สวิตช์ทรานซิสเตอร์ Unijunction

Unijunction Transistor หรือเรียกสั้นๆ ว่า UJT เป็นอุปกรณ์เทอร์มินัลสามโซลิดสเตตอีกตัวหนึ่งที่สามารถใช้ในพัลส์เกตวงจรไทม์มิ่งและแอพพลิเคชั่นเครื่องกําเนิดทริกเกอร์ลักษณะการสลับทําให้ทรานซิสเตอร์ Unijunction เหมาะสําหรับการสลับและควบคุมไทริสเตอร์หรือไตรแอกในแอพพลิเคชั่นประเภทการควบคุมไฟ AC

เช่นเดียวกับไดโอดทางแยก PN ทรานซิสเตอร์แบบรวมตัวถูกสร้างขึ้นจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P และชนิด N ที่แยกจากกันเพื่อสร้างทางแยก PN เดียว (จึงเป็นที่มาของชื่อ Uni-Junction) ภายในช่องสัญญาณเซมิคอนดักเตอร์หลัก N-type ของอุปกรณ์ไฟฟ้านี้

แม้ว่าทรานซิสเตอร์ Unijunction จะใช้ชื่อของทรานซิสเตอร์ แต่ลักษณะการสลับของมันก็แตกต่างจากทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์หรือฟิลด์เอฟเฟกต์ทั่วไปมาก

เนื่องจากไม่สามารถใช้เป็นแอมพลิฟายเออร์เพื่อขยายสัญญาณได้ แต่มักใช้เป็นอุปกรณ์สวิตชิ่ง "เปิด" - "ปิด" แทนจากนั้น UJT มีลักษณะการนําไฟฟ้าทิศทางเดียวและอิมพีแดนซ์เชิงลบที่ทําหน้าที่เหมือนตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าแบบแปรผันระหว่างการพังทลาย

ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับทรานซิสเตอร์ Unijunction

เช่นเดียวกับ N-CHANNEL FET UJT ประกอบด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N ที่เป็นของแข็งชิ้นเดียวที่สร้างช่องนํากระแสหลักโดยมีการเชื่อมต่อด้านนอกสองจุดที่ทําเครื่องหมายเป็นฐาน 2 ( B2 ) และฐาน 1 ( B1 )

การเชื่อมต่อที่สามซึ่งทําเครื่องหมายอย่างสับสนว่าเป็น Emitter ( E ) ตั้งอยู่ตามช่องสัญญาณขั้วตัวปล่อยแสดงด้วยลูกศรชี้จากตัวปล่อยชนิด P ไปยังฐานชนิด N

ทางแยก Pn ที่แก้ไข Emitter ของทรานซิสเตอร์ unijunction เกิดจากการหลอมรวมวัสดุประเภท P เข้ากับช่องซิลิกอนชนิด N อย่างไรก็ตาม UJT แบบ P-channel ที่มีขั้วต่อ Emitter ชนิด N ก็มีให้เช่นกัน แต่มีการใช้งานเพียงเล็กน้อย

ทางแยก Emitter อยู่ในตําแหน่งตามช่องสัญญาณเพื่อให้อยู่ใกล้กับขั้ว B2 มากกว่า B1 ลูกศรใช้ในสัญลักษณ์ UJT ซึ่งชี้ไปที่ฐานเพื่อระบุว่าขั้ว Emitter เป็นบวกและแถบซิลิกอนเป็นวัสดุลบ

ด้านล่างนี้แสดงสัญลักษณ์ทรานซิสเตอร์ unijunction มาตรฐานโครงสร้างพื้นฐานและวงจรเทียบเท่า

สัญลักษณ์และโครงสร้างทรานซิสเตอร์ Unijunction

สังเกตว่าสัญลักษณ์สําหรับทรานซิสเตอร์แบบรวมทางดูคล้ายกับสัญลักษณ์ของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามทางแยกหรือ JFET มาก ยกเว้นว่ามีลูกศรโค้งงอที่แสดงถึงอินพุต Emitter (E)แม้ว่าจะคล้ายคลึงกันในแง่ของช่องสัญญาณโอห์มมิก แต่ JFET และ UJT ทํางานแตกต่างกันมากและไม่ควรสับสน

