Однопереходный транзистор - это трехконтактный полупроводниковый прибор, который в отличие от BJT имеет только один pn переход. Он в основном предназначен для использования в качестве одноступенчатой схемы генератора для генерации импульсных сигналов, подходящих для приложений цифровых схем.
Схема расслабляющего генератора UJT
Однопереходный транзистор обычно может быть подключен в виде релаксационного генератора, как показано на следующей базовой схеме.
Здесь компоненты RT и CT работают как элементы синхронизации и определяют частоту или частоту колебаний схемы UJT.
Для расчета частоты колебаний мы можем использовать следующую формулу, которая включает внутреннее сопротивление однопереходного транзистора в в качестве одного из параметров наряду с RT и CT для определения колебательных импульсов.
Стандартное значение коэффициента зазора для типичного устройства UJT составляет от 0,4 до 0,6. . Таким образом, учитывая ценность в = 0,5, и подставив его в приведенное выше уравнение, получим:
Когда питание включено, напряжение через резистор RT заряжает конденсатор CT до уровня питания VBB. Теперь напряжение выдержки Vp определяется величиной Vp между B1 - B2 в сочетании с отношением выдержки UJT. в как: Vp = в VB1VB2 - VD.
До тех пор, пока напряжение VE на конденсаторе остается ниже Vp, на клеммах UJT на B1, B2 будет разомкнута цепь.
Но в тот момент, когда напряжение на трансформаторе тока превышает Vp, срабатывает однопереходный транзистор, быстро разряжая конденсатор и инициируя новый цикл.
Во время запуска UJT потенциал на R1 возрастает, а потенциал на R2 падает.
Результирующая форма волны на эмиттере UJT создает пилообразный сигнал, который показывает положительный потенциал на B2 и отрицательный потенциал на выводах B1 UJT.
Области применения однопереходных транзисторов
Ниже приведены основные области применения однопереходных транзисторов.
- Цепи запуска
- Цепи генераторов
- Источники питания с регулируемым напряжением / током.
- Схемы на основе таймера,
- Пилообразные генераторы,
- Цепи управления фазой
- Бистабильные сети
Основные особенности
Легко доступный и дешевый : Дешевая цена и легкая доступность UJT вместе с некоторыми исключительными функциями привели к широкому применению этого устройства во многих электронных приложениях.
Низкое энергопотребление : Благодаря низкому энергопотреблению при нормальных рабочих условиях, устройство считается невероятным прорывом в постоянных усилиях по разработке достаточно эффективных устройств.
Очень стабильная и надежная работа : При использовании в качестве генератора или в схеме запуска задержки, UJT работает с чрезвычайной надежностью и с чрезвычайно точной выходной характеристикой.
Базовая конструкция однопереходного транзистора
Рисунок 1
UJT представляет собой трехконтактное полупроводниковое устройство, которое имеет простую конструкцию, как показано на рисунке выше.
В этой конструкции блок из слабо легированного кремниевого материала n-типа (имеющего повышенную характеристику сопротивления) обеспечивает пару базовых контактов, соединенных с двумя концами одной поверхности, и алюминиевый стержень, легированный на противоположной задней поверхности.
P-n переход устройства создан на границе алюминиевого стержня и кремниевого блока n-типа.
Этот образованный таким образом одиночный p-n переход является причиной названия устройства «однопереходный». . Изначально устройство называлось двойной (двойной) базовый диод из-за появления пары базовых контактов.
Обратите внимание на то, что на приведенном выше рисунке алюминиевый стержень сплавлен / слит на кремниевом блоке в положении, более близком к контакту основания 2, чем контакт основания 1, а также контакт основания 2 стал положительным по отношению к выводу основания 1. по VBB вольт. Как эти аспекты влияют на работу UJT, будет видно в следующих разделах.
Символическое представление
Символьное представление однопереходного транзистора можно увидеть на изображении ниже.
Фигура 2
Обратите внимание, что вывод эмиттера показан под углом к прямой линии, изображающей блок из материала n-типа. Можно видеть, что острие стрелки направлено в направлении типичного потока тока (отверстия), в то время как однопереходное устройство находится в прямом смещенном, срабатывающем или проводящем состоянии.
