¿Se puede construir un tiristor a partir de dos transistores?

Supuestamente, un SCR / tiristor es simplemente un semiconductor PNPN simple de cuatro capas.

Si ese es el caso..

Cuando un circuito requiere un SCR / tiristor, y no hay uno disponible, ¿puede ser sustituido por (es decir, creado a partir de) dos BJT (u otros componentes discretos, para el caso)?

Aquí hay un par de ejemplos que tenía en mente; ánodo = azul, puerta = verde, cátodo = naranja:

— voces
fuente

Si puede ser. Pero es complicado ya que necesitas unirlos correctamente. También puede expandir el circuito un poco para hacer uno sin tener que hacer todo ese emparejamiento.

— jonk

@jonk Cool. Cuéntame sobre esta expansión.

— voces

La respuesta que tienes de Spehro, si reemplazaste con un diodo, es sobre lo que estaba pensando cuando escribí eso. La resistencia y el diodo serían la "expansión". Si puede diseñar / seleccionar los BJT, también puede hacerlo con un PNP y un NPN y cero componentes agregados, por eso dije lo otro que dije también.

R_{3}

$R_3$

— jonk

Hay dos tipos fáciles de tiristores hechos de dos BJT. Uno es el SCR y el otro es un PUJT. (El PUJT usará la base de lugar de la base de como puerta de acceso ; vea los circuitos a continuación). Pero los principales problemas que encontré al hacer que uno de estos funcionase con partes discretas es que necesita seleccionar BJTs a mano para hacer que esto funcione De lo contrario, no sale nada bueno y es muy, muy frustrante. Por lo tanto, el esquema del lado izquierdo que se muestra a continuación es prácticamente impráctico . Así que ni siquiera te molestes. $Q_2$ $Q_1$

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Algunos componentes agregados pueden hacer que las cosas funcionen bien. El circuito de Spehro, creo, representa adiciones que hice antes para trabajar con piezas reales. (Vea el circuito intermedio). La idea es que mantiene apagado y también mantiene apagado hasta que algo suceda . Al suministrar algo de corriente a través de la entrada de la puerta , más de esta corriente pasa a través de al principio, pero a medida que aumenta la corriente, finalmente alcanza una caída de voltaje suficiente en que el colector de logra tirar lo suficiente sobre la base de (también se mantiene fuera un poco por $R_1$ $Q_1$ $R_2$ $Q_2$ $R_1$ $R_1$ $Q_1$ $Q_2$ $R_2$ al principio) para convertir en . Cuando es el , es suministros de colector mucho más actual y es bastante capaz de tirar hacia arriba de la base de sin el ser suministrado corriente de puerta más. Entonces, los dos BJT ahora se suministran las corrientes base del otro y los "incendios SCR", por así decirlo. $Q_2$ $Q_2$ $Q_1$

El problema con este circuito es que los dos BJT se saturan muy, muy altamente. Entonces, si observa toda la corriente del ánodo al cátodo SCR y pregunta cómo fluye, se da cuenta de que la corriente del ánodo atraviesa el emisor de y luego se divide en aproximadamente la mitad ( ), de modo que la mitad va a través de la unión base-emisor de y aproximadamente la mitad a través de su colector. Una lógica similar se aplica también a la corriente del emisor de . El resultado aquí es que la caída de voltaje en el dispositivo debe ser la suma de un muy saturado $Q_2$ $\beta=1$ $Q_2$ $Q_1$ $V_{CE}$ además de una unión de diodo emisor base impulsado por corriente súper alta cuya caída de voltaje depende casi por completo de la cantidad de corriente que desea conducir a través del dispositivo. Y dado que esto puede ser bastante alto, puede terminar fácilmente con caídas de voltaje que exceden un voltio y quizás incluso 1.5 voltios.

Una respuesta a esto es encontrar una manera de reducir las corrientes de base necesarias para que la caída de voltaje a través de las uniones BE se pueda reducir de manera similar.

