Однопереходный транзистор

Одноперехо́дный транзи́стор (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.

Схемные изображения однопереходных транзисторов

с базой n-типа

с базой p-типа

Строение транзистора 2Т117Б:
Крупный контакт — эмиттер, малый контакт — Б1, нижняя сторона кристалла — Б2

Транзистор КТ117А, Ульяновский радиоламповый завод

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^[1].

Эквивалентная схема замещения

Вольт-амперная характеристика однопереходного транзистора. ${\displaystyle V_{m}}$ - напряжение пика (напряжение обратимого пробоя), ${\displaystyle V_{A}}$ - напряжение впадины.

Принцип действия однопереходного транзистора удобно рассматривать воспользовавшись эквивалентной схемой, где верхнее сопротивление ${\displaystyle R_{B1}}$ и нижнее сопротивление ${\displaystyle R_{B2}}$ — сопротивления включенные между соответствующими выводами базы и эмиттером, а диод показывает эмиттерный р-n переход.

При работе транзистора к выводу базы B1 относительно вывода базы B2 прикладывается положительное напряжение смещения ${\displaystyle V_{E-B2}}$ вызывающее протекание тока через последовательно соединённые сопротивления ${\displaystyle R_{B1}}$ и ${\displaystyle R_{B2}}$, что создаёт на них падение напряжения. Если напряжение на эмиттере ${\displaystyle U_{e}}$ относительно вывода базы B2 меньше падения напряжения на сопротивлении ${\displaystyle R_{B2}}$ то диод закрыт, и через него течёт только обратный ток утечки — участок вольт-амперной характеристики (ВАХ) при напряжении ниже ${\displaystyle V_{m}.}$ Когда же напряжение ${\displaystyle V_{E-B2}}$ становится выше напряжения на сопротивлении ${\displaystyle R_{B2}}$, диод начинает пропускать ток в прямом направлении. При этом падение напряжения на сопротивлении ${\displaystyle R_{B2}}$ уменьшается из-за инжекции носителей заряда в область полупроводника прибора соответствующей ${\displaystyle R_{B2},}$ что приводит к увеличению тока через диод в цепи вывод E — ${\displaystyle R_{B2},}$ это, в свою очередь, вызывает ещё большее уменьшение сопротивления ${\displaystyle R_{B2}}$ и падения напряжения на нём. Этот процесс развивается лавинообразно. Сопротивление ${\displaystyle R_{B2}}$ уменьшается быстрее, чем увеличивается ток через р-n переход, в результате на ВАХ однопереходного транзистора появляется область отрицательного сопротивления (участок A-B). При дальнейшем увеличении тока зависимость сопротивления ${\displaystyle R_{B2}}$ от тока через р-n переход уменьшается, и при значениях бо́льших некоторой величины ${\displaystyle I_{A}}$ (участок B-C) сопротивление не зависит от тока (область насыщения).

При уменьшении напряжения смещения ${\displaystyle V_{E-B2}}$ ВАХ смещается влево и при нулевом напряжении смещения обращается в характеристику полупроводникового диода.

Параметры ОПТ

Основными параметрами однопереходных транзисторов являются:

• межбазовое сопротивление ${\displaystyle R_{BB}=R_{B1}+R_{B2};}$
• коэффициент передачи ${\displaystyle \eta }$, характеризующий напряжение переключения и определяется по формуле:

${\displaystyle \eta ={\frac {R_{B1}}{R_{B1}+R_{B2}}}={\frac {R_{B1}}{R_{BB}}};}$

• напряжение срабатывания ${\displaystyle V_{P}}$ — минимальное напряжение на эмиттере, необходимое для перехода прибора из состояния с большим сопротивлением в состояние с отрицательным сопротивлением;
• ток включения ${\displaystyle I_{P}}$ — минимальный ток, необходимый для включения однопереходного транзистора, то есть перевода его в область отрицательного сопротивления;
• ток выключения ${\displaystyle I_{A}}$ — наименьший эмиттерный ток, удерживающий транзистор во включенном состоянии;
• напряжение выключения ${\displaystyle V_{A}}$ — напряжение на эмиттерном переходе при токе через него, равном Iвыкл;
• обратный ток эмиттера ${\displaystyle I_{b}}$ — 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^[1].

См. также

• Тиристор
• Диод
• Программируемый однопереходный транзистор