Unijunction Transistör

Unijunction Transistor veya kısaca UJT, AC güç kontrol tipi uygulamalar için tristörleri ve triyakları değiştirmek ve kontrol etmek için kapı darbesi, zamanlama devreleri ve tetik jeneratörü uygulamalarında kullanılabilen başka bir katı hal üç terminal cihazıdır.

Diyotlar gibi, unijunction transistörleri, cihazın ana iletken N-tipi kanalı içinde tek bir (dolayısıyla Uni-Junction adı) PN-bağlantısı oluşturan ayrı P-tipi ve N-tipi yarı iletken malzemelerden yapılır.

Unijunction Transistor bir transistör ismine sahip olmasına rağmen, bir sinyali yükseltmek için kullanılmamaktadır. Bunun yerine bir ON-OFF anahtarlama transistörü olarak kullanıldığından, anahtarlama özellikleri geleneksel bir bipolar veya alan etkili transistörünkinden çok farklıdır. UJT’ler, arıza sırasında daha çok değişken bir voltaj bölücü gibi davranan tek yönlü iletkenlik ve negatif empedans özelliklerine sahiptir.

N-kanallı FET’ler gibi UJT, Base 2 ( B2 ) ve Base 1 ( B1) olarak işaretlenmiş iki dış bağlantısı ile ana akım taşıma kanalını oluşturan tek bir katı N-tipi yarı iletken malzemeden oluşur. Karışık bir şekilde Verici (E) olarak işaretlenen üçüncü bağlantı, kanal boyunca yer alır. Yayıcı terminal, P tipi emitörden N tipi tabana işaret eden bir ok ile temsil edilir.

Unijunction transistörün emitter doğrultucu p-n bağlantısı, P-tipi malzemenin N-tipi silikon kanalına kaynaştırılmasıyla oluşturulur. Ancak N tipi emitter terminalli P-kanallı UJT’ler de mevcuttur ancak bunlar çok az kullanılır.

Emitter bağlantısı, B2 terminaline B1’den daha yakın olacak şekilde kanal boyunca konumlandırılmıştır. UJT sembolünde, emitter terminalinin pozitif olduğunu ve silikon çubuğun negatif malzeme olduğunu gösteren tabanı işaret eden bir ok kullanılır. Aşağıda UJT’nin sembolü, yapısı ve eşdeğer devresi gösterilmektedir.

Unijunction Transistör Sembolü ve Yapısı

Unijunction Transistör
Unijunction Transistör Sembolü ve Yapısı

Tek eklemli transistör sembolünün, Emitter(E) girişini temsil eden bükülmüş bir oka sahip olması dışında, bağlantı alan etkili transistör veya JFET’inkine çok benzediğine dikkat edin. Ohmik kanalları açısından benzer olmakla birlikte, JFET’ler ve UJT’ler çok farklı çalışır ve karıştırılmamalıdır.

Peki nasıl çalışıyor? Yukarıdaki eşdeğer devreden, N-tipi kanalın temel olarak eşdeğer (ideal) bir diyotla seri olarak iki direnç RB2 ve rb1’den oluştuğunu görebiliriz, D, Merkez noktalarına bağlı p-n birleşimini temsil eder. Bu yayıcı pn bağlantısı, üretim sırasında ohmik kanal boyunca pozisyonda sabitlenir ve bu nedenle değiştirilemez.

Direnç Rb1, yayıcı, E ve Terminal B1 arasında verilirken, direnç Rb2, yayıcı, E ve Terminal B2 arasında verilir. P-n bağlantısının fiziksel konumu B2 terminaline B1’den daha yakın olduğundan, rb2’nin rezistif değeri RB1’DEN daha az olacaktır.

Silikon çubuğun toplam direnci (Ohmik direnci), yarı iletkenlerin gerçek doping seviyesine ve N tipi silikon kanalın fiziksel boyutlarına bağlı olacaktır ancak RBB ile temsil edilebilir. Bir ohmmetre ile ölçülürse, bu statik direnç tipik olarak 2N1671, 2N2646 veya 2N2647 gibi en yaygın UJT’LER için yaklaşık 4kΩ ile 10kΩ arasında bir yerde ölçülür.

Bu iki seri direnç, tek bağlantı transistörünün iki base terminali arasında bir voltaj bölücü ağ oluşturur. Bu kanal B2’den B1’e kadar uzandığından, cihaza bir voltaj uygulandığında kanal boyunca herhangi bir noktadaki potansiyel orantılı olacaktır. B2 ve B1 terminalleri arasındaki konumu. Voltaj gradyanının seviyesi bu nedenle besleme voltajının miktarına bağlıdır.

