单结晶体管的负阻特性_模拟电子技术实用知识(单结晶体管)

(72) 2024-05-13 17:01:01

一、单结晶体管的结构与特性

1.单结晶体管的结构

单结晶体管因为具有两个基极,故单结晶体管又称为双基极晶体管。单结晶体管有三个电极,分别称为第一基极b1、第二基极b2、发射极e。单结晶体管虽然有三个电极,但在结构上只有一个PN结,它是在一块高电阻率的N型硅基片一侧的两端,各引出一个电极,分别称第一基极b1和 第二基极b2。在硅片的另一侧较靠近b2处,用扩散法掺入P型杂质,形成一个PN结,再引出一个电极,称发射极e。单结晶体管的内部结构、等效电路、图形符号如图1所示。

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存在于两个基极b1和b2之间的电阻是N型硅片本身的电阻,称为体电阻,由单结晶体管的等效电路可见,两基极间的电阻Rb1b2=Rb1+Rb2, 其体阻值一般在(5~10)KΩ之间。

国产单结晶体管的型号,主要有BT31、BT32、BT33等系列产品,其中B表示半导体器件,T表示特种晶体管,第三位数3表示三个电极,最后一位数表示功耗100mW、200mW、300mW等等。

常用的型号为BT33的单结晶体管的外形结构,如图2所示。

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2.单结晶体管的特性——伏安特性

单结晶体管的伏安特性,是指在单结晶体管的e、b1极之间加一个正电压Ue,在b2、b1极之间加一个正电压Ubb,其发射极电流Ie与发射极电压Ue的关系曲线。

单结晶体管的Ie——Ue伏安特性曲线如图2所示。

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由单结晶体管的伏安特性曲线可见:

(1)当发射极所加的电压Ue<Up(峰点电压,约6~8V)时,单结晶体管的Ie电流为很小的反向漏电电流,即曲线的AP段。此时,单结晶体管是处于截止状态的,其e、b1极之间的等效阻值非常大,e、b1极之间相当于一个断开的开关。

(2)当发射极所加的电压Ue越过Up峰点电压后,单结晶体管开始导通,随着导通电流Ie的增加,其e极对地的电压Ue是不断下降的,即曲线的PV段。在曲线的PV段,其动态的电阻值是负值的,这一区间又叫负阻区。负阻区是一个过渡区,时间很短,随着Ie电流的增加,电压Ue将很快达到谷点电压Uv。

(3)当Ie增加到谷点电压所对应的电流,即谷点电流Iv之后,Ue将随Ie的增加而增加,即曲线的VB段,其动态电阻是正值的,这一区间又称为饱和区。单结晶体管工作在饱和区时,其e、b1极之间的等效阻值非常小,e、b1极之间相当于一个闭合的开关。

综上所述,单结晶体管的e、b1极之间,相当于一个受发射极电压Ue控制的开关,故可以用来作振荡元件。

二、单结晶体管的主要参数与极性的判断

1.单结晶体管的主要参数

(1)基极间电阻Rbb(即Rb1+Rb2)。其定义为发射极开路时,基极b1、b2之间的电阻,一般为(5~10)KΩ,其数值随温度上升而增大,不同型号的管阻值有较大的差异。

(2)分压比η。η=Rb1/(Rb1+Rb2),由管子内部结构决定的常数,一般为0.3--0.85。

(3)eb1间反向电压Vcb1。在b2开路时,在额定反向电压Vcb2下,基极b1与发射极e之间的反向耐压。

(4)反向电流Ieo。在b1开路时,在额定反向电压Vcb2下,eb2间的反向电流。

(5)发射极饱和压降Veo。在最大发射极额定电流时,eb1间的压降。

(6)峰点电流Ip:单结晶体管刚开始导通时,发射极电压为峰点电压时的发射极电流。

2.单结晶体管极性的判断

单结晶体管极性的判断方法常有两种,一种是从外观来看,另一种是用万用表来测量。

(1)外观判断法。从外观上看,引脚与外壳相通的电极,一般是b1极;与凸耳相靠近的电极一般为e极,如图5-8所示。

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(2)万用表判断法

1)发射极e的判断

单结晶体管,也叫双基极二极管,有e、b1、b2三个电极,其三个管脚的极性可用万用表的R×1K挡来进行判断。测任意两个管脚的正向电阻和反向电阻,直到测得的正反向电阻都基本不变时(一般约10KΩ~30 KΩ,不同型号的管阻值有差异),这两个管脚就是两个基极,剩下的另一个管脚就是发射极e。

