單結晶體管

只有一個PN結作為發射極而有兩個基極的三端半導體器件，早期稱為雙基極二極管。其典型結構是以一個均勻輕摻雜高電阻率的N型單晶半導體作為基區，兩端做成歐姆接觸的兩個基極，在基區中心或者偏向其中一個極的位置上用淺擴散法重摻雜製成 PN結作為發射極。當基極B1和B2之間加上電壓時，電流從B2流向B1,並在結處基區對B1的電勢形成反偏狀態。

如果將一個信號加在發射極上，且此信號超過原反偏電勢時，器件呈導電狀態。一旦正偏狀態出現，便有大量空穴注入基區，使發射極和B1之間的電阻減小，電流增大，電勢降低，並保持導通狀態，改變兩個基極間的偏置或改變發射極信號才能使器件恢復原始狀態。因此，這種器件顯示出典型的負阻特性，特別適用於開關係統中的弛張振盪器，可用於定時電路、控制電路和讀出電路 ^[1]  。

兩基極b1與b2之間的電阻稱為基極電阻：

rbb=rb1+rb2

式中：rb1----第一基極與發射結之間的電阻，其數值隨發射極電流ie而變化，rb2為第二基極與發射結之間的電阻，其數值與ie無關；發射結是PN結，與二極管等效。

若在兩個基極b2、b1間加上正電壓Vbb，則A點電壓為：

VA=[rb1/(rb1+rb2)]vbb=(rb1/rbb)vbb=ηVbb

式中：η----稱為分壓比，其值一般在0.5-0.9之間，如果發射極電壓VE由零逐漸增加，就可測得單結晶體管的伏安特性。

（1）當Ve<η Vbb時，發射結處於反向偏置，管子截止，發射極只有很小的漏電流Iceo。

（2）當Ve≥η Vbb+VD VD為二極管正向壓降（約為0.7伏），PN結正向導通，Ie顯著增加，rb1阻值迅速減小，Ve相應下降，這種電壓隨電流增加反而下降的特性，稱為負阻特性。管子由截止區進入負阻區的臨界P稱為峯點，與其對應的發射極電壓和電流，分別稱為峯點電壓Vp和峯點電流Ip。Ip是正向漏電流，它是使單結晶體管導通所需的最小電流，顯然Vp=ηVbb

（3）隨着發射極電流ie不斷上升，Ve不斷下降，降到V點後，Ve不再降了，這點V稱為谷點，與其對應的發射極電壓和電流，稱為谷點電壓，Vv和谷點電流Iv。

（4）過了V點後，發射極與第一基極間半導體內的載流子達到了飽和狀態，所以uc繼續增加時，ie便緩慢地上升，顯然Vv是維持單結晶體管導通的最小發射極電壓，如果Ve

單結晶體管的等效電路如上圖所示，發射極所接P區與N型硅棒形成的PN結等效為二極管D；N型硅棒因摻雜濃度很低而呈現高電阻，二極管陰極與基極B2之間的等效電阻為rB2，二極管陰極與基極B1之間的等效電阻為rB1；rB1的阻值受E-B1間電壓的控制，所以等效為可變電阻 ^[2]  。

判斷單結晶體管發射極E的方法是：把萬用表置於R*100擋或R*1K擋，黑表筆接假設的發射極，紅表筆接另外兩極，當出現兩次低電阻時，黑表筆接的就是單結晶體管的發射極。

單結晶體管B1和B2的判斷方法是：把萬用表置於R*100擋或R*1K擋，用黑表筆接發射極，紅表筆分別接另外兩極，兩次測量中，電阻大的一次，紅表筆接的就是B1極。

應當説明的是，上述判別B1、B2的方法，不一定對所有的單結晶體管都適用，有個別管子的E--B1間的正向電阻值較小。不過準確地判斷哪 極是B1，哪極是B2在實際使用中並不特別重要。即使B1、B2用顛倒了，也不會使管子損壞，隻影響輸出脈衝的幅度（單結晶體管多作脈衝發生器使用），當發現輸出的脈衝幅度偏小時，只要將原來假定的B1、B2對調過來就可以了。