Bir devrede kullanıldığında, B1 terminali toprağa bağlanır ve Verici cihaza giriş görevi görür. B2 ve B1 arasında UJT’ye bir VBB voltajı uygulandığını ve böylece B2’nin B1’e göre pozitif polariteye sahip olduğunu varsayalım. Uygulanan sıfır Verici girişi ile, dirençli voltaj bölücünün RB1 (düşük direnç) boyunca geliştirilen voltaj şu şekilde hesaplanabilir:

Unijunction Transistör RB1 Gerilimi

Unijunction Transistör
Unijunction Transistör RB1 Gerilimi

Tek eklemli bir transistör için yukarıda gösterilen RB1’in RBB’ye direnç oranı, içsel ayırma oranı olarak adlandırılır ve Yunan sembolü: η (eta) ile gösterilir. Tipik standart η değerleri, en yaygın UJT’ler için 0,5 ile 0,8 arasında değişir.

Direnç boyunca geliştirilen voltajdan daha düşük olan küçük bir pozitif giriş voltajı, emitter giriş terminaline RB1 ( ηVBB ) uygulanırsa, diyot p-n bağlantısı ters kutuplanır. Bu nedenle çok yüksek bir empedans sunar ve cihaz iletmez. UJT “KAPALI” duruma getirilir ve sıfır akım akar.

Bununla birlikte, emitter giriş voltajı arttığında ve VRB1’den (veya ηVBB + 0.7V, burada 0,7V, p-n bağlantı diyodunun voltaj düşüşüne eşittir) daha büyük olduğunda, p-n bağlantısı ileriye doğru kutuplanır ve tek bağlantı transistörü iletime başlar.

Tabana akan ilave emitter akımının etkisi, emitter kavşağı ile B1 terminali arasındaki kanalın dirençli kısmını azaltır. RB1 direncinin çok düşük bir değere olan değerindeki bu azalma, emitter bağlantısının daha da ileriye doğru biased hale gelmesi ve daha büyük bir akım akışı ile sonuçlanması anlamına gelir. Bunun etkisi, emitter terminalinde negatif bir dirençle sonuçlanır.

Aynı şekilde emitter ile B1 terminali arasına uygulanan giriş gerilimi arıza altı bir değere düşerse RB1’in direnç değeri yüksek bir değere çıkar. O zaman Unijunction Transistör, bir voltaj arıza cihazı olarak düşünülebilir.

Böylece, RB1 tarafından sunulan direncin değişken olduğunu ve emitter akımının değerine, IE’ye bağlı olduğunu görebiliriz. Ardından verici bağlantısının B1’e göre ileriye doğru bastırılması, emitter E ve B1 arasındaki direnci azaltan daha fazla akımın akmasına neden olur.

Başka bir deyişle, UJT’nin Vericisine akım akışı, RB1’in direnç değerinin düşmesine ve bunun üzerindeki voltaj düşmesine neden olur, VRB1 de azalmalı ve negatif bir direnç koşulu oluşturarak daha fazla akımın akmasına izin vermelidir.

Unijunction Transistör Uygulamaları

Artık tek eklemli bir transistörün nasıl çalıştığını bildiğimize göre, bunlar ne için kullanılabilir? Bir bağlantı transistörünün en yaygın uygulaması SCR’ler ve Triyaklar için bir tetikleme cihazıdır ancak diğer UJT uygulamaları arasında testere dişli jeneratörler, basit osilatörler, faz kontrolü ve zamanlama devreleri bulunur. Tüm UJT devrelerinin en basiti, sinüsoidal olmayan dalga formları üreten Gevşeme Osilatörüdür.

Temel ve tipik bir UJT gevşemeli osilatör devresinde, unijunction transistörün Verici terminali, aşağıda gösterildiği gibi seri bağlı bir direnç ve kapasitörün bağlantısına, RC devresine bağlanır.

Unijunction Transistör Gevşeme Osilatörü

Unijunction Transistör

İlk olarak bir voltaj (Vs) uygulandığında, birleşik transistör “KAPALI” olur ve C1 kondansatörü tamamen boşalır ancak R3 direnci üzerinden katlanarak şarj olmaya başlar. UJT’nin Vericisi kondansatöre bağlandığında, kondansatör boyunca şarj voltajı Vc diyot volt düşüş değerinden daha büyük olduğunda, p-n bağlantısı normal bir diyot gibi davranır ve UJT’yi iletime tetikleyerek ileri taraflı hale gelir. Tek bağlantı transistörü “AÇIK”. Bu noktada, Verici, R1 üzerinden Verici akımının akışı gerçekleşirken düşük empedanslı doymuş duruma geçerken Vericiden B1’e empedansı çöker.

