ترانزیستور تک پیوندی

ترانزیستور تک پیوندی UJT و ترانزیستور تک پیوندی قابل برنامه نویسی PUT از نظر ساختار درونی شان با یک دیگر متفاوت هستند ، اما شباهت های عملکردی شان باعث شده است 

کاربرد

برخلاف ترانزیستور های دوقطبی و آن چه که از نامشان بر می آید ، ترانزیستور های تک پیوندی ( یا UJT ) و تک پیوندی قابل برنامه نویسی ( یا PUT ) ، تقویت کننده ی جریان نیستند . این ترانزیستور ها قطعات کلید زنی هستند که عملکرد شان بیشتر به دیود شبیه است تا ترانزیستور UJT را می توان برای ساختن مدارات اسیلاتور در فرکانس های پایین تا میانه استفاده کرد ، عملکردی شبیة PUT ولی با این تفاوت که PUT کنترل پیچیده تر و کار کرد در جریان های پایین تری را نسبت به نوع دیگر فراهم می کنند . معرفی اجزایی مثل زمان سنج ۵۵۵ با فرکانس خروجی پایدار تر و قیمت مناسب تر به کاهش محبوبیت استفاده از UJT در دهه ۱۹۸۰ منجر شد . اما بر خلاف UJT ، نوع قابل برنامه نویسی آن هنوز به مقدار گسترده و به صورت قطعات گسسته ی درون ۔ حفره ای در دسترس هستند . با وجود اینکه یک مدار مجتمع مانند زمان سنج ۵۵۵ موج مربعی تولید می کند

 خروجی ترانزیستور های تک پیوندی در مدرات اسیلاتور به صورت پرش های ولتاژی می باشد . از PUT معمولا برای آتش کردن یک تریستور (  کاربرد هایی نیز در مدارات کم توان با خروجی چند میکرو آمپر دارد . نماد های شماتیکی این دو قطعه در شکل های زیر نشان داده شده اند .

اگرچه که شکل نشان داده شده برای UJT شباهت زیادی به صفر تا صد شمای ترانزیستور اثر میدانی ( یا FET ) دارد ، اما رفتار های این دو ترانزیستور با یک دیگر تفاوت دارد . UJT با پیکان خمیده و FET با پیکان صاف از یک دیگر متمایز می شوند که این تفاوت بسیار مهمی است . نمای شماتیکی یک PUT که از یک دیود با یک اتصال گیت اضافی تشکیل شده است نمایان گر عملکرد آن می باشد . 

عملکرد

UJT یک قطعه ی نیمه هادی دارای سه ترمینال می باشد که دو بخش آن به یک اتصال ختم می شوند . سیم های اتصال وصل شده به دو سمت یک کانال در یک نیمه هادی نوع N با 1 Base 2 Base ، با ولتاژ 2 Base بیشتر از 2 Base ، در تصویر نشان داده شده اند . یک ورودی کوچک نوع P نیز بین دو ترمینال 1 Base و 2 Base قرار گرفته است که « میتر » نام دارد . نمای نشان داده شده در شکل زیر تا حدودی ساختار درونی و عملکرد این قطعه را نشان می دهد .

وقتی که ولتاژی به امیتر اعمال نشود ، یک مقاومت نسبتا بزرگ ، بیش از ۵ کیلو اهم ، مانع انتشار جریان های قابل توجه از 2 Base به 1 Base می شود وقتی که ولتاژ مثبت در امیتر به مقدار ولتاژ آتش ( ۱ ) ، همانند ولتاژ آستانه ی اتصال در دیود بایاس مستقیم برسد مقاومت درونی آلا سريع افت کرده و اجازه ی وارد شدن جریان که طبق تعریف کلاسیک جریان در جهت عکس جریان الکترونی 4 است ، به قطعه از ترمینال های امیتر و 2 Base و خارج شدن آن از 1 Base را می دهد ( در اینجا مفهوم کلاسیک جریان مد نظر است : جریانی مخالف جریان الکترونی است ، ) جریان انتشاری از ترمینال 2 Base به 1 Base به مقدار قابل توجه ی بیشتر از جریان انتشاری از امیتر به 1 Base می باشد .  با افزایش ولتاژ اعمال شده به امیتر ، جریان وارد شده به قطعه از این ترمینال کمی افزایش می یابد ؛ با رسیدن ولتاژ امیتر به مقدار ولتاژ تریگر ، این جریان متوقف خواهد شد .

