단일접합 트랜지스터

 

단일접합 트랜지스터

UJT는 위상 제어 응용 분야에서 완화 발진기로 사용하기 위한 부저항 및 스위칭 특성을 나타내는 3단자 반도체 장치입니다.

Unijunction Transistor ( UJT) 는 게이트 펄스, 타이밍 회로 및 트리거 생성기 애플리케이션에서 AC 전원 제어 유형 애플리케이션을 위한 사이리스터 및 트라이액을 전환하고 제어하는 ​​데 사용할 수 있는 또 다른 솔리드 스테이트 3단자 장치입니다.

다이오드와 마찬가지로 단일접합 트랜지스터는 장치의 주 전도 N형 채널 내에서 단일(그래서 Uni-Junction이라고 함) PN 접합을 형성하는 별도의 P형 및 N형 반도체 재료로 구성됩니다.

단 접합 트랜지스터(Unijunction Transistor)는 트랜지스터라는 이름을 가지고 있지만 , 신호를 증폭하는 데에는 사용할 수 없고 ON-OFF 스위칭 트랜지스터로 사용된다는 점에서 기존의 바이폴라나 전계효과 트랜지스터와는 스위칭 특성이 매우 다르다. UJT는 항복 시 가변 전압 분배기처럼 작동하는 단방향 전도성과 음의 임피던스 특성을 갖습니다.

N채널 FET와 마찬가지로 UJT는 베이스 2 (  B 2  ) 및 베이스 1 (  B 1  )로 표시된 두 개의 외부 연결과 함께 주 전류 전달 채널을 형성하는 N형 반도체 재료의 단일 고체 조각으로 구성됩니다. 혼동하기 쉽게 이미터 (  E ) 로 표시된 세 번째 연결은  채널을 따라 위치합니다. 이미터 단자는 P형 이미터에서 N형 베이스를 가리키는 화살표로 표시됩니다.

 

단일접합 트랜지스터의 이미터 정류 pn 접합은 P형 재료를 N형 실리콘 채널에 융합하여 형성됩니다. 그러나 N형 이미터 단자를 갖춘 P채널 UJT도 사용 가능하지만 거의 사용되지 않습니다.

이미터 접합은 채널을 따라 위치하여 B 1 보다 단자 B 2 에 더 가깝습니다 . UJT 기호에는 이미터 단자가 양극이고 실리콘 막대가 음극 재료임을 나타내는 베이스를 가리키는 화살표가 사용됩니다. 아래는 UJT의 기호, 구성, 등가회로를 나타냅니다.

단일접합 트랜지스터 기호 및 구성

 

단일접합 트랜지스터의 기호는 이미터(  E  ) 입력을 나타내는 구부러진 화살표가 있다는 점을 제외하면 접합 전계 효과 트랜지스터 또는 JFET의 기호와 매우 유사해 보입니다. 저항 채널 측면에서는 유사하지만 JFET와 UJT는 매우 다르게 작동하므로 혼동해서는 안 됩니다.

그럼 어떻게 작동하나요? 위의 등가 회로에서 볼 수 있듯이 N형 채널은 기본적으로 등가(이상적인) 다이오드와 직렬로 연결된 두 개의 저항 R B2 및 R B1 로 구성되며, D는 중심점에 연결된 pn 접합을 나타냅니다. 이 이미터 pn 접합은 제조 중에 저항 채널을 따라 위치에 고정되므로 변경할 수 없습니다.

저항 R B1 은 이미터 E 와 단자 B 1 사이에 제공되는 반면, 저항 R B2 는 이미터 E 와 단자 B 2 사이에 제공됩니다 . pn 접합의 물리적 위치가 B 1 보다 단자 B 2 에 더 가까우므로 RB2 의 저항 값은 RB1 보다 작 습니다 .

실리콘 막대의 총 저항(옴 저항)은 반도체의 실제 도핑 수준과 N형 실리콘 채널의 물리적 크기에 따라 달라지지만 R BB 로 표시할 수 있습니다 . 저항계로 측정하는 경우 이 정적 저항은 일반적으로 2N1671, 2N2646 또는 2N2647과 같은 가장 일반적인 UJT의 경우 약 4kΩ에서 10kΩ 사이로 측정됩니다.

