Однопереходный транзистор принцип работы

Однопереходный транзистор - двухбазовый диод
Кроме уже изученных биполярных и полевых транзисторов инженерами был разработан так называемый однопереходный транзистор (сокращенно ОПТ), представляющий собой типовой полупроводник, в котором искусственно создан p-n переход, называемый инжектором. Этим барьером кристалл полупроводника делится как бы на две области базы. Поэтому однопереходный транзистор можно назвать двухбазовым диодом.
Паяльник с керамическим жалом с регулятором температуры и мощности

Однопереходный транзистор принцип действия

Принцип действия базируется на изменении объёмного сопротивления полупроводника базы при инжекции носителей заряда (увеличение концентрации свободных носителей заряда в результате переноса носителей из областей с повышенной концентрацией).

В отличии от биполярных и полевых коллег однопереходный транзистор представляет собой прибор с отрицательным сопротивлением. Это говорит о том, что при некоторых условиях входное напряжение или сигнал могут снижаться даже при росте тока через нагрузку на выходе. Когда ОПТ находится во включённом состоянии, выключить его можно только если разомкнуть схему, либо отключив подачу входного напряжения. Участок между базами создан кремниевой пластиной n-типа и он обладает линейной вольтамперной характеристикой (ВАХ), таким образом, ток протекающий через этот участок будет прямо пропорционален приложенному напряжению между базами.

При отсутствии напряжения на эмиттере (относительно первой базы) за счёт проходящего тока I2 в базе 1 внутри кристалла генерируется падение напряжения Uвн, которое будет закрывать p-n переход, При поступлении на вход небольшого напряжения Uвх≤Uвн величина тока, следующего через переход, почти не изменяется. При Uвх>Uвн переход будет смещается в прямом направлении и начнется процесс инжекции свободных носителей заряда (дырок) в базы, приводящая к уменьшению их сопротивления. При этом снижается уровень Uвн, что приводит к лавинообразному старту процесса открывания перехода - участок II на ВАХ:

Однопереходный транзистор принцип действия и ВАХ

Участок III вольт-амперной характеристики называется областью насыщения, т.к эмиттерный ток ограничивается только сопротивлением насыщения. При снижении эмиттерного напряжения до уровня Uвх<Uвн переход запирается. При нулевом токе второй базы (т.е. вывод Б2 не задействован) характеристика (кривая 2) представляет собой ВАХ диода.

Однопереходные транзисторы используются в различных схемах генераторов релаксационных колебаний, счётчиках импульсов, мультивибраторах, триггерных схемах управления тиристорами, генераторах пилообразного напряжения, реле времени, делителях, схемах фазового управления и т.п. Однако из-за своей низкой скорости переключения и достаточно заметного потребления входной мощности они широкого распространения в электронике не получили.

Основным функциональным узлом среди большинства радиолюбительских схем на однопереходных транзисторах является релаксационный генератор, представленный на рисунке ниже:

Схема релаксационного генератора на однопереходном транзисторе

В зависимости от назначения выходное напряжение можно получать с любого вывода. Осциллограммы напряжения, поясняющие работу показаны на этом же рисунке.

Для устойчивой генерации импульсных последовательностей требуется выполнить условие:

(Uп-Umin)/(Imin<Re<(Uп-Umax)/Imax

Период колебаний вычисляют по формуле:

Т=ReCe(1-K)

где коэффициент нейтрализации

К=(Umax-Umin)/Uвн=Rн/Rc<0.7

Откуда

Re=(0.1...0.2)Rн.

С целью повышения термостабильности Umax, в цепь второй базы добавляют сопротивление R1. Резистор R2 добовляют в схему только при необходимости получения сигнала с первой базы. Его номинал рассчитывают исходя из межбазового тока и амплитуды снимаемого сигнала. Обычно номинал этого сопротивления не более 100 Ом. С помощью сопротивлений R1, R2 можно настраивать порог срабатывания однопереходного транзистора.

Генератор на однопереходном транзисторе в схеме пищалки

«Сердцем» рассматриваемых конструкций будет простейший звуковой генератор, построенный на отечественном однопереходном транзисторе КТ117 и, путем не сложных манипуляций с ним, мы будем получать разные потребительские свойства пищалки.