การทํางานของทรานซิสเตอร์ Unijunction

แล้วทรานซิสเตอร์แบบรวมกันทํางานอย่างไร?เราสามารถเห็นได้จากวงจรเทียบเท่าด้านบนว่าช่องสัญญาณชนิด N โดยทั่วไปประกอบด้วยตัวต้านทานสองตัว RB2 และ RB1 ในอนุกรมข้ามเทอร์มินัล B1 และ B2 ไดโอดที่เทียบเท่า (ในอุดมคติ) D แสดงถึงทางแยก pn ที่เชื่อมต่อกับทางแยกของ RB2 และ RB1

ทางแยก Emitter PN ได้รับการแก้ไขในตําแหน่งตามช่องโอห์มมิกระหว่างการผลิต ดังนั้นจึงไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ทําให้เป็นลักษณะเฉพาะของอุปกรณ์

ความต้านทาน RB1 กําหนดระหว่างตัวส่งสัญญาณ E และขั้ว B1 ในขณะที่ความต้านทาน RB2 กําหนดระหว่างตัวส่งสัญญาณ E และขั้ว B2 เนื่องจากตําแหน่งทางกายภาพของทางแยก pn อยู่ใกล้กับขั้ว B2 มากกว่า B1 ค่าตัวต้านทานของ RB2 จะน้อยกว่า RB1

ความต้านทานรวมของซิลิกอนบาร์ (ความต้านทานโอห์มมิก) จะขึ้นอยู่กับระดับการเจือปนที่แท้จริงของเซมิคอนดักเตอร์ ตลอดจนขนาดทางกายภาพของช่องซิลิกอนชนิด N แต่สามารถแสดงด้วย RBB

หากวัดด้วยโอห์มมิเตอร์ ความต้านทานไฟฟ้าสถิตนี้โดยทั่วไปจะวัดได้ระหว่างประมาณ 4kΩ ถึง 10kΩ สําหรับ UJT ทั่วไป เช่น 2N1671, 2N2646 หรือ 2N2647

ความต้านทานทั้งสองชุดนี้สร้างเครือข่ายตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วฐานสองขั้วของทรานซิสเตอร์แบบรวมตัวเดียวและเนื่องจากช่องสัญญาณนี้ทอดยาวจาก B2 ถึง B1

เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าทั่วทั้งอุปกรณ์ ศักยภาพ ณ จุดใด ๆ ตามช่องสัญญาณจะเป็นสัดส่วนกับตําแหน่งระหว่างขั้ว B2 และ B1 ระดับของการไล่ระดับแรงดันไฟฟ้าจึงขึ้นอยู่กับปริมาณของแรงดันไฟฟ้า

เมื่อใช้ในวงจร เทอร์มินัล B1 จะเชื่อมต่อกับกราวด์ และ Emitter ทําหน้าที่เป็นอินพุตของอุปกรณ์สมมติว่าแรงดันไฟฟ้า VBB ถูกนําไปใช้กับ UJT ระหว่าง B2 และ B1 เพื่อให้ B2 มีอคติเป็นบวกเมื่อเทียบกับ B1

เมื่อใช้อินพุต Emitter เป็นศูนย์แรงดันไฟฟ้าที่พัฒนาขึ้นใน RB1 (ความต้านทานล่าง) ของตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าตัวต้านทานสามารถคํานวณได้ดังนี้:

Unijunction Transistor RB1 แรงดันไฟฟ้า

สําหรับทรานซิสเตอร์แบบ unijunction อัตราส่วนความต้านทานของ RB1 ถึง RBB ที่แสดงด้านบนเรียกว่าอัตราส่วนการสแตนด์ออฟที่แท้จริง และได้รับสัญลักษณ์ภาษากรีก: "η" (eta)ค่ามาตรฐานทั่วไปของ η มีตั้งแต่ 0.5 ถึง 0.8 สําหรับ UJT ทั่วไป