이 두 직렬 저항은 단일접합 트랜지스터의 두 베이스 단자 사이에 전압 분배기 네트워크를 생성하며 이 채널은 B 2 에서 B 1 까지 확장되므로 전압이 장치 전체에 적용되면 채널을 따라 임의 지점의 전위는 다음과 같습니다. 단자 B 2 와 B 1 사이의 위치에 비례합니다 . 따라서 전압 구배의 수준은 공급 전압의 양에 따라 달라집니다.

회로에 사용될 때 단자 B 1 은 접지에 연결되고 이미터는 장치에 대한 입력 역할을 합니다. 전압 V BB 가 B 2 와 B 1 사이의 UJT에 적용되어 B 2 가 B 1 에 대해 양으로 바이어스된다고 가정 합니다 . 제로 이미터 입력이 적용되면 저항성 전압 분배기의 R B1 (하위 저항) 에 발생하는 전압은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

단일접합 트랜지스터 R B1 전압

 

단일접합 트랜지스터의 경우 위에 표시된 R B1 대 R BB 의 저항 비율을 고유 스탠드오프 비율 이라고 하며 그리스 기호 eta (에타)로 표시됩니다. 가장 일반적인 UJT의 경우 eta 의 ​​일반적인 표준 값은 0.5~0.8 범위입니다.

저항 전체에 걸쳐 발생된 전압 R B1 (  θV BB ) 보다 작은 작은 양의 입력 전압이  이제 이미터 입력 단자에 적용되면 다이오드 pn 접합이 역방향 바이어스되어 매우 높은 임피던스를 제공하며 장치는 그렇지 않습니다. 지휘하다. UJT가 "OFF"로 전환되고 전류가 0으로 흐릅니다.

 

그러나 이미터 입력 전압이 증가하여 V RB1 (또는 θV BB  + 0.7V , 여기서 0.7V는 pn 접합 다이오드 전압 강하와 동일)보다 커지면 pn 접합이 순방향 바이어스되고 단일접합 트랜지스터가 전도되기 시작합니다. 결과적으로 이미터 전류 θI E 는 이제 이미터에서 베이스 영역으로 흐릅니다.

베이스로 흐르는 추가 이미터 전류의 효과는 이미터 접합과 B 1 단자 사이의 채널 저항 부분을 감소시킵니다 . R B1 저항 값이 매우 낮은 값으로 감소한다는 것은 이미터 접합이 훨씬 더 순방향 바이어스되어 전류 흐름이 더 커진다는 것을 의미합니다. 이로 인해 이미터 단자에 음의 저항이 발생합니다.

마찬가지로 Emitter와 B1 단자 사이에 인가되는 입력 전압이 항복 이하의 값으로 감소하면 R B1 의 저항 값 은 높은 값으로 증가합니다. 그렇다면 Unijunction Transistor는 전압 항복 장치로 생각할 수 있습니다.

따라서 R B1 에 의해 나타나는 저항은 가변적이며 이미터 전류 I E 값에 따라 달라짐을 알 수 있습니다 . 그런 다음 B 1 에 대해 이미터 접합을 순방향 바이어스 하면 더 많은 전류가 흐르게 되어 이미터 E 와 B 1 사이의 저항이 감소합니다 .

즉, UJT 이미터로의 전류 흐름으로 인해 R B1 의 저항 값이 감소하고 이를 통과하는 전압 강하 V RB1 도 감소해야 하므로 더 많은 전류가 흐르게 되어 음의 저항 조건이 생성됩니다.

단일접합 트랜지스터 애플리케이션

이제 단일접합 트랜지스터가 어떻게 작동하는지 알았으니 어떤 용도로 사용할 수 있을까요? 단일접합 트랜지스터의 가장 일반적인 응용 분야는 SCR 및 트라이액용 트리거링 장치 이지만 다른 UJT 응용 분야에는 톱니형 발생기, 단순 발진기, 위상 제어 및 타이밍 회로가 포함됩니다. 모든 UJT 회로 중 가장 간단한 것은 비정현파 파형을 생성하는 이완 발진기입니다.

