永乐国际单结晶体管结构及应用

 

2020-11-18 03:57

  UJT是一种三端子半导体器件,具有负电阻和开关特性,可用作相位控制应用中的张弛振荡器

  单结晶体管或者UJT,是另一种固态三端器件,可用于门脉冲,定时电路和触发发生器应用,以切换和控制晶闸管和三端双向可控硅开关,用于交流电源控制型应用。

  与二极管类似,单结晶体管由单独的P型和N型半导体材料构成,在器件的主导电N型沟道内形成单个(因此称为Uni-Junction)PN结。 / p>

  虽然 Unijunction Transistor 具有晶体管的名称,但其开关特性与传统的双极或场效应晶体管的开关特性非常不同,因为它不能用于放大信号而是用作ON-OFF开关晶体管。 UJT具有单向导电性和负阻抗特性,在击穿过程中更像是可变分压器。

  与N沟道FET类似,UJT由单个实心N型半导体材料组成,形成主电流通道,其两个外部连接标记为 Base 2 ( B 2 )和 Base 1 ( B1 )。第三个连接,容易被标记为 Emitter ( E )位于通道上。发射极端子由从P型发射极指向N型基极的箭头表示。

  通过将P型材料熔合到N中,形成单结晶体管的发射极整流pn结。型硅通道。然而,也可以使用带有N型发射极端子的P沟道UJT,但这些都很少使用。

  发射极结沿着通道定位,因此它更靠近终端 B 2 比 B 1 。在UJT符号中使用箭头,其指向基部,指示发射器端子是正的并且硅棒是负材料。下面显示了UJT的符号,结构和等效电路。

  请注意,单结晶体管的符号与结型场效应晶体管或JFET的符号非常相似,只是它有一个代表发射极( E )输入的弯曲箭头。虽然它们的欧姆通道相似,但JFET和UJT的运行方式却截然不同,不应混淆。

  那么它是如何工作的呢?从上面的等效电路可以看出,N型通道基本上由两个电阻器组成 R B2 和 R B1 与等效(理想)二极管串联, D 表示连接到其中心点的pn结。该发射极pn结在制造过程中沿欧姆通道固定在位,因此不能改变。

  在发射极之间给出电阻 R B1 , E 和终端 B 1 ,而电阻 R B2 是在发射器, E 和终端 B 2 。由于pn结的物理位置更接近端子 B 2 而 B 1

  硅棒的总电阻(其欧姆电阻)将取决于半导体实际掺杂水平以及N型硅通道的物理尺寸,但可以由 R BB 表示。如果用欧姆表测量,对于大多数常见的UJT,例如2N1671,2N2646或2N2647,这个静态电阻通常会在大约4k到10k之间。

  这两个串联电阻在单结晶体管的两个基极端之间产生分压网络,因为该通道从 B 2 延伸到 B 1 ,当在器件上施加电压时,沿通道任意点的电位将与其在端子之间的位置成比例 B 2 和 B 1 。因此,电压梯度的大小取决于电源电压的大小。

  当在电路中使用时,端子 B 1 接地并且发射器用作设备的输入。假设在 B 2 和 B 1之间跨越UJT施加电压 V BB 使 B 2 相对于 B 1 偏向正。在施加零发射极输入的情况下,电阻分压器的 R B1 (较低电阻)产生的电压可以计算为:

  对于单结晶体管,电阻比 R B1 到 R BB 被称为固有的对峙比并且是给出希腊符号:(eta)。对于大多数常见的UJT,的典型标准值范围为0.5到0.8。

  如果小的正输入电压小于电阻上产生的电压, R B1 (V BB )现在应用于发射极输入端子,二极管pn结反向偏置,因此提供了一个非常好的高阻抗且器件不导通。 UJT切换为“OFF”并且零电流流过。

  然而,当发射器输入电压增加并且变得大于 V RB1 时(或者) V BB + 0.7V ,其中0.7V等于pn结二极管伏特压降)pn结变为正向偏置,并且单结晶体管开始导通。结果是发射极电流,I E 现在从发射极流入基极区域。

  额外的发射极电流流入Base减小了发射极结与 B 1 端子之间通道的电阻部分。将 R B1 电阻的值减小到非常低的值意味着发射极结变得更加正向偏置,导致更大的电流。这会导致发射极端的负电阻。

  同样,如果在发射极和 B 1 端子之间施加的输入电压降低对于低于击穿的值, R B1 的电阻值增加到高值。那么Unijunction Transistor可以被认为是一个电压击穿器件。

  因此我们可以看到 R B1 是可变的,取决于发射器电流的值, I E 。然后相对于 B 1 正向偏置发射极结会导致更多电流流动,从而降低发射极, E 和之间的电阻B 1 。