حال ، مقاومت درونی قطعه : رعت کاهش پیدا کرده و باعث کم شدن ولتاژ در امیتر ، در حالی که جریان به افزایش ادامه می دهد ، خواهد شد . به دلیل این کاهش مقاومت ، به این ناحیه از منحنی ناحیه ی مقاومت منفی گفته می شود . در واقع مقاومت نمی تواند مقدار کوچک تر از صفر داشته باشد اما شیب تغییرات مقاومت در این ناحیه منفی است . بعد رسیدن ولتاژ امیتر به مقدار ولتاژ مینیمم ، با اندکی افزایش در این ولتاژ مقدار جریان شروع به افزایش می کند . در برگه ی اطلاعات قطعه ، مقدار ولتاژ قله ( پیک ) با ما و جریان مینیمم با ۱۷ نوشته می شود . در شکل زیر یک مدار آزمایشی برای نمایش عملکرد یک UJT با وضعیت نشان داده شده روی ولت متر رسم شده است ولتاژ DC منبع در حالت عادی بین 9 ولت تا ۲۰ ولت باشد . رفتار یک PUT از بسیاری جهات شبیه آن است

با توجه به داشتن چهار لایه ی نیمه هادی و عملکردی شبیه به تریستور ، مدار متفاوتی دارد . یکPUT با افزایش ولتاژ آند آتش می شود . شکل زیر نشان دهنده ی یک مدار آزمایشی برای PUT است .

این قطعه با افزایش ولتاژ آند تا مقدار آستانه که توسط ولتاژ گیت تعیین می شود ، آتش می شود . با آتش شدن PUT ، مقاومت داخلی آن کاهش یافته و جریان از آند به کائد ، با وارد شدن جریان کمتری به گیت ، انتشار می یابد . این رفتار تقريبا شبیه رفتار دیود با بایاس مستقیم می باشد ، با این تفاوت که در اینجا می توان ولتاژ آستانه را با توجه به ولتاژ اعمال شده توسط مدار تقسیم ولتاژ شکل گرفته با مقاومت های 1 و R2 به گیت ، کنترل با برنامه نویسی کرد .

نسخه های مختلف

قطعات PUT و UJT به صورت نصب سطحی ساخته شده اند . آللاها معمولا در پکیج پلاستیکی مشکی رنگ ساخته شده اند ، نسخه های قدیمی تر نیز به صورت پکیج آهنی عرضه می شدند . تقریبا تمامی قطعات PUT نیز در پلاستیک مشکی رنگ ساخته شده اند . ترمینال های یک PUT به ترتیب آد ، گیت و کاتد در نگاه از چپ به راست با سیم های اتصال قرار گرفته به سمت پایین و قسمت صاف قرار گرفته روبه روی ناظر هستند .

مقادير

ولتاژ آتش یک UJT را می توان از روی مقادیر R1 و R2 طبق شکل زیر و ولتاژ 1 Base محاسید معمولا برای نشان دادن حاصل جمع R1 + R2 و افت ولتاژ روی آن از جمله های Rbb و Vbb همانند ولتاژ منبع در شکل زیر استفاده می شود ولتاژ آتش به شكل t و با رابطه ی زیر نشان داده و می شود . Vf = Vbb * ( R1 / Rbb ) 9 عبارت R1 / Rbb به عنوان نسبت تمایز شناخته می شود .

در یک UJT معمولا مقاومت R1 بزرگ تر از مقاومت R2 انتخاب می شود و نسبت تمایز حداقل برابر با ۰/۷ است . مقادير R1 و R2 معمولا به ترتیب برابر با ۱۸۰ برابر ۵۰ کیلواهم باشد و R3 هم یک پتانسیومتر خطی ۱۰۰ کیلواهمی باشد باید با قرار گرفتن پتانسیومتر در مرکز رنج خود ، PUT آتش شود ولتاژ اشباع امیتر نیز معمولا بین ۲ تا ۴ ولت می باشد . ۱۰۰ اهم می باشد . اگر مقاومت R4 9 9 ۹ در حالت استفاده از یک ، ، : مقادير معمول برای ولتاژ DC منبع از ۹ ولت تا ۲۰ ولت . با مقاومت های R1 و R2 برابر با ۲۸ و ۱۶ کیلو اهم ، R5 برابر با ۲۰ اهم ، 4 برابر با ۲۸۰ کیلو اهم و پتانسیومتر ۵۰۰ کیلواهمی برای مقاومت R3 می باشد .

