Un transistor unigiunzione è un dispositivo semiconduttore a 3 terminali che a differenza di un BJT ha solo una singola giunzione pn. Fondamentalmente è progettato per essere utilizzato come un circuito oscillatore monostadio per la generazione di segnali pulsati adatti per applicazioni di circuiti digitali.
Circuito dell'oscillatore di rilassamento UJT
Il transistor unigiunzione potrebbe essere tipicamente cablato sotto forma di un oscillatore di rilassamento come mostrato nel seguente circuito di base.
Qui i componenti RT e CT funzionano come gli elementi di temporizzazione e determinano la frequenza o la velocità di oscillazione del circuito UJT.
Per calcolare la frequenza di oscillazione possiamo usare la seguente formula, che incorpora il rapporto intrinseco di stand-off del transistor unigiunzione il come uno dei parametri insieme a RT e CT per determinare gli impulsi oscillanti.
Il valore standard del rapporto stand-off per un tipico dispositivo UJT è compreso tra 0,4 e 0,6 . Considerando quindi il valore di il = 0,5, e sostituendolo nell'equazione precedente otteniamo:
Quando l'alimentazione viene attivata, la tensione attraverso la resistenza RT carica il condensatore CT verso il livello di alimentazione VBB. Ora, la tensione di stand-off Vp è determinata da Vp tra B1 - B2, in combinazione con il rapporto di stand-off UJT il come: Vp = il VB1VB2 - VD.
Per così tanto tempo la tensione VE ai capi del condensatore rimane inferiore a Vp, i terminali UJT su B1, B2 mostrano un circuito aperto.
Ma nel momento in cui la tensione ai capi del CT supera Vp, il transistor unigiunzione si attiva, scaricando rapidamente il condensatore e avviando un nuovo ciclo.
Durante l'istanza di accensione dell'UJT, il potenziale su R1 aumenta e il potenziale su R2 diminuisce.
La forma d'onda risultante attraverso l'emettitore dell'UJT produce un segnale a dente di sega, che mostra un potenziale positivo su B2 e un potenziale negativo sulle derivazioni B1 dell'UJT
Aree di applicazione del transistor Unijunction
Le seguenti sono le principali aree di applicazione in cui i transistor unigiunzione sono ampiamente utilizzati.
- Circuiti di attivazione
- Circuiti oscillatori
- Alimentazioni regolate in tensione / corrente.
- Circuiti basati su timer,
- Generatori a dente di sega,
- Circuiti di controllo di fase
- Reti bistabili
Caratteristiche principali
Facilmente accessibile ed economico : Il prezzo basso e la facile disponibilità degli UJT insieme ad alcune caratteristiche eccezionali hanno portato a un'ampia implementazione di questo dispositivo in molte applicazioni elettroniche.
Basso consumo energetico : A causa della loro caratteristica di basso consumo energetico in normali condizioni di lavoro, il dispositivo è considerato un incredibile passo avanti nel costante sforzo di sviluppare dispositivi ragionevolmente efficienti.
Funzionamento affidabile altamente stabile : Quando viene utilizzato come un oscillatore o in un circuito di attivazione del ritardo, l'UJT funziona con estrema affidabilità e con una risposta di uscita estremamente precisa.
Costruzione di base del transistor Unijunction
Figura 1
L'UJT è un dispositivo semiconduttore a tre terminali che incorpora una costruzione semplice come illustrato nella figura sopra.
In questa costruzione, un blocco di materiale di silicio di tipo n leggermente drogato (avente una caratteristica di resistenza aumentata) fornisce una coppia di contatti di base collegati a due estremità di una superficie, e un'asta di alluminio legata sulla superficie posteriore opposta.
La giunzione p-n del dispositivo viene creata sul bordo dell'asta di alluminio e del blocco di silicio di tipo n.
Questa singola giunzione p-n così formata è la ragione per il nome del dispositivo 'unijunction' . Il dispositivo era inizialmente noto come diodo base duo (doppio) a causa del verificarsi di una coppia di contatti di base.
Si noti che nella figura sopra che l'asta di alluminio è fusa / fusa sul blocco di silicio in una posizione più vicina al contatto della base 2 rispetto al contatto della base 1, e anche il terminale della base 2 è diventato positivo rispetto al terminale della base 1 da VBB volt. Il modo in cui questi aspetti influenzano il funzionamento dell'UJT sarà evidente nelle sezioni seguenti
Rappresentazione simbolica
La rappresentazione simbolica del transistor unigiunzione può essere vista nell'immagine sottostante.
