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Unijunction-Transistor und UJT-Relaxationsoszillator

Leistungselektronik

Das Unijunction-Transistor oder UJT kurz gesagt, ist ein weiterer Festkörper-Drei-TerminalEin Gerät, das in Gate-Puls-, Timing-Schaltungen und Triggergenerator-Anwendungen zum Schalten und Steuern von Thyristoren und Triacs für AC-Leistungssteuerungsanwendungen verwendet werden kann.

Wie Dioden sind Transistoren ohne Verbindungaufgebaut aus separaten Halbleitermaterialien vom P-Typ und N-Typ, die einen einzigen (daher als Uni-Junction bezeichneten) PN-Übergang innerhalb des hauptleitenden N-Typ-Kanals der Vorrichtung bilden.

Obwohl die Unijunction-Transistor hat den Namen eines Transistors, dessen UmschaltungDie Eigenschaften unterscheiden sich stark von denen eines herkömmlichen Bipolar- oder Feldeffekttransistors, da er nicht zur Verstärkung eines Signals verwendet werden kann, sondern als EIN-AUS-Schalttransistor verwendet wird. UJTs haben unidirektionale Leitfähigkeits- und negative Impedanz-Eigenschaften, die während eines Zusammenbruchs wie ein variabler Spannungsteiler wirken.

Wie bei N-Kanal-FETs besteht der UJT aus einem einzigen massiven Stück N-Halbleitermaterial, das den Hauptstrom führenden Kanal bildet, wobei die beiden äußeren Anschlüsse als gekennzeichnet sind Basis 2 (B2 ) und Basis 1 (B1 ). Die dritte Verbindung, verwirrend als die Emitter (E) befindet sich entlang des Kanals. Das Emitter-Terminal wird durch einen Pfeil dargestellt, der vom Emitter vom P-Typ zur Basis vom N-Typ zeigt.

Der Emitter korrigierende p-n-Verbindung desEin Übergangstransistor wird durch Verschmelzen des Materials vom P-Typ in den Siliziumkanal vom N-Typ gebildet. Es sind jedoch auch P-Kanal-UJTs mit einem Emitter-Terminal vom N-Typ erhältlich, die jedoch wenig genutzt werden.

Die Emitterverbindung ist entlang des Kanals so positioniert, dass sie näher an Klemme B liegt2 als B1. Im UJT-Symbol wird ein Pfeil verwendet, der darauf zeigtzur Basis hin zeigen, dass der Emitter-Anschluss positiv ist und der Siliziumstab aus negativem Material besteht. Unten sehen Sie das Symbol, den Aufbau und die Ersatzschaltung des UJT.

Transistorsymbol und Aufbau

unijunction-Transistorsymbol

Beachten Sie, dass das Symbol für die Unijunction angezeigt wirdDer Transistor sieht dem des Feldeffekttransistors oder des JFET sehr ähnlich, mit der Ausnahme, dass er einen gebogenen Pfeil hat, der den Emitter (E) -Eingang darstellt. JFETs und UJTs sind zwar hinsichtlich ihrer ohmschen Kanäle ähnlich, funktionieren jedoch sehr unterschiedlich und sollten nicht verwechselt werden.

Wie funktioniert das? Aus dem obigen Ersatzschaltbild ist ersichtlich, dass der N-Kanal im Wesentlichen aus zwei Widerständen R bestehtB2 und RB1 in Reihe mit einer äquivalenten (idealen) Diode, Ddie p-n-Verbindung darstellt, die mit ihrem Mittelpunkt verbunden ist. Dieser Emitter-pn-Übergang ist während der Herstellung entlang des ohmschen Kanals festgelegt und kann daher nicht geändert werden.

Widerstand RB1 wird zwischen Emitter, E und Terminal B angegeben1, während Widerstand RB2 wird zwischen Emitter, E und Terminal B angegeben2. Da sich die physikalische Position des p-n-Übergangs näher am Anschluss B befindet2 als B1 der Widerstandswert von RB2 wird weniger als R seinB1.

Der Gesamtwiderstand des Silikonstabes (seinDer ohmsche Widerstand) hängt von dem tatsächlichen Dotierungspegel der Halbleiter sowie von den physikalischen Abmessungen des Siliziumkanals vom N-Typ ab, kann aber durch R dargestellt werdenBB. Wenn mit einem Ohmmeter gemessen wird, würde dieser statische Widerstand für die gebräuchlichsten UJTs wie 2N1671, 2N2646 oder 2N2647 normalerweise zwischen etwa 4 kΩ und 10 kΩ betragen.

