双基极二极管.doc

双基极二极管(单结晶体管)的结构双基极二极管又称为单结晶体管，它的结构如图1所示。在一片高电阻率的N型硅片一侧的两端各引出一个电极，分别称为第一基极B1和第二基极B2。而在硅片是另一侧较靠近B2处制作一个PN结，在P型硅上引出一个电极，称为发射极E。两个基极之间的电阻为RBB，一般在215kW之间，RBB一般可分为两段，RBB = RB1+ RB2，RB1是第一基极B1至PN结的电阻；RB2是第一基极B2至PN结的电阻。双基极二极管的符号见图1的右侧。 图1 双基极二极管的结构与符号 等效电路 双基极二极管的工作原理 将双基极二极管按图2(a)接于电路之中，观察其特性。首先在两个基极之间加电压UBB，再在发射极E和第一基极B1之间加上电压UE，UE可以用电位器RP进行调节。这样该电路可以改画成图2(b)的形式，双基极二极管可以用一个PN结和二个电阻RB1、RB2组成的等效电路替代。(a) (b)图2 双基极二极管的特性测试电路当基极间加电压UBB时，RB1上分得的电压为 式中称为分压比，与管子结构有关，约在0.50.9之间。 2.当UEUBBUD时，单结晶体管内在PN结导通，发射极电流IE突然增大。把这个突变点称为峰点P。对应的电压UE和电流IE分别称为峰点电压UP和峰点电流IP。显然，峰点电压 UpUBBUD 式中UD为单结晶体管中PN结的正向压降，一般取UD0.7V。在单结晶体管中PN结导通之后，从发射区（P区）向基压（N区）发射了大量的空穴型载流子，IE增长很快，E和B1之间变成低阻导通状态，RB1迅速减小，而E和B1之间的电压UE也随着下降。这一段特性曲线的动态电阻为负值，因此称为负阻区。而B2的电位高于E的电位，空穴型载流子不会向B2运动，电阻RB2基本上不变。当发射极电流IE增大到某一数值时，电压UE下降到最低点。特性由线上的这一点称为谷点V。与此点相对应的是谷点电压UV和谷点电流IV。此后，当调节RP使发射极电流继续增大时，发射极电压略有上升，但变化不大。谷点右边的这部分特性称为饱和区。综上所述，单结晶体管具有以下特点：（1）当发射极电压等于峰点电压UP时，单结晶体管导通。导通之后，当发射极电压小于谷点电压UV时，单结晶体管就恢复截止。（2）单结晶体管的峰点电压UP与外加固定电压UBB及其分压比有关。而分压比是由管子结构决定的，可以看做常数。对于分压比不同的管子，或者外加电压UBB的数值不同时，峰值电压UP也就不同。 （3）不同单结晶体管的谷点电压UV和谷点电流IV都不一样。谷点电压大约在25V之间。在触发电路中，常选用稍大一些、UV低一些和IV大一些的单结管，以增大输出脉冲幅度和移相范围。 单结晶体管触发电路 单结晶体管触发的单相半控桥式整流电路 图3 单结晶体管的伏安特性曲线1调节RP，使UE从零逐渐增加。当UE比较小时（UEUBBUD），单结晶体管内的PN结处于反向偏置，E与B1之间不能导通，呈现很大电阻。当UE很小时，有一个很小的反向漏电流。随着UE的增高，这个电流逐渐变成一个大约几微安的正向漏电流。这一段在图3所示的曲线中称为截止区，即单结晶体管尚未导通的一段。双基极二极管触发电路 图1（a）是由单结晶体管组成的张弛振荡电路。可从电阻R1上取出脉冲电压ug。图的R1和R2是外加的，不是图1(b)中的RB1和RB2。 (a) 电路 (b) 电压波形图1 单结晶体管张弛振荡电路假设在接通电源之前，图1(a)中电容C上的电压uc为零。接通电源U后，它就经R向电容器充电，使其端电压按指数曲线升高。电容器上的电压就加在单结晶体管的发射极E和第一基极B1之间。当uc等于单结晶体管的峰点电压UP时，单结晶体管导通，电阻RB1急剧减小（约20），电容器向R1放电。由于电阻R1取得较小，放电很快，放电电流在R1上形成一个脉冲电压ug，如图1(b)所示。由于电阻R取得较大，当电容电压下降到单结晶体管的谷点电压时，电源经过电阻R供给的电流小于单结晶体管的谷点电流，于是单结晶体管截止。电源再次经R向电容C充电，重复上述过程。于是在电阻R1上就得到一个的脉冲电压ug。但由于图1（a）的电路起不到如后述的“同步”作用，不能用来触发晶闸管。