Унипереходный транзистор (UJT) и программируемый UJT (PUT): проектирование, работа и генераторные применения

Что такое унипереходный транзистор (UJT)?

UJT — трехвыводной кремниевый прибор, который, хотя и не является тиристором, может запускать более крупные тиристоры, подавая острый импульс на свою базу B1. Он построен из n-типового кремниевого стержня с центральной p-типовой областью. Два конца стержня — базы B1 и B2; центральная p-область выступает эмиттером. Когда эмиттер отключен, общее база-базовое сопротивление (R_BBO) равно сумме R_B1 и R_B2 и обычно варьируется от 4 кОм до 12 кОм в зависимости от прибора. Внутреннее коэффициент устойчивости (η) — отношение R_B1 к R_BBO — варьируется от 0,4 до 0,8. Схематический символ показан на Рисунке (c).

Электрические характеристики

Кривая эмиттерного тока против эмиттерного напряжения (Рисунок (a)) демонстрирует, что по мере увеличения эмиттерного напряжения (V_E) эмиттерный ток (I_E) растет до пикового значения (I_P). За этой точкой прибор входит в область отрицательного сопротивления, где ток уменьшается при падении напряжения, достигая минимума в долинной точке (V_V). Сопротивление R_B1 минимально в этой долине. Для 2N2647 даташит указывает I_P = 2 мкА и I_V = 4 мА.

Пиковое напряжение (V_P) равно падению напряжения на R_B1 плюс ~0,7 В диодное падение. Долинное напряжение (V_V) типично около 10% от база-базового питания (V_BB).

Релаксационный генератор на UJT

В релаксационном генераторе на базе UJT зарядной резистор (R_E) заряжает конденсатор (C_E) до достижения эмиттерным напряжением V_P. В этот момент низкое сопротивление между эмиттером и B1 быстро разряжает конденсатор. Когда напряжение конденсатора падает ниже V_V, эмиттер-B1 сопротивление снова растет, позволяя конденсатору перезарядиться и цикл повторяется. Приближенный период T ≈ R_E·C_E, но более точное выражение дано на рисунке.

Разрядной импульс может появляться на внешних нагрузочных резисторах B1 и B2. Резистор на B1 должен быть достаточно низким, чтобы не влиять на время разряда; резистор B2 опционален и может быть закоротчен. Зарядной резистор должен быть выбран так, чтобы он мог обеспечить I_P при V_BB - V_P и ограничить долинный ток до I_V при V_BB - V_V. Для 2N2647 расчеты показаны на рисунке.

Программируемый унипереходный транзистор (PUT)

PUT — трехвыводной, четырехслойный тиристор, ведущий себя как UJT, но доступный в массовом производстве и по низкой стоимости. Его затвор — n-типовой слой рядом с анодом — называется «анодным затвором» и соединен с анодом в схематическом символе. Характеристическая кривая PUT (анодный ток против анодного напряжения) зеркалит ту UJT; затворное напряжение устанавливает программируемое пиковое напряжение (V_P). Внешние резисторы (R1 и R2) заменяют внутренние R_B1 и R_B2, позволяя проектировщикам программировать внутренний коэффициент устойчивости (η = R1/(R1+R2)).

В PUT релаксационном генераторе резистор (R) заряжает конденсатор до достижения V_P. Прибор затем сильно проводит, тянуя рабочую точку вниз по отрицательному сопротивлению к долине, и токовый пик течет через катод. После разряда точка сбрасывается на восходящий склон. Резистор должен быть достаточно большим, чтобы никогда не поставлять долинный ток (I_P), но достаточно малым, чтобы достичь V_P во время заряда. Для 2N6027 с 10 В питанием и η ≈ 2/3, допустимый диапазон резистора 143 кОм < R < 755 кОм.

Пример таблицы параметров для 2N6027 PUT

С этими значениями практический PUT релаксационный генератор может управлять SCR диммером ламп. Схема использует нефильтрованное питание V_BB, мостовой выпрямитель и переменный резистор, который должен быть спарен с минимальным последовательным резистором для предотвращения застревания потенциометра в долинной точке после каждого нулевого перехода.

Соображения производительности

• PUT тайминговые схемы обычно пригодны до 10 кГц.
• Если требуется линейный напряженный рамп вместо экспоненциального, замените зарядной резистор на источник постоянного тока (напр., FET-базированный диод постоянного тока).
• DIY PUT может быть построен из PNP и NPN транзистора опущением катодного затвора и использованием анодного затвора.

Ключевые выводы

• UJT состоит из двух баз и центрального эмиттера; его эмиттер-B1 переход демонстрирует отрицательное сопротивление.
• PUT — трехвыводной тиристор, эмулирующий UJT, с внешней резисторной сетью, задающей внутренний коэффициент устойчивости.
• Оба прибора идеальны для релаксационных генераторов, тайминговых схем и запуска тиристоров.

Связанные ресурсы

• Рабочий лист по тиристорам