ترانزستور أحادي الوصلة (UJT) - برنامج تعليمي شامل

الترانزستور أحادي الوصلة هو جهاز أشباه الموصلات 3 طرفي والذي لا يشبه BJT له تقاطع pn واحد فقط. إنه مصمم أساسًا لاستخدامه كدائرة مذبذب أحادية المرحلة لتوليد إشارات نبضية مناسبة لتطبيقات الدوائر الرقمية.

حلبة مذبذب الاسترخاء UJT

يمكن عادةً توصيل الترانزستور أحادي الوصلة في شكل مذبذب استرخاء كما هو موضح في الدائرة الأساسية التالية.

هنا تعمل المكونات RT و CT مثل عناصر التوقيت وتحدد التردد أو معدل التذبذب لدائرة UJT.

لحساب التردد المتذبذب ، يمكننا استخدام الصيغة التالية ، والتي تتضمن نسبة المواجهة الجوهرية للترانزستور أحادي التوصيل ال كأحد المعلمات مع RT و CT لتحديد النبضات المتذبذبة.

تتراوح القيمة القياسية لنسبة التوقف لجهاز UJT النموذجي بين 0.4 و 0.6 . وبالتالي النظر في قيمة ال = 0.5 ، واستبدالها بالمعادلة أعلاه نحصل عليها:

عندما يتم تشغيل الإمداد ، فإن الجهد عبر المقاوم RT يشحن المكثف CT باتجاه مستوى الإمداد VBB. الآن ، يتم تحديد جهد التوقف Vp بواسطة Vp عبر B1 - B2 ، بالاقتران مع نسبة الوقوف UJT ال على النحو التالي: نائب الرئيس = ال VB1VB2 - VD.

لفترة طويلة يظل الجهد VE عبر المكثف أقل من Vp ، وتُظهر محطات UJT عبر B1 و B2 دائرة مفتوحة.

ولكن في اللحظة التي يتجاوز فيها الجهد عبر CT Vp ، ينطلق الترانزستور غير الموصل ، مما يؤدي إلى تفريغ المكثف بسرعة ، ويبدأ دورة جديدة.

أثناء إطلاق النار من UJT ، ينتج عن ذلك احتمالية ارتفاع R1 وإمكانية انخفاض الاحتمال عبر R2.

ينتج شكل الموجة الناتج عبر باعث UJT إشارة سن المنشار ، والتي تُظهر إمكانات موجبة في B2 ، وإمكانية سلبية في B1 خيوط UJT

مجالات تطبيق الترانزستور الأحادي

فيما يلي مجالات التطبيق الرئيسية حيث يتم استخدام الترانزستورات أحادية التوصيل على نطاق واسع.

• اثار الدوائر
• دوائر المذبذبات
• إمدادات الجهد / التيار المنظم.
• الدوائر القائمة على الموقت ،
• مولدات سن المنشار،
• دوائر التحكم في الطور
• شبكات ثنائية الاستقرار

الخصائص الرئيسية

سهلة المنال ورخيصة : أدى السعر الرخيص وسهولة توفر أجهزة UJT إلى جانب بعض الميزات الاستثنائية إلى تطبيق واسع لهذا الجهاز في العديد من التطبيقات الإلكترونية.

استهلاك منخفض للطاقة : نظرًا لميزة استهلاك الطاقة المنخفض في ظل ظروف العمل العادية ، يعتبر الجهاز بمثابة اختراق مذهل في الجهد المستمر لتطوير أجهزة فعالة بشكل معقول.

عملية موثوقة مستقرة للغاية : عند استخدامه كمذبذب أو في دائرة تشغيل تأخير ، يعمل UJT بموثوقية قصوى واستجابة خرج دقيقة للغاية.

البناء الأساسي للترانزستور أحادي التوصيل

شكل 1

UJT عبارة عن جهاز أشباه موصلات ثلاثي الأطراف يشتمل على بنية بسيطة كما هو موضح في الشكل أعلاه.

في هذا البناء ، توفر كتلة من مادة السيليكون من النوع n المخدر بشكل معتدل (لها خاصية مقاومة متزايدة) زوجًا من ملامسات القاعدة المتصلة بطرفين من سطح واحد ، وقضيب من الألومنيوم مخلوط على السطح الخلفي المقابل.