Direnç R1’in omik değeri çok düşük olduğundan, kapasitör UJT üzerinden hızla boşalır ve R1’de hızlı yükselen bir voltaj darbesi görünür. Ayrıca, kapasitör UJT üzerinden R3 direnci üzerinden şarj olduğundan daha hızlı boşaldığı için, kapasitör düşük dirençli UJT üzerinden boşaldığından boşalma süresi şarj süresinden çok daha kısadır.

Kondansatör üzerindeki voltaj, pn bağlantısının (VOFF) tutma noktasının altına düştüğünde, UJT “KAPALI” olur ve Verici bağlantısına hiçbir akım akmaz. Böylece kapasitör bir kez daha direnç R3 üzerinden şarj olur ve bu şarj ve deşarj işlemi arasında Bir besleme gerilimi varken VON ve VOFF sürekli tekrarlanır, Vs uygulanır.

UJT Osilatör Dalga Formları

Unijunction Transistör

O zaman tek eklemli osilatörün herhangi bir geri besleme olmaksızın sürekli olarak “AÇIK” ve “KAPALI” olduğunu görebiliriz. Osilatörün çalışma frekansı, kapasitör C1 ve η değeri ile seri olarak şarj direnci R3’ün değerinden doğrudan etkilenir. Base1 (B1) terminalinden üretilen çıkış darbe şekli bir testere dişi dalga biçimidir ve zaman periyodunu düzenlemek için, kondansatörü şarj etmek için RC zaman sabitini ayarladığından, sadece direncin omik değerini, R3’ü değiştirmeniz gerekir.

Testere dişli dalga formunun T süresi, şarj süresi artı kapasitörün deşarj süresi olarak verilecektir. Boşalma süresi olarak, τ1 genellikle daha büyük RC şarj süresine kıyasla çok kısadır. τ2 salınım süresi aşağı yukarı T ≅ τ2’ye eşdeğerdir. Salınım frekansı bu nedenle ƒ = 1/T ile verilir.

UJT Osilatör Örneği

Bir 2n2646 tek işlevli transistörün datasheet’i, içsel bekleme oranını η 0.65 olarak verir. Zamanlama darbelerini üretmek için bir 100nF kapasitör kullanılıyorsa, 100hz’lik bir salınım frekansı üretmek için gereken zamanlama direncini hesaplayalım.

  • Zamanlama periyodu şu şekilde verilir:
Unijunction Transistör
  • Zamanlama direncinin değeri R3 şu şekilde hesaplanır:
Unijunction Transistör

Daha sonra bu basit örnekte gerekli olan şarj direnci değeri en yakın tercih edilen değere 95.3kΩ olarak hesaplanır. Bununla birlikte, R3’ün direnç değeri çok büyük veya çok küçük olabileceğinden, UJT gevşeme osilatörünün doğru çalışması için gereken belirli koşullar vardır.

Örneğin R3 değeri çok büyükse (Megohms) kapasitör, Unijunction’ın emitterini iletime tetiklemek için yeterince şarj olmayabilir. Ancak aynı zamanda, kondansatör boşaldığında UJT’nin “KAPALI” duruma geçmesini sağlamak için yeterince büyük olmalıdır.

Benzer şekilde, R3 değeri çok küçükse (birkaç yüz Ohm), bir kez tetiklendiğinde Verici terminaline akan akım, cihazı tamamen “KAPALI” duruma gelmesini önleyecek şekilde doyma bölgesine sürmek için yeterince büyük olabilir. Her iki durumda da unijunction osilatör devresi salınmada başarısız olacaktır.

UJT Hız Kontrol Devresi

Yukarıdaki unijunction transistör devresinin tipik bir uygulaması, bir tristörü ateşlemek ve kontrol etmek için bir dizi darbe oluşturmaktır. UJT’yi bir SCR veya Triyak ile birlikte faz kontrol tetikleme devresi olarak kullanarak, gösterildiği gibi evrensel bir AC veya DC motorun hızını ayarlayabiliriz.

Unijunction Transistör Hız Kontrolü

Unijunction Transistör

Yukarıdaki devreyi kullanarak, SCR’den akan akımı düzenleyerek evrensel bir seri motorun (veya hangi tür yük istersek, ısıtıcılar, lambalar vb.) hızını kontrol edebiliriz. Motorların hızını kontrol etmek için, potansiyometrenin değerini değiştirerek elde edilen testere dişi darbesinin frekansını değiştirmeniz yeterlidir.