Однопереходный транзистор: Однопереходной транзистор — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Устройство и принцип работы однопереходного транзистора

Применение однопереходных транзисторов дало возможность значительно упростить многие схемотехнические решения при проектировании электрических схем различных электронных устройств автоматики, особенно в 80-90-е годы прошлого столетия. Наработанные в то время схемы, с применением однопереходных транзисторов, и в наше время привлекают своей простотой, относительно низкой стоимостью и универсальностью.

Однополярный транзистор (двухбазовый диод), в большинстве случаев, изготавливают на основе монокристаллической пластины кремния n-типа с высоким значением удельного сопротивления, на боковой стороне которой находится один эмиттерный p-n переход (см.рис.1,а). На концах пластины n-типа и p-n перехода расположены омические контакты Б1,Б2 и Э. Участки баз Б1и Б2 имеют различную длину, где обычно длина l₁<l₂. Омическое сопротивление участка между базами Б1и Б2 имеет значение в несколько килоом и линейную вольт-амперную характеристику.

Напряжение U_Б1Б2 между базами, внутри транзистора (рис.1,а), распределяется пропорционально сопротивлениям R_Б1 и R_Б2( длины l₁и l₂ ).

На рис.1,б изображена схема включения однопереходного транзистора, а на рис.2 его вольтамперная характеристика, дающие представление о принципе работы. Когда напряжение на эмиттере U_Эпревысит напряжение U_Эб1 (точка А на рис.2) то p-n переход откроется (диод Д, см.рис.1,в включится в прямом направлении) и по нему потечёт эмиттерный ток I_Э. В дальнейшем начинает происходить лавинообразный процесс уменьшения сопротивления участка базы длиной l₁, уменьшения напряжения U_Эб1, ещё большее открывание p-n перехода и увеличение тока эмиттера. Этот процесс приводит к возникновению участка АВ с “отрицательным” сопротивлением (рис.2, кривая 1), когда ток растёт а напряжение падает.

На этом участке имеет место увеличение эмиттерного тока I_Э при уменьшении напряжения U_Э. Зависимость сопротивления эмитерного p-n перехода от увеличении тока I_Эуменьшается и при некотором значении I_ВЫКЛ теоретически становится равной нулю(область насыщения).

Если, в дальнейшем, повышать внешнее эмиттерное напряжение U_Э , то эмиттерный ток I_Э будет увеличиваться, участок ВС кривой 1 на рисунке 2. Уменьшение напряжения U_Б1Б2 вызывает смещение вольт-амперной характеристики влево (кривая 2 на рис.2), а при U_Б1Б2=0 вольт-амперная характеристика становится характеристикой открытого p-n перехода (кривая 3 на рис.2).

Такие особенности как: несложность конструкции, малое потребление тока в цепи управления, достаточно высокая стабильность напряжения срабатывания, возможность формирования относительно мощных импульсов и т. д., и в наше время остаются довольно востребованы для реализации оптимальных схемотехнических решений.

Рассмотрим принцип работы схемы на рис.3 для формирования импульсов включения симметричного тиристора. При закрытом p-n переходе, напряжение U_Б1Б2 через резистор R1 заряжает конденсатор С1. Когда напряжение на С1 , а значит и на эмиттере транзистора, достигает значения U_Э=U_вкл транзистор отпирается, падение напряжения на резисторе R3 увеличивается, конденсатор С1 начинает разряжаться через сопротивление эмиттерного перехода транзистора и резистор

R3. Разряд конденсатора до определённого значения приводит к запиранию транзисторного p-n перехода и уменьшению напряжения на R3, после чего снова начнётся процесс заряда конденсатора и т.д.. Если не отключить напряжение U_Б1Б2 , то процесс заряда-разряда (вкл./выкл.) скорее всего будет повторяться теоретически бесконечно.

При этом форма выходных импульсов U_вых будет близка к прямоугольной , что даёт возможность использовать их ,например в качестве входного сигнала для управления симметричным тиристором. Резистором R1 можно регулировать момент включения тиристора, используемого в качестве электронного ключа, управляющего в свою очередь подключением и отключением электрической нагрузки, например нагревательного элемента.