Figura 2
Si osservi che il terminale dell'emettitore è mostrato con un angolo rispetto alla linea retta che rappresenta il blocco di materiale di tipo n. La punta della freccia può essere vista dirigere nella direzione del flusso di corrente tipico (foro) mentre il dispositivo unigiunzione è nella condizione di polarizzazione diretta, innescata o conduttiva.
Circuito equivalente a transistor unigiunzione
Figura n. 3
Il circuito UJT equivalente può essere visto nell'immagine sopra mostrata. Possiamo scoprire quanto sia relativamente semplice questo circuito equivalente, che include una coppia di resistori (uno fisso, uno regolabile) e un diodo solitario.
La resistenza RB1 viene visualizzata come una resistenza regolabile considerando che il suo valore cambierà al variare della corrente IE. In realtà, in qualsiasi transistor che rappresenta una unigiunzione, RB1 può fluttuare da 5 kΩ a 50 Ω per qualsiasi variazione equivalente di IE da 0 a 50 = μA. La resistenza interbase RBB rappresenta la resistenza del dispositivo tra i terminali B1 e B2 quando IE = 0. Nella formula per questo è,
RBB = (RB1 + RB2) | IE = 0
La gamma di RBB è normalmente compresa tra 4 e 10 k. Il posizionamento dell'asta di alluminio come mostrato nella prima figura fornisce le grandezze relative di RB1, RB2 quando IE = 0. Possiamo stimare il valore di VRB1 (quando IE = 0) usando la legge del divisore di tensione, come indicato di seguito:
VRB1 = (RB1 x VBB) / (RB1 + RB2) = ηVBB (con IE = 0)
La lettera greca il (eta) è noto come rapporto di stand-off intrinseco del dispositivo a transistor unigiunzione ed è definito da:
η = RB1 / (RB1 + RB2) (con IE = 0) = RB1 / RBB
Per la tensione di emettitore indicata (VE) superiore a VRB1 (= ηVBB) dalla caduta di tensione diretta del diodo VD (0,35 → 0,70 V), il diodo verrà attivato su ON. Idealmente possiamo assumere la condizione di cortocircuito, tale che IE inizi a condurre tramite RB1. Tramite l'equazione, il livello di tensione di attivazione dell'emettitore può essere espresso come:
VP = ηVBB + VD
Caratteristiche principali e funzionamento
Le caratteristiche di un transistor unigiunzione rappresentativo per VBB = 10 V sono indicate nella figura seguente.
Figura n. 4
Possiamo vedere che, per il potenziale dell'emettitore indicato sul lato sinistro del punto di picco, il valore IE non supera mai lo IEO (che è in microampere). La corrente IEO segue più o meno la corrente di dispersione inversa ICO del transistor bipolare convenzionale.
Questa regione, è indicata come la regione di cutoff, come indicato anche in fig.
Non appena si ottiene la conduzione a VE = VP, il potenziale di emettitore VE diminuisce all'aumentare del potenziale IE, che è precisamente in accordo con la resistenza decrescente RB1 per l'aumento della corrente IE, come spiegato in precedenza.
La caratteristica di cui sopra fornisce un transistor unigiunzione con una regione di resistenza negativa altamente stabile, che consente al dispositivo di funzionare e di essere applicato con estrema affidabilità.
Durante il processo di cui sopra, ci si può aspettare che il punto di valle venga finalmente raggiunto e qualsiasi aumento di IE oltre questo intervallo fa sì che il dispositivo entri nella regione di saturazione.
La figura # 3 mostra un circuito equivalente a diodi nella stessa regione con un approccio di caratteristiche simili.
La caduta del valore di resistenza del dispositivo nella regione attiva è provocata dai fori iniettati nel blocco di tipo n dall'asta di alluminio di tipo p non appena avviene lo sparo del dispositivo. Ciò si traduce in un aumento della quantità di buchi sulla sezione di tipo n aumenta il numero di elettroni liberi, provocando una maggiore conduttività (G) attraverso il dispositivo con una diminuzione equivalente della sua resistenza (R ↓ = 1 / G ↑)
Parametri importanti
Troverai tre parametri importanti aggiuntivi associati a un transistor unigiunzione che sono IP, VV e IV. Tutti questi sono indicati nella figura # 4.
Questi sono in realtà abbastanza facili da capire. La caratteristica dell'emettitore normalmente esistente può essere appresa dalla figura n. 5 in basso.
Figura # 5
Qui possiamo osservare che IEO (μA) è impercettibile perché la scala orizzontale è calibrata in milliampere. Ciascuna curva che interseca l'asse verticale è il risultato corrispondente di VP. Per valori costanti di η e VD, il valore VP cambia in conformità con VBB, come formulato di seguito:
Scheda tecnica del transistor Unijunction
Una gamma standard di specifiche tecniche per l'UJT può essere appresa dalla Figura 5 di seguito.