  换句话说,流入UJT发射极的电流导致 R B1 的电阻值减小并且其上的电压降, V RB1 也必须减小,允许更多的电流流动产生负电阻条件。

  现在我们知道单结晶体管是如何工作的,它们可以用于什么。单结晶体管最常见的应用是作为 SCR 和 Triacs 的触发器件,但其他UJT应用包括锯齿发生器,简单振荡器,相位控制和定时电路。所有UJT电路中最简单的是松弛振荡器,产生非正弦波形。

  在基本和典型的UJT张弛振荡器电路中,单结晶体管的发射极端子连接到串联电阻的结点和电容,RC电路如下图所示。

  当电压( Vs )为首先应用,单结晶体管为“OFF”,电容 C1 完全放电,但开始通过电阻 R3 指数地充电。由于UJT的发射极连接到电容器,当电容器两端的充电电压 Vc 变得大于二极管电压降值时,pn结表现为正常二极管并变为正向偏置触发UJT进入传导期。单结晶体管为“ON”。此时,发射极进入低阻抗饱和状态,发射极电流通过 R1 时,发射极到B1阻抗会崩溃。

  作为电阻的欧姆值 R1 非常低,电容器通过UJT快速放电,并且 R1 上出现快速上升的电压脉冲。此外,由于电容器通过UJT的放电速度比通过电阻 R3 充电更快,因此放电时间远远小于充电时间,因为电容器通过低电阻UJT放电。

  当电容两端的电压降低到pn结的保持点以下( V OFF )时,UJT变为“OFF”且没有电流流入发射极结再次使电容器通过电阻 R3 充电,并在 V ON 和 V Vs 时,>

  OFF 不断重复。

  然后我们可以看到unijunction振荡器连续切换“ON”和“OFF”而没有任何反馈。振荡器的工作频率直接受充电电阻 R3 的值的影响,与电容 C1 串联,。从Base1( B1 )端子生成的输出脉冲形状是锯齿波形,并且为了调节时间周期,您只需要改变电阻的欧姆值, R3 因为它设置 RC 时间常数来为电容器充电。

  锯齿波形的时间周期 T 将作为充电时间给出加上电容器的放电时间。作为放电时间, 1 与较大的 RC 充电时间相比通常非常短, 2 振荡的时间段或多或少等于T 2 。因此,振荡频率由= 1 / T 给出。

  2N2646单结晶体管的数据表给出了内在函数支撑比为0.65。如果使用100nF电容产生定时脉冲,则计算产生100Hz振荡频率所需的定时电阻。

  然后,在这个简单示例中所需的充电电阻值计算为95.3k到最接近的首选值。但是,由于 R3 的电阻值可能太大或太小,因此UJT张弛振荡器需要一定的条件才能正常工作。

  例如,如果值为 R3 太大,(兆欧)电容可能无法充分充电以触发Unijunction的发射极导通,但也必须足够大,以确保一旦电容器放电到UJT“OFF”低于下触发电压。

  同样,如果 R3 的值太小,(几百欧姆)一旦触发,流入发射极端子的电流可能足够大将设备驱动到饱和区域,防止设备完全“关闭”。无论哪种方式,单结振荡器电路都不会振荡。

  上述单结晶体管电路的一个典型应用是产生一系列脉冲来触发和控制晶闸管。通过将UJT用作相位控制触发电路和SCR或三端双向可控硅开关,我们可以调节通用交流或直流电机的速度,如图所示。

  使用上述电路,我们可以控制通用串联电机的速度(或者我们想要的任何类型的负载,加热器,灯等)通过调节流过SCR的电流。要控制电机速度,只需改变锯齿波脉冲的频率,这可以通过改变电位计的值来实现。

  我们已经看到aUnijunction Transistor或UJT是简称的电子半导体器件,其在N型(或P型)轻掺杂欧姆沟道内仅具有一个pn结。 UJT有三个终端,一个标记为发射器( E )和两个基站( B1 和 B2 )。

  两个欧姆触点 B1 和 B2 连接在半导体通道的两端,电阻在 B1 和 B2 之间,当发射极开路称为基极间电阻, R BB 。如果用欧姆表测量,对于大多数常见的UJT,这个静态电阻通常会在大约4k到10k之间。

  R B1 的比率 R BB 被称为内在对峙比率,并给出希腊符号:(eta) 。对于大多数常见的UJT,的典型标准值范围为0.5至0.8。

  单结晶体管是一种固态触发器件,可用于各种电路和应用,从晶闸管和三端双向可控硅开关到用于相位控制电路的锯齿波发生器.UJT的负阻特性也使其作为简单的张弛振荡器非常有用。

  当作为松弛连接时振荡器,它可以独立振荡,无需谐振电路或复杂的RC反馈网络。当以这种方式连接时,单结晶体管能够通过改变单个电容器( C )或电阻器的值( R )。

  通常可用的单结晶体管包括2N1671,2N2646,2N2647等,2N2646是最常用的UJT,用于脉冲和锯齿波发生器和延时电路。可用的其他类型的单结晶体管器件称为可编程UJT,其开关参数可由外部电阻器设置。最常见的可编程单结晶体管是2N6027和2N6028。

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