يتم إنشاء الوصلة p-n للجهاز على حدود قضيب الألمنيوم وكتلة السيليكون من النوع n.

هذا التقاطع الأحادي المكون من pn هو سبب تسمية الجهاز 'unijunction' . كان الجهاز معروفًا في البداية باسم الثنائي (المزدوج) قاعدة الصمام الثنائي بسبب حدوث زوج من جهات الاتصال الأساسية.

لاحظ أنه في الشكل أعلاه ، أن قضيب الألومنيوم مصهور / مدمج على كتلة السيليكون في موضع أقرب إلى جهة الاتصال الأساسية 2 من جهة الاتصال الأساسية 1 ، كما أن طرف القاعدة 2 أصبح موجبًا فيما يتعلق بطرف القاعدة 1 بواسطة VBB فولت. كيف تؤثر هذه الجوانب على عمل UJT سوف يتضح في الأقسام التالية

التمثيل الرمزي

يمكن رؤية التمثيل الرمزي للترانزستور أحادي الوصلة في الصورة أدناه.

الشكل 2

لاحظ أن طرف الباعث يظهر بزاوية على الخط المستقيم الذي يصور كتلة مادة من النوع n. يمكن رؤية رأس السهم متجهًا في اتجاه تدفق التيار (الثقب) النموذجي بينما يكون الجهاز المفصل في حالة منحازة للأمام أو مشغلة أو موصلة.

الدائرة المكافئة للترانزستور الأحادي

الشكل رقم 3

يمكن رؤية دائرة UJT المكافئة في الصورة الموضحة أعلاه. يمكننا أن نجد مدى بساطة هذه الدائرة المكافئة نسبيًا ، والتي تتضمن بعض المقاومات (واحدة ثابتة ، وواحدة قابلة للتعديل) وصمام ثنائي منفرد.

يتم عرض المقاومة RB1 كمقاوم قابل للتعديل بالنظر إلى أن قيمته ستتغير مع تغير IE الحالي. في الواقع ، في أي ترانزستور يمثل أحادي التوصيل ، قد يتقلب RB1 من 5 kΩ إلى 50 Ω لأي تغيير مكافئ لـ IE من 0 إلى 50 = μA. تمثل المقاومة البينية RBB مقاومة الجهاز بين المطرافين B1 و B2 عندما يكون IE = 0. في صيغة هذا ،

RBB = (RB1 + RB2) | IE = 0

نطاق RBB عادة في حدود 4 و 10 ك. يوفر موضع قضيب الألومنيوم كما هو موضح في الشكل الأول المقادير النسبية لـ RB1 ، RB2 عندما يكون IE = 0. يمكننا تقدير قيمة VRB1 (عندما يكون IE = 0) باستخدام قانون مقسم الجهد ، كما هو موضح أدناه:

VRB1 = (RB1 x VBB) / (RB1 + RB2) = ηVBB (مع IE = 0)

الحرف اليوناني ال يُعرف (eta) باسم نسبة التوقف الجوهرية لجهاز الترانزستور أحادي التوصيل ويتم تحديده من خلال:

η = RB1 / (RB1 + RB2) (مع IE = 0) = RB1 / RBB

بالنسبة لجهد الباعث المشار إليه (VE) أعلى من VRB1 (= ηVBB) من خلال انخفاض الجهد الأمامي للديود VD (0.35 → 0.70 فولت) ، سيتم تشغيل الصمام الثنائي. من الناحية المثالية ، قد نفترض حالة قصر الدائرة ، بحيث يبدأ IE في إجراء عبر RB1. من خلال المعادلة ، يمكن التعبير عن مستوى الجهد المحفز للباعث على النحو التالي:

VP = ηVBB + VD

الخصائص الرئيسية والعمل

يشار إلى خصائص الترانزستور التمثيلي أحادي الوصلة لـ VBB = 10 V في الشكل أدناه.

الشكل رقم 4

يمكننا أن نرى أنه ، بالنسبة لإمكانات الباعث المشار إليها على الجانب الأيسر من نقطة الذروة ، لا تتجاوز قيمة IE أبدًا IEO (الموجود في ميكرو أمبير). يتبع IEO الحالي بشكل أو بآخر ICO الحالي للتسرب العكسي للترانزستور ثنائي القطب التقليدي.