همچنین باید زمان آتش گردن PUT را طوری تنظیم کرد که مقدار پتانسیومتر در مرکز رنج خود باشد و مقدار ماکزیمم جریان پایدار مستقیم از آند به کائد معمولا برابر با ۱۵۰ میلی آمپر بوده ، در حالی که این مقدار برای جریان گیت به كاد از ۵۰ میلی آمپر بالاتر نمی رود . تلفات توان نیز نباید از مقدار ۳۰۰ میلی وات بالاتر رود . در دماهای بالاتر از ۲۵ درجه ی سانتیگراد . باید مقادیر پایین تری برای تمامی این مقادیر تنظیم کرد . بسته به نوع آ PU در حال استفاده ، می توان با کاهش ولتاژ منبع تا مقدار ۵ ولت ، مقدار توان مصرفی را با افزایش مقادیر مقاومت با ضریبی از ۱۰۰ به مقدار قابل توجهی کاهش داد . جهت تقویت کردن خروجی یک PUT نیز ، پایهی کاتد به پایه بیس یک ترانزیستور NPN متصل می شود .

نحوه بکار گیری

شکل زیر مدار ساده ی اسیلاتوری را در کنار یک UJT نشان می دهد .

شکل زیر نیز نشان دهنده ی صدار مشابه ی برای PUT است .

در ابتدا ، خازن تا رسیدن ولتاژ امیتر UJT یا گیت PUT به مقدار ولتاژ آتش با ولتاژ منبع شارژ شده و سپس از طریق امیتر تخلیه می شود . این سیکل ادامه پیدا می کند . قرار دادن خازنی به مقدار ۲۰۲ میکروفاراد به یک پالس قابل دیدن روی LED منجر می شود و مقادیر کوچکتر نیز باعث نوسانات سریع تر میشود . مقاومت ها نیز باید مقادیری برابر با مقادیر متناظر در مدار آزمایشی توضیح داده شده داشته باشند . در مدار PUT تنظیم مقادیر R1 و R2 باعث داشتن کنترل هرچه بیشتر در آتش کردن نیمه هادی می شود . امروزه احتمالا بیشترین کاربرد PUT در آتش کردن تریستور است .

مشکلات احتمالی

نام های گیج کننده

گاهی اوقات یک ترانزیستور تک پیوندی قابل برنامه نویسی ( PUT ) تنها با نام ترانزیستور تک پیوندی ( UT ) اشاره می شود . با توجه به تفاوت های PUT با UJT . باید همیشه از نام مخفف یا کامل این ترانزیستور استفاده شود . مداری که در آن به جای PUT از آن استفاده شده باشد یا بالعكس ، به درستی عمل نخواهد کرد .

بایاس نادرست

هیچ کدام از دو نوع ترانزیستور PUT یا UJT برای حالت بایاس معکوس طراحی نشده اند . فارغ از مقدار ولتاژ امیتر ، UJT با بایاس کوچکی از 2 Base به 1 Base ، ولتاژ 2 Base از 1 Base باید بیشتر باشد ، فعال می شود ولتاژ امیتر نیز می تواند مقادیر بزرگ تر از صفر ولت را اختیار کند . برای PUT حتما باید بین آند و کاتد بایاس مستقیم برقرار باشد یعنی ولتاژ آند بیشتر از ولتاژ کاتد باشد و ولتاژ واسط تعریف شده به وسیله ی مدار تقسیم ولتاژ تشکیل شده از R1 و R2 نیز مقداری مثبت داشته باشد . شکل زیر بایاس نادرست مدار ممکن است به نتایج غیر قابل پیش بینی یا آسیب دیدن قطعه منجر شود .

بار اضافی

همانند تمامی نیمه هادی ها ، UJT و PUT نیز باید در مقابل جریان اضافی محافظت شوند ، در غیر این صورت ممکن به سوختن قطعه بیانجامد . هیچ کدام از این دو قطعه نباید بدون مدار مقاومتی واسط برای محدود کردن جریان ، به طور مستقیم به منبع توان وصل شود . ماکزیمم اتلاف توان پیوسته برای UJT و PUT برابر با ۳۰۰ میلی وات است . 

منبع:

الکترونیک صفر تا صد – چارلز پلت