Однопереходной транзистор
Однопереходной транзистор (UJT)
Хотя однопереходной транзистор (UJT, Unijunction Transistor) не является тиристором, это устройство может запускать бо́льшие тиристоры с помощью импульса на базе Б1. Однопереходной транзистор состоит из стрежня кремния N-типа, имеющего в середине подключение P-типа. Смотрите рисунок ниже (a). Соединения на концах стержня известны как базы Б1 и Б2; средняя точка P-типа является эмиттером. При отключенном эмиттере общее сопротивление RББ0, параметр из технического описания, представляет собой сумму RБ1 и RБ2, как показано на рисунке ниже (b). RББ0 для разных устройств варьируется от 4 кОм до 12 кОм. Коэффициент передачи является отношением RБ1 к RББ0. Для разных устройств он варьируется от 0,4 до 0,8. Условное обозначение показано на рисунке ниже (c).
График характеристики зависимости тока эмиттера однопереходного транзистора от напряжения (рисунок ниже (a)) показывает, что по мере увеличения VЭ ток IЭ увеличивается до точки пика IП. После точки пика в области отрицательного сопротивления по мере уменьшения напряжения ток увеличивается. Напряжение достигает минимума в точке впадины. Сопротивление RБ1, сопротивление насыщения, будет минимальным в точке впадины.
IП и IВ являются справочными параметрами. Для 2n2647 IП и IВ составляют соответственно 2 мкА и 4 мА. VП – это падение напряжения на RБ1 плюс 0,7 В, падение напряжения на диоде; смотрите рисунок ниже (b). VВ составляет примерно 10% от VББ.
Релаксационный генератор на рисунке ниже представляет собой применение однопереходного транзистора. RЭ заряжает CЭ до пиковой точки. Эмиттерный вывод однопереходного транзистора не влияет на конденсатор до достижения этой точки. Как только напряжение конденсатора, VЭ, достигнет значения пикового напряжения VП, пониженное сопротивление эмиттер-база1, Э-Б1, быстро разряжает конденсатор. Как только конденсатор разрядится ниже точки впадины VВ, сопротивление Э-Б1 возвратится к высокому сопротивлению, и конденсатор снова зарядится.
Пример для 2n2647:
\[R_{ББ0}=4,7\div9,1 кОм \qquad \eta=0,68\div0,82 \qquad I_В=8мА \qquad I_П = 2мкА\]
\[f = {1 \over RC \ln(1/(1- \eta))} = {1 \over (100кОм)(10нФ) \ln(1/(1- 0,75))} = 1,39 кГц \]
Во время разряда конденсатора через сопротивление насыщения Э-Б1 на внешних нагрузочных резисторах Б1 и Б2 можно увидеть импульс, показанный на рисунке выше. Нагрузочный резистор на Б1 должен быть маленьким, чтобы не влиять на время разряда. Внешний резистор на Б2 является необязательным. Он может быть заменен перемычкой. Приблизительная частота задается как 1/f = T = RC. Более точное выражение для частоты приведено выше.
Зарядный резистор RЭ должен находиться в определенных пределах. Он должен быть достаточно маленьким, чтобы позволить IП протекать при источнике питания VББ, меньшем, чем VВ. Формулы:
\[V_П = 0,7+\eta V_{ББ}\]
\[V_В = 0,10(V_{ББ})\]
\[{V_{ББ} - V_В \over I_В} < R_Э < {V_{ББ} - V_П \over I_П}\]
Пример для 2n2647:
\[R_{ББ0}=4,7\div9,1 кОм \qquad \eta=0,68\div0,82 \qquad I_В=8мА \qquad I_П = 2мкА\]
\[V_П = 0,7+0,75 \cdot 10 = 8,2 В\]
\[V_В = 0,10 \cdot 10 = 1 В\]
\[{10 - 1 \over 8мА} < R_Э < {10 - 8,2 \over 2 мкА}\]
\[1,125 кОм < R_Э < 900 кОм\]
Программируемый однопереходной транзистор (PUT)
Хотя однопереходной транзистор указывается как устаревший (читайте, если и доступен, то дорого), программируемый однопереходной транзистор (PUT, Programmable Unijunction Transistor) жив и здоров. Он и не дорог, и еще производится. Хотя он выполняет функцию, аналогичную однопереходному транзистору, PUT транзистор является трехвыводным тиристором. Программируемый однопереходной транзистор имеет четырехслойную структуру, типичную для тиристоров, как показано на рисунке ниже. Обратите внимание, что управляющий электрод, слой N-типа около анода, известен как «анодный управляющий электрод». Кроме того, вывод управляющего электрода на условном обозначении прикреплен к анодному концу условного обозначения.
