单结晶体管

只有一个PN结作为发射极而有两个基极的三端半导体器件，早期称为双基极二极管。其典型结构是以一个均匀轻掺杂高电阻率的N型单晶半导体作为基区,两端做成欧姆接触的两个基极，在基区中心或者偏向其中一个极的位置上用浅扩散法重掺杂制成 PN结作为发射极(图中)。当基极B1和B2之间加上电压

时（图中b），电流从B2流向B1,并在结处基区对B1的电势形成反偏状态。如果将一个信号加在发射极上，且此信号超过原反偏电势时，器件呈导电状态。一旦正偏状态出现，便有大量空穴注入基区，使发射极和B1之间的电阻减小，电流增大，电势降低，并保持导通状态，改变两个基极间的偏置或改变发射极信号才能使器件恢复原始状态。因此，这种器件显示出典型的负阻特性（见图c）,特别适用于开关系统中的弛张振荡器，可用于定时电路、控制电路和读出电路。

单结晶体管的等效电路如上图所示，发射极所接P区与N型硅棒形成的PN结等效为二极管D；N型硅棒因掺杂浓度很低而呈现高电阻，二极管阴极与基极B2之间的等效电阻为rB2，二极管阴极与基极B1之间的等效电阻为rB1；rB1的阻值受E-B1间电压的控制，所以等效为可变电阻。

图1可以看出，两基极b1与b2之间的电阻称为基极电阻：

rbb=rb1+rb2

式中：rb1----第一基极与发射结之间的电阻，其数值随发射极电流ie而变化，rb2为第二基极与发射结之间的电阻，其数值与ie无关；发射结是PN结，与二极管等效。

若在两面三刀基极b2、b1间加上正电压Vbb，则A点电压为：

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

式中：η----称为分压比，其值一般在0.3---0.85之间，如果发射极电压VE由零逐渐增加，就可测得单结晶体管的伏安特性，见图2

图2、单结晶体管的伏安特性

（1）当Ve＜ηVbb时，发射结处于反向偏置，管子截止，发射极只有很小的漏电流Iceo。

（2）当Ve≥ηVbb+VDVD为二极管正向压降（约为0.7伏），PN结正向导通，Ie显著增加，rb1阻值迅速减小，Ve相应下降，这种电压随电流增加反而下降的特性，称为负阻特性。管子由截止区进入负阻区的临界P称为峰点，与其对就的发射极电压和电流，分别称为峰点电压Vp和峰点电流Ip和峰点电流Ip。Ip是正向漏电流，它是使单结晶体管导通所需的最小电流，显然Vp=ηVbb

（3）随着发射极电流ie不断上升，Ve不断下降，降到V点后，Ve不在降了，这点V称为谷点，与其对应的发射极电压和电流，称为谷点电压，Vv和谷点电流Iv。

（4）过了V点后，发射极与第一基极间半导体内的载流子达到了饱和状态，所以uc继续增加时，ie便缓慢地上升，显然Vv是维持单结晶体管导通的最小发射极电压，如果Ve＜Vv，管子重新截止。

单结晶体管的主要参数

（1）基极间电阻Rbb发射极开路时，基极b1、b2之间的电阻，一般为2--10千欧，其数值随温度上升而增大。

（2）分压比η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Vcb1b2开路，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Ieob1开路，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

单结晶体管（简称UJT）又称基极二极管，它是一种只有一个PN结和两个电阻接触电极的半导体器件，它的基片为条状的高阻N型硅片，两端分别用欧姆接触引出两个基极b1和b2。在硅片中间略偏b2一侧用合金法制作一个P区作为发射极e。其结构、符号和等效电呼如图所示。

判断单结晶体管发射极E的方法是：把万用表置于R*100挡或R*1K挡，黑表笔接假设的发射极，红表笔接另外两极，当出现两次低电阻时，黑表笔接的就是单结晶体管的发射极。 单结晶体管B1和B2的判断方法是：把万用表置于R*100挡或R*1K挡，用黑表笔接发射极，红表笔分别接另外两极，两次测量中，电阻大的一次，红表笔接的就是B1极。

