11. Однопереходные транзисторы

Однопереходный транзистор — это полупроводниковый прибор с одним выпрямительным переходом и тремя выводами, переключающие и усилительные свойства которого обусловлены модуляцией сопротивления базы в результате инжекции в нее неосновных носителей заряда. Структура и УГО однопереходного транзистора показана на рис. 36,а.

Рис. 36		л8р1

Основу транзистора составляет пластина из полупроводника с проводимостью n-типа. С двух граней этой пластины при помощи невыпрямляющих контактов металл-полупроводник сформированы выводы прибора, которые носят название первой и второй базы. В пластину внедрена область с проводимостью p-типа, причем она легирована сильнее, чем область основного полупроводника. Соответственно, n-область однопереходного транзистора является базой, а p-область — эмиттером. Прямой ток через p-n переход будет определяться в основном дырочной составляющей. Электрод, связанный с p-областью, называется эмиттером.

Подадим на однопереходный транзистор внешние напряжения, как показано на рис. 36,б. В этом случае через базу однопереходного транзистора начнет течь ток I_Б2. Из-за протекания этого тока вдоль базы будет наблюдаться продольное падение напряжения. Обозначим падение напряжения на участке базы протяженностью l₁ через U₁. В случае нулевого напряжения между эмиттером и первой базой падение напряжения U₁ смещает p-n переход в обратном направлении. Очевидно, что пока p-n переход останется смещен в обратном направлении и через него будет течь только небольшой обратный ток — однопереходный транзистор закрыт.

Если же входное напряжение, поданное на эмиттер относительно первой базы, превысит напряжение U₁, то p-n переход открывается и начинается инжекция неосновных носителей заряда (дырок) в базу. Вначале инжекция протекает через ту часть p-n перехода, которая ближе к выводу первой базы. В результате сопротивление участка базы протяженностью l₁ уменьшится, что приведет к еще большему смещению p-n перехода в прямом направлении, увеличению уровня инжекции дырок в базу и т.д. Произойдет лавинообразное возрастание инжекции, через p-n переход потечет существенный ток — однопереходный транзистор откроется. Напряжение U₁, при котором однопереходный транзистор открывается, называют напряжением включения .

Зависимость тока эмиттера от напряжения называют входной статической характеристикой однопереходного транзистора. Вид этой характеристики показан на рис. 37,а. Для входной характеристики однопереходного транзистора характерно наличие участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Из входной характеристики видно, что однопереходный транзистор может находиться в двух устойчивых состояниях: в закрытом, которое характеризуется относительно большим сопротивлением между различными выводами однопереходного транзистора, и в открытом (или в состоянии насыщения), характеризующимся относительно малым сопротивлением.

а)	б)
Рис. 37

В открытом состоянии однопереходный транзистор будет находиться до тех пор, пока инжекция носителей заряда через эмиттерный переход (т. е. ток эмиттера) будет поддерживать в базе избыточную концентрацию носителей, достаточную для смещения p-n перехода в прямом направлении. Величина тока эмиттера, при которой происходит закрывание однопереходного транзистора, называется током выключения.

Рис. 38

Связь между током через второй базовый вывод межбазового напряжения при определенных значениях тока эмиттера устанавливают выходные (межбазовые) характеристики (рис. 37,б). При выходная характеристика — прямая линия. При прямых токах эмиттера, отличных от нуля, выходные характеристики оказываются нелинейными, т. к. суммарное напряжение на эмиттерном переходе изменяется с изменением выходного тока . Хотя принцип действия однопереходных транзисторов и связан с инжекцией неосновных носителей в базу, он существенно отличается от принципа действия обычного биполярного транзистора.

На рис. 38 представлена схема простого генератора импульсов, в которой использован однопереходный транзистор. Период следования импульсов определяется временем заряда конденсатора до напряжения . При достижении напряжения на эмиттере этой величины, однопереходный транзистор откроется и конденсатор разрядится на нагрузку . Далее цикл повторится.

К недостаткам однопереходных транзисторов можно отнести большой объем базы, вследствие чего они значительно уступают биполярным транзисторам по частотным свойствам. Несмотря на это, однопереходные транзисторы находят применение в схемах переключателей, генераторов и усилителей сигналов.