Интернет-журнал 'Домашняя лаборатория', 2007 №5 - Федорочев
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Однопереходный транзистор
Помимо биполярных и полевых транзисторов существует так называемый однопереходный транзистор (ОПТ), представляющий собой кристалл полупроводника, в котором создан р-n-переход, называемый инжектором:
Этим переходом кристалл полупроводника разделяется как бы на две области базы. Поэтому однопереходный транзистор имеет и другое широко распространённое название — двухбазовый диод. Принцип действия транзистора основан на изменении объёмного сопротивления полупроводника базы при инжекции. В отличии от биполярных и полевых транзисторов ОПТ представляет собой прибор с отрицательным сопротивлением. Это означает, что в определённых условиях входное напряжение или сигнал могут уменьшаться даже при возрастании выходного тока через нагрузку. Когда ОПТ находится во включённом состоянии, выключить его можно только разомкнув цепь, либо сняв входное напряжение. Участок между базами образован кремниевой пластиной n-типа и имеет линейную вольт-амперную характеристику, т. е. ток через этот участок прямо пропорционален приложенному межбазовому напряжению. При отсутствии напряжения на эмиттере (относительно Б1) за счёт проходящего 12 в базе 1 внутри кристалла создаётся падение напряжения Uвн, запирающее р-n переход, При подаче на вход небольшого напряжения Uвх = < Uвн величина тока, проходящего через переход, почти не изменяется. При Uвх > Uвн переход смещается в прямом направлении и начинается инжекция носителей заряда (дырок) в базы, приводящая к снижению их сопротивления. При этом уменьшается падение напряжения Uвн, что приводит к лавинообразному отпиранию перехода — участок II на вольт-амперной характеристике:
Участок III, справа от минимума, где эмиттерный ток ограничивается только сопротивлением насыщения, называется областью насыщения. При уменьшении эмиттерного напряжения до Uвх < Uвн переход закрывается. При нулевом токе базы 2 (т. е. вывод Б2 не используется) характеристика (кривая 2) представляет собой по существу характеристику обычного кремниевого диода.
Однопереходные транзисторы применяются в различных схемах генераторов релаксационных колебаний, мультивибраторах, счётчиках импульсов, триггерных схемах управления тиристорами, генераторах пилообразного напряжения, делителях, реле времени, схемах фазового управления и др. Однако из-за малой скорости переключения и сравнительно большой потребляемой входной мощности они широкого распространения не получили.
Хотя основная функция ОПТ такая же, как и у переключателя, основным функциональным узлом среди большинства схем на ОПТ является релаксационный генератор:
В зависимости от назначения выходное напряжение можно снимать с любого вывода ОПТ. Осциллограммы напряжения показаны на этом рисунке:
Для устойчивой генерации необходимо выполнение условия:
(Uп — Umin)/(Imin < Re < (Uп — Umax)/Imax
Период колебаний определяют ориентировочно по формуле:
T = ReCe(1 — K), где К = (Umax — Umin)/Uвн = Rн/Rc > 0,7 — коэффициент нейтрализации. Откуда Re = (0,1…0,2)∙Rн.
Иногда с целью повышения термостабильности напряжения Umax, в цепь базы 2 вводят резистор R1. Резистор R2 вводят при необходимости снятия сигнала с базы 1. Его номинал рассчитывают исходя из межбазового тока и заданной амплитуды снимаемого сигнала. Обычно номинал этого резистора не превышает 100 Ом и только в отдельных случаях достигает 3 кОм. Для типового ОПТ (КТ117А, Б) сопротивление Re лежит в пределах 4…9 кОм, а рабочее напряжение находится в пределах 10…30 В. С помощью резисторов R1, R2 в некоторых пределах можно регулировать порог срабатывания ОПТ.
Рассмотрим простейший генератор пилообразного напряжения:
Как правило, для получения низкого сопротивления в качестве буферного каскада применяют эмиттерный повторитель. Предположим, что статический коэффициент передачи тока транзистора VT2 h21э = 50, R2 = 1 kОм. Тогда Rн = (h21э + 1)R2 = (50 + 1)∙1 = 51 кОм. Отсюда R1 = (0,1…0,2) Rн = 5,1…10 кОм. Поскольку напряжение Uemin = 2 B, а Uэб = 0,6 B < Uemin, "обрезания" сигнала не происходит.
При реализации эмиттерного провторителя на р-n-р транзисторе можно добиться некоторого улучшения рабочих характеристик, т. к. сопротивление нагрузки включается параллельно резистору R1, следовательно исключается опасность прекращения генерации из-за никого значения статистического коэффициента передачи тока транзистора или сопротивления в эмиттере. Более того, коллекторный ток утечки биполярного транзистора вычитается из эмиттерного тока утечки ОПТ, чем достигается частичная термостабилизация.
Простейший способ линеаризации пилообразного напряжения:
Применение дополнительного источника повышенного напряжения позволяет существенно увеличить номинал токозадающего резистора, что эквивалентно заряду от генератора тока. Недостаток этого способа — необходимость применения дополнительного источника.
Линеаризация с помощью конденсаторной "вольтдобавки" (следящей обратной связи):
Введение резистора R1 позволяет использовать базу 2 для синхронизации выходного напряжения.
Возможный вариант стабилизации зарядного тока со следящей обратной связью помощью стабилитрона:
Введение дополнительного источника отрицательного напряжения постоянного также способствует линеаризации.
Другой способ линеаризации с помощью ГСТ:
Применение интегратора позволяет получить напряжение пилы от вогнутой до выпуклой формы:
Желаемой формы добиваются подбором резистора R3.
Возможный вариант мультивибратора:
Для получения сигнала типа "меандр" необходимо выполнить условия: R2 = 2R1. Работает мультивибратор следующим образом. При зарядке конденсатора транзистор VT2 открыт током заряда. Время заряда определяет постоянная времени R1C1. При включении ОПТ базо-эмиттерный переход VT2 за счёт напряжения на конденсаторе смещается в обратном направлении и транзистор VT2 закрывается.
Разновидность ОПТ — программируемый ОПТ (ПОПТ) — четырёхслойный прибор, структура которого аналогична структуре тиристора за исключением того, что используется анодное управление в отличие от катодного управления у тиристора. ОПТ и ПОПТ обладают аналогичными характеристиками, однако напряжение включения ПОПТ программируется и может задаваться с помощью внешнего делителя напряжения. В отличии от ОПТ, ПОПТ более быстродействующий и чувствительный прибор. Исходя из эквивалентной схемы
можно сделать вывод, что ПОПТ представляет собой выключаемый тиристор с анодным управлением. При подаче на управляющий электрод (эмиттер) более отрицательного относительно анода (база 2) напряжения ПОПТ переходит из режима отсечки во включённое состояние. Для обеспечения функционирования ПОПТ в режиме ОПТ требуется на управляющем электроде ПОПТ поддерживать внешнее опорное