Основные электрические характеристики однопереходных (двухбазовых) транзисторов с n-базой малой мощности КТ117 :

Дьяконов В. П. Однопереходные транзисторы и их аналоги Теория и применение

Предисловие

Однопереходной транзистор (ОПТ, он же двухбазовый диод) был предложен Генрихом Велькером в его французском патенте еше в 1948 г. Это был один из первых полупроводниковых негатронов — приборов с S-образной ВАХ и с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Интерес к прибору резко возрос в 60-х годах прошлого века, когда появились первые типы серийных ОПТ и были созданы основы их схемных применений. Уже тогда выпуск ОПТ только фирмой General Electric достигал многих миллионов штук в год и приборы широко использовались в авиационной и зарождающейся аэрокосмической промышленности. Применение ОПТ в электронике самолетов экономило до $8000 на каждый выпущенный самолет. В СССР пик популярности ОПТ пришёлся на 70-е годы и нашел отражение в нашей литературе. Тогда же был освоен массовый серийный выпуск классических ОПТ серий КТ117 и КТ119, доживших до наших дней.

В 80-е годы интерес к ОПТ заметно ослаб, хотя эти приборы, как «рабочие лошадки», продолжали широко применяться в различной аппаратуре, прежде всего в источниках электропитания с фазоимпульсным методом регулирования. Они использовались также в схемах запуска тиристоров, в устройствах автоматики и в других устройствах промышленной, бытовой и военной электроники. Приборы высоко ценились специалистами за дешевизну, высокую надежность, неприхотливость устройств на их основе, малый уровень создаваемых помех, высокую стабильность частоты релаксационных генераторов и широкий диапазон рабочих температур (от -60 до + 125 °С).

Ослаблению интереса к этим приборам способствовала разработка интегральных микросхем — как общего применения, так и специального, например, микросхем высокостабильных интегральных таймеров, схем запуска тиристоров и т. д. У нас ослабление интереса к ОПТ приняло застойный и длительный характер из-за последовавших в 90-е годы геополитических процессов, приведших к Распаду СССР, резкому падению производства наукоемкой продукции и к фактическому развалу некогда могучей советской науки.

Однопереходный транзистор — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

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

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. См. англ. вариант страницы

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.

Принцип действия однопереходного транзистора удобно рассматривать, воспользовавшись эквивалентной схемой, где верхнее сопротивление RB1{\displaystyle R_{B1}} и нижнее сопротивление RB2{\displaystyle R_{B2}} — сопротивления между соответствующими выводами базы и эмиттером, а диодом показан — эмиттерный р-n переход.

Ток, протекающий через сопротивления RB1{\displaystyle R_{B1}} и RB2{\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 RB1{\displaystyle R_{B1}} — диод Д закрыт, и через него течёт только ток утечки. Когда же напряжение Uэ становится выше напряжения на сопротивлении RB1{\displaystyle R_{B1}}, диод начинает пропускать ток в прямом направлении. При этом падение напряжения на сопротивлении RB1{\displaystyle R_{B1}} уменьшается, что приводит к увеличению тока в цепи Д-RB1{\displaystyle R_{B1}}, что в свою очередь, вызывает дальнейшее уменьшение падения напряжения на RB1{\displaystyle R_{B1}}.

Этот процесс протекает лавинообразно. Сопротивление RB1{\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 RB1{\displaystyle 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 ОПТ

Основными параметрами однопереходных транзисторов являются:

межбазовое сопротивление RBB=RB1+RB2{\displaystyle R_{BB}=R_{B1}+R_{B2}}

коэффициент передачи η{\displaystyle \eta }, характеризующий напряжение переключения и определяется по формуле

η=RB1RB1+RB2=RB1RBB{\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^[1].

См. также

Примечания

↑ ¹ ² В. В. Пасынков, Л. К. Чиркин Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов — 4-е изд. — М.: Высшая школа, 1987. — 478 с. ил.

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.
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.