Una solución a este problema es rediseñar la sección superior para permitir una mejor división de la corriente SCR para que fluya más a través del colector de . El uso de un diodo como un 1N4148 logra esto. (Vea el circuito más a la derecha arriba). $Q_1$

Este diodo es esencialmente solo un BJT conectado por diodo, con una diferencia importante. La corriente de saturación para diodos típicos es mucho más alta que para BJT de pequeña señal. (Y también pueden transportar una corriente justa). Esto significa que conducen un poco más de corriente a través de ellos para el mismo voltaje a través de ellos. En efecto, esto lo convierte en un espejo actual con una ganancia de corriente que es mucho menorque 1. Cuánto menos, exactamente, realmente no importa porque CUALQUIER mejora aquí ayuda a reducir la caída de voltaje en todo el circuito. Entonces todo es para bien. Los diferentes diodos con algunas corrientes de saturación diferentes producirán resultados diferentes. Pero casi cualquier diodo que pueda tener tendrá corrientes de saturación más altas que la mayoría de los BJT que podría aplicar. Por lo tanto, "simplemente funciona", por lo general.

¿Así que lo que sucede? Bueno, el mismo proceso se aplica a la corriente de activación. Necesita suministrar algo de corriente a la puerta. Pero ahora, cuando el colector de extrae la corriente del "espejo de corriente" que está encima, la mayor parte de esa corriente vendrá por medio del diodo. (Pero dado que esto no es una resistencia, el voltaje desarrollado no está relacionado linealmente con la corriente, por lo que el voltaje a través del diodo aumenta en quizás cien milivoltios por cambio de década en la corriente). Esto desarrollará un voltaje a través del diodo. , que se aplica a la unión base-emisor de . Sin embargo, la corriente del colector de no será casi tanto aquí como la corriente del diodo, por lo que la mayor parte de la corriente SCR total ahora se desvía a través del colector de $Q_1$ $Q_2$ $Q_2$ $Q_1$ con solo una corriente de colector mucho más pequeña (pero aún bastante adecuada) en . $Q_2$

Esta corriente de colector en sigue siendo más que suficiente para tirar totalmente en . Pero ahora es solo una pequeña porción de la corriente SCR, la mayoría de la cual pasa a través del diodo y el colector de . Esto significa que el de cada BJT es menor. Y esto significa también que la caída de voltaje total en todo el circuito puede ser menor (por algún margen). Dependiendo del valor exacto de resistencia para y las corrientes máximas deseadas a través del circuito, puede hacer un "dispositivo" general con un rendimiento mucho mejor. de esta manera. $Q_2$ $Q_1$ $Q_1$ $V_{BE}$ $R_1$

Mediante la selección adecuada del diodo (en realidad, no es difícil), puede organizar las cosas para que los BJT funcionen a una saturada algo más alta , lo que mejora la caída de voltaje mientras realiza la función deseada. $\beta$

También puede aplicar una pequeña resistencia en serie con el diodo para degradar la efectiva en . (Pero en algún momento pierde todos los beneficios del diodo si el valor es demasiado grande). O use una pequeña resistencia en paralelo con el diodo para aumentar la efectiva en . (Pero todo dejará de funcionar si hace que la resistencia paralela sea demasiado pequeña). Supongo que también se puede usar otro diodo en paralelo. No lo he intentado, pero el efecto también podría ser útil para reducir un poco la caída de voltaje total. $\beta$ $Q_1$ $\beta$ $Q_1$

No había ejecutado una simulación antes, pero aquí hay una salida de ejemplo que ilustra una diferencia con una corriente de ánodo-cátodo de aproximadamente : $50\:\textrm{mA}$

La línea roja muestra la disipación de potencia de un circuito similar a la versión de solo resistencia (circuito central arriba) y la línea verde muestra la disipación de potencia de la versión de diodo (circuito derecho arriba) (de lo contrario, son casi idénticos). cuenta que estas son partes esquemáticas simuladas. Entonces los resultados reales serán diferentes. Pero la idea básica permanece. Puede ver que la línea verde es más baja (menos potencia) que la línea roja y en este caso es aproximadamente 1/3 menor en disipación de potencia.