应当说明的是，上述判别B1、B2的方法，不一定对所有的单结晶体管都适用，有个别管子的E--B1间的正向电阻值较小。不过准确地判断哪极是B1，哪极是B2在实际使用中并不特别重要。即使B1、B2用颠倒了，也不会使管子损坏，只影响输出脉冲的幅度（单结晶体管多作脉冲发生器使用），当发现输出的脉冲幅度偏小时，只要将原来假定的B1、B2对调过来就可以了。

双基极二极管性能的好坏可以通过测量其各极间的电阻值是否正常来判断。用万用表R×1k档，将黑表笔接发射极E，红表笔依次接两个基极（B1和B2），正常时均应有几千欧至十几千欧的电阻值。再将红表笔接发射极E，黑表笔依次接两个基极，正常时阻值为无穷大。

双基极二极管两个基极（B1和B2）之间的正、反向电阻值均为2～10kΩ范围内，若测得某两极之间的电阻值与上述正常值相差较大时，则说明该二极管已损坏。

为了说明它的工作原理，我们单独画出单结晶体管张弛振荡器的电路(图1)。它是由单结晶体管和RC充放电电路组成的。合上电源开关S后，电源UBB经电位器RP向电容器C充电，电容器上的电压UC按指数规律上升。当UC上升到单结晶体管的峰点电压UP时，单结晶体管突然导通，基区电阻RB1急剧减小，电容器C通过PN结向电阻R1迅速放电，使R1两端电压Ug发生一个正跳变，形成陡峭的脉冲前沿〔图8(b)〕。随着电容器C的放电，UE按指数规律下降，直到低于谷点电压UV时单结晶体管截止。这样，在R1两端输出的是尖顶触发脉冲。此时，电源UBB又开始给电容器C充电，进入第二个充放电过程。这样周而复始，电路中进行着周期性的振荡。调节RP可以改变振荡周期。

为了实现整流电路输出电压“可控”，必须使晶闸管承受正向电压的每半个周期内，触发电路发出第一个触发脉冲的时刻都相同，这种相互配合的工作方式，称为触发脉冲与电源同步。

怎样才能做到同步呢?大家再看调压器的电路图(图1)。请注意，在这里单结晶体管张弛振荡器的电源是取自桥式整流电路输出的全波脉冲直流电压。在晶闸管没有导通时，张弛振荡器的电容器C被电源充电，UC按指数规律上升到峰点电压UP时，单结晶体管VT导通，在VS导通期间，负载RL上有交流电压和电流，与此同时，导通的VS两端电压降很小，迫使张弛振荡器停止工作。当交流电压过零瞬间，晶闸管VS被迫关断，张弛振荡器得电，又开始给电容器C充电，重复以上过程。这样，每次交流电压过零后，张弛振荡器发出第一个触发脉冲的时刻都相同，这个时刻取决于RP的阻值和C的电容量。调节RP的阻值，就可以改变电容器C的充电时间，也就改变了第一个Ug发出的时刻，相应地改变了晶闸管的控制角，使负载RL上输出电压的平均值发生变化，达到调压的目的。

双向晶闸管的T1和T2不能互换。否则会损坏管子和相关的控制电路

单结晶体管具有大的脉冲电流能力而且电路简单，因此在各种开关应用中，在构成定时电路或触发SCR等方面获得了广泛应用。它的开关特性具有很高的温度稳定性，基本上不随温度而变化。

图4所示为单结晶体管组成的振荡电路。所谓振荡，是指在没有输入信号的情况下，电路输出一定频率、一定幅值的电压或电流信号。当合闸通电时，电容C上的电压为零，管予截止，电源VBB通过电阻R对C充电，随时间增长电容上电压uC逐渐增大；一旦UEB1增大到峰点电压UP后，管子进入负阻区，输入端等效电阻急剧减小，使C通过管子的输入回路迅速放电，iE随之迅速减小，当UEB1减小到谷点电压Uv后，管子截止；电容又开始充电。上述过程循环往返，只有当断电时才会停止，因而产生振荡。由于充电时间常数远大于放电时间常数，当稳定振荡时，电容上电压的波形如图4(b)所示。