2)b1、b2电极的判断

在判断出发射极e的基础上,万用表量程置于R×1K挡,黑表笔发射极,红表笔分别接另外两个极,万用表两次均会导通,两次测量中,电阻大的一次,红表笔接的就是单结晶体管的b1极。如图4所示。

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3.单结晶体管质量的检测

检测单结晶体管的质量时,万用表的量程一般选用×1K挡。两表笔接不同的电极时,其所呈现出来的阻值是不相同的,单结晶体管各管脚间阻值的规律如图5所示,当阻值的规律不符合图5所示的结果时,则管子是坏的。

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三、单结晶体管振荡器

1.单结晶体管振荡器电路

在电子电路中,常常利用单结晶体管的负阻特性和RC电路的充放电特性,组成非正弦波脉冲振荡电路,单结晶体管振荡电路如图6a所示。图中,R、C为充放电元件,V为单结晶体管,Rb1、Rb2为基极电阻,其中Rb2为限流电阻,Rb1是负载电阻,其两端产生的电压降就是振荡输出信号。

2.单结晶体管振荡电路的工作原理

单结晶体管振荡电路的工作原理如下。当开关S闭合后,电源Ucc接入电路中,单结晶体管的b2经电阻Rb2与电源的正极相连,b1经电阻Rb1与电源的负极相接,即b2、b1之间加上了一个正电压。同时,电源Ucc还通过电阻R对电容C进行充电,电容两端的电压Uc随时间按指数规律上升,充电时间常数τ=RC。

当电容两端的电压Uc,即发射极所加的电压Ue<Up峰点电压时,单结晶体管的Ie电流为很小的反向漏电电流,单结晶体管是处于截止状态的,其e、b1极之间的等效阻值非常大,电阻Rb1上无电流通过,输出电压Uo=0,即无脉冲信号输出,如图6b所示。

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当电容两端的电压Uc上升到单结晶体管的峰点电压Up瞬间,即Ue=Up瞬间,单结晶体管内的PN结导通,由于其负阻特性所引起的正反馈作用,单结晶体管迅速进入饱和导通状态,单结晶体管的e、b1极之间相当于一个闭合的开关。此时电容C所充的电压,经发射极e、PN结、第一基极b1和电阻Rb1进行放电。由于放电的时间常数很小,放电速度很快,放电电流Ie通过电阻Rb1时,便在Rb1上产生了一个尖脉冲输出。

随着电容迅速放电的结果,Ue急剧下降,当Ue<Uv谷点电压时,单结晶体管由导通跳变为截止,输出电压Uo也下降到零,完成了一次振荡过程。

然后电源Ucc重新对C充电,再重复上述过程。这样在电容C上产生周期性的锯齿波,在电阻Rb1上产生周期性的尖脉冲,如图6b所示。

3.12V,24V蓄电池自动充电器电路

单结晶体管BT33、C3、W1、W2等元件组成了弛张振荡器,其产生的脉冲信号经隔离二极管D4输送至可控硅SCR1的控制极,调整W1的阻值可改变SCR1的触发导通角,即改变了充电电流。可控硅SCR2、继电器J、W3、W4、D5等元件组成蓄电池充满电自动保护电路,当电池两端电压被充至W3、W4设定的上限值时,D5导通,SCR2受触发导通,LED2显示,继电器吸合,同时J切换到常开,切断了SCR1的控制脉冲集中,即停止对蓄电池的充电。K2为12V、24V电池充电的转换开关,图示置于12V档位。

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说明:以上内容为作者精心整理,帮助大家学习模拟电子技术基础知识。

THE END

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