หากแรงดันไฟฟ้าอินพุตบวกขนาดเล็กซึ่งน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าที่พัฒนาขึ้นจากความต้านทาน RB1 (ηVBB) จะถูกนําไปใช้กับขั้วอินพุต Emitter ทางแยก pn ของไดโอดจะอคติย้อนกลับ ดังนั้นจึงมีอิมพีแดนซ์ที่สูงมากและอุปกรณ์ไม่นําไฟฟ้า UJT ถูกปิด "ปิด" และกระแสไฟฟ้าเป็นศูนย์

อย่างไรก็ตาม เมื่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตของอีซีแอลเพิ่มขึ้นและมากกว่า VRB1 (หรือ ηVBB + 0.7V โดยที่ 0.7V เท่ากับโวลต์ลดลงของไดโอดทางแยก pn) ทางแยก pn จะกลายเป็นอคติไปข้างหน้าและทรานซิสเตอร์แบบรวมตัวกันเริ่มดําเนินการผลที่ได้คือกระแสอีซีแอล ηIE ตอนนี้ไหลจากอีซีแอลเข้าสู่บริเวณฐาน

ผลกระทบของกระแสอีซีแอตเตอร์เพิ่มเติมที่ไหลเข้าสู่ฐานจะช่วยลดส่วนตัวต้านทานของช่องสัญญาณระหว่างทางแยกอีซีแอลและขั้ว B1 การลดค่าความต้านทาน RB1 ให้เหลือค่าที่ต่ํามากหมายความว่าทางแยกของอีซีแอลจะเอนเอียงไปข้างหน้ามากขึ้นส่งผลให้กระแสไหลมากขึ้นผลกระทบของสิ่งนี้ส่งผลให้เกิดความต้านทานเชิงลบที่ขั้วอีซีแอล

ในทํานองเดียวกันหากแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่ใช้ระหว่างตัวส่งสัญญาณและขั้ว B1 ลดลงเป็นค่าที่ต่ํากว่าการพังทลายค่าความต้านทานของ RB1 จะเพิ่มขึ้นเป็นค่าสูงจากนั้นทรานซิสเตอร์ Unijunction สามารถคิดได้ว่าเป็นอุปกรณ์พังทลายแรงดันไฟฟ้า

ดังนั้นเราจะเห็นว่าความต้านทานที่นําเสนอโดย RB1 นั้นแปรผันและขึ้นอยู่กับค่าของกระแสอีซีแอล IE จากนั้นการให้อคติไปข้างหน้าทางแยกอีซีแอลที่สัมพันธ์กับ B1 ทําให้กระแสไหลมากขึ้น ซึ่งจะช่วยลดความต้านทานระหว่างตัวปล่อย E และ B1

กล่าวอีกนัยหนึ่งการไหลของกระแสเข้าสู่ตัวปล่อยของ UJT ทําให้ค่าความต้านทานของ RB1 ลดลงและแรงดันไฟฟ้าตกคร่อม VRB1 จะต้องลดลงเช่นกันทําให้กระแสไหลมากขึ้นทําให้เกิดสภาวะความต้านทานเชิงลบ

การใช้งานทรานซิสเตอร์ Unijunction

ตอนนี้เรารู้แล้วว่าทรานซิสเตอร์ unijunction ทํางานอย่างไรแล้วสามารถใช้ทําอะไรได้บ้างการใช้งานทรานซิสเตอร์แบบ unijunction ที่พบบ่อยที่สุดคือเป็นอุปกรณ์ทริกเกอร์สําหรับวงจรเรียงกระแสที่ควบคุมด้วยซิลิกอนและ Triac