单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路如图2所示，带有放大器。晶体管T1和T2组成直接耦合直流放大电路。T1是NPN型管，T2是PNP型管。UI是触发电路的输入电压，由各种信号叠加在一起而得。UI经T1放大后加到T2。当UI增大时，IC1就增大，而使T1的集电极电位UC1，即T2的基极电位UB2降低，T2更为导通，IC2增大，这相当于晶体管T2的电阻变小。同理，UI减小时，T2的电阻变大。因此，T2相当于一个可变电阻，随着UI的变化来改变它的阻值，对输出脉冲起移相作用，达到调压的目的。 单结晶体管工作原理 设计 输出脉冲可以直接从电阻R1上引出，也可以通过脉冲变压器输出。 图16-3-7 单结晶体管触发电路因为晶闸管控制极与阴极间允许的反向电压很小，为了防止反向击穿，在脉冲变压器副边串联二极管D1，可将反向电压隔开，而并联D2，可将反向电压短路。双踪示波器图标如图5.3.1所示，面板如图5.3.2所示。EWB的示波器外观及操作与实际的双踪示波器相似，可同时显示A、B两信号的幅度和频率变化，并可以分析周期信号大小、频率值以及比较两个信号的波形。（1）示波器的连接 如图5.3.1所示： A（B）通道输入：信号A（B）接入端。 信号接地端：A、B两信号的公共端，如果不接，则默认该公共端接地。 外接触发端。（2）示波器的调节。 如图5.3.2所示： 时基控制（Time base），如图5.3.3所示。 X轴刻度（s/div）：控制示波屏上的横轴，即X轴刻度（时间/每格），调节范围为（0.10ns/div 1s/div）。 Y轴偏移（X position）：控制信号在Y轴的偏移位置，调节范围为（-5 5）。 X=0：信号起点为示波器屏幕的最左边； X0：信号起点右移； X0时，原点上移；Y0，原点下移。调节范围为（-3 3）。 输入显示方式（AC / 0 / DC）： AC方式：仅显示信号的交流成分； 0方式：无信号输入； DC方式：显示交流和直流信号之和。 触发控制（Tigger），如图5.3.5所示。 触发方式：上升沿触发和下降沿触发; 触发信号选择： Auto按钮：自动触发； A按钮： A通道触发； B按钮： B通道触发； Ext按钮： 外触发。 如果希望尽可能显示波形或希望显示的波形平坦，一般选用Auto。（3）示波器的接地（Ground）。 一般情况下，示波器的参考点设定为接地。在使用中，示波器的接地端可不接；但是，测试电路中必须有接地点，否则示波器不能正确显示。如果要在测量中让示波器使用其它点（电平）作参考点，则必须将该参考点接到示波器的“接地”端Ground。（4）面板展开显示（Expand）。 单击扩展按钮（Expand按钮），可将示波器屏幕扩展开来显示，并可准确读出波形数值。如图5.3.6，可以拖动红色指针1和蓝色指针2至合适位置，可直接在面板下方读出指针1和指针2所对应波形的时间和电压，以及指针1和指针2之间的时间和电压差。图5.3.6 双踪示波器扩展面板 例：如图5.3.7所示，用示波器测试时钟信号信号源E1和交流信号源E2。 （1）信号源库中调出时钟信号源E1、交流电压源E2和示波器，并照图5.3.7所示连接好导线。E1参数设置为频率F = 50Hz、占空比D=50%、交流电压源E2，E2参数设置为电压v=5V、频率F=50Hz、初相位f=0。 （2）为更好地区别两个信号的显示波形，把E1信号源与示波器的连接导线设置为红色（双击元器件或连线即可设置其参数），E2与示波器的连接导线设置为蓝色。 （3）单击示波器图标，再单击Expand按钮，弹出示波器面板，调整时基控制（Time base）的X轴刻度设置为5.00ms/div、信号A和B通道的Y轴设置为5v/div，启动电路仿真开关，按图所示调节指针，即可得到图5.3.8所示波形。 （4）停止仿真，可从示波器面板上读出测试的波形数据。 指针1所对应的数据值：T1=1.0401S、VA1 =0V、VB1 =124.3943mV； 指针2所对应的数据值：T2=1.0601S、VA2 =0V、VB2 =124.3943 mV； 指针1、2所对应的数据值差： 周期T2 - T1 = 1.0601S， 指针1对应的电压差：VA2 -VA1 = 0V， 指针2对应的电