1. 先搞清楚BT33F到底是个什么东西很多人第一次拿到BT33F看到TO-92封装里只伸出三只脚第一反应是这不就是个三极管吗。实际上它跟普通三极管完全是两码事。BT33F是双基极二极管学名叫单结晶体管Unijunction Transistor简称UJT。它的结构是在一块高电阻率的N型硅片两端各引出一个基极分别叫基极B1和基极B2然后在硅片靠近B2的一侧掺入P型杂质引出一个发射极E。这样就在E和B1之间形成了一个PN结而B1和B2之间就是一个纯电阻阻值通常在4.7kΩ到9.1kΩ之间具体看型号。这个结构决定了它的核心特性负阻特性。当发射极电压从零开始上升一开始PN结反偏只有很小的漏电流当电压升到峰点电压Vp时PN结正偏导通E到B1之间的电阻突然从几千欧姆骤降到几十欧姆电流急剧增大电压反而下降——这就是负阻区。利用这个特性BT33F最常见的用途就是搭张弛振荡电路产生锯齿波或者尖脉冲用来触发可控硅、驱动闪光灯、做定时器等等。BT33F这个型号里BT代表半导体双基极二极管33是产品序号F是分档标记主要区分的是分压比η的范围。BT33F的η典型值在0.65到0.85之间这个参数直接决定了振荡频率和峰点电压后面搭电路的时候会详细算。注意BT33F和BT33A到BT33F是同一个系列的不同分档A档η最低F档η最高。买的时候如果只写BT33没标后缀大概率是混装或者中间档做频率要求不严的电路没问题但要做精确计时就得挑F档。2. 管脚识别别信直觉用万用表说话TO-92封装的BT33F三个引脚呈三角形排列平面朝向自己时从左到右通常是E、B1、B2。但这只是通常不同厂家、不同批次的管脚排列可能不一样。我手里就有两批BT33F一批是E-B1-B2另一批是B1-E-B2外观上完全看不出来。所以千万不要凭外观直接焊一定要用万用表测一下。2.1 用数字万用表二极管档找发射极把万用表打到二极管档红表笔固定接某一只脚黑表笔分别碰另外两只脚。如果两次读数都在0.6V到0.8V之间相当于一个PN结的正向压降那红表笔接的就是发射极E黑表笔碰的两只脚分别是B1和B2。如果读数一次是0.6V左右、另一次是无穷大或者OL那说明红表笔接的不是E换一只脚再试。找到E之后剩下两只脚就是B1和B2。怎么区分用万用表的电阻档或者二极管档的反向测量测E对B1和E对B2的反向电阻。反向电阻小的那只脚是B1因为B1离PN结更近漏电流稍大反向电阻大的那只脚是B2。更靠谱的方法是测B1-B2之间的电阻通常在4.7kΩ到9.1kΩ之间而E对B1或B2的正向电阻在二极管档下显示的是PN结压降不是纯电阻。2.2 用指针万用表的老办法如果你手头只有指针表用R×100档。黑表笔接E红表笔分别接另外两只脚读数小的那次红表笔接的是B1读数大的那次接的是B2。这是因为指针表的黑表笔带正电正好给PN结加正向电压B1侧电流更大所以电阻更小。这个方法我用了十几年比数字表还快因为指针摆动的幅度一眼就能看出来。2.3 实测数据记录我拿手头这只BT33F测了一组数据你可以对照参考测量项目数字万用表二极管档指针万用表R×100档E对B1正向0.72V约800ΩE对B2正向0.74V约1.2kΩE对B1反向OL约200kΩE对B2反向OL约500kΩB1对B2约6.8kΩ约6.8kΩ提示B1-B2之间的电阻受温度影响不大但受湿度影响明显。如果测出来只有几百欧姆或者无穷大这只管子基本可以扔了。另外焊接的时候烙铁温度不要超过300°C单结晶体管的PN结很脆弱焊久了η会漂移。3. 张弛振荡电路从原理到搭板BT33F最经典的用法就是搭一个张弛振荡器输出锯齿波。这个电路简单到只有三个电阻、一个电容但里面的门道不少。先看原理电源Vcc通过电阻R1给电容C充电电容上的电压逐渐升高。当电压达到BT33F的峰点电压Vp时E-B1之间导通电容通过E-B1和电阻R2快速放电在R2上产生一个尖脉冲。放电到谷点电压Vv时管子截止电容重新开始充电循环往复。3.1 关键参数计算峰点电压Vp的公式是Vp η × Vcc Vd其中η是分压比Vd是PN结正向压降约0.7V。假设Vcc12Vη0.75那么Vp 0.75×12 0.7 9.7V。也就是说电容要充到9.7V才能触发导通。振荡频率的近似公式是f ≈ 1 / (R1 × C × ln(1/(1-η)))这个公式是简化版实际频率还受R2、温度、管子离散性影响。