기본적이고 일반적인 UJT 완화 발진기 회로에서 단일접합 트랜지스터의 이미터 단자는 아래 그림과 같이 직렬 연결된 저항과 커패시터, RC 회로의 접합에 연결됩니다.

단일접합 트랜지스터 이완 발진기

 

전압( Vs )이 처음 인가되면 단접합 트랜지스터는 "OFF" 상태가 되고 커패시터 C1 은 완전히 방전되지만 저항 R3을 통해 기하급수적으로 충전되기 시작합니다 . UJT의 이미터가 커패시터에 연결되어 있으므로 커패시터 양단의 충전 전압 Vc가 다이오드 전압 강하 값보다 커지면 pn 접합이 일반 다이오드처럼 동작하고 순방향 바이어스가 되어 UJT가 전도되도록 트리거합니다. 단일접합 트랜지스터는 "ON"입니다. 이 시점에서 이미터-B1 임피던스는 R1을 통해 이미터 전류 흐름이 발생하면서 이미터가 낮은 임피던스 포화 상태로 전환됨에 따라 붕괴됩니다 .

저항 R1 의 저항 값이 매우 낮기 때문에 커패시터는 UJT를 통해 빠르게 방전되고 R1 양단에 빠르게 상승하는 전압 펄스가 나타납니다 . 또한, 커패시터는 저항 R3 을 통해 충전하는 것보다 UJT를 통해 더 빨리 방전되므로 , 낮은 저항 UJT를 통해 커패시터가 방전되는 충전 시간보다 방전 시간이 훨씬 짧습니다.

커패시터 양단의 전압이 pn 접합의 유지점(  V OFF  ) 아래로 감소하면 UJT는 "OFF"로 바뀌고 이미터 접합으로 전류가 흐르지 않으므로 다시 한번 커패시터는 저항 R3 과 이 충전 및 방전 프로세스를 통해 충전됩니다. V ON 과 V OFF 사이에는 공급 전압 Vs가 인가되는 동안 지속적으로 반복됩니다.

UJT 발진기 파형

 

그러면 단일접합 발진기가 피드백 없이 계속해서 "ON"과 "OFF"로 전환되는 것을 볼 수 있습니다. 발진기의 작동 주파수는 커패시터 C1 과 직렬인 충전 저항 R3 값 및 eta 값 에 의해 직접적인 영향을 받습니다 . Base1( B1 ) 단자에서 생성된 출력 펄스 형태는 톱니파형의 형태이며, 시간을 조절하려면 커패시터 충전을 위한 RC 시간 상수를 설정하므로 저항의 옴 값인 R3 만 변경하면 됩니다 .

톱니파형의 기간 T는 충전 시간과 커패시터의 방전 시간을 더한 값으로 제공됩니다. 방전 시간으로서, τ 1 은 더 큰 RC 충전 시간 에 비해 일반적으로 매우 짧으며 , τ 2 진동 시간은 T ≅ τ 2 와 거의 동일합니다 . 따라서 진동 주파수는 f = 1/T 로 지정됩니다 .

UJT 발진기 예제 No1

2N2646 단일접합 트랜지스터의 데이터 시트는 고유 스탠드오프 비율 θ를 0.65로 제공합니다. 100nF 커패시터를 사용하여 타이밍 펄스를 생성하는 경우 100Hz의 발진 주파수를 생성하는 데 필요한 타이밍 저항을 계산하십시오.

1. 기간은 다음과 같습니다.

2. 타이밍 저항기 R 3 의 값은 다음과 같이 계산됩니다.

 

그런 다음 이 간단한 예에서 필요한 충전 저항기의 값은 가장 가까운 권장 값에 대해 95.3kΩ 으로 계산됩니다 . 그러나 R3 의 저항 값이 너무 크거나 너무 작을 수 있으므로 UJT 완화 발진기가 올바르게 작동하려면 특정 조건이 필요합니다.

