Однопереходные транзисторы

Однопереходным транзистором называется трехэлектродный полупроводниковый прибор с одним электронно-дырочным переходом, имеющий на вольтамперной характеристике область с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Однопереходный транзистор часто называют двухбазовым диодом, так как он имеет два базовых вывода, а третий вывод называется эмиттером.

Для создания однопереходного транзистора обычно используют протяженный высокоомный кремниевый полупроводник п -типа, являющийся базой транзистора. На торцах базы создаются два вывода база 1 (Б1) и база 2 (Б2). Примерно посередине базы методом диффузии акцепторной примеси создается низкоомная область р -типа - область эмиттера. Эмиттер по сравнению с базой имеет малую протяженность так, что по сравнению с базой эмиттер можно считать точечной. На рисунке 14.1 приведены электрическая схема включения однопереходного транзистора и его условное графическое обозначение, а на рисунке 14.2 – вольтамперная характеристика транзистора, описывающая зависимость тока эмиттера от напряжения между эмиттером и базой 1 V_ЭБ1 при постоянном напряжении V_Б1Б2.

а) б)

Рис. 14.1. Однопереходной транзистор: а) схема включения и б) его условно-графическое обозначение.

Работу однопереходного транзистора и его вольтамперную характеристику можно описать процессами на р-п переходе, который возникает на границе эмиттер-база. Напряжение на р-п переходе определяется (см. рис. 14.1, а)

V_р-п = V_ЭБ1 - V_l, (14.1)

где – V_l –падение напряжения на участке базы l₁.

Пусть в начальный момент V_ЭБ1 = 0, а V_Б1Б2 > 0. При этом вследствие омических контактов к базам приложенное напряжение V_Б1Б2 линейно распределится вдоль базы однопереходного транзистора и через базу потечет ток I_Б2 = I_Б1 = I_Б. На участке l₁ за счет протекания тока возникнет падение напряжения V_l = I_Б R_Б1 , где R_Б1 – сопротивление участка l₁, которое смещает р-п переход в обратном направлении. Р-п переход при этом заперт и через него течет только обратный тепловой ток I₀. Если V_ЭБ1 > 0, то при V_ЭБ1 < V_l р-п переход остается закрытой. На вольтамперной характеристике этому состоянию транзистора соответствует область отсечки. При V_ЭБ1 = V_l напряжение на переходе станет равной 0. Однако такое состояние неустойчиво. Действительно, пусть из-за флуктуационных процессов ток I_Б несколько уменьшилось, что приведет к уменьшению падение напряжения V_l. Тогда в соответствие с (9.1) р-п переход получит прямое смещение, в базу начинают

Рис.14.2. Вольтамперная характеристика однопереходного транзистора.

инжектироваться из эмиттера дырки, а ток эмиттера меняет свое направление. Так как эмиттер низкоомный, а база высокоомная, то имеет место высокий уровень инжекции, т.е. число инжектируемых дырок превышает число основных носителей в базе (р_п > n_p). Поэтому сопротивление полупроводника на участке l₁ уменьшится, что приведет к дальнейшему спаду напряжения V_l, переход открывается еще больше и т.д. Возникает внутренняя положительная обратная связь, что приведет к резкому росту тока эмиттера, величина которого ограничится резистором R_бал. Формируется, как и в случае диодного тиристора, участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением (см. рис. 14.2). Напряжение V_ЭБ, при котором происходит переход транзистора из области отсечки в область с отрицательным дифференциальным сопротивлением, называется напряжением включения однопереходного транзистора V_В.

В точке I = I_ОСТ транзистор переходит в стационарное открытое состояние. В стационарном состоянии на участке с высоким значением тока вольтамперная характеристика однопереходного транзистора описывается как вольтамперная характеристика диода в режиме высокого уровня инжекции, ток которого ограничивается только объемным сопротивлением базы Б1.

Таким образом, однопереходной транзистор может находиться в двух устойчивых состояниях:

- в закрытом состоянии, которое характеризуется обратным смещением перехода Э-Б и протеканием в цепи эмиттера малого обратного теплового тока;

- в открытом состоянии (состояние насыщения), транзистор характеризуется малым сопротивлением и протеканием большого тока эмиттера.

Благодаря такому свойству однопереходного транзистора он, в основном, находит применение на различных радиоэлектронных устройствах в качестве электронного ключа.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит конструктивная особенность однопереходного транзистора?

2. На каких физических явлениях основана работа однопереходного транзистора?

3. Объясните ход вольтамперной характеристики однопереходного транзистора?

Дата добавления: 2015-05-06