Dettagli piedinatura UJT
I dettagli del pinout sono inclusi anche nella scheda tecnica sopra. Notare che i terminali di base B1 e B2 sono posti uno di fronte all'altro mentre il perno emettitore E è posizionato al centro, tra questi due.
Inoltre, il perno di base che dovrebbe essere collegato a livelli di alimentazione più elevati è situato vicino al germoglio sul colletto della confezione.
Come utilizzare un UJT per l'attivazione di un SCR
Un'applicazione relativamente popolare dell'UJT è per l'attivazione di dispositivi di alimentazione come l'SCR. I componenti fondamentali di questo tipo di circuito di attivazione sono rappresentati nel diagramma # 6 mostrato di seguito.
Figura # 6: attivazione di un SCR utilizzando un UJT
Figura # 7: linea di carico UJT per un trigger per un dispositivo esterno come SCR
I principali componenti di temporizzazione sono formati da R1 e C, mentre R2 funziona come un resistore di pull down per la tensione di attivazione dell'uscita.
Come calcolare R1
Il resistore R1 deve essere calcolato per garantire che la linea di carico come definita da R1 viaggi attraverso le caratteristiche del dispositivo all'interno della regione di resistenza negativa, cioè verso il lato destro del punto di picco ma verso il lato sinistro del punto di valle come indicato in Fig # 7.
Se la linea di carico non è in grado di attraversare il lato destro del punto di picco, il dispositivo unijunction non può avviarsi.
La formula R1 che garantisce una condizione di accensione potrebbe essere determinata tenendo conto del punto di picco dove IR1 = IP e VE = VP. L'equazione IR1 = IP sembra logica perché la corrente di carica del condensatore, a questo punto, è zero. Ciò significa che il condensatore in questo punto specifico sta transitando attraverso una carica in una condizione di scarica.
Per la condizione di cui sopra possiamo quindi scrivere:
In alternativa, per garantire un completo SCR spegnere:
R1> (V - Vv) / Iv
Ciò implica che l'intervallo di selezione del resistore R1 deve essere espresso come indicato di seguito:
(V - Vv) / Iv
Come calcolare R2
Il resistore R2 deve essere sufficientemente piccolo per garantire che l'SCR non venga attivato erroneamente dalla tensione VR2 su R2 quando IE ≅ 0 Amp. Per questo il VR2 deve essere calcolato secondo la seguente formula:
VR2 ≅ R2V / (R2 + RBB) (quando IE ≅ 0)
Il condensatore fornisce il tempo di ritardo tra gli impulsi di attivazione e determina anche la lunghezza di ogni impulso.
Come calcolare C
Facendo riferimento alla figura sottostante, non appena il circuito viene alimentato, la tensione VE pari a VC inizierà a caricare il condensatore verso la tensione VV, attraverso una costante di tempo τ = R1C.
Figura 8
L'equazione generale che determina il periodo di ricarica di C in una rete UJT è:
vc = Vv + (V - Vv) (1 - e-t / R1C)
Attraverso i nostri calcoli precedenti, conosciamo già il volatge su R2 durante il periodo di carica del condensatore di cui sopra. Ora, quando vc = vE = Vp, il dispositivo UJT entrerà in stato di accensione, provocando la scarica del condensatore tramite RB1 e R2, con una velocità che dipende dalla costante di tempo:
τ = (RB1 + R2) C
La seguente equazione può essere utilizzata per calcolare il tempo di scarica quando
vc = vE
tu ≅ Vpe -t / (RB1 + R2) C
Questa equazione è diventata un po 'complessa a causa di RB1, che subisce una diminuzione del valore all'aumentare della corrente dell'emettitore, insieme ad altri aspetti nel circuito come R1 e V, che influenzano anche la velocità di scarica di C.
Nonostante ciò, se ci riferiamo al circuito equivalente come dato sopra Figura # 8 (b), tipicamente i valori di R1 e RB2 possono essere tali che una rete Thévenin per la configurazione attorno al condensatore C potrebbe essere marginalmente influenzata da R1, Resistenze RB2. Sebbene la tensione V sembri essere piuttosto grande, il partitore resistivo che aiuta la tensione di Thévenin potrebbe essere generalmente trascurato ed eliminato, come mostrato nel diagramma equivalente ridotto di seguito:
Pertanto, la versione semplificata sopra ci aiuta a ottenere la seguente equazione per la fase di scarica del condensatore C, quando VR2 è al suo picco.
VR2 ≅ R2 (Vp - 0,7) / R2 + RB1
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