Вольт-амперная характеристика для программируемого однопереходного транзистора на рисунке выше аналогична характеристике однопереходного транзистора. Это график зависимости тока анода IА от напряжения анода VА. Напряжение на управляющем электроде устанавливает, программирует, пиковое напряжение анода VП. По мере увеличения тока анода, напряжение увеличивается до пиковой точки. После этого увеличение тока приводит к уменьшению напряжения, вплоть до точки впадины.
Эквивалент однопереходного транзистора на PUT транзисторе показан на рисунке ниже. Внешние резисторы PUT транзистора R1 и R2 заменяют внутренние резисторы однопереходного транзистора RБ1 и RБ2, соответственно. Эти резисторы позволяют вычислить коэффициент передачи η.
На рисунке ниже показана версия схемы релаксационного генератора с предыдущего рисунка на PUT транзисторе. Резистор R заряжает конденсатор до пиковой точки (предыдущий рисунок), а затем значительная проводимость перемещает рабочую точку вниз по склону отрицательного сопротивления до точки впадины. Во время разряда конденсатора через катод протекает всплеск тока, создавая импульс напряжения на катодных резисторах. После разряда конденсатора рабочая точка сбрасывается обратно вверх по склону до точки пика.
Проблема. Каков диапазон подходящих значений для R в релаксационном генераторе на рисунке выше? Зарядный резистор должен быть достаточно мал, чтобы обеспечить достаточный ток, чтобы поднять анод до VП в точке пика (предыдущий рисунок) во время заряда конденсатора. Как только VП будет достигнуто, анодное напряжение будет уменьшаться по мере увеличения тока (отрицательное сопротивление), который перемещает рабочую точку во впадину. Задача конденсатора – обеспечить ток впадины IВ. Как только он разрядится, рабочая точка сбросится назад вверх по склону до точки пика. Резистор должен быть достаточно большим, чтобы он никогда не обеспечивал высокий ток впадины IВ. Если зарядный резистор мог бы когда-либо обеспечивать такой ток, то резистор бы обеспечивал ток впадины после разряда конденсатора, и рабочая точка никогда не вернулась бы назад к условию высокого сопротивления слева от точки пика.
Мы выбрали такое же VББ=10В, которое использовалось для примера с однопереходным транзистором. Значения R1 и R2 выбираем так, чтобы η составлял примерно 2/3. Вычисляем η и VS. Параллельный эквивалент R1 и R2 это RУЭ, который используется только для выбора из таблицы ниже. Наряду с VББ=10В, ближайшим значением к нашему 6,3В, мы находим VT=0,6В в таблице ниже и вычисляем VП.
\[\eta = {R1 \over R1+ R2}\]
\[V_S = \eta V_{ББ}\]
\[R_{УЭ} = {R1 \cdot R2 \over R1+R2}\]
\[V_П = V_T + V_S\]
\[R1 = 27 кОм \qquad R2 = 16 кОм \qquad V_{ББ} = 10 В\]
\[\eta = {27\over 27+ 16}= 0,6279\]
\[V_S = 0,6279 \cdot 10=6,279В\]
\[R_{УЭ} = {27кОм\cdot 16кОм\over 27кОм+16кОм} = 10 кОм\]
Для RУЭ=10кОм и VS=10В, VT=0,6В
\[V_П = 0,6+ 6,3 = 6,9В\]
Находим также IП и IВ, токи пика и впадины соответственно, в таблице ниже. Нам всё еще нужно VВ, напряжение впадины. В предыдущем примере с однопереходным транзистором мы использовали 10% от VББ=1В. Посмотрев техническое описание, мы находим прямое напряжение Vпр=0,8В при Iпр=50мА. Ток впадины IВ=70мкА, что намного меньше, чем Iпр=50мА. Следовательно, VВ должно быть меньше, чем Vпр=0,8В. Насколько меньше? Чтобы обезопаситься, предположим, что VВ=0В. Это немного увеличит нижний предел диапазона резисторов.
