Однопереходный транзистор или, как его еще называют, двухбазовый диод, представляет собой трехэлектродный полупроводниковый прибор с одним р-n - переходом. Структура его условно показана на рис. 1.75,а, а условное графическое обозначение в схемах - на рис. 1.75,б.
Рисунок 1.75. Однопереходный транзистор:
а) структурная схема; б) условное обозначение; в) эквивалентная схема; г)) эквивалентная схема.
Основой однопереходного транзистора является кристалл полупроводника (например, с проводимостью n -типа), называемый базой. На концах кристалла имеются омические контакты Б1 и Б2, между которыми расположена область, имеющая выпрямляющий контакт с полупроводником р- типа, выполняющим роль эмиттера.
Принцип действия однопероходного транзистора удобно рассмотреть, пользуясь простейшей эквивалентной схемой (рис. 1.75,в), где RБ1 и RБ2 - сопротивления между соответствующими выводами базы и эмиттером, а D1 -эмиттерный р-n переход. Ток, протекающий через сопротивления RБ1 и RБ2, создает на первом из них падение напряжения, смещающее диод D1 в обратном направлении. Если напряжение на эмиттере Uэ меньше падения напряжения на сопротивлении RБ1, диод D1 закрыт, и через него течет только ток утечки. Когда же напряжение UЭ становится выше напряжения на сопротивлении RБ1, диод начинает пропускать ток в прямом направлении. При этом сопротивление RБ1 уменьшается, что приводит к увеличению тока в цепи D1- RБ1, а это, в свою очередь, вызывает дальнейшее уменьшение сопротивления RБ1. Этот процесс протекает лавинообразно. Сопротивление RБ1 уменьшается быстрее, чем увеличивается ток через р-n переход, в результате на вольтамперной характеристике однопереходного транзистора (рис.1.76), появляется область отрицательного сопротивления (кривая 1).
Рисунок 1.76. Вольтамперная характеристика однопереходного транзистора.
При дальнейшем увеличении тока зависимость сопротивления RБ1 от тока через р-n переход уменьшается, и при значениях, больших некоторой величины (Iвыкл) оно не зависит от тока (область насыщения).При уменьшении напряжения смещения Uсм вольтамперная характеристика смещается влево (кривая 2) и при отсутствии его обращается в характеристику открытого р-n перехода (кривая 3). Эквивалент однопереходного транзистора может быть построена из двух обычных транзисторов с разным типом проводимости, как показано на рис. 1.75.г. Здесь ток, протекающий через делитель, состоящий из резисторов R1 и R2, создает на втором из них падение напряжения, закрывающее эмиттерный переход транзистора Т1. При увеличении напряжения на эмиттере транзистор Т1 начинает пропускать ток в базу транзистора Т2, в результате чего он также открывается. Это приводит к снижению напряжения на базе транзистора Т1, что, в свою очередь, вызывает еще большее открывание его и т. д.
Другими словами, процесс открывания транзисторов в таком устройстве также протекает лавинообразно, и вольтамперная характеристика устройства имеет вид, аналогичный характеристике однопереходного транзистора.
Однопереходные транзисторы (двухбазовые диоды) широко применяются в различных устройствах автоматики, импульсной и измерительной техники: генераторах, пороговых устройствах, делителях частоты, реле времени и т. д.
Одним из основных типов устройств на однопереходных транзисторах является релаксационный генератор, схема которого показана на рис. 1.77.
При включении питания конденсатор С1 заряжается через резистор R1. Как только напряжение на конденсаторе становится равным напряжению включения однопереходного транзистора Т1, его эмиттерный переход открывается и конденсатор быстро разряжается. По мере разряда конденсатора эмиттерный ток уменьшается и при достижении величины, равной току выключения, транзистор закрывается, после чего процесс повторяется снова. В результате на базах Б1 и Б2 возникают короткие разнополярные импульсы, которые и являются выходными сигналами генератора.
При заданной частоте колебаний емкость конденсатора следует выбрать возможно большей с тем, чтобы получить на нагрузке (R2 или R3) сигнал с нужной амплитудой.
Важным достоинством генератора на однопереходном транзисторе является то, что частота его колебаний незначительно зависит от величины питающего напряжения. Практически изменение напряжения от 10 до 20В приводит к изменению частоты всего на 0,5%.
В качестве примера использования однопереходных транзисторов приведем схему реле времени. Схема реле времени, отличающаяся очень высокой экономичностью, приведена на рис. 1.78. В исходном состоянии тиристор DЗ закрыт, поэтому устройство практически не потребляет энергии (токи утечки невелики и ими можно пренебречь).
Рисунок 1.78. Реле времени на однопереходном транзисторе.
При подаче на управляющий электрод запускающего импульса положительной полярности тиристор открывается. В результате срабатывает реле Р1 и своими контактами (на схеме условно не показаны) включает исполнительное устройство. Одновременно через резисторы R1 и R2 начинают заряжаться конденсаторы С1 и С2.
Поскольку сопротивление первого из этих резисторов во много раз больше второго, то первым зарядится конденсатор С2, а когда напряжение на конденсаторе С1 достигнет величины напряжения включения, однопереходный транзистор откроется и конденсатор С1 разрядится через его эмиттерный переход. Возникший при этом на резисторе R2 импульс положительной полярности сложится с напряжением на конденсаторе С2, в результате чего тиристор DЗ закроется и обесточит реле Р1 до прихода следующего запускающего импульса.