单结管(also称一级管或原件)是半导体器件中的一种,主要用于功率放大器和开关电路中。它由n型半导体和p型半导体组成,呈结构独特的单边pn结,具有较小的起始电流、高速开关和高频响应等特点,下面将详细介绍其工作原理。
单结管的结构是一种特殊的pn结,它由一段n型半导体和一段p型半导体组成,两端联系在一起,构成二极管结。其中,n型半导体中杂质浓度偏高,电离容易,而p型半导体中杂质浓度偏低,因此,整个结构的电势差集中于pn结的接点处,如下图所示:
其中,Anode为阳极,Cathode为阴极。当单向电压施加在二极管结上时,即正向偏置时,电流可以流过结,并产生电压降;而反向偏置时,阻止电路中的电流流过结。正向偏置时,由于空穴和电子在结内再生而产生一个补偿电流(即结电流),这使得整个二极管具有一定的自我激励能力。
在正向偏置情况下,由于空穴和电子在结内再生的缘故,使得整个二极管具有一定的自我激励能力,形成一个正向放大器件。其电流与电压之间的关系如下图所示:
其中,VAK表示阳极与阴极之间的电压,Ic表示阳极电流。由图可以看出,单结管具有大的电流放大性能。当太阳光照射到 pn 结时,由于光生载流子的贡献,它的电流还能够增大。
在反向偏置情况下,单结管的电流与电压之间的关系如下图所示:
其中,VAK表示阳极与阴极之间的电压,Ic表示阳极电流。由图可以看出,单结管具有高的反向击穿电压。
由于单结管具有起始电流小、高速开关和高频响应等特点,因此它主要应用于功率放大器和开关电路中。例如,在交流电源中,单结管可作为无源式压缩器(也称为“节流器”)使用,可消除输入电压的波动,以保证输出电压稳定。
此外,由于单结管具有一定的光电特性,在光传感器、光电防盗等光控电路中也广泛应用。而在太阳能电池中,单结管用于防反向漏电保护,以保证太阳能电池的稳定工作。