雙基極二極管性能的好壞可以通過測量其各極間的電阻值是否正常來判斷。用萬用表R×1k檔，將黑表筆接發射極E，紅表筆依次接兩個基極（B1和B2），正常時均應有幾千歐至十幾千歐的電阻值。再將紅表筆接發射極E，黑表筆依次接兩個基極，正常時阻值為無窮大。

雙基極二極管兩個基極（B1和B2）之間的正、反向電阻值均為2～10kΩ範圍內，若測得某兩極之間的電阻值與上述正常值相差較大時，則説明該二極管已損壞。

單結晶體管具有大的脈衝電流能力而且電路簡單，因此在各種開關應用中，在構成定時電路或觸發SCR等方面獲得了廣泛應用。它的開關特性具有很高的温度穩定性，基本上不隨温度而變化。

單結晶體管組成的振盪電路。所謂振盪，是指在沒有輸入信號的情況下，電路輸出一定頻率、一定幅值的電壓或電流信號。當合閘通電時，電容C上的電壓為零，管予截止，電源VBB通過電阻R對C充電，隨時間增長電容上電壓uC逐漸增大；一旦UEB1增大到峯點電壓UP後，管子進入負阻 區，輸入端等效電阻急劇減小，使C通過管子的輸入迴路迅速放電，iE隨之迅速減小，當UEB1減小到谷點電壓Uv後，管子截止；電容又開始充電。上述過程 循環往返，只有當斷電時才會停止，因而產生振盪。

為了提高使用可靠性，在使用過程中應注意以下問題：

（1）在第二基極B2上串聯1個限流電阻R2，限制單結管的峯值功率

（2）電路中的CT或VP（峯值電壓）較大時，CT上應串聯一個保護電阻，以保護發射極B1不受到電損傷。例如：電容CT大於10μF或 VP大於30V時就應適當串電阻，這個附加電阻的阻值至少應取每微法CT串1Ω電阻。否則，較大的電容器放電電流會逐漸損傷單結管的EB1結，使振盪器的 振盪頻率或單穩電路的定時寬度隨着時間的增長而逐漸發生變化。

（3）在某些應用中，用一隻二極管與單結管的基極B2或發射極E相串聯，這樣可改善温度穩定性及減小電源電壓變化的影響

（4）單結管和硅可控整流器的抗輻照特性很差，不宜在輻照環境中使用 ^[1]  。

（1）基極間電阻Rbb 發射極開路時，基極b1、b2之間的電阻，一般為2--10千歐，其數值隨温度上升而增大。

（2）分壓比η 由管子內部結構決定的常數，一般為0.3--0.85。

（3）eb1間反向電壓Vcb1 b2開路，在額定反向電壓Vcb2下，基極b1與發射極e之間的反向耐壓。

（4）反向電流Ieo b1開路，在額定反向電壓Vcb2下，eb2間的反向電流。

（5）發射極飽和壓降Veo 在最大發射極額定電流時，eb1間的壓降。

（6）峯點電流Ip 單結晶體管剛開始導通時，發射極電壓為峯點電壓時的發射極電流

單結晶體管觸發電路輸出的脈衝電壓的寬度，主要決定於電容器放大電的時間常數：t=R1c。R1或C太小，放電快，觸發脈衝的寬度小，不能使晶閘管觸發。因為晶閘管從阻斷狀態到完全導通需要一定時間，一般在10uf以下，所以觸發脈衝的寬度必須在10uf以上。如選用C=0.1，1uF，R1=250，100Ω，就可得到數十微秒的脈衝寬度。但是，若C值太大，由於充電時間常數（RP+R）C的最小值決定於最小控制角，則（RP+R）就必須很小，如上所述，這將引起單結晶體管的直通現象。如果R1太大，當單結晶體管尚未導通時，其漏電流就可能在R1上產生較大的電壓，這個電壓加在晶閘管的控制極上而導致誤觸發。一般規定，晶閘管的不觸發電壓為0.15，0.3V，所以上述電壓不應大於這個數值。 脈衝電壓的幅度決定於直流電源電壓和單結晶體管的分壓比。如電源電壓為20V，晶體管的分壓比為0.5，則在單結晶體管導通時，電容器上的電壓約為10V，除去管壓降外，可以獲得幅度為7~8V的輸出脈衝電壓。根據上述數據，輸出脈衝的寬度和幅度都能滿足觸發晶閘管的要求 ^[3]  。