Diese beiden Reihenwiderstände erzeugen ein Spannungsteilernetzwerk zwischen den beiden Basisanschlüssen des Transistors ohne Verbindung, da sich dieser Kanal von B erstreckt2 zu B1Wenn eine Spannung an das Gerät angelegt wird, ist das Potential an jedem Punkt des Kanals proportional zu seiner Position zwischen den Klemmen B2 und B1. Der Pegel des Spannungsgradienten hängt daher von der Höhe der Versorgungsspannung ab.

Bei Verwendung in einer Schaltung ist Klemme B1 ist mit Masse verbunden und der Emitter dient als Eingang für das Gerät. Angenommen, eine Spannung VBB wird über den UJT zwischen B angewendet2 und B1 so dass B2 ist relativ zu B positiv vorgespannt1. Bei angelegtem Null-Emittereingang entwickelte sich die Spannung über RB1 (der niedrigere Widerstand) des Widerstandspannungsteilers kann wie folgt berechnet werden:

Unijunction Transistor RB1 Stromspannung

unijunction Transistor rb1 Spannung

Für einen unijunction-Transistor beträgt das Widerstandsverhältnis von RB1 zu RBB oben angezeigt wird das genannt intrinsisches Abstandsverhältnis und erhält das griechische Symbol: η (eta). Typische Standardwerte von η liegen für die meisten gebräuchlichen UJTs zwischen 0,5 und 0,8.

Wenn eine kleine positive Eingangsspannung, die niedriger ist als die am Widerstand entwickelte Spannung, R istB1 (ηVBB ) wird jetzt auf den Emitter-Eingangsanschluss angewendet,Der p-n-Übergang der Diode ist in Sperrichtung vorgespannt, was eine sehr hohe Impedanz bietet und die Vorrichtung nicht leitet. Der UJT ist auf „AUS“ geschaltet und es fließt kein Strom.

Wenn jedoch die Emittereingangsspannung erhöht wird und größer als V wirdRB1 (oder ηVBB + 0,7 V, wobei 0,7 V gleich dem Spannungsabfall der Diode im p-n-Übergang ist), wird der p-n-Übergang in Durchlassrichtung vorgespannt, und der Sperrschichttransistor beginnt zu leiten. Das Ergebnis ist der Emitterstrom, ηIE fließt nun vom Emitter in die Base-Region.

Die Wirkung des zusätzlichen Emitterstroms, der in die Basis fließt, verringert den Widerstandsteil des Kanals zwischen der Emitterverbindung und dem B1 Terminal. Diese Verringerung des Wertes von RB1 Widerstand gegen einen sehr niedrigen Wert bedeutet, dass dieDer Emitterübergang wird noch mehr in Vorwärtsrichtung vorgespannt, was zu einem größeren Stromfluss führt. Dies hat einen negativen Widerstand am Emitter-Terminal zur Folge.

Ebenso, wenn die Eingangsspannung zwischen Emitter und B liegt1 Klemme sinkt auf einen Wert unter dem Durchbruch, dem Widerstandswert von RB1 steigt auf einen hohen Wert. Dann ist die Unijunction-Transistor kann als Spannungsausfallgerät betrachtet werden.

Wir können also sehen, dass der Widerstand durch R dargestellt wirdB1 ist variabel und hängt vom Wert des Emitterstroms I abE. Dann wird die Emitterverbindung in Bezug auf B in Vorwärtsrichtung vorgespannt1 bewirkt, dass mehr Strom fließt, wodurch der Widerstand zwischen Emitter, E und B verringert wird1.

Mit anderen Worten, der Stromfluss in den UJT-Emitter verursacht den Widerstandswert von RB1 abzunehmen und der Spannungsabfall darüber, VRB1 muss abnehmen, so dass mehr Strom fließen kann, wodurch ein negativer Widerstandszustand entsteht.

Unijunction-Transistoranwendungen

Jetzt wissen wir wie unijunction-Transistor funktioniert, wofür können sie verwendet werden. Die häufigste Anwendung eines Unijunction-Transistors ist als Auslösevorrichtung für SCRs und Triacs Andere UJT-Anwendungen umfassen jedoch SägezahnGeneratoren, einfache Oszillatoren, Phasenanschnitt- und Timing-Schaltungen. Die einfachste aller UJT-Schaltungen ist der Relaxationsoszillator, der nicht-sinusförmige Wellenformen erzeugt.