แอปพลิเคชั่นทรานซิสเตอร์แบบ unijunction อื่น ๆ ได้แก่: เครื่องกําเนิดฟันเลื่อย, ออสซิลเลเตอร์อย่างง่าย, การควบคุมเฟสและวงจรเวลาวงจร UJT ที่ง่ายที่สุดคือวงจร Relaxation Oscillator ที่ใช้ในการผลิตรูปคลื่นที่ไม่ใช่ไซน์

ในวงจรออสซิลเลเตอร์การผ่อนคลาย UJT พื้นฐานและทั่วไปขั้ว Emitter ของทรานซิสเตอร์ unijunction เชื่อมต่อกับทางแยกของตัวต้านทานและตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมวงจร RC ดังที่แสดงด้านล่าง

Unijunction Transistor การผ่อนคลายออสซิลเลเตอร์

เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้า (Vs) ครั้งแรกทรานซิสเตอร์แบบ unijunction จะ "ปิดเต็มที่" ตัวเก็บประจุ C1 จะคายประจุจนหมด แต่เริ่มชาร์จแบบทวีคูณผ่านตัวต้านทาน R3 ในอัตราที่กําหนดโดยค่าคงที่เวลา RC ของ R3 และ C1

เนื่องจากตัวปล่อยของ UJT เชื่อมต่อกับด้านหนึ่งของตัวเก็บประจุเมื่อแรงดันไฟฟ้าชาร์จ Vc ข้ามตัวเก็บประจุจะเท่ากับหรือมากกว่าค่าแรงดันตกไปข้างหน้าของไดโอดทางแยก pn จะทําหน้าที่เป็นไดโอดสัญญาณปกติที่มีอคติไปข้างหน้าทําให้กระแสไหลและกระตุ้นให้ UJT เข้าสู่การนําไฟฟ้า

ทรานซิสเตอร์แบบ unijunction คือ "ON"ณ จุดนี้ Emitter ถึงอิมพีแดนซ์ B1 จะยุบตัวลงเมื่อ Emitter เข้าสู่สถานะอิมพีแดนซ์ต่ําและอิ่มตัวโดยมีการไหลของกระแส Emitter ผ่าน R1 เกิดขึ้น

เนื่องจากค่าโอห์มมิกของตัวต้านทาน R1 ต่ํามากตัวเก็บประจุจึงคายประจุอย่างรวดเร็วผ่าน UJT และพัลส์แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจะปรากฏขึ้นทั่วทั้ง R1 นอกจากนี้เนื่องจากตัวเก็บประจุจะคายประจุผ่าน UJT ได้เร็วกว่าการชาร์จผ่านตัวต้านทาน R3 เวลาในการคายประจุจึงน้อยกว่าเวลาในการชาร์จมากเนื่องจากตัวเก็บประจุจะคายประจุผ่าน UJT ความต้านทานต่ํา

เมื่อแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเก็บประจุลดลงต่ํากว่าจุดยึดของทางแยก pn (VOFF) UJT จะ "ปิด" และไม่มีกระแสไหลเข้าสู่ทางแยกตัวส่งสัญญาณดังนั้นตัวเก็บประจุจะชาร์จผ่านตัวต้านทาน R3 อีกครั้ง

กระบวนการชาร์จและการคายประจุระหว่าง VON และ VOFF จะทําซ้ําอย่างต่อเนื่องในขณะที่มีปริมาณอุปทาน tage, Vs นําไปใช้

รูปคลื่นออสซิลเลเตอร์ UJT

จากนั้นเราจะเห็นว่าออสซิลเลเตอร์ unijunction สลับ "เปิด" และ "ปิด" อย่างต่อเนื่องโดยไม่มีข้อเสนอแนะใด ๆความถี่ในการทํางานของออสซิลเลเตอร์ได้รับผลกระทบโดยตรงจากค่าของความต้านทานการชาร์จ R3 ในอนุกรมกับตัวเก็บประจุ C1 และค่า η

รูปร่างพัลส์เอาต์พุตที่สร้างขึ้นจากขั้ว Base1 (B1) คือรูปคลื่นฟันเลื่อยและในการควบคุมช่วงเวลาคุณต้องเปลี่ยนค่าความต้านทานโอห์มมิก R3 เนื่องจากจะตั้งค่าคงที่เวลา RC สําหรับการชาร์จตัวเก็บประจุ