图4单结晶体管组成的振荡电路及波形

为了提高使用可靠性，在使用过程中应注意以下问题：

（1）在第二基极B2上串联1个限流电阻R2，限制单结管的峰值功率

（2）电路中的CT或VP（峰值电压）较大时，CT上应串联一个保护电阻，以保护发射极B1不受到电损伤。例如：电容CT大于10μF或VP大于30V时就应适当串电阻，这个附加电阻的阻值至少应取每微法CT串1Ω电阻。否则，较大的电容器放电电流会逐渐损伤单结管的EB1结，使振荡器的振荡频率或单稳电路的定时宽度随着时间的增长而逐渐发生变化。

（3）在某些应用中，用一只二极管与单结管的基极B2或发射极E相串联，这样可改善温度稳定性及减小电源电压变化的影响

（4）单结管和硅可控整流器的抗辐照特性很差，不宜在辐照环境中使用。

当e一b1电压Ueb1为零或(Ueb1<UA)时，二极管承受反向电压，发射极的电流Ie为二极管的反向电流，记作IEO。

当Ueb1增大，使PN结正向电压大于开启电压时，则IE变为正向电流，从发射极e流向基极b1,此时，空穴浓度很高的P区向电子浓度很低的硅棒的A—b1区注入非平衡少子；由于半导体材料的电阻与其载流子的浓度紧密相关，注入的载流子使rb1减小；而且rb1的减小，使其压降减小，导致PN结正向电压增大，IE随之增大，注入的载流子将更多，于是rb1进一步减小；当IE增大到一定程度时，二极管的导通电压将变化不大，此时UEB1。将因rb1的减小而减小，表现出负阻特性。

负阻特性:是指输入电压增大到某一数值后，输入电流愈大，输入端的等效电阻愈小的特性。

一旦单结晶体管进入负阻工作区域，输入电流IE的增加只受输入回路外部电阻的限制，除非将输入回路开路或将IE减小到很小的数值，否则管子将始终保持导通状态。

单结晶体管的特性曲线

当UEB1增大至UP(峰点电压)时，PN结开始正向导通，UP=UA+Uon；UEB1再增大一点，管子就进入负阻区，随着IE增大，rb1减小，UEB1减小，直至UEB1=Uv(谷点电压)。IE=IV谷点电流)，IE再增大，管子进入饱和区。单结晶体管有三个工作区域

单结晶体管的负阻特性广泛应用于定时电路和振荡电路之中。除了单结晶体管外，具有负阻特性的器件还有隧道二极管、A双极型晶体管、负阻场效应管等。

程控单结晶体管具有参数可调、触发灵敏度高、漏电流小、脉冲上升时间快(约60ns)、输出功率较大等优点，不仅能构成可控制脉冲波或锯齿波发生器、过压保护器、长延时器，还能触发晶闸管及大功率晶体管。

因为程控单结晶体管的触发灵敏度很高，所以在开路时只要门极上有感应电压，也能使A、K导通。为此可参照上图所示电路，预先给A、G之间加一根短路线，强迫器件关断。这时将万用表置于R×1档，黑表笔接A极，红表笔接K极，读数应为无穷大。然后断开短路线，用手指触摸G极，利用人体感应电压使管子导通，A、K之间的电阻值应降成几欧姆。由此证明管子已被触发。否则说明管子已损坏。

​它属于PNPN四层、三端、具有负阻特性的半导体器件。三个引出端分别是阳极A，阴极K，门极G。门极是从靠近阳极的N型半导体上引出①。PUT等效于由PNP硅管T1和NPN硅管T2构成的互补晶体管。当VA>VG+0.7V(0.7V是T1的发射结正向压降VEB)时，T1导通，IC1↑，使T2导通，IC2↑，这就进一步促使T1导通，形成正反馈，导致A-K间电阻急剧下降，呈现负阻特性。