Эквивалентная схема однопереходного транзистора
Рисунок # 3
Эквивалентную схему UJT можно увидеть на изображении выше. Мы можем обнаружить, насколько относительно простой кажется эта эквивалентная схема, которая включает в себя пару резисторов (один фиксированный, один регулируемый) и одиночный диод.
Сопротивление RB1 отображается как регулируемый резистор, учитывая, что его значение будет изменяться при изменении текущего IE. Фактически, в любом транзисторе, который представляет собой однопереходный, RB1 может колебаться от 5 кОм до 50 Ом для любого эквивалентного изменения IE от 0 до 50 = мкА. Межбазовое сопротивление RBB представляет собой сопротивление устройства между клеммами B1 и B2, когда IE = 0. В формуле для этого есть
RBB = (RB1 + RB2) | IE = 0
Диапазон RBB обычно находится в пределах от 4 до 10 кОм. Размещение алюминиевых стержней, как показано на первом рисунке, обеспечивает относительные величины RB1, RB2, когда IE = 0. Мы можем оценить значение VRB1 (когда IE = 0), используя закон делителя напряжения, как показано ниже:
VRB1 = (RB1 x VBB) / (RB1 + RB2) = ηVBB (с IE = 0)
Греческая буква в (eta) известен как внутреннее отношение сопротивления однопереходного транзисторного устройства и определяется следующим образом:
η = RB1 / (RB1 + RB2) (при IE = 0) = RB1 / RBB
Для указанного напряжения эмиттера (VE) выше, чем VRB1 (= ηVBB) на прямое падение напряжения на диоде VD (0,35 → 0,70 В), диод срабатывает. В идеале мы можем предположить состояние короткого замыкания, так что IE начнет проводить через RB1. С помощью уравнения уровень напряжения срабатывания эмиттера можно выразить как:
VP = ηVBB + VD
Основные характеристики и работа
Характеристики типичного однопереходного транзистора для VBB = 10 В показаны на рисунке ниже.
Рисунок # 4
Мы можем видеть, что для потенциала эмиттера, указанного слева от точки пика, значение IE никогда не превышает IEO (которое выражается в микроамперах). Текущий IEO более или менее соответствует току обратной утечки ICO обычного биполярного транзистора.
Эта область называется областью отсечки, как также показано на рис.
Как только достигается проводимость при VE = VP, потенциал эмиттера VE уменьшается по мере увеличения потенциала IE, что точно соответствует уменьшающемуся сопротивлению RB1 для увеличения тока IE, как объяснялось ранее.
Вышеупомянутая характеристика обеспечивает однопереходный транзистор с очень стабильной областью отрицательного сопротивления, что позволяет устройству работать и применяться с чрезвычайной надежностью.
Во время описанного выше процесса можно было ожидать, что в конечном итоге будет достигнута точка впадины, и любое увеличение IE за пределами этого диапазона заставит устройство войти в область насыщения.
На рисунке №3 показана эквивалентная схема диода в той же области с аналогичными характеристиками.
Падение значения сопротивления устройства в активной области вызвано отверстиями, введенными в блок n-типа алюминиевым стержнем p-типа, как только происходит срабатывание устройства. Это приводит к увеличению количества дырок на секции n-типа, увеличивает количество свободных электронов, вызывая повышенную проводимость (G) через устройство с эквивалентным уменьшением его сопротивления (R ↓ = 1 / G ↑)
Важные параметры
Вы найдете три дополнительных важных параметра, связанных с однопереходным транзистором: IP, VV и IV. Все это обозначено на рисунке №4.
На самом деле это довольно легко понять. Нормально существующие характеристики эмиттера можно узнать из рисунка №5 ниже.
Рисунок # 5
Здесь мы можем заметить, что IEO (мкА) незаметен, потому что горизонтальная шкала откалибрована в миллиамперах. Каждая кривая, пересекающая вертикальную ось, - это соответствующие результаты VP. Для постоянных значений η и VD значение VP изменяется в соответствии с VBB, как сформулировано ниже:
Лист данных однопереходного транзистора
Стандартный набор технических характеристик для UJT можно увидеть на Рисунке № 5 ниже.