举个例子R1100kΩC0.1μFη0.75ln(1/(1-0.75))ln4≈1.386那么f ≈ 1/(100000×0.0000001×1.386) ≈ 72Hz。这个频率驱动一个LED闪烁刚好合适。3.2 元件选型与搭板R1的选择很关键。R1太大会导致充电电流太小可能充不到Vp就漏掉了R1太小则放电后电流仍然大于谷点电流管子关不断电路会停振。经验值是R1在10kΩ到1MΩ之间具体看Vcc和C。R2通常取100Ω到1kΩ太小了脉冲幅度不够太大了放电时间太长影响频率。电容C选漏电流小的涤纶电容或者CBB电容不要用电解电容电解电容的漏电流会让振荡不稳定。我试过用10μF电解电容结果频率飘得厉害换成1μF的CBB之后稳如老狗。搭板的时候BT33F的E脚接电容正极和R1的一端B1接R2到地B2接Vcc。R1另一端接Vcc。输出信号从B1对地取或者从R2两端取。如果你想驱动LED把LED串一个1kΩ电阻接在B1和Vcc之间放电时LED会闪一下。3.3 实测波形与调试我用示波器抓了一下B1对地的波形电容充电阶段是一条斜线放电阶段是一个很陡的负跳变然后迅速回到零。整个波形就是典型的锯齿波频率大概70Hz出头跟计算值基本吻合。但如果你发现波形不对比如没有振荡先检查这几项电源电压是不是太低Vcc至少要大于Vp否则永远触发不了。R1是不是太大了用万用表测一下R1两端的电压如果一直不变说明电容没充到Vp。管子是不是接反了E和B1对调之后电路可能完全不工作。电容是不是漏电换一只新的试试。注意BT33F的η离散性很大同一批管子可能从0.65到0.85都有。如果你要做频率精确的电路建议先测出每只管子的η再配R1和C。测η的方法很简单给一个固定的Vcc用示波器测Vp然后反推η(Vp-0.7)/Vcc。4. 文氏振荡电路里的BT33F一个容易被误解的用法网上搜BT33F应用电路图经常会看到有人把它往文氏振荡电路里塞。这里得说清楚文氏电桥振荡器是产生正弦波的核心是有源器件提供增益配合RC串并联网络选频。BT33F是负阻器件它的输出是锯齿波或者脉冲不适合直接做文氏振荡。那为什么会有这种搜法我猜是有人把张弛振荡和文氏振荡搞混了或者想用BT33F做某种触发式的正弦波发生器。4.1 文氏振荡的核心条件文氏电桥振荡器要满足两个条件相位条件是RC串并联网络的相移为零幅度条件是放大器的增益略大于3。普通运放或者晶体管放大器很容易做到但BT33F的负阻特性是非线性的它的增益只在特定电压范围内存在而且输出波形是脉冲不是正弦。如果你非要用BT33F做正弦波只能把它当成一个触发开关去控制一个单独的RC振荡器起振和停振而不是直接参与振荡。4.2 Multisim仿真里的坑有人在Multisim里仿真BT33F发现找不到这个元件。这是因为Multisim的元件库主要面向主流半导体器件单结晶体管属于比较冷门的分立器件默认库里没有。解决办法有两个一是用PUT可编程单结晶体管模型代替两者的负阻特性类似但PUT的峰点电压由外部电阻分压决定更灵活二是自己建一个子电路模型用两个晶体管模拟UJT的负阻特性。我试过第一种方法仿真出来的锯齿波跟实际电路很接近频率误差在10%以内。如果你要在Multisim里搭张弛振荡器建议用2N6027这个PUT型号它的参数跟BT33F很接近η可以通过外部分压电阻设定。仿真的时候把示波器接在B1对地跑瞬态分析时间步长设成1ms就能看到清晰的锯齿波。4.3 实际项目中的取舍我做过的项目里BT33F主要用在两个地方一是可控硅触发电路用它的尖脉冲去触发单向可控硅控制交流电的导通角二是闪光灯电路用它的锯齿波驱动氖泡或者LED闪烁。这两个场景都不需要正弦波所以BT33F的脉冲输出正好合适。如果你真的需要正弦波直接用运放搭文氏电桥或者用ICL8038这类函数发生器芯片比用BT33F折腾省事得多。5. 从焊接到调试我踩过的那些坑5.1 管脚焊反导致停振第一次搭BT33F振荡电路的时候我按照网上找的图直接焊结果上电之后一点反应都没有。用示波器看B1对地电压一直停在Vcc附近电容根本没放电。查了半天才发现我把E和B1焊反了。BT33F的E和B1虽然都是N型硅片上的电极但E是P型掺杂形成的PN结B1是纯欧姆接触。