征频率为10MHz时，该模拟可控硅的理论最高开关速度可达2.5?5.0ns。实测结果是本模拟可控硅开通时间小于10ns，关断时间小于50ns，开关速度比高频可控硅提升了约两个数量级。
[0012]采用贝克抗饱和钳位电路对三极管的集电极电位进行钳制，能让三极管导通后永远不进入饱和状态，从而极大地提升模拟可控硅的开关速度。
[0013]本实用新型模拟可控硅用全分立器件组成，外部结构和用途与可控硅相同，但开通关断时间更短，响应速度更快，达到纳秒级，而且模拟可控硅的电路结构简单，方法步骤简短，制作容易，经反复测试，产品质量指标十分稳定，性能可靠。
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的超高速模拟单向可控硅电路图。
[0015]图2是现有单向可控硅结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实例进一步说明本实用新型的积极技术效果。
[0017]如图1-2所示，限流电阻R4的左端为本实用新型模拟可控硅的触发极G，作为高频脉冲信号的输入端；电阻Rl的下端、三极管V2的发射极相连构成模拟可控硅的阴极K;电阻R2的上端、三极管Vl的发射极相连构成模拟可控硅的阳极A;三极管Vl和V2配合二极管VD1、￥02、￥03、￥04、￥05的连接方式为超高速模拟可控硅的核心部分，二极管￥01、￥02、￥03、￥04、VD5的连接方式构成贝克抗饱和钳位电路。
[0018]本实用新型中的三极管、二极管规格、电阻的大小等参数的计算与现有技术完全相同，属成熟技术，在此不赘述。
[0019]本实用新型与现有技术的不同是首先使用全分离器件模拟可控硅的结构，使用贝克抗饱和钳位电路改进模拟可控硅的结构，形成超高速模拟单向可控硅。
[0020]如上所述，图1-2中各元件的连接关系是:电阻Rl的下端与三极管V2的发射极相连构成模拟可控硅的阴极K ；电阻R2的上端与三极管VI的发射极相连构成模拟可控硅的阳极A;三极管Vl的基极与电阻R2的下端相连，然后接二极管VDl的阳极;二极管VDl的阴极接二极管VD2的阳极;三极管Vl的集电极与二极管VD4的阳极相连，然后接二极管VD3的阳极;二极管VD2的阴极与二极管VD3的阴极相连，然后接三极管V2的集电极;二极管VD4的阴极与二极管VD5的阳极相连，然后接电阻Rl的上端;二极管VD5的阴极与电阻R3的左端相连；电阻R3的右端与限流电阻R4的右端相连，然后接三极管V2的基极；限流电阻R4的左端构成模拟可控硅的触发极G，作为高频脉冲信号的输入端。
[0021 ]两个功率开关三极管Vl和V2以深度正反馈为工作特征且直接耦合，五个肖特基二极管VD1-VD5及电阻R3构成对称式贝克抗饱和钳位电路，使两个功率主开关三极管的开通压降永远被钳位在1.4V，使得两个功率开关三极管Vl和V2永远处于放大状态，而不进入饱和状态，这样，模拟可控硅的开关速度就可以达到很高的速度。
[0022]当两个功率主开关三极管的特征频率为10MHz时，该模拟可控硅的理论最高开关速度可达2.5?5.0ns。而实测结果则是:本模拟可控硅开通时间小于1ns，关断时间小于50ns。普通可控硅关断需要数百微秒，快速可控硅需要数十微秒，即使是高频可控硅也需要10微秒左右。两者相比，本实用新型开关速度比现有最快的高频可控硅提升了约两个数量级，这种效果是发明人远没有料到的。后经过多次反复测试，开关速度都大同小异，数值均快普通可控硅两个数量级。
[0023]当二极管VD1-VD5均改换成IN4148二极管，其余不变时，本模拟单可控硅具有相同的性能，相近的技术参数。开关速度均较普通可控硅快约两个数量级。
【主权项】
1.一种超高速模拟单向可控硅，它由两个三极管Vl和V2、四个电阻R1-R4，以及五个二极管VD1-VD5组成，其特征在于各器件间的连接关系是: 电阻Rl的下端与三极管V2的发射极相连构成模拟可控硅的阴极K；电阻R2的上端与三极管Vl的发射极相连构成模拟可控硅的阳极A;三极管Vl的基极同时接电阻R2的下端和二极管VDl的阳极；二极管VDl的阴极接二极管VD2的阳极;三极管Vl的集电极同时接二极管VD4的阳极和二极管VD3的阳极;二极管VD2的阴极与二极管VD3的阴极同时接于三极管V2的集电极;二极管VD4的阴极与二极管VD5的阳极同时接于电阻Rl的上端;二极管VD5的阴极与电阻R3的左端相连；电阻R3的右端与电阻R4的右端同时接于三极管V2的基极；电阻R4的左端构成模拟可控硅的触发极G，作为高频脉冲信号的输入端。2.根据权利要求1所述超高速模拟单向可控硅，其特征在于电阻R4为可调限流电阻。3.根据权利要求1所述超高速模拟单向可控硅，其特征在于所述二极管VD1-VD5均为肖特基二极管。4.根据权利要求1所述超高速模拟单向可控硅，其特征在于所述二极管VD1-VD5均为IN4148 二极管。
【文档编号】H03K17/04GK205647469SQ201620331145
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】谢鸿龄, 牛林, 刘祥明
【申请人】红河学院