ช่วงเวลา T ของรูปคลื่นฟันเลื่อยจะได้รับเป็นเวลาในการชาร์จบวกกับเวลาในการคายประจุของตัวเก็บประจุเนื่องจากเวลาในการคายประจุ τ1 โดยทั่วไปจะสั้นมากเมื่อเทียบกับเวลาในการชาร์จ RC ที่ใหญ่กว่า τ2 ระยะเวลาของการสั่นจะเทียบเท่ากับ T ≅ τ2 ไม่มากก็น้อยความถี่ของการสั่นจึงกําหนดโดย ƒ = 1/T

UJT Oscillator ทํางานตัวอย่าง No1

เอกสารข้อมูลสําหรับทรานซิสเตอร์ Unijunction 2N2646 ให้อัตราส่วนการสแตนด์ออฟที่แท้จริง: η เป็น 0.65 หากใช้ตัวเก็บประจุ 100nF เพื่อสร้างพัลส์ไทม์มิ่ง ให้คํานวณตัวต้านทานเวลาที่จําเป็นในการสร้างความถี่การสั่นที่ 100Hz

1. ระยะเวลา (T) กําหนดเป็น:

2. ค่าของตัวต้านทานเวลา R3 คํานวณได้ดังนี้:

จากนั้นค่าของตัวต้านทานการชาร์จที่จําเป็นในตัวอย่างง่ายๆ นี้จะถูกคํานวณเป็น: 95k3Ω หรือ 91k0Ω (ซีรีส์ E24 ที่ความคลาดเคลื่อน ±5%) เป็นค่าที่ต้องการอย่างไรก็ตาม มีเงื่อนไขบางประการที่จําเป็นสําหรับออสซิลเลเตอร์การผ่อนคลายของ UJT ในการแกว่งอย่างถูกต้อง เนื่องจากค่าตัวต้านทานของ R3 อาจใหญ่หรือเล็กเกินไป

ตัวอย่างเช่น หากค่าของ R3 ใหญ่เกินไป (Megohms) ตัวเก็บประจุอาจชาร์จไม่เพียงพอที่จะกระตุ้นให้ Unijunction Emitter เข้าสู่การนําไฟฟ้า แต่ต้องมีขนาดใหญ่พอที่จะทําให้แน่ใจว่า UJT จะเปลี่ยน "ปิด" เมื่อตัวเก็บประจุคายประจุต่ํากว่าทริกเกอร์ที่ต่ํากว่า tage.

ในทํานองเดียวกันหากค่าของ R3 น้อยเกินไป (ไม่กี่ร้อยโอห์ม) เมื่อกระตุ้นกระแสที่ไหลเข้าสู่ขั้ว Emitter อาจมีขนาดใหญ่พอที่จะขับเคลื่อนอุปกรณ์เข้าสู่บริเวณอิ่มตัวเพื่อป้องกันไม่ให้ "ปิด" โดยสมบูรณ์ไม่ว่าจะด้วยวิธีใดวงจรออสซิลเลเตอร์แบบ unijunction จะไม่สามารถสั่นได้

วงจรควบคุมความเร็ว UJT

การใช้งานทั่วไปอย่างหนึ่งของวงจรทรานซิสเตอร์แบบ unijunction ด้านบนคือการสร้างชุดของพัลส์เพื่อยิงและควบคุมไทริสเตอร์ด้วยการใช้ UJT เป็นวงจรทริกเกอร์การควบคุมเฟสร่วมกับ SCR หรือ Triac เราสามารถปรับความเร็วของมอเตอร์ AC หรือ DC สากลได้ดังที่แสดง

