單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

UJT是一種三端子半導(dǎo)體器件，具有負(fù)電阻和開(kāi)關(guān)特性，可用作相位控制應(yīng)用中的張弛振蕩器

單結(jié)晶體管或者UJT，是另一種固態(tài)三端器件，可用于門脈沖，定時(shí)電路和觸發(fā)發(fā)生器應(yīng)用，以切換和控制晶閘管和三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)，用于交流電源控制型應(yīng)用。

與二極管類似，單結(jié)晶體管由單獨(dú)的P型和N型半導(dǎo)體材料構(gòu)成，在器件的主導(dǎo)電N型溝道內(nèi)形成單個(gè)（因此稱為Uni-Junction）PN結(jié)。 / p>

雖然 Unijunction Transistor 具有晶體管的名稱，但其開(kāi)關(guān)特性與傳統(tǒng)的雙極或場(chǎng)效應(yīng)晶體管的開(kāi)關(guān)特性非常不同，因?yàn)樗荒苡糜诜糯?a target="_blank">信號(hào)而是用作ON-OFF開(kāi)關(guān)晶體管。 UJT具有單向?qū)щ娦院拓?fù)阻抗特性，在擊穿過(guò)程中更像是可變分壓器。

與N溝道FET類似，UJT由單個(gè)實(shí)心N型半導(dǎo)體材料組成，形成主電流通道，其兩個(gè)外部連接標(biāo)記為 Base 2 （ B 2 ）和 Base 1 （ B <子> 1 ）。第三個(gè)連接，容易被標(biāo)記為 Emitter （ E ）位于通道上。發(fā)射極端子由從P型發(fā)射極指向N型基極的箭頭表示。

通過(guò)將P型材料熔合到N中，形成單結(jié)晶體管的發(fā)射極整流pn結(jié)。型硅通道。然而，也可以使用帶有N型發(fā)射極端子的P溝道UJT，但這些都很少使用。

發(fā)射極結(jié)沿著通道定位，因此它更靠近終端 B 2 比 B 1 。在UJT符號(hào)中使用箭頭，其指向基部，指示發(fā)射器端子是正的并且硅棒是負(fù)材料。下面顯示了UJT的符號(hào)，結(jié)構(gòu)和等效電路。

Unijunction晶體管符號(hào)和結(jié)構(gòu)

請(qǐng)注意，單結(jié)晶體管的符號(hào)與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管或JFET的符號(hào)非常相似，只是它有一個(gè)代表發(fā)射極（ E ）輸入的彎曲箭頭。雖然它們的歐姆通道相似，但JFET和UJT的運(yùn)行方式卻截然不同，不應(yīng)混淆。

那么它是如何工作的呢？從上面的等效電路可以看出，N型通道基本上由兩個(gè)電阻器組成 R B2 和 R B1 與等效（理想）二極管串聯(lián)， D 表示連接到其中心點(diǎn)的pn結(jié)。該發(fā)射極pn結(jié)在制造過(guò)程中沿歐姆通道固定在位，因此不能改變。

在發(fā)射極之間給出電阻 R B1 ， E 和終端 B 1 ，而電阻 R B2 是在發(fā)射器， E 和終端 B 2 。由于pn結(jié)的物理位置更接近端子 B 2 而 B 1 <電阻值 R B2 小于 R B1 。

硅棒的總電阻（其歐姆電阻）將取決于半導(dǎo)體實(shí)際摻雜水平以及N型硅通道的物理尺寸，但可以由 R BB 表示。如果用歐姆表測(cè)量，對(duì)于大多數(shù)常見(jiàn)的UJT，例如2N1671,2N2646或2N2647，這個(gè)靜態(tài)電阻通常會(huì)在大約4kΩ到10kΩ之間。

這兩個(gè)串聯(lián)電阻在單結(jié)晶體管的兩個(gè)基極端之間產(chǎn)生分壓網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樵撏ǖ缽?B 2 延伸到 B 1 ，當(dāng)在器件上施加電壓時(shí)，沿通道任意點(diǎn)的電位將與其在端子之間的位置成比例 B 2 和 B 1 。因此，電壓梯度的大小取決于電源電壓的大小。

當(dāng)在電路中使用時(shí)，端子 B 1 接地并且發(fā)射器用作設(shè)備的輸入。假設(shè)在 B 2 和 B 1之間跨越UJT施加電壓 V BB 使 B 2 相對(duì)于 B 1 偏向正。在施加零發(fā)射極輸入的情況下，電阻分壓器的 R B1 （較低電阻）產(chǎn)生的電壓可以計(jì)算為：

單結(jié)晶體管R B1 電壓

對(duì)于單結(jié)晶體管，電阻比 R B1 到 R BB 被稱為固有的對(duì)峙比并且是給出希臘符號(hào)：η（eta）。對(duì)于大多數(shù)常見(jiàn)的UJT，η的典型標(biāo)準(zhǔn)值范圍為0.5到0.8。

