Однопереходный транзистор (K;ukhyjy]k;udw mjgu[nvmkj)

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

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.

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.

Эквивалентная схема замещения

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

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

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

Параметры ОПТ

Основными параметрами однопереходных транзисторов являются:

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

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

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

См. также

• Тиристор
• Диод
• Программируемый однопереходный транзистор

Литература

• 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.