焊反之后PN结的方向不对负阻特性完全消失。重新焊好之后电路立刻起振。5.2 电容漏电流导致频率漂移有一批电路板用了便宜的铝电解电容结果振荡频率随温度变化很大冬天和夏天能差20%。后来换成CBB电容频率稳定性好了很多。CBB电容的漏电流在nA级别而电解电容的漏电流在μA级别对于高阻值的R1比如1MΩ来说漏电流会直接影响充电斜率。如果你要做频率稳定的振荡器电容的漏电流参数比容量精度更重要。5.3 电源纹波引入的抖动BT33F的峰点电压Vp跟Vcc成正比如果Vcc有纹波Vp就会跟着抖动导致振荡频率不稳定。我在一个项目里用了一个便宜的开关电源纹波大概100mV结果振荡频率的抖动超过了5%。后来在Vcc和地之间并了一个100μF的电解电容和一个0.1μF的瓷片电容纹波降到10mV以下频率就稳了。所以电源退耦这一步不能省尤其是用开关电源供电的时候。5.4 温度对η的影响BT33F的η有负温度系数温度每升高1°Cη大概下降0.001到0.002。看起来不多但如果温度变化50°Cη就从0.75降到0.68Vp从9.7V降到8.9V频率变化超过10%。如果你的电路要在宽温度范围内工作要么用温度补偿比如在B2回路里串一个负温度系数的热敏电阻要么就接受这个漂移或者换用PUT可编程单结晶体管PUT的η由外部电阻决定温度稳定性好得多。6. 进阶玩法用BT33F做可控硅触发和定时器6.1 可控硅触发电路BT33F的尖脉冲非常适合触发单向可控硅。电路是这样的BT33F的振荡器输出脉冲经过一个电容耦合到可控硅的门极可控硅导通后驱动负载。调节R1的阻值可以改变振荡频率从而改变可控硅的导通角。这个电路在调光台灯、电风扇调速里很常见。我做过一个调光电路用50kΩ的电位器代替R1调节电位器就能平滑地改变灯泡亮度效果比用双向触发二极管DIAC还好因为BT33F的触发点更精确。6.2 长延时定时器如果要做一个几分钟甚至几十分钟的延时BT33F的振荡频率可以设得很低。比如R110MΩC100μFη0.75算下来频率大概是0.001Hz周期1000秒差不多17分钟。但这里有个问题R1太大之后电容的漏电流和管子的漏电流都会影响充电导致延时不准。我的经验是R1不要超过4.7MΩC不要超过470μF否则延时误差会超过20%。如果要做更长的延时建议用CD4060这类计数器芯片或者用单片机比BT33F靠谱得多。6.3 与PUT的对比PUT可编程单结晶体管是BT33F的升级版它的η由两个外部电阻分压决定可以精确设定而且温度稳定性更好。但PUT的价格比BT33F贵而且需要额外的两个电阻。如果你只是做实验或者小批量生产BT33F够用了如果是批量产品建议用PUT或者直接用555定时器555的振荡频率更稳定外围电路也简单。对比项BT33FPUT如2N6027555定时器振荡频率稳定性一般较好好温度漂移较大较小小外围元件数3-4个5-6个4-5个输出波形锯齿波/尖脉冲锯齿波/尖脉冲方波价格低中低适用场景实验、简单触发批量产品通用振荡7. 写在最后一些零碎但有用的经验BT33F这个管子说老不老说新不新。它在几十年前是振荡电路的主力现在虽然被各种IC替代了但在一些特定场景下依然有它的价值。比如高压触发BT33F的B1-B2之间耐压可以到30V以上比很多低压IC更适合直接驱动可控硅。再比如教学演示它的负阻特性非常直观用示波器一看就明白比讲一堆公式管用。买BT33F的时候尽量买原厂原标的不要买打磨管。打磨管的η离散性极大有的甚至没有负阻特性。我买过一批便宜的十只里面只有三只能正常振荡剩下的要么Vp太高触发不了要么谷点电流太大关不断。后来换了正规渠道的BT33F十只全部正常η都在0.7到0.8之间。焊接的时候烙铁接地要做好静电对BT33F的PN结有损伤。我习惯用焊台温度设280°C每个焊点不超过3秒。焊完之后用万用表复测一下B1-B2电阻如果跟焊之前差太多说明管子可能被热损伤了。最后如果你在Multisim里仿真BT33F记得用PUT模型代替并且把PUT的η设成跟BT33F差不多的值。仿真出来的波形跟实际电路会有差异但趋势是对的可以用来验证电路拓扑和参数范围。实际搭板的时候R1用多圈电位器方便调频率C用CBB电容保证稳定性电源加退耦电容减少纹波。这几条做到了BT33F的振荡电路基本一次就能成功。