Ujt

 

Transistor unijonction

L'UJT est un dispositif semi-conducteur à trois bornes qui présente une résistance négative et des caractéristiques de commutation pour une utilisation comme oscillateur à relaxation dans les applications de contrôle de phase

Le transistor Unijunction ou UJT en abrégé, est un autre dispositif à trois bornes à semi-conducteurs qui peut être utilisé dans les impulsions de grille, les circuits de synchronisation et les applications de générateur de déclenchement pour commuter et contrôler les thyristors et les triacs pour les applications de type contrôle de puissance CA.

Comme les diodes, les transistors unijonction sont construits à partir de matériaux semi-conducteurs séparés de type P et de type N formant une seule jonction PN (d'où son nom Uni-Junction) dans le canal conducteur principal de type N du dispositif.

Bien que le transistor unijonction ait le nom de transistor, ses caractéristiques de commutation sont très différentes de celles d'un transistor bipolaire ou à effet de champ conventionnel car il ne peut pas être utilisé pour amplifier un signal mais est à la place utilisé comme transistor de commutation ON-OFF. Les UJT ont des caractéristiques de conductivité unidirectionnelle et d'impédance négative agissant davantage comme un diviseur de tension variable pendant le claquage.

Comme les FET à canal N, l'UJT se compose d'une seule pièce solide de matériau semi-conducteur de type N formant le canal de transport de courant principal avec ses deux connexions externes marquées Base 2 (  B 2  ) et Base 1 (  B 1  ). La troisième connexion, identifiée de manière déroutante comme l' émetteur (  E  ) est située le long du canal. Le terminal émetteur est représenté par une flèche pointant de l'émetteur de type P vers la base de type N.

La jonction pn de redressement d'émetteur du transistor unijonction est formée en fusionnant le matériau de type P dans le canal de silicium de type N. Cependant, des UJT à canal P avec un terminal émetteur de type N sont également disponibles mais ils sont peu utilisés.

La jonction de l'émetteur est positionnée le long du canal de sorte qu'elle soit plus proche de la borne B 2 que de B 1 . Une flèche est utilisée dans le symbole UJT qui pointe vers la base indiquant que la borne de l'émetteur est positive et la barre de silicium est un matériau négatif. Ci-dessous montre le symbole, la construction et le circuit équivalent de l'UJT.

Symbole et construction du transistor unijonction

 

Notez que le symbole du transistor unijonction ressemble beaucoup à celui du transistor à effet de champ de jonction ou JFET, sauf qu'il a une flèche courbée représentant l'  entrée de l'émetteur (  E ). Bien que similaires en ce qui concerne leurs canaux ohmiques, les JFET et les UJT fonctionnent très différemment et ne doivent pas être confondus.

Alors, comment ça marche? Nous pouvons voir à partir du circuit équivalent ci-dessus, que le canal de type N se compose essentiellement de deux résistances R B2 et R B1 en série avec une diode équivalente (idéale), D représentant la jonction pn connectée à leur point central. Cette jonction pn d'émetteur est fixée en position le long du canal ohmique lors de la fabrication et ne peut donc pas être modifiée.

La résistance R B1 est donnée entre l'émetteur, E et la borne B 1 , tandis que la résistance R B2 est donnée entre l'émetteur, E et la borne B 2 . Comme la position physique de la jonction pn est plus proche de la borne B 2 que B 1, la valeur résistive de R B2 sera inférieure à R B1 .

La résistance totale de la barre de silicium (sa résistance ohmique) dépendra du niveau de dopage réel des semi-conducteurs ainsi que des dimensions physiques du canal de silicium de type N, mais peut être représentée par R BB . Si elle est mesurée avec un ohmmètre, cette résistance statique mesurerait généralement quelque part entre environ 4kΩ et 10kΩ pour les UJT les plus courants tels que le 2N1671, le 2N2646 ou le 2N2647.

Ces deux résistances série produisent un réseau diviseur de tension entre les deux bornes de base du transistor unijonction et comme ce canal s'étend de B 2 à B 1 , lorsqu'une tension est appliquée à travers le dispositif, le potentiel en tout point le long du canal sera en proportionnellement à sa position entre les bornes B 2 et B 1 . Le niveau du gradient de tension dépend donc de la quantité de tension d'alimentation.

Lorsqu'elle est utilisée dans un circuit, la borne B 1 est connectée à la masse et l'émetteur sert d'entrée à l'appareil. Supposons qