單結晶體管(Unipolar Junction Transistor,簡稱UJT),又稱基極二極管或單晶二極管,是一種具有獨特工作原理和伏安特性的半導體器件。以下將詳細闡述單結晶體管的工作原理和伏安特性。
一、單結晶體管的工作原理
單結晶體管的工作原理主要基于其獨特的PN結結構和電阻特性。具體來說,當基極B1和B2之間加上電壓時,電流從B2流向B1,并在PN結處形成反偏狀態。此時,如果在發射極E上加上一個超過原反偏電勢的信號,器件將呈現導電狀態。一旦正偏狀態出現,便有大量空穴注入基區,使發射極E和B1之間的電阻減小,電流增大,電勢降低,并保持導通狀態。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。
單結晶體管的工作過程可以分為以下幾個階段:
- 截止狀態 :在初始狀態下,由于PN結的反偏作用,單結晶體管處于截止狀態,此時發射極E與基極B1之間的電阻較大,電流很小。
- 觸發導通 :當在發射極E上加上一個正向電壓,且該電壓超過PN結的反偏電勢時,PN結開始正偏,空穴從發射極E注入基區,使得發射極E與基極B1之間的電阻迅速減小,電流迅速增大,單結晶體管進入導通狀態。
- 負阻區 :在導通狀態下,隨著發射極電流的增加,發射極E與基極B1之間的電壓反而下降,這種電壓隨電流增加而下降的特性稱為負阻特性。在這個階段,單結晶體管表現出典型的負阻特性。
- 飽和區 :當發射極電流增加到一定程度時,發射極E與基極B1之間的電壓達到一個最小值(稱為谷點電壓Vv),此時單結晶體管進入飽和區。在飽和區,發射極電流的增加對電壓的影響很小,單結晶體管保持導通狀態。
- 截止恢復 :要使單結晶體管從導通狀態恢復到截止狀態,需要改變兩個基極間的偏置或移除發射極上的正向電壓。當發射極電壓降低到低于谷點電壓Vv時,單結晶體管將逐漸恢復到截止狀態。
二、單結晶體管的伏安特性
單結晶體管的伏安特性是指其電壓與電流之間的關系特性。根據單結晶體管的工作過程,其伏安特性曲線可以大致分為三個區域:截止區、負阻區和飽和區。
- 截止區 :在截止區,單結晶體管的發射極E與基極B1之間的電壓較高,但電流很小。此時,PN結處于反偏狀態,單結晶體管不導電。
- 負阻區 :當發射極電壓逐漸降低到一定程度時,單結晶體管進入負阻區。在這個階段,隨著發射極電壓的降低(即發射極電流的增加),發射極E與基極B1之間的電壓反而下降。這種電壓隨電流增加而下降的特性是單結晶體管獨有的負阻特性。
- 飽和區 :當發射極電壓降低到谷點電壓Vv以下時,單結晶體管進入飽和區。在飽和區,發射極電流的增加對電壓的影響很小,單結晶體管保持導通狀態。此時,發射極E與基極B1之間的電壓基本保持不變。
為了更直觀地了解單結晶體管的伏安特性,可以通過實驗測量其電壓與電流之間的關系,并繪制出伏安特性曲線。在實驗中,可以固定基極B1和B2之間的電壓,然后逐漸改變發射極E上的電壓,同時測量發射極電流的變化。將測得的電壓和電流值繪制在坐標紙上,即可得到單結晶體管的伏安特性曲線。
三、應用與特點
單結晶體管具有負阻特性和高的溫度穩定性,因此在電子電路中有著廣泛的應用。它特別適用于開關系統中的弛張振蕩器、定時電路、控制電路和讀出電路等。此外,單結晶體管還具有以下特點:
- 電路簡單 :單結晶體管的結構相對簡單,電路實現容易。
- 脈沖電流能力強 :單結晶體管能夠承受較大的脈沖電流,適用于需要大電流脈沖的場合。
- 溫度穩定性好 :單結晶體管的開關特性具有很高的溫度穩定性,基本上不隨溫度而變化。
綜上所述,單結晶體管以其獨特的工作原理和伏安特性在電子電路中發揮著重要作用。通過深入了解其工作原理和伏安特性,可以更好地應用單結晶體管于各種電子電路中。
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