In einem grundlegenden und typischen UJT-RelaxationsoszillatorIn der Schaltung ist der Emitter-Anschluss des Sperrschichttransistors mit der Verbindungsstelle eines in Reihe geschalteten Widerstands und Kondensators verbunden.

Unijunction Transistor Relaxationsoszillator

Relaxationsoszillator

Wenn eine Spannung (Vs) zuerst angelegt wird, wird dieDer Sperrschichttransistor ist "AUS" und der Kondensator C1 ist vollständig entladen, beginnt sich jedoch über den Widerstand R3 exponentiell aufzuladen. Wenn der Emitter des UJT mit dem Kondensator verbunden ist, verhält sich der p-n-Übergang wie eine normale Diode, wenn die Ladespannung Vc über dem Kondensator größer wird als der Dioden-Spannungsabfallwert, und wird in Durchlassrichtung vorgespannt, wodurch der UJT leitend wird. Der Unijunction-Transistor ist "ON". An diesem Punkt bricht die Emitter-zu-B1-Impedanz zusammen, wenn der Emitter in einen gesättigten Zustand mit niedriger Impedanz geht, wobei der Emitterstrom durch R1 fließt.

Da der ohmsche Wert des Widerstands R1 sehr niedrig ist,der Kondensator entlädt sich schnell durch den UJT und ein schnell ansteigender Spannungsimpuls erscheint an R1. Da der Kondensator sich schneller durch den UJT entlädt als der Ladevorgang über den Widerstand R3, ist die Entladezeit viel geringer als die Ladezeit, da sich der Kondensator durch den UJT mit niedrigem Widerstand entlädt.

Wenn die Spannung über dem Kondensator unter den Haltepunkt des p-n-Übergangs fällt (VAUS ) schaltet der UJT auf "AUS" und es fließt kein Strom in den Emitter-Übergang, so dass sich der Kondensator erneut über den Widerstand R3 auflädt und dieser Lade- und Entladevorgang zwischen V liegtAUF und VAUS wird ständig wiederholt, während eine Versorgungsspannung Vs anliegt.

UJT-Oszillator-Wellenformen

Oszillator-Wellenformen

Dann können wir den Unijunction-Oszillator sehenschaltet ständig „EIN“ und „AUS“ ohne Rückmeldung. Die Betriebsfrequenz des Oszillators wird direkt durch den Wert des Ladewiderstandes R3 in Reihe mit dem Kondensator C1 und den Wert von η beeinflußt. Die Ausgangsimpulsform, die vom Anschluss Base1 (B1) erzeugt wird, ist die einer Sägezahnwellenform. Um den Zeitraum zu regulieren, müssen Sie nur den ohmschen Wert des Widerstands R3 ändern, da er die RC-Zeitkonstante zum Laden des Kondensators einstellt.

Die Zeitdauer T der Sägezahnwellenform wird als Ladezeit plus Entladezeit des Kondensators angegeben. Als Entladezeit ist τ1 ist im Vergleich zu der größeren RC-Ladezeit τ im Allgemeinen sehr kurz2 Die Zeitdauer der Schwingung ist mehr oder weniger äquivalent zu T ≅ τ2. Die Schwingungsfrequenz ist daher gegeben durch f = 1 / T.

UJT-Oszillator-Beispiel Nr. 1

Das Datenblatt für einen 2N2646-Unijunction-Transistor gibt die intrinsische Abstandsrate an η als 0,65. Wenn ein 100nF-Kondensator zur Erzeugung der Taktimpulse verwendet wird, berechnen Sie den zur Erzeugung einer Schwingungsfrequenz von 100 Hz erforderlichen Zeitwiderstand.

1. Die Zeitperiode wird angegeben als:

Oszillatorperiode

2. Der Wert des Zeitwiderstands R3 berechnet sich als:

Timing-Widerstand

Dann wird der Wert des Ladewiderstandes in angegebenDieses einfache Beispiel wird als 95,3 kΩ zum nächstgelegenen bevorzugten Wert berechnet. Es sind jedoch bestimmte Bedingungen erforderlich, damit der UJT-Relaxationsoszillator korrekt arbeitet, da der Widerstandswert von R3 zu groß oder zu klein sein kann.

