ทรานซิสเตอร์แบบรวมเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ 3 เทอร์มินัลซึ่งแตกต่างจาก BJT ที่มีทางแยก pn เพียงตัวเดียว โดยพื้นฐานแล้วได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้เป็นวงจรออสซิลเลเตอร์ขั้นตอนเดียวสำหรับสร้างสัญญาณพัลซิ่งที่เหมาะสำหรับการใช้งานวงจรดิจิตอล
วงจร UJT Relaxation Oscillator
โดยทั่วไปทรานซิสเตอร์แบบแยกส่วนสามารถต่อสายได้ในรูปแบบของออสซิลเลเตอร์เพื่อการผ่อนคลายดังที่แสดงในวงจรพื้นฐานต่อไปนี้
ที่นี่ส่วนประกอบ RT และ CT ทำงานเหมือนองค์ประกอบเวลาและกำหนดความถี่หรืออัตราการสั่นของวงจร UJT
สำหรับการคำนวณความถี่การสั่นเราสามารถใช้สูตรต่อไปนี้ซึ่งรวมเอา unijunction ทรานซิสเตอร์อัตราส่วนการหยุดทำงานที่แท้จริง ที่ เป็นหนึ่งในพารามิเตอร์พร้อมกับ RT และ CT สำหรับกำหนดพัลส์การสั่น
ค่ามาตรฐานของอัตราส่วนการหยุดทำงานสำหรับอุปกรณ์ UJT ทั่วไปอยู่ระหว่าง 0.4 ถึง 0.6 . ดังนั้นเมื่อพิจารณาถึงมูลค่าของ ที่ = 0.5 และแทนที่ในสมการด้านบนที่เราได้รับ:
เมื่อเปิดแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าผ่านตัวต้านทาน RT จะชาร์จตัวเก็บประจุ CT ไปยังระดับแหล่งจ่าย VBB ตอนนี้ Vp แรงดันไฟฟ้าแบบสแตนด์บายถูกกำหนดโดย Vp ใน B1 - B2 ร่วมกับอัตราส่วนการหยุดทำงานของ UJT ที่ เป็น: Vp = ที่ VB1VB2 - VD.
เป็นเวลานานแรงดัน VE ทั่วทั้งตัวเก็บประจุจะยังคงต่ำกว่า Vp ขั้ว UJT ที่อยู่ใน B1, B2 จะแสดงวงจรเปิด
แต่ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าข้าม CT ไปไกลกว่า Vp ทรานซิสเตอร์แบบรวมจะยิงออกจากตัวเก็บประจุอย่างรวดเร็วและเริ่มวงจรใหม่
ในระหว่างการยิงของ UJT ส่งผลให้ศักยภาพใน R1 เพิ่มขึ้นและศักยภาพของ R2 ที่จะลดลง
รูปคลื่นที่เป็นผลลัพธ์ในตัวปล่อยของ UJT จะสร้างสัญญาณฟันเลื่อยซึ่งแสดงศักยภาพเชิงบวกที่ B2 และศักยภาพเชิงลบที่ผู้นำ B1 ของ UJT
พื้นที่การใช้งานของ Unijunction Transistor
ต่อไปนี้เป็นพื้นที่ใช้งานหลักที่มีการใช้ทรานซิสเตอร์แบบแยกส่วนกันอย่างแพร่หลาย
- วงจรทริกเกอร์
- วงจรออสซิลเลเตอร์
- อุปกรณ์ควบคุมแรงดัน / กระแสไฟฟ้า
- วงจรตามตัวจับเวลา
- เครื่องกำเนิดไฟฟ้าฟันเลื่อย
- วงจรควบคุมเฟส
- เครือข่าย Bistable
คุณสมบัติหลัก