\[V_В = 0,10(V_{ББ}) \quad не \; используется\]
\[{V_{ББ} - V_В \over I_В} < R_Э < {V_{ББ} - V_П \over I_П}\]
Для RУЭ=10кОм и VS=10В, IП=4,0мкА
Для RУЭ=10кОм и VS=10В, IВ=70мкА
\[V_В = 0В\]
\[{10- 0 \over 70 мкА} < R_Э < {10 - 6,9 \over 4 мкА}\]
\[143 кОм < R_Э < 755 кОм\]
Выбор R > 143 кОм гарантирует, что после разряда конденсатора рабочая точка будет сброшена с точки впадины. R < 755 кОм допускает заряд до VП в точке пика.
| Параметр | Условия | Min | Типовое | Max | Единицы |
|---|---|---|---|---|---|
| VT | В | ||||
| VS=10 В, RУЭ=1 МОм | 0,2 | 0,7 | 1,6 | ||
| VS=10 В, RУЭ=10 кОм | 0,2 | 0,35 | 0,6 | ||
| IП | мкА | ||||
| VS=10 В, RУЭ=1 МОм | – | 1,25 | 2,0 | ||
| VS=10 В, RУЭ=10 кОм | – | 4,0 | 5,0 | ||
| IВ | мкА | ||||
| VS=10 В, RУЭ=1 МОм | – | 18 | 50 | ||
| VS=10 В, RУЭ=10 кОм | 70 | 150 | – | ||
| VS=10 В, RУЭ=200 Ом | 1500 | – | – | ||
| Vпр | Iпр=50 мА | – | 0,8 | 1,5 | В |
На рисунке ниже показан релаксационный генератор на PUT транзисторе с конечными номиналами резисторов. Также показано практическое применение программируемого однопереходного транзистора (PUT), запускающего SCR тиристор. Для этой схемы требуется нефильтрованное питание VББ (не показано), отделенное от мостового выпрямителя, для сброса релаксационного генератора после каждого пересечения нуля по питанию. Переменный резистор должен иметь последовательно включенный с ним минимальный резистор, чтобы предотвратить низкую настройку потенциометра от зависания в точке впадины.
Временны́е схемы на PUT транзисторах пригодны к работе до 10 кГц. Если требуется линейный наклон, вместо экспоненциального, замените зарядный резистор источником постоянного тока, таким как полевой транзистор, смещенный постоянным током диода. Альтернатива PUT транзистора может быть построена из PNP и NPN кремниевых транзисторов, как показано для эквивалентной схемы SCS тиристора (управляемого кремниевого коммутатора) в следующей статье, убрав катодный управляющий электрод и используя анодный управляющий электрод.
Резюме
- Однопереходной транзистор состоит из двух баз (Б1 и Б2), соединенных с резистивным кремниевым стержнем, и эмиттера в центре. переход Э-Б1 обладает свойствами отрицательного сопротивления; он может переключаться между высоким и низким сопротивлением.
- PUT (программируемый однопереходной транзистор) представляет собой трехвыводный четырехслойный тиристор, действующий как однопереходной транзистор. Внешняя резисторная цепь «программирует» η.
- Коэффициент передачи для PUT транзистора равен η=R1/(R1+R2); заменяя RБ1 и RБ2, соответственно, для однопереходного транзистора. Напряжение переключения определяется η.
- Однопереходные транзисторы и программируемые однопереходные транзисторы применяются в генераторах, схемах синхронизации и для запуска тиристоров.