예를 들어, R3 값이 너무 큰 경우(메그옴) 커패시터는 Unijunction의 이미터를 전도로 트리거할 만큼 충분히 충전되지 않을 수 있지만 커패시터가 방전된 후 UJT가 "OFF" 상태가 되도록 충분히 커야 합니다. 더 낮은 트리거 전압보다 낮습니다.

마찬가지로 R3 값이 너무 작은 경우(수백 옴) 일단 트리거되면 이미터 터미널로 흐르는 전류가 충분히 커서 장치를 포화 영역으로 구동하여 장치가 완전히 "OFF"되는 것을 방지할 수 있습니다. 어느 쪽이든 단일접합 발진기 회로는 발진하지 못합니다.

UJT 속도 제어 회로

위의 단일접합 트랜지스터 회로의 일반적인 응용 중 하나는 사이리스터를 점화하고 제어하기 위한 일련의 펄스를 생성하는 것입니다. UJT를 SCR 또는 Triac과 함께 위상 제어 트리거링 회로로 사용하면 그림과 같이 범용 AC 또는 DC 모터의 속도를 조정할 수 있습니다.

단일접합 트랜지스터 속도 제어

 

위의 회로를 사용하면 SCR을 통해 흐르는 전류를 조절하여 범용 직렬 모터(또는 히터, 램프 등 원하는 부하 유형)의 속도를 제어할 수 있습니다. 모터 속도를 제어하려면 전위차계 값을 변경하여 달성되는 톱니 펄스의 주파수를 변경하기만 하면 됩니다.

단일접합 트랜지스터 요약

우리는 Unijunction Transistor ( UJT) 가 N형(또는 P형) 약하게 도핑된 옴 채널 내에 pn 접합이 하나만 있는 전자 반도체 장치라는 것을 살펴 보았습니다 . UJT에는 이미터( E )라고 표시된 단자 3개와 베이스( B1 및 B2 ) 2개가 있습니다.

두 개의 옴 접점 B1 및 B2는 B1 과 B2 사이의 저항으로 반도체 채널의 각 끝에 부착됩니다 . 이미터가 개방 회로일 때 베이스 간 저항 R BB 라고 합니다 . 저항계로 측정할 경우 이 정적 저항은 일반적으로 가장 일반적인 UJT의 경우 약 4kΩ에서 10kΩ 사이로 측정됩니다.

R BB 에 대한 R B1 의 비율은 고유 스탠드오프 비율(Intrinsic Stand-off Ratio) 이라고 하며 그리스 기호 eta (eta)로 표시됩니다. 가장 일반적인 UJT의 경우 eta 의 ​​일반적인 표준 값은 0.5~0.8 범위입니다.

단일접합 트랜지스터는 사이리스터 및 트라이액의 점화부터 위상 제어 회로용 톱니 발생기 사용에 이르기까지 다양한 회로 및 애플리케이션에 사용할 수 있는 솔리드 스테이트 트리거링 장치입니다. UJT의 음저항 특성은 또한 간단한 이완 발진기로 매우 유용합니다.

이완 발진기로 연결하면 탱크 회로나 복잡한 RC 피드백 네트워크 없이 독립적으로 발진할 수 있습니다. 이러한 방식으로 연결되면 단일접합 트랜지스터는 단일 커패시터( C ) 또는 저항기( R ) 의 값을 변경하여 지속 시간이 다양한 펄스열을 생성할 수 있습니다 .

일반적으로 사용 가능한 단일접합 트랜지스터에는 2N1671, 2N2646, 2N2647 등이 포함되며, 2N2646은 펄스 및 톱니 발생기 및 시간 지연 회로에 사용되는 가장 널리 사용되는 UJT입니다. 사용 가능한 다른 유형의 단일접합 트랜지스터 장치는 프로그래밍 가능 UJT 라고 하며 외부 저항기에 의해 스위칭 매개변수를 설정할 수 있습니다. 가장 일반적인 프로그래밍 가능 단일접합 트랜지스터는 2N6027 및 2N6028입니다.