如果小的正輸入電壓小于電阻上產(chǎn)生的電壓， R B1 （ηV BB ）現(xiàn)在應(yīng)用于發(fā)射極輸入端子，二極管pn結(jié)反向偏置，因此提供了一個(gè)非常好的高阻抗且器件不導(dǎo)通。 UJT切換為“OFF”并且零電流流過(guò)。

然而，當(dāng)發(fā)射器輸入電壓增加并且變得大于 V RB1 時(shí)（或者） ηV BB + 0.7V ，其中0.7V等于pn結(jié)二極管伏特壓降）pn結(jié)變?yōu)檎蚱?，并且單結(jié)晶體管開(kāi)始導(dǎo)通。結(jié)果是發(fā)射極電流，ηI E 現(xiàn)在從發(fā)射極流入基極區(qū)域。

額外的發(fā)射極電流流入Base減小了發(fā)射極結(jié)與 B 1 端子之間通道的電阻部分。將 R B1 電阻的值減小到非常低的值意味著發(fā)射極結(jié)變得更加正向偏置，導(dǎo)致更大的電流。這會(huì)導(dǎo)致發(fā)射極端的負(fù)電阻。

同樣，如果在發(fā)射極和 B 1 端子之間施加的輸入電壓降低對(duì)于低于擊穿的值， R B1 的電阻值增加到高值。那么Unijunction Transistor可以被認(rèn)為是一個(gè)電壓擊穿器件。

因此我們可以看到 R B1 是可變的，取決于發(fā)射器電流的值， I E 。然后相對(duì)于 B 1 正向偏置發(fā)射極結(jié)會(huì)導(dǎo)致更多電流流動(dòng)，從而降低發(fā)射極， E 和之間的電阻B 1 。

換句話說(shuō)，流入U(xiǎn)JT發(fā)射極的電流導(dǎo)致 R B1 的電阻值減小并且其上的電壓降， V RB1 也必須減小，允許更多的電流流動(dòng)產(chǎn)生負(fù)電阻條件。

Unijunction晶體管應(yīng)用

現(xiàn)在我們知道單結(jié)晶體管是如何工作的，它們可以用于什么。單結(jié)晶體管最常見(jiàn)的應(yīng)用是作為 SCR 和 Triacs 的觸發(fā)器件，但其他UJT應(yīng)用包括鋸齒發(fā)生器，簡(jiǎn)單振蕩器，相位控制和定時(shí)電路。所有UJT電路中最簡(jiǎn)單的是松弛振蕩器，產(chǎn)生非正弦波形。

在基本和典型的UJT張弛振蕩器電路中，單結(jié)晶體管的發(fā)射極端子連接到串聯(lián)電阻的結(jié)點(diǎn)和電容，RC電路如下圖所示。

單結(jié)晶體管弛豫振蕩器

當(dāng)電壓（ Vs ）為首先應(yīng)用，單結(jié)晶體管為“OFF”，電容 C1 完全放電，但開(kāi)始通過(guò)電阻 R3 指數(shù)地充電。由于UJT的發(fā)射極連接到電容器，當(dāng)電容器兩端的充電電壓 Vc 變得大于二極管電壓降值時(shí)，pn結(jié)表現(xiàn)為正常二極管并變?yōu)檎蚱糜|發(fā)UJT進(jìn)入傳導(dǎo)期。單結(jié)晶體管為“ON”。此時(shí)，發(fā)射極進(jìn)入低阻抗飽和狀態(tài)，發(fā)射極電流通過(guò) R1 時(shí)，發(fā)射極到B1阻抗會(huì)崩潰。

作為電阻的歐姆值 R1 非常低，電容器通過(guò)UJT快速放電，并且 R1 上出現(xiàn)快速上升的電壓脈沖。此外，由于電容器通過(guò)UJT的放電速度比通過(guò)電阻 R3 充電更快，因此放電時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于充電時(shí)間，因?yàn)殡娙萜魍ㄟ^(guò)低電阻UJT放電。

當(dāng)電容兩端的電壓降低到pn結(jié)的保持點(diǎn)以下（ V OFF ）時(shí)，UJT變?yōu)椤癘FF”且沒(méi)有電流流入發(fā)射極結(jié)再次使電容器通過(guò)電阻 R3 充電，并在 V ON 和 V Vs 時(shí)，> OFF 不斷重復(fù)。

UJT振蕩器波形

然后我們可以看到unijunction振蕩器連續(xù)切換“ON”和“OFF”而沒(méi)有任何反饋。振蕩器的工作頻率直接受充電電阻 R3 的值的影響，與電容 C1 串聯(lián)，η。從Base1（ B1 ）端子生成的輸出脈沖形狀是鋸齒波形，并且為了調(diào)節(jié)時(shí)間周期，您只需要改變電阻的歐姆值， R3 因?yàn)樗O(shè)置 RC 時(shí)間常數(shù)來(lái)為電容器充電。