Wenn zum Beispiel der Wert von R3 zu groß war,(Megaohm) Der Kondensator lädt sich möglicherweise nicht ausreichend auf, um den Emitter des Unijunction leitfähig zu machen, muss aber auch so groß sein, dass der UJT nach dem Entladen des Kondensators unter die niedrigere Triggerspannung auf "AUS" schaltet.

Ebenso, wenn der Wert von R3 zu klein war (einige100 Ohm) kann der in den Emitter-Anschluss fließende Strom nach dem Auslösen ausreichend groß sein, um das Gerät in den Sättigungsbereich zu bringen, so dass es nicht vollständig auf „AUS“ geschaltet werden kann. In beiden Fällen würde die Oszillatorschaltung ohne Verbindung nicht oszillieren.

UJT-Drehzahlregelkreis

Eine typische Anwendung der UnijunctionDie obige Transistorschaltung dient zum Erzeugen einer Reihe von Impulsen zum Zünden und Steuern eines Thyristors. Durch Verwendung des UJT als Phasenansteuerungsschaltung in Verbindung mit einem SCR oder Triac können wir die Geschwindigkeit eines Universal-Wechselstrom- oder Gleichstrommotors wie gezeigt einstellen.

Unijunction Transistor-Drehzahlregelung

Unijunction-Transistor-Geschwindigkeitsregelung

Mit der obigen Schaltung können wir die Geschwindigkeit steuerneines Universal-Serienmotors (oder welcher Art von Last wir Heizungen, Lampen usw. wünschen), indem der durch den SCR fließende Strom geregelt wird. Um die Motordrehzahl zu steuern, ändern Sie einfach die Frequenz des Sägezahnimpulses. Dies wird durch Variieren des Potentiometers erreicht.

Unijunction-Transistorübersicht

Wir haben das gesehen a Unijunction-Transistor oder UJT kurz ist ein elektronisches Halbleiterbauelementdas hat nur einen p-n-Übergang in einem schwach dotierten ohmschen Kanal vom N-Typ (oder P-Typ). Der UJT verfügt über drei mit Emitter (E) und zwei Basen (B1 und B2) beschriftete Terminals.

Zwei ohmsche Kontakte B1 und B2 sind an jedem Ende des Halbleiterkanals mit dem Widerstand zwischen B1 und B2 angebracht, wenn der Emitter im Leerlauf ist und als Interbase-Widerstand R bezeichnet wirdBB. Bei Messung mit einem Ohmmeter würde dieser statische Widerstand für die meisten UJTs normalerweise zwischen etwa 4 kΩ und 10 kΩ liegen.

Das Verhältnis von RB1 zu RBB heißt das intrinsisches Abstandsverhältnisund erhält das griechische Symbol: η (eta). Typische Standardwerte von η liegen für die meisten gebräuchlichen UJTs zwischen 0,5 und 0,8.

Der Unijunction-Transistor ist ein FestkörperAuslösevorrichtung, die in einer Vielzahl von Schaltungen und Anwendungen eingesetzt werden kann, von der Zündung von Thyristoren und Triacs bis hin zur Verwendung in Sägezahngeneratoren für Phasenregelkreise. Die negative Widerstandscharakteristik des UJT macht es auch als einfache Relaxation sehr nützlich Oszillator.

Wenn es als Relaxationsoszillator angeschlossen ist, kann esohne Panzerkreis oder kompliziertes RC-Feedback-Netzwerk unabhängig voneinander oszillieren. Bei dieser Verbindung kann der Transistor mit unijunction-Funktion eine Folge von Impulsen unterschiedlicher Dauer erzeugen, indem einfach die Werte eines einzelnen Kondensators (C) oder Widerstands (R) geändert werden.

Häufig erhältliche Transistoren ohne VerbindungB. die 2N1671, 2N2646, 2N2647 usw., wobei der 2N2646 der beliebteste UJT für Impuls- und Sägezahngeneratoren und Zeitverzögerungsschaltungen ist. Andere Arten von verfügbaren unijunction-Transistorvorrichtungen werden bezeichnet Programmierbare UJTs, deren Schaltparameter durch externe Widerstände eingestellt werden können. Die gebräuchlichsten programmierbaren Transistoren sind die 2N6027 und 2N6028.

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