يشار إلى هذه المنطقة باسم منطقة القطع ، كما هو موضح أيضًا في الشكل.

بمجرد تحقيق التوصيل عند VE = VP ، تنخفض إمكانية الباعث VE مع زيادة إمكانات IE ، وهو ما يتوافق تمامًا مع المقاومة المتناقصة RB1 لزيادة IE الحالي ، كما هو موضح سابقًا.

توفر الخاصية المذكورة أعلاه ترانزستورًا أحادي الوصل مع منطقة مقاومة سلبية عالية الاستقرار ، والتي تمكن الجهاز من العمل والتطبيق بموثوقية قصوى.

أثناء العملية المذكورة أعلاه ، من المتوقع أن يتم الوصول إلى نقطة الوادي أخيرًا ، وأي زيادة في IE تتجاوز هذا النطاق تؤدي إلى دخول الجهاز إلى منطقة التشبع.

يوضح الشكل رقم 3 دائرة مكافئة للديود في نفس المنطقة مع نهج خصائص مماثلة.

يحدث الانخفاض في قيمة مقاومة الجهاز في المنطقة النشطة بسبب الثقوب المحقونة في الكتلة من النوع n بواسطة قضيب الألمنيوم من النوع p بمجرد حدوث إطلاق الجهاز. ينتج عن هذا زيادة في كمية الثقوب في القسم من النوع n ، مما يؤدي إلى زيادة عدد الإلكترونات الحرة ، مما يؤدي إلى زيادة الموصلية (G) عبر الجهاز مع انخفاض مكافئ في مقاومته (R ↓ = 1 / G ↑)

معلمات مهمة

ستجد ثلاث معلمات مهمة إضافية مرتبطة بالترانزستور أحادي التوصيل وهي IP و VV و IV. كل هذه مذكورة في الشكل رقم 4.

هذه في الواقع سهلة الفهم. يمكن التعرف على خاصية الباعث الموجودة عادة من الشكل رقم 5 أدناه.

الشكل رقم 5

هنا يمكننا أن نلاحظ أن IEO (μA) غير ملحوظ لأن المقياس الأفقي يتم معايرته بالملليامبير. كل منحنى يتقاطع مع المحور الرأسي هو النتائج المقابلة لـ VP. بالنسبة للقيم الثابتة لـ η و VD ، تتغير قيمة VP وفقًا لـ VBB ، كما هو موضح أدناه:

ورقة بيانات الترانزستور أحادية التوصيل

يمكن التعرف على مجموعة قياسية من المواصفات الفنية لـ UJT من الشكل رقم 5 أدناه.

تفاصيل Pinout UJT

يتم تضمين تفاصيل pinout أيضًا في ورقة البيانات أعلاه. لاحظ أن المحطات الأساسية ب 1 و B2 تقع مقابل بعضها البعض بينما دبوس الباعث يكون في المنتصف بين هذين.

علاوة على ذلك ، فإن الدبوس الأساسي الذي من المفترض أن يكون متصلاً بمستويات إمداد أعلى يقع بالقرب من إطلاق النار على طوق الحزمة.

كيفية استخدام UJT لتشغيل SCR

أحد التطبيقات الشائعة نسبيًا لـ UJT هو تشغيل جهاز الطاقة مثل SCR. تم توضيح المكونات الأساسية لهذا النوع من دارات التشغيل في الرسم البياني الموضح أدناه رقم 6.

الشكل رقم 6: تشغيل SCR باستخدام UJT

الشكل رقم 7: خط تحميل UJT لتشغيل جهاز خارجي مثل SCR

يتم تشكيل مكونات التوقيت الرئيسية بواسطة R1 و C ، بينما يعمل R2 مثل مقاومات سحب لأسفل لجهد تشغيل الخرج.

كيف تحسب R1

يجب حساب المقاوم R1 لضمان انتقال خط التحميل كما هو محدد بواسطة R1 عبر خصائص الجهاز ضمن منطقة المقاومة السلبية ، أي باتجاه الجانب الأيمن من نقطة الذروة ولكن إلى الجانب الأيسر من نقطة الوادي كما هو موضح في الشكل رقم 7.

إذا كان خط التحميل غير قادر على عبور الجانب الأيمن من نقطة الذروة ، فلا يمكن بدء تشغيل الجهاز أحادي التوصيل.

يمكن تحديد صيغة R1 التي تضمن حالة مفتاح التشغيل بمجرد أن نأخذ في الاعتبار نقطة الذروة حيث IR1 = IP و VE = VP. تبدو المعادلة IR1 = IP منطقية لأن تيار الشحن للمكثف عند هذه النقطة يساوي صفرًا. بمعنى أن المكثف في هذه النقطة المحددة ينتقل عبر الشحن إلى حالة التفريغ.

لذلك يمكننا أن نكتب للحالة المذكورة أعلاه:

بدلاً من ذلك ، من أجل ضمان إيقاف تشغيل SCR بالكامل:

R1> (V - Vv) / IV

هذا يعني أن نطاق اختيار المقاوم R1 يجب أن يتم التعبير عنه كما هو موضح أدناه:

(الخامس - الخامس) / الرابع

كيف تحسب R2

يجب أن يكون المقاوم R2 صغيرًا بشكل كافٍ لضمان عدم تشغيل SCR خطأً بواسطة الجهد VR2 عبر R2 عندما IE ≅ 0 أمبير. لهذا يجب حساب VR2 وفقًا للصيغة التالية:

VR2 ≅ R2V / (R2 + RBB) (عندما IE 0)

يوفر المكثف التأخير الزمني بين النبضات المحرضة ، كما يحدد طول كل نبضة.

كيف تحسب ج

بالإشارة إلى الشكل أدناه ، بمجرد تشغيل الدائرة ، سيبدأ الجهد VE الذي يساوي VC في شحن المكثف باتجاه الجهد VV ، من خلال ثابت زمني τ = R1C.

الشكل رقم 8

المعادلة العامة التي تحدد فترة شحن C في شبكة UJT هي:

vc = Vv + (V - Vv) (1 - يكون^-t / R1C)

من خلال حساباتنا السابقة ، نعلم بالفعل الفولت عبر R2 خلال فترة الشحن المذكورة أعلاه للمكثف. الآن ، عندما vc = vE = Vp ، يدخل جهاز UJT في حالة التبديل ON ، مما يتسبب في تفريغ المكثف عبر RB1 و R2 ، بمعدل يعتمد على ثابت الوقت:

τ = (RB1 + R2) ج

يمكن استخدام المعادلة التالية لحساب وقت التفريغ

رأس المال = vE

انت ≅ Vpe ^-t / (RB1 + R2) ج

أصبحت هذه المعادلة معقدة بعض الشيء بسبب RB1 ، والتي تمر بانخفاض في القيمة مع زيادة تيار المرسل ، جنبًا إلى جنب مع جوانب أخرى في الدائرة مثل R1 و V ، والتي تؤثر أيضًا على معدل تفريغ C بشكل عام.

على الرغم من ذلك ، إذا أشرنا إلى الدائرة المكافئة كما هو موضح أعلاه في الشكل رقم 8 (ب) ، فإن قيم R1 و RB2 عادةً يمكن أن تكون مثل شبكة Thévenin للتكوين حول المكثف C قد تتأثر بشكل هامشي بـ R1 ، المقاومات RB2. على الرغم من أن الجهد V يبدو كبيرًا إلى حد ما ، إلا أن الحاجز المقاوم الذي يساعد جهد Thévenin يمكن تجاهله بشكل عام والقضاء عليه ، كما هو موضح في الرسم البياني المكافئ المخفض أدناه:

لذلك ، فإن النسخة المبسطة أعلاه تساعدنا في الحصول على المعادلة التالية لمرحلة تفريغ المكثف C ، عندما يكون VR2 في ذروته.

VR2 ≅ R2 (Vp - 0.7) / R2 + RB1

لمزيد من دوائر التطبيق ، يمكنك أيضًا الرجوع إلى هذه المقالة

زوج من: دائرة جهاز الإرسال والاستقبال المصغرة التالي: دائرة الإنذار ضد السرقة PIR