Однопереходный транзистор

Однопереходный транзистор (двухбазовый диод, ОПТ) — полупроводниковый прибор с тремя электродами и одним p-n переходом. Однопереходный транзистор принадлежит к семейству полупроводниковых приборов с вольт-амперной характеристикой, имеющей участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Устройство и обозначение

Основой транзистора является кристалл полупроводника (например n-типа), который называется базой . На концах кристалла имеются омические контакты Б1 и Б2, между которыми располагается область, имеющая выпрямляющий контакт Э с полупроводником p-типа, выполняющим роль эмиттера.

Выпускался в СССР и имел обозначение КТ 117А (Б, В, Г). Зарубежные аналоги — 2N6027, 2N6028 — выпускаются и сейчас.

История

Конструкция прибора относится к сплавным структурам на брусках германия, впервые описанным Шокли, Пирсоном и Хайнсом. В то время такая структура называлась нитевидным транзистором. В процессе развития прибор имел объёмную структуру, затем диффузионно-планарную и, наконец, эпитаксиально-планарную. Изменялось и его название от «диода с двойной базой» до последнего «однопереходного транзистора».

Принцип работы

Усилительные и переключающие свойства ОПТ обусловлены изменением сопротивления базы в результате инжекции в неё неосновных носителей зарядa.

Принцип действия однопереходного транзистора удобно рассматривать, воспользовавшись эквивалентной схемой, где верхнее сопротивление R B 1 {displaystyle R_{B1}} и нижнее сопротивление R B 2 {displaystyle R_{B2}} — сопротивления между соответствующими выводами базы и эмиттером, а диодом показан — эмиттерный р-n переход.

Ток, протекающий через сопротивления R B 1 {displaystyle R_{B1}} и R B 2 {displaystyle R_{B2}} , создаёт на первом из них падение напряжения, смещающее диод Д в обратном направлении. Если напряжение на эмиттере Uэ меньше падения напряжения на сопротивлении R B 1 {displaystyle R_{B1}} — диод Д закрыт, и через него течёт только ток утечки. Когда же напряжение Uэ становится выше напряжения на сопротивлении R B 1 {displaystyle R_{B1}} , диод начинает пропускать ток в прямом направлении. При этом падение напряжения на сопротивлении R B 1 {displaystyle R_{B1}} уменьшается, что приводит к увеличению тока в цепи Д- R B 1 {displaystyle R_{B1}} , что в свою очередь, вызывает дальнейшее уменьшение падения напряжения на R B 1 {displaystyle R_{B1}} . Этот процесс протекает лавинообразно. Сопротивление R B 1 {displaystyle R_{B1}} уменьшается быстрее, чем увеличивается ток через р-n переход, в результате на вольт-амперной характеристике однопереходного транзистора, появляется область отрицательного сопротивления. При дальнейшем увеличении тока зависимость сопротивления R B 1 {displaystyle R_{B1}} от тока через р-n переход уменьшается, и при значениях больших некоторой величины Iвыкл сопротивление не зависит от тока (область насыщения).

При уменьшении напряжения смещения Uсм вольт-амперная характеристика смещается влево и при отсутствии его обращается в характеристику открытого р-n перехода.

Параметры ОПТ

Основными параметрами однопереходных транзисторов являются:

• межбазовое сопротивление R B B = R B 1 + R B 2 {displaystyle R_{BB}=R_{B1}+R_{B2}}
• коэффициент передачи η {displaystyle eta } , характеризующий напряжение переключения и определяется по формуле

η = R B 1 R B 1 + R B 2 = R B 1 R B B {displaystyle eta ={frac {R_{B1}}{R_{B1}+R_{B2}}}={frac {R_{B1}}{R_{BB}}}}

• напряжение срабатывания Ucp — минимальное напряжение на эмиттерном переходе, необходимое для перехода прибора из состояния с большим сопротивлением в состояние с отрицательным сопротивлением
• ток включения Iвкл — минимальный ток, необходимый для включения однопереходного транзистора, то есть перевода его в область отрицательного сопротивления
• ток выключения Iвыкл — наименьший эмиттерный ток, удерживающий транзистор во включенном состоянии
• напряжение выключения Uвыкл — напряжение на эмиттерном переходе при токе через него, равном Iвыкл;
• обратный ток эмиттера Iэо — ток утечки закрытого эмиттерного перехода

Применение

Однопереходные транзисторы получили широкое применение в различных устройствах автоматики, импульсной и измерительной техники — генераторах, пороговых устройствах, делителях частоты, реле времени и т. д. Хотя основной функцией ОПТ является переключатель, в основном функциональным узлом среди большинства схем на ОПТ является релаксационный генератор.

В связи с относительно большим объёмом базы однопереходные транзисторы уступают биполярным по частотным характеристикам.