Однопереходные транзисторы

Однопереходный транзистор (ОПТ) или двухбазовый диод представляет собой полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом, имеющим участок отрицательного сопротивления.

Конструктивно полупроводниковый прибор выполнен в виде пластины полупроводникового материала, на концах которой расположены омические (невыпрямляющие) контакты баз Б1 и Б2, а на боковой стороне – один p-n-переход (рис. 3.23, а). Вывод из области р называют эмиттерным.

Обычно длина l₁ ,базы Б1 значительно меньше, чем длина l₂ базы Б2.

К выводам Б2, Б1 подводится внешнее напряжение U_бб, под действием которого через ОПТ протекает межбазовый ток I_бб. Этот ток вызывает в кристалле падения напряжения, которые распределяются пропорционально длинам участков l₁ и l₂, причем l₂ >> l₁. Падение напряжения ∆U в области базы Б1 приложено положительным полюсом к n-области, прилегающей к эмиттеру, а отрицательным полюсом через внутреннее сопротивление источника сигнала U_э – к р-области эмиттера. Таким образом, p-n-переход эмиттер-база смещен в обратном направлении и через него протекает небольшой обратный ток I_эо (рис. 3.23, б).

После подачи входного сигнала U_вх = U_э указанной на рис.28, а полярности, обратный ток эмиттер-база I_эо уменьшается, так как напряжение U_э направлено встречно падению напряжения ∆U. По мере увеличения напряжения U_э ток I_э становится равным нулю. При дальнейшем увеличении U_э ток в цепи эмиттер-база становится положительным и при некотором его значении начинается интенсивная инжекция носителей заряда – дырок – в область базы Б1. При этом развивается лавинный процесс. Увеличение количества носителей заряда в области базы приводит к уменьшению сопротивления R_Б1 этой области при практически неизменном межбазовом токе. Постоянство базового тока I_б обеспечивается выполнением условия R_Б2 >> R_Б1, так как l₂ >> l₁. Уменьшение R_Б1 приводит к уменьшению ∆U = R_Б1I_б, следовательно увеличивается разность U_э - ∆U в пользу U_э, значит увеличивается ток эмиттер-база, уменьшается R_Б1 и т.д. Этот процесс приводит к появлению участка вольт-амперной характеристики (ВАХ) с отрицательным дифференциальным сопротивлением (участок II). Процесс продолжается до тех пор, пока область Б1 не насытится носителями заряда. Далее нарастание тока в цепи потребует увеличения приложенного напряжения (участок III ВАХ), чему способствует наличие внутреннего сопротивления источника сигнала U_э.

Таким образом, ОПТ – это полупроводниковый прибор с нелинейной ВАХ эмиттерной цепи S-образного типа (в отличие от туннельного диода, где ВАХ – N-образного типа). Такая характеристика позволяет использовать его в режиме переключения. Как видно из рис. 28, б, ВАХ ОПТ может пересекаться с нагрузочной прямой IV в двух точках: точке 1 при минимальном токе и точке 2 – при максимальном эмиттерном токе и минимальном напряжении на эмиттере.

Чтобы включить ОПТ (увеличить I_э), необходимо несколько уменьшить напряжение U_бб. Тогда уменьшится ток I_б, уменьшится ∆U, ВАХ сместится в положение, показанное пунктиром, и из точки 1¢ ОПТ переместится в точку 2¢. Выключение ОПТ производится уменьшением U_э (нагрузочная прямая смещается в положение IV¢).

Особенностью ОПТ является стабильность точки переключения U_пер. Для дальнейшего увеличения стабильности U_пер в цепь межбазового тока включается небольшое сопротивление R_доб.

ОПТ получили распространение в схемах управления тиристорами, в импульсных схемах для построения генераторов, преобразователей сигналов и т.п.