เข้าถึงได้ง่ายและราคาถูก : ราคาถูกและ UJT พร้อมใช้งานง่ายพร้อมกับคุณสมบัติพิเศษบางอย่างทำให้อุปกรณ์นี้มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในแอพพลิเคชั่นอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมาก
การใช้พลังงานต่ำ : เนื่องจากคุณสมบัติการใช้พลังงานต่ำภายใต้สภาวะการทำงานปกติอุปกรณ์นี้จึงถือเป็นความก้าวหน้าที่น่าทึ่งในความพยายามอย่างต่อเนื่องในการพัฒนาอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพพอสมควร
การทำงานที่เชื่อถือได้มีเสถียรภาพสูง : เมื่อใช้เป็นออสซิลเลเตอร์หรือในวงจรกระตุ้นการหน่วงเวลา UJT จะทำงานด้วยความน่าเชื่อถือสูงและมีการตอบสนองเอาต์พุตที่แม่นยำมาก
โครงสร้างพื้นฐานของ Unijunction Transistor
รูปที่ 1
UJT เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบสามขั้วซึ่งรวมเอาโครงสร้างที่เรียบง่ายตามที่แสดงในรูปด้านบน
ในโครงสร้างนี้บล็อกของวัสดุซิลิกอนชนิด n ที่เจือเล็กน้อย (มีลักษณะความต้านทานที่เพิ่มขึ้น) ให้หน้าสัมผัสฐานคู่ที่เชื่อมต่อกับปลายทั้งสองด้านของพื้นผิวด้านเดียวและแท่งอลูมิเนียมที่ผสมอยู่บนพื้นผิวด้านหลังตรงข้าม
จุดเชื่อมต่อ p-n ของอุปกรณ์ถูกสร้างขึ้นที่ขอบของแท่งอลูมิเนียมและบล็อกซิลิกอนชนิด n
จุดเชื่อมต่อ p-n เดียวที่เกิดขึ้นนี้เป็นสาเหตุของชื่อของอุปกรณ์ 'unijunction' . เริ่มแรกอุปกรณ์นี้รู้จักกันในชื่อ ไดโอดฐานคู่ (คู่) เนื่องจากการเกิดคู่ของฐานสัมผัส
สังเกตว่าในรูปด้านบนแท่งอลูมิเนียมหลอมรวม / รวมเข้ากับบล็อกซิลิกอนที่ตำแหน่งใกล้กับหน้าสัมผัสฐาน 2 มากกว่าหน้าสัมผัสฐาน 1 และขั้ว 2 ฐานกลายเป็นบวกเมื่อเทียบกับขั้วฐาน 1 โดย VBB โวลต์ ลักษณะเหล่านี้มีอิทธิพลต่อการทำงานของ UJT อย่างไรจะปรากฏในหัวข้อต่อไปนี้
การแสดงสัญลักษณ์
การแสดงสัญลักษณ์ของทรานซิสเตอร์แบบ unijunction สามารถดูได้จากภาพด้านล่าง
รูปที่ # 2
สังเกตว่าขั้วของตัวปล่อยจะแสดงเป็นมุมกับเส้นตรงซึ่งแสดงถึงบล็อกของวัสดุประเภท n สามารถมองเห็นหัวลูกศรที่กำกับไปในทิศทางของการไหลของกระแส (รู) ทั่วไปในขณะที่อุปกรณ์ Unijunction อยู่ในสภาพที่เอนเอียงไปข้างหน้าทริกเกอร์หรือการนำ
วงจรเทียบเท่าทรานซิสเตอร์ Unijunction
รูปที่ # 3
วงจร UJT ที่เทียบเท่าสามารถเห็นได้จากภาพที่แสดงด้านบน เราสามารถค้นหาได้ว่าวงจรเทียบเท่านี้ค่อนข้างง่ายเพียงใดซึ่งประกอบด้วยตัวต้านทานสองตัว (หนึ่งตัวคงที่ปรับได้หนึ่งตัว) และไดโอดเดี่ยว
ความต้านทาน RB1 จะแสดงเป็นตัวต้านทานแบบปรับได้โดยพิจารณาจากค่าของมันจะเปลี่ยนไปเมื่อ IE ปัจจุบันเปลี่ยนไป ที่จริงแล้วในทรานซิสเตอร์ใด ๆ ที่แสดงถึงการรวมกัน RB1 อาจผันผวนจาก 5 kΩถึง 50 Ωสำหรับการเปลี่ยนแปลงที่เทียบเท่าของ IE จาก 0 ถึง 50 = μA ความต้านทานระหว่างฐาน RBB แสดงถึงความต้านทานของอุปกรณ์ระหว่างขั้ว B1 และ B2 เมื่อ IE = 0 ในสูตรสำหรับสิ่งนี้คือ
RBB = (RB1 + RB2) | IE = 0
โดยปกติช่วงของ RBB จะอยู่ในช่วง 4 และ 10 k ตำแหน่งแท่งอลูมิเนียมดังแสดงในรูปแรกให้ขนาดสัมพัทธ์ของ RB1, RB2 เมื่อ IE = 0 เราสามารถประมาณค่าของ VRB1 (เมื่อ IE = 0) โดยใช้กฎตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าตามที่ระบุด้านล่าง:
VRB1 = (RB1 x VBB) / (RB1 + RB2) = ηVBB (พร้อม IE = 0)
อักษรกรีก ที่ (eta) เรียกว่าอัตราส่วนการหยุดทำงานที่แท้จริงของอุปกรณ์ทรานซิสเตอร์แบบแยกส่วนและถูกกำหนดโดย:
η = RB1 / (RB1 + RB2) (พร้อม IE = 0) = RB1 / RBB
สำหรับแรงดันอีซีแอลที่ระบุ (VE) สูงกว่า VRB1 (= ηVBB) โดยแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของไดโอดลดลง VD (0.35 → 0.70 V) ไดโอดจะถูกทริกเกอร์ ON ตามหลักการแล้วเราอาจถือว่าสภาวะลัดวงจรเช่น IE จะเริ่มดำเนินการผ่าน RB1 ด้วยสมการระดับแรงดันไฟฟ้าที่กระตุ้นของตัวปล่อยสามารถแสดงเป็น:
VP = ηVBB + VD
ลักษณะสำคัญและการทำงาน
คุณสมบัติของทรานซิสเตอร์แบบแยกส่วนที่เป็นตัวแทนสำหรับ VBB = 10 V แสดงไว้ในรูปด้านล่าง
รูปที่ # 4
เราจะเห็นได้ว่าสำหรับศักยภาพของตัวปล่อยที่ระบุไว้ที่ด้านซ้ายของจุดสูงสุดค่า IE จะไม่เกิน IEO (ซึ่งอยู่ในไมโครแอมแปร์) IEO ปัจจุบันมากหรือน้อยตาม ICO กระแสรั่วไหลย้อนกลับของทรานซิสเตอร์สองขั้วแบบเดิม
ภูมิภาคนี้เรียกว่าพื้นที่ตัดตามที่ระบุไว้ในรูป
ทันทีที่การนำกระแสไปได้ที่ VE = VP ศักยภาพของตัวปล่อย VE จะลดลงเมื่อศักยภาพของ IE เพิ่มขึ้นซึ่งสอดคล้องกับความต้านทานที่ลดลง RB1 สำหรับการเพิ่ม IE ในปัจจุบันตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้
คุณลักษณะข้างต้นเป็นทรานซิสเตอร์แบบ unijunction ที่มีพื้นที่ต้านทานเชิงลบที่มีความเสถียรสูงซึ่งช่วยให้อุปกรณ์ทำงานและนำไปใช้งานได้อย่างน่าเชื่อถือสูงสุด
ในระหว่างกระบวนการข้างต้นอาจคาดว่าจุดหุบเขาจะบรรลุได้ในที่สุดและการเพิ่มขึ้นของ IE ที่เกินช่วงนี้จะทำให้อุปกรณ์เข้าสู่พื้นที่อิ่มตัว
รูปที่ # 3 แสดงวงจรเทียบเท่าไดโอดในภูมิภาคเดียวกันที่มีลักษณะคล้ายกัน
การลดลงของค่าความต้านทานของอุปกรณ์ในพื้นที่ที่ใช้งานนั้นเกิดจากรูที่ฉีดเข้าไปในบล็อกชนิด n โดยแท่งอลูมิเนียมชนิด p ทันทีที่เกิดการยิงของอุปกรณ์ สิ่งนี้ส่งผลให้ปริมาณรูที่เพิ่มขึ้นในส่วนประเภท n จะเพิ่มจำนวนอิเล็กตรอนอิสระทำให้ค่าการนำไฟฟ้า (G) ทั่วทั้งอุปกรณ์มีค่าความต้านทานลดลงเทียบเท่า (R ↓ = 1 / G ↑)
พารามิเตอร์ที่สำคัญ
คุณจะพบพารามิเตอร์ที่สำคัญเพิ่มเติมอีกสามพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับทรานซิสเตอร์แบบรวมซึ่ง ได้แก่ IP, VV และ IV ทั้งหมดนี้ระบุไว้ในรูปที่ # 4
สิ่งเหล่านี้เป็นเรื่องง่ายที่จะเข้าใจ คุณสมบัติของตัวปล่อยที่มีอยู่ตามปกติสามารถเรียนรู้ได้จากด้านล่างรูปที่ # 5
รูปที่ # 5
ที่นี่เราสามารถสังเกตได้ว่า IEO (μA) ไม่สามารถสังเกตเห็นได้เนื่องจากมาตราส่วนแนวนอนได้รับการปรับเทียบเป็นมิลลิแอมป์ เส้นโค้งแต่ละเส้นที่ตัดกับแกนแนวตั้งเป็นผลลัพธ์ที่สอดคล้องกันของ VP สำหรับค่าคงที่ของηและ VD ค่า VP จะเปลี่ยนไปตาม VBB ดังสูตรด้านล่าง:
แผ่นข้อมูล Unijunction Transistor
ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิคมาตรฐานสำหรับ UJT สามารถเรียนรู้ได้จากรูปที่ # 5 ด้านล่าง
UJT Pinout รายละเอียด
รายละเอียด pinout รวมอยู่ในแผ่นข้อมูลด้านบนด้วย สังเกตว่าขั้วฐาน B1 และ B2 ตั้งอยู่ตรงข้ามกันในขณะที่ขาปล่อย คือ อยู่ในตำแหน่งที่กึ่งกลางระหว่างสองสิ่งนี้
ยิ่งไปกว่านั้นพินฐานที่ควรจะเชื่อมต่อกับระดับการจ่ายที่สูงขึ้นนั้นตั้งอยู่ใกล้กับจุดปิดที่คอของบรรจุภัณฑ์
วิธีใช้ UJT เพื่อทริกเกอร์ SCR
แอปพลิเคชั่นที่ได้รับความนิยมอย่างหนึ่งของ UJT คือการทริกเกอร์อุปกรณ์ไฟฟ้าเช่น SCR ส่วนประกอบพื้นฐานของวงจรทริกเกอร์ประเภทนี้แสดงอยู่ในแผนภาพด้านล่างที่แสดง # 6
รูปที่ # 6: การทริกเกอร์ SCR โดยใช้ UJT
รูปที่ # 7: UJT Load line สำหรับทริกเกอร์สำหรับอุปกรณ์ภายนอกเช่น SCR
ส่วนประกอบหลักของเวลาถูกสร้างขึ้นโดย R1 และ C ในขณะที่ R2 ทำงานเหมือนตัวต้านทานแบบดึงลงสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่กระตุ้นเอาต์พุต
วิธีการคำนวณ R1
ต้องคำนวณตัวต้านทาน R1 เพื่อรับประกันว่าสายโหลดตามที่กำหนดโดย R1 เดินทางผ่านลักษณะของอุปกรณ์ภายในพื้นที่ความต้านทานเชิงลบหมายถึงไปทางด้านขวาของจุดสูงสุด แต่ไปทางด้านซ้ายของจุดหุบเขาตามที่ระบุไว้ใน รูปที่ 7.
หากเส้นโหลดไม่สามารถข้ามด้านขวาของจุดสูงสุดได้อุปกรณ์ Unijunction จะไม่สามารถเริ่มทำงานได้
สูตร R1 ซึ่งรับประกันเงื่อนไขการเปิดสวิตช์สามารถกำหนดได้เมื่อเราคำนึงถึงจุดสูงสุดที่ IR1 = IP และ VE = VP สมการ IR1 = IP ดูเป็นตรรกะเนื่องจากกระแสชาร์จของตัวเก็บประจุ ณ จุดนี้เป็นศูนย์ ความหมายตัวเก็บประจุที่จุดเฉพาะนี้กำลังเปลี่ยนผ่านการชาร์จไปยังสภาวะการคายประจุ
สำหรับเงื่อนไขข้างต้นเราจึงสามารถเขียน:
อีกวิธีหนึ่งเพื่อรับประกันการปิด SCR โดยสมบูรณ์:
R1> (V - Vv) / Iv
นี่หมายความว่าช่วงการเลือกของตัวต้านทาน R1 จะต้องเป็นดังที่แสดงไว้ด้านล่าง:
(V - Vv) / Iv
วิธีการคำนวณ R2
ตัวต้านทาน R2 ต้องมีขนาดเล็กเพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่า SCR ไม่ถูกกระตุ้นโดยแรงดันไฟฟ้า VR2 ข้าม R2 เมื่อ IE ≅ 0 แอมป์ สำหรับสิ่งนี้ VR2 จะต้องคำนวณตามสูตรต่อไปนี้:
VR2 ≅ R2V / (R2 + RBB) (เมื่อ IE ≅ 0)
ตัวเก็บประจุให้เวลาหน่วงเวลาระหว่างพัลส์ทริกเกอร์และยังกำหนดความยาวของแต่ละพัลส์
วิธีคำนวณค
อ้างถึงรูปด้านล่างทันทีที่เปิดวงจรแรงดันไฟฟ้า VE ซึ่งเท่ากับ VC จะเริ่มชาร์จตัวเก็บประจุไปยังแรงดันไฟฟ้า VV ผ่านค่าคงที่ของเวลาτ = R1C
รูปที่ 8
สมการทั่วไปที่กำหนดระยะเวลาการชาร์จของ C ในเครือข่าย UJT คือ:
vc = Vv + (V - Vv) (1 - คือ-t / R1C)
จากการคำนวณก่อนหน้านี้เราได้ทราบถึงความผันผวนของ R2 ในช่วงระยะเวลาการชาร์จของตัวเก็บประจุข้างต้นแล้ว ตอนนี้เมื่อ vc = vE = Vp อุปกรณ์ UJT จะเข้าสู่สถานะเปิดสวิตช์ทำให้ตัวเก็บประจุปล่อยผ่าน RB1 และ R2 โดยมีอัตราขึ้นอยู่กับค่าคงที่ของเวลา:
τ = (RB1 + R2) ค
สมการต่อไปนี้สามารถใช้ในการคำนวณเวลาปล่อยเมื่อ
vc = vE
คุณ≅ Vpe -t / (RB1 + R2) ค
สมการนี้มีความซับซ้อนเล็กน้อยเนื่องจาก RB1 ซึ่งจะส่งผลให้ค่าลดลงเมื่อกระแสตัวปล่อยเพิ่มขึ้นพร้อมกับด้านอื่น ๆ ในวงจรเช่น R1 และ V ซึ่งส่งผลต่ออัตราการปลดปล่อย C โดยรวมด้วย
อย่างไรก็ตามสิ่งนี้หากเราอ้างถึงวงจรเทียบเท่าตามที่ระบุไว้ข้างต้นรูปที่ # 8 (b) โดยทั่วไปค่าของ R1 และ RB2 อาจเป็นเช่นนั้นเครือข่ายThéveninสำหรับการกำหนดค่ารอบตัวเก็บประจุ C อาจได้รับผลกระทบเล็กน้อยจาก R1 ตัวต้านทาน RB2 แม้ว่าแรงดันไฟฟ้า V จะค่อนข้างใหญ่ แต่ตัวแบ่งตัวต้านทานที่ช่วยให้แรงดันไฟฟ้าThéveninโดยทั่วไปอาจถูกมองข้ามและกำจัดออกไปดังแสดงในแผนภาพที่เทียบเท่าที่ลดลงด้านล่าง:
ดังนั้นเวอร์ชันที่เรียบง่ายด้านบนจึงช่วยให้เราได้สมการต่อไปนี้สำหรับเฟสการปลดปล่อยตัวเก็บประจุ C เมื่อ VR2 อยู่ที่จุดสูงสุด
VR2 ≅ R2 (Vp - 0.7) / R2 + RB1
สำหรับวงจรการใช้งานเพิ่มเติมคุณสามารถทำได้เช่นกัน อ้างถึงบทความนี้
คู่ของ: วงจรรับส่งสัญญาณขนาดเล็ก ถัดไป: วงจรสัญญาณกันขโมย PIR