Mientras tanto, la línea azul claro (aguamarina) muestra la corriente anódica de la versión de solo resistencia y la línea azul oscuro muestra la corriente anódica de la versión de diodo. Aquí, puede ver que se produce más corriente de ánodo porque la caída de voltaje en la versión de diodo es menor (una resistencia de está actuando como la carga del ánodo en mi prueba de simulación de circuito, con un voltaje de fuente) $200\:\Omega$ $10\:\textrm{V}$

Por lo tanto, hay una menor caída de voltaje del circuito en el circuito basado en diodos (que es mejor) y una menor disipación de potencia también (que también es mejor).

— jonk
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Buena respuesta completa. +1

— Spehro Pefhany

¿Reclama que un transistor, que puede ser un BJT normal, se ve obligado a funcionar como un PUJT, o que necesitaría usar un PUJT?

— rackandboneman

@rackandboneman Ni siquiera estoy seguro de dónde surge esa pregunta. El OP preguntó: "¿Se puede construir un tiristor a partir de dos transistores?" Respondí que tanto un SCR como un PUJT pueden construirse a partir de dos transistores, pero que la "puerta" proviene de un lugar diferente entre los dos. Eso es todo. ¿De dónde sacaste la idea de que estaba abordando algo relacionado con "un transistor" en tu pregunta?

— jonk

Si, es facil. Por lo general, desea agregar resistencias de emisor base a uno o ambos transistores para controlar el disparador y la corriente de retención.

Aquí hay un SCR simulado que se dispara a una corriente de puerta de aproximadamente 400uA.

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Esta construcción le da dos 'puertas': la superior se puede usar para complementar un SCR normal como 2N506x, que, si existen, no son comunes.

Sin embargo, tenga en cuenta que no puede hacer un triac (también un tiristor) de esta manera.

Tenga en cuenta también que toda la corriente fluye a través de las uniones BE, así que observe las clasificaciones y ambos transistores deben estar clasificados para el voltaje de bloqueo deseado.

— Spehro Pefhany
fuente

R_{3}

$R_3$

Q_{2}

$Q_2$

Q_{1}

$Q_1$

Gracias por la info. Sin embargo, ¿qué pasa con el oscilador diente de sierra en su esquema? Espero que no sea una pregunta estúpida.

— voces

Ejecuté el diente de sierra en la simulación para aumentar la corriente de la puerta hasta que se activó el "SCR", por lo que solo tuve que ejecutar el sim una vez y solo mirar el gráfico donde se activó la cosa. También verificó que la acción SCR estaba funcionando ya que el 'SCR' permaneció encendido después de que se eliminó la corriente de la compuerta, al menos con suficiente resistencia de compuerta agregada para evitar la acción de GTO.

— Spehro Pefhany

@jonk Interesante idea. Tendría que tener un diodo grande combinado con un pequeño transistor para que la corriente se comparta adecuadamente, o tal vez usar dos transistores PNP coincidentes y probar la resistencia en el emisor de uno a la Bob Widlar. No estoy seguro de qué se ganaría exactamente, tal vez más capacidad actual si se lo hicieras a ambos. ¿Quieres convertir eso en una respuesta?

— Spehro Pefhany

@SpehroPefhany, supongo que podría. La idea surgió cuando estaba luchando por comprender cómo funcionaba un PUJT 2N6028 e intenté "hacer uno" con BJT. Esos experimentos francamente "funcionaron terriblemente". Pero luego caí en la idea de que un espejo actual construido con un 1N4148 podría hacer maravillas. Sin embargo, me preocupa que una buena respuesta tome algún tiempo en explicarse.

— jonk