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 обозначениеПравить

 

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.

ИсторияПравить

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 работыПравить

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

 

Эквивалентная схема замещения

 

Вольт-амперная характеристика однопереходного транзистора.

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

Ток, протекающий через сопротивления $R_{B1}$$R_{B1}$  и $R_{B2}$$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_{B1}$$R_{B1}$  — диод Д закрыт, и через него течёт только ток утечки. Когда же напряжение Uэ становится выше напряжения на сопротивлении $R_{B1}$$R_{B1}$ , диод начинает пропускать ток в прямом направлении. При этом падение напряжения на сопротивлении $R_{B1}$$R_{B1}$  уменьшается, что приводит к увеличению тока в цепи Д-$R_{B1}$$R_{B1}$ , что в свою очередь, вызывает дальнейшее уменьшение падения напряжения на $R_{B1}$$R_{B1}$ . Этот процесс протекает лавинообразно. Сопротивление $R_{B1}$$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_{B1}$$R_{B1}$  от тока через р-n переход уменьшается, и при значениях бо́льших некоторой величины I_выкл сопротивление не зависит от тока (область насыщения).

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

Параметры ОПТПравить

Основными параметрами однопереходных транзисторов являются:

• межбазовое сопротивление $R_{BB}=R_{B1}+R_{B2}$$R_{BB}=R_{B1}+R_{B2}$ 
• коэффициент передачи $\mathrm{\eta <!--\; \eta \; -->}$$\eta$ , характеризующий напряжение переключения и определяется по формуле

$\mathrm{\eta <!--\; \eta \; -->}=\frac{R_{B1}}{R_{B1}+R_{B2}}=\frac{R_{B1}}{R_{BB}}$$\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

ПрименениеПравить

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.

См. такжеПравить

• Тиристор
• Диод
• Программируемый однопереходный транзистор

ЛитератураПравить

• Зи С. М. Физика полупроводниковых приборов. — М.: Энергия, 1973.
• Зи С. Физика полупроводниковых приборов = Physics of Semiconductor Devices. — 2-е перераб. и доп. изд. — М.: Мир, 1984. — Т. 1. — С. 248-250. — 456 с. (недоступная ссылка)
• Степаненко И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. — М.: Энергия, 1977.
• Нефёдов А. В. Отечественные полупроводниковые приборы и их зарубежные аналоги, 1980.
• Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Под ред. Б. Л. Перельмана, 1981.
• Дьяконов В. П. Однопереходные транзисторы и их аналоги. Теория и применение. М.: СОЛОН-Пресс, 2008.- 240 с.
• Дьяконов В. П. Лавинные транзисторы и тиристоры. Теория и применение. М.: СОЛОН-Пресс. 2008.- 384 с.
• Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. — 4-е перераб. и доп. изд. — М.: Высшая школа, 1987. — С. 272-275. — 479 с.