单结晶体管的工作原理和伏安特性

单结晶体管（Unipolar Junction Transistor，简称UJT），又称基极二极管或单晶二极管，是一种具有独特工作原理和伏安特性的半导体器件。以下将详细阐述单结晶体管的工作原理和伏安特性。

一、单结晶体管的工作原理

单结晶体管的工作原理主要基于其独特的PN结结构和电阻特性。具体来说，当基极B1和B2之间加上电压时，电流从B2流向B1，并在PN结处形成反偏状态。此时，如果在发射极E上加上一个超过原反偏电势的信号，器件将呈现导电状态。一旦正偏状态出现，便有大量空穴注入基区，使发射极E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。

单结晶体管的工作过程可以分为以下几个阶段：

1. 截止状态 ：在初始状态下，由于PN结的反偏作用，单结晶体管处于截止状态，此时发射极E与基极B1之间的电阻较大，电流很小。
2. 触发导通 ：当在发射极E上加上一个正向电压，且该电压超过PN结的反偏电势时，PN结开始正偏，空穴从发射极E注入基区，使得发射极E与基极B1之间的电阻迅速减小，电流迅速增大，单结晶体管进入导通状态。
3. 负阻区 ：在导通状态下，随着发射极电流的增加，发射极E与基极B1之间的电压反而下降，这种电压随电流增加而下降的特性称为负阻特性。在这个阶段，单结晶体管表现出典型的负阻特性。
4. 饱和区 ：当发射极电流增加到一定程度时，发射极E与基极B1之间的电压达到一个最小值（称为谷点电压Vv），此时单结晶体管进入饱和区。在饱和区，发射极电流的增加对电压的影响很小，单结晶体管保持导通状态。
5. 截止恢复 ：要使单结晶体管从导通状态恢复到截止状态，需要改变两个基极间的偏置或移除发射极上的正向电压。当发射极电压降低到低于谷点电压Vv时，单结晶体管将逐渐恢复到截止状态。

二、单结晶体管的伏安特性

单结晶体管的伏安特性是指其电压与电流之间的关系特性。根据单结晶体管的工作过程，其伏安特性曲线可以大致分为三个区域：截止区、负阻区和饱和区。

1. 截止区 ：在截止区，单结晶体管的发射极E与基极B1之间的电压较高，但电流很小。此时，PN结处于反偏状态，单结晶体管不导电。
2. 负阻区 ：当发射极电压逐渐降低到一定程度时，单结晶体管进入负阻区。在这个阶段，随着发射极电压的降低（即发射极电流的增加），发射极E与基极B1之间的电压反而下降。这种电压随电流增加而下降的特性是单结晶体管独有的负阻特性。
3. 饱和区 ：当发射极电压降低到谷点电压Vv以下时，单结晶体管进入饱和区。在饱和区，发射极电流的增加对电压的影响很小，单结晶体管保持导通状态。此时，发射极E与基极B1之间的电压基本保持不变。

为了更直观地了解单结晶体管的伏安特性，可以通过实验测量其电压与电流之间的关系，并绘制出伏安特性曲线。在实验中，可以固定基极B1和B2之间的电压，然后逐渐改变发射极E上的电压，同时测量发射极电流的变化。将测得的电压和电流值绘制在坐标纸上，即可得到单结晶体管的伏安特性曲线。

三、应用与特点

单结晶体管具有负阻特性和高的温度稳定性，因此在电子电路中有着广泛的应用。它特别适用于开关系统中的弛张振荡器、定时电路、控制电路和读出电路等。此外，单结晶体管还具有以下特点：

1. 电路简单 ：单结晶体管的结构相对简单，电路实现容易。
2. 脉冲电流能力强 ：单结晶体管能够承受较大的脉冲电流，适用于需要大电流脉冲的场合。
3. 温度稳定性好 ：单结晶体管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。

综上所述，单结晶体管以其独特的工作原理和伏安特性在电子电路中发挥着重要作用。通过深入了解其工作原理和伏安特性，可以更好地应用单结晶体管于各种电子电路中。