Сведения о распиновке UJT
Подробная информация о распиновке также включена в приведенную выше таблицу. Обратите внимание, что базовые клеммы B1 и Би 2 расположены напротив друг друга, а вывод эмиттера ЯВЛЯЕТСЯ расположен в центре, между этими двумя.
Кроме того, основной штифт, который предполагается соединить с более высокими уровнями подачи, расположен рядом с ответвлением на воротнике упаковки.
Как использовать UJT для запуска SCR
Одно относительно популярное применение UJT - для запуска силовых устройств, таких как SCR. Основные компоненты схемы запуска этого типа показаны на диаграмме №6 ниже.
Рисунок # 6: Запуск SCR с помощью UJT
Рисунок # 7: Линия нагрузки UJT для запуска внешнего устройства, такого как SCR
Основные компоненты синхронизации образованы R1 и C, в то время как R2 работает как понижающие резисторы для выходного напряжения запуска.
Как рассчитать R1
Резистор R1 должен быть рассчитан так, чтобы гарантировать, что линия нагрузки, определяемая R1, проходит через характеристики устройства в области отрицательного сопротивления, то есть по направлению к правой стороне точки пика, но к левой стороне точки впадины, как указано в Рис # 7.
Если линия нагрузки не может пересечь правую сторону пиковой точки, однопереходное устройство не сможет запуститься.
Формула R1, которая гарантирует состояние включения, может быть определена, если мы учтем точку пика, где IR1 = IP и VE = VP. Уравнение IR1 = IP выглядит логичным, потому что зарядный ток конденсатора в этот момент равен нулю. Это означает, что конденсатор в этой конкретной точке переходит из состояния зарядки в состояние разрядки.
Поэтому для вышеуказанного условия мы можем написать:
В качестве альтернативы, чтобы гарантировать полное отключение SCR:
R1> (V - Vv) / Iv
Это означает, что диапазон выбора резистора R1 должен быть таким, как указано ниже:
(V - Vv) / IV
Как рассчитать R2
Резистор R2 должен быть достаточно малым, чтобы не допустить ложного срабатывания SCR напряжением VR2 на R2, когда IE 0 ампер. Для этого VR2 необходимо рассчитать по следующей формуле:
VR2 ≅ R2V / (R2 + RBB) (когда IE ≅ 0)
Конденсатор обеспечивает временную задержку между запускающими импульсами, а также определяет длину каждого импульса.
Как рассчитать C
Ссылаясь на рисунок ниже, как только схема запитана, напряжение VE, равное VC, начнет заряжать конденсатор до напряжения VV с постоянной времени τ = R1C.
Рисунок # 8
Общее уравнение, определяющее период зарядки C в сети UJT, выглядит следующим образом:
vc = Vv + (V - Vv) (1 - является-t / R1C)
Благодаря нашим предыдущим расчетам мы уже знаем напряжение на R2 в течение указанного выше периода зарядки конденсатора. Теперь, когда vc = vE = Vp, устройство UJT перейдет в состояние включения, вызывая разряд конденсатора через RB1 и R2 со скоростью, зависящей от постоянной времени:
τ = (RB1 + R2) C
Следующее уравнение можно использовать для расчета времени разряда, когда
vc = vE
ты ≅ Впэ -t / (RB1 + R2) С
Это уравнение стало немного сложным из-за RB1, значение которого уменьшается по мере увеличения тока эмиттера, а также других аспектов схемы, таких как R1 и V, которые также влияют на скорость разряда C в целом.
Несмотря на это, если мы обратимся к эквивалентной схеме, приведенной выше на Рисунке № 8 (b), обычно значения R1 и RB2 могут быть такими, что на сеть Тевенина для конфигурации вокруг конденсатора C может незначительно влиять R1, Резисторы RB2. Хотя напряжение V кажется довольно большим, резистивный делитель, помогающий напряжению Тевенина, обычно можно не заметить и исключить, как показано на приведенной ниже сокращенной эквивалентной диаграмме:
Таким образом, приведенная выше упрощенная версия помогает нам получить следующее уравнение для фазы разряда конденсатора C, когда VR2 находится на пике.
VR2 ≅ R2 (Vp - 0,7) / R2 + RB1
Для дополнительных схем применения вы также можете обратитесь к этой статье
Предыдущая: Схема мини-трансивера Далее: Цепь охранной ИК-сигнализации