鋸齒波形的時(shí)間周期 T 將作為充電時(shí)間給出加上電容器的放電時(shí)間。作為放電時(shí)間，τ 1 與較大的 RC 充電時(shí)間相比通常非常短，τ 2 振蕩的時(shí)間段或多或少等于T?τ 2 。因此，振蕩頻率由?= 1 / T 給出。

UJT振蕩器示例No1

2N2646單結(jié)晶體管的數(shù)據(jù)表給出了內(nèi)在函數(shù)支撐比η為0.65。如果使用100nF電容產(chǎn)生定時(shí)脈沖，則計(jì)算產(chǎn)生100Hz振蕩頻率所需的定時(shí)電阻。

1。時(shí)間段如下：

2。定時(shí)電阻 R 3 的值計(jì)算如下：

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然后，在這個(gè)簡(jiǎn)單示例中所需的充電電阻值計(jì)算為95.3kΩ到最接近的首選值。但是，由于 R3 的電阻值可能太大或太小，因此UJT張弛振蕩器需要一定的條件才能正常工作。

例如，如果值為 R3 太大，（兆歐）電容可能無(wú)法充分充電以觸發(fā)Unijunction的發(fā)射極導(dǎo)通，但也必須足夠大，以確保一旦電容器放電到UJT“OFF”低于下觸發(fā)電壓。

同樣，如果 R3 的值太小，（幾百歐姆）一旦觸發(fā)，流入發(fā)射極端子的電流可能足夠大將設(shè)備驅(qū)動(dòng)到飽和區(qū)域，防止設(shè)備完全“關(guān)閉”。無(wú)論哪種方式，單結(jié)振蕩器電路都不會(huì)振蕩。

UJT速度控制電路

上述單結(jié)晶體管電路的一個(gè)典型應(yīng)用是產(chǎn)生一系列脈沖來(lái)觸發(fā)和控制晶閘管。通過(guò)將UJT用作相位控制觸發(fā)電路和SCR或三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)，我們可以調(diào)節(jié)通用交流或直流電機(jī)的速度，如圖所示。

單結(jié)晶體管速度控制

使用上述電路，我們可以控制通用串聯(lián)電機(jī)的速度（或者我們想要的任何類型的負(fù)載，加熱器，燈等）通過(guò)調(diào)節(jié)流過(guò)SCR的電流。要控制電機(jī)速度，只需改變鋸齒波脈沖的頻率，這可以通過(guò)改變電位計(jì)的值來(lái)實(shí)現(xiàn)。

Unijunction Transistor Summary

我們已經(jīng)看到aUnijunction Transistor或UJT是簡(jiǎn)稱的電子半導(dǎo)體器件，其在N型（或P型）輕摻雜歐姆溝道內(nèi)僅具有一個(gè)pn結(jié)。 UJT有三個(gè)終端，一個(gè)標(biāo)記為發(fā)射器（ E ）和兩個(gè)基站（ B1 和 B2 ）。

兩個(gè)歐姆觸點(diǎn) B1 和 B2 連接在半導(dǎo)體通道的兩端，電阻在 B1 和 B2 之間，當(dāng)發(fā)射極開(kāi)路稱為基極間電阻， R BB 。如果用歐姆表測(cè)量，對(duì)于大多數(shù)常見(jiàn)的UJT，這個(gè)靜態(tài)電阻通常會(huì)在大約4kΩ到10kΩ之間。

R B1 的比率 R BB 被稱為內(nèi)在對(duì)峙比率，并給出希臘符號(hào)：η（eta） 。對(duì)于大多數(shù)常見(jiàn)的UJT，η的典型標(biāo)準(zhǔn)值范圍為0.5至0.8。

單結(jié)晶體管是一種固態(tài)觸發(fā)器件，可用于各種電路和應(yīng)用，從晶閘管和三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)到用于相位控制電路的鋸齒波發(fā)生器.UJT的負(fù)阻特性也使其作為簡(jiǎn)單的張弛振蕩器非常有用。

當(dāng)作為松弛連接時(shí)振蕩器，它可以獨(dú)立振蕩，無(wú)需諧振電路或復(fù)雜的RC反饋網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)以這種方式連接時(shí)，單結(jié)晶體管能夠通過(guò)改變單個(gè)電容器（ C ）或電阻器的值（ R ）。

通?？捎玫膯谓Y(jié)晶體管包括2N1671,2N2646,2N2647等，2N2646是最常用的UJT，用于脈沖和鋸齒波發(fā)生器和延時(shí)電路?？捎玫钠渌愋偷膯谓Y(jié)晶體管器件稱為可編程UJT，其開(kāi)關(guān)參數(shù)可由外部電阻器設(shè)置。最常見(jiàn)的可編程單結(jié)晶體管是2N6027和2N6028。