Unijunction Transistor (UJT) & Programmeerbare UJT (PUT): Ontwerp, Werking en Oscillator Toepassingen

Wat is een Unijunction Transistor (UJT)?

Een UJT is een drieklemmig siliciumapparaat dat, hoewel geen thyristor, grotere thyristoren kan triggeren door een scherpe puls aan zijn basis-B1 te leveren. Het is opgebouwd uit een N-type siliciumstaaf met een centraal gelegen P-type gebied. De twee uiteinden van de staaf zijn de basissen B1 en B2; het centrale P-type gebied fungeert als emitter. Wanneer de emitter losgekoppeld is, is de totale basis-tot-basis weerstand (R_BBO) de som van R_B1 en R_B2 en ligt typisch tussen 4 kΩ en 12 kΩ, afhankelijk van het apparaat. De intrinsieke stand-off ratio (η) – de verhouding van R_B1 tot R_BBO – varieert van 0,4 tot 0,8. Het schematische symbool is in Figuur (c) getoond.

Elektrische Kenmerken

De emitterstroom versus emitterspanning curve (Figuur (a)) toont aan dat naarmate de emitterspanning (V_E) toeneemt, de emitterstroom (I_E) stijgt tot een piekwaarde (I_P). Daarbuiten treedt het apparaat een negatieve-weerstandsregio in waar de stroom daalt naarmate de spanning daalt, tot een minimum bij het valleipunt (V_V). De weerstand van R_B1 is laagst in dit valleipunt. Voor een 2N2647 geeft het datasheet I_P = 2 µA en I_V = 4 mA.

De piekspanning (V_P) is gelijk aan de spanningsval over R_B1 plus een ~0,7 V diodedrop. De valleispanning (V_V) is typisch ongeveer 10% van de basis-tot-basis voeding (V_BB).

Relaxatie-oscillator met een UJT

In een UJT-gebaseerde relaxatie-oscillator laadt een laadweerstand (R_E) een condensator (C_E) op tot de emitterspanning V_P bereikt. Op dat moment ontlaadt de lage weerstand tussen emitter en B1 de condensator snel. Wanneer de condensatorspanning onder V_V daalt, stijgt de emitter-B1 weerstand weer, waardoor de condensator opnieuw kan opladen en de cyclus herhaalt. De benaderde periode is T ≈ R_E·C_E, maar een nauwkeurigere expressie is in de figuur gegeven.

De ontladingspuls kan over de externe B1 en B2 lastweerstanden verschijnen. De weerstand bij B1 moet laag genoeg zijn om de ontladingstijd niet te beïnvloeden; de B2-weerstand is optioneel en kan kortgesloten zijn. De laadweerstand moet zodanig gekozen worden dat hij I_P kan leveren bij V_BB - V_P en de valleistroom beperkt tot I_V bij V_BB - V_V. Voor een 2N2647 zijn de berekeningen in de figuur getoond.

Programmeerbare Unijunction Transistor (PUT)

De PUT is een drieklemmig, vierlagen thyristor die zich gedraagt als een UJT, maar in massa-productie beschikbaar is en tegen lage kosten. De gate – een N-type laag nabij de anode – heet een "anode-gate" en is in het schematische symbool met de anode verbonden. De PUT-karakteristieke curve (anodestroom vs. anodespanning) spiegelt die van een UJT; de gate-spanning stelt de programmeerbare piekspanning (V_P) in. Externe weerstanden (R1 en R2) vervangen de interne R_B1 en R_B2, waardoor ontwerpers de intrinsieke stand-off ratio (η = R1/(R1+R2)) kunnen programmeren.

In een PUT-relaxatie-oscillator laadt een weerstand (R) een condensator op tot V_P bereikt is. Het apparaat gaat dan zwaar geleiden, wat het werkpunt de negatieve-weerstandshelling af naar het valleipunt trekt, en een stroompiek vloeit door de kathode. Na ontlading herstelt het punt naar de opwaartse helling. De weerstand moet groot genoeg zijn om nooit de valleistroom (I_P) te leveren, maar klein genoeg om V_P tijdens het laden te bereiken. Voor een 2N6027 met een 10 V voeding en η ≈ 2/3, is het acceptabele weerstandsbereik 143 kΩ < R < 755 kΩ.

Voorbeeld Parameter Tabel voor 2N6027 PUT

Met deze waarden kan een praktische PUT-relaxatie-oscillator een SCR-lampdimmer aansturen. De schakeling gebruikt een ongefiltreerde V_BB voeding, een brugrectificateur en een variabele weerstand die moet worden gekoppeld met een minimale serieweerstand om te voorkomen dat de potmeter na elke nuldoorgang in het valleipunt vastloopt.

Prestatie Overwegingen

• PUT-timing schakelingen zijn typisch bruikbaar tot 10 kHz.
• Als een lineaire spanningsramp vereist is in plaats van een exponentiële, vervang de laadweerstand door een constante-stroombron (bijv. een FET-gebaseerde constante-stroomdiode).
• Een DIY PUT kan worden samengesteld uit een PNP en NPN transistor door de kathode-gate weg te laten en de anode-gate te gebruiken.

Belangrijkste Punten

• Een UJT omvat twee basissen en een centrale emitter; de emitter-B1 overgang vertoont negatieve weerstand.
• Een PUT is een drieklemmige thyristor die een UJT naboots, met een extern weerstandsnetwerk dat de intrinsieke stand-off ratio stelt.
• Beide apparaten zijn ideaal voor relaxatie-oscillatoren, timing-schakelingen en thyristor-triggering.

Gerelateerde Bronnen

• Thyristoren Werkblad