การควบคุมความเร็วทรานซิสเตอร์ Unijunction

เมื่อใช้วงจรข้างต้นเราสามารถควบคุมความเร็วของมอเตอร์ซีรีส์สากล (หรือโหลดประเภทใดก็ได้ที่เราต้องการเครื่องทําความร้อนหลอดไฟ ฯลฯ ) โดยการควบคุมกระแสที่ไหลผ่าน SCR ในการควบคุมความเร็วของมอเตอร์เพียงเปลี่ยนความถี่ของพัลส์ฟันเลื่อยซึ่งทําได้โดยการเปลี่ยนค่าของโพเทนชิออมิเตอร์

สรุปบทช่วยสอนทรานซิสเตอร์ Unijunction

เราได้เห็นแล้วว่าทรานซิสเตอร์ Unijunction หรือเรียกสั้นๆ ว่า UJT เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีทางแยก pn เพียงช่องเดียวภายในช่องโอห์มมิกเจือเบา ๆ ชนิด N (หรือ P)UJT มีขั้วต่อสามขั้ว หนึ่งมีป้ายกํากับว่า Emitter (E) และสองฐาน (B1 และ B2)

หน้าสัมผัสโอห์มมิกสองตัว B1 และ B2 ติดอยู่ที่ปลายแต่ละด้านของช่องเซมิคอนดักเตอร์โดยมีความต้านทานระหว่าง B1 และ B2 เมื่อตัวปล่อยถูกวงจรเปิดเรียกว่าความต้านทานระหว่างฐาน RBB หากวัดด้วยโอห์มมิเตอร์ความต้านทานไฟฟ้าสถิตนี้โดยทั่วไปจะวัดได้ระหว่างประมาณ 4kΩ ถึง 10kΩ สําหรับ UJT ทั่วไป

อัตราส่วนของ RB1 ต่อ RBB เรียกว่าอัตราส่วนการสแตนด์ออฟที่แท้จริง และได้รับสัญลักษณ์ภาษากรีก: η (eta)ค่ามาตรฐานทั่วไปของ η มีตั้งแต่ 0.5 ถึง 0.8 สําหรับ UJT ทั่วไป

ทรานซิสเตอร์แบบ unijunction เป็นอุปกรณ์ทริกเกอร์โซลิดสเตตที่สามารถใช้ในวงจรและการใช้งานที่หลากหลายตั้งแต่การยิงไทริสเตอร์และไตรแอกไปจนถึงการใช้งานในเครื่องกําเนิดฟันเลื่อยสําหรับวงจรควบคุมเฟสลักษณะความต้านทานเชิงลบของ UJT ยังทําให้มีประโยชน์มากในฐานะออสซิลเลเตอร์การผ่อนคลายอย่างง่าย

เมื่อเชื่อมต่อเป็นออสซิลเลเตอร์แบบผ่อนคลาย จะสามารถแกว่งได้อย่างอิสระโดยไม่ต้องใช้ LC Tank Circuit หรือเครือข่ายป้อนกลับ RC ที่ซับซ้อนเมื่อเชื่อมต่อด้วยวิธีนี้ ทรานซิสเตอร์แบบ unijunction จะสามารถสร้างขบวนพัลส์ที่มีระยะเวลาต่างกันได้ง่ายๆ โดยเปลี่ยนค่าของตัวเก็บประจุตัวเดียว (C) หรือตัวต้านทาน (R)

ทรานซิสเตอร์แบบ unijunction ที่มีอยู่ทั่วไป ได้แก่ 2N1671, 2N2646, 2N2647 เป็นต้น โดย 2N2646 เป็น UJT ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดสําหรับใช้ในเครื่องกําเนิดพัลส์และฟันเลื่อยและวงจรหน่วงเวลา

อุปกรณ์ทรานซิสเตอร์แบบ unijunction ประเภทอื่นๆ ที่มีอยู่เรียกว่า Programmable UJT ซึ่งสามารถตั้งค่าพารามิเตอร์การสลับโดยตัวต้านทานภายนอกได้ทรานซิสเตอร์แบบ Unijunction ที่ตั้งโปรแกรมได้ที่พบบ่อยที่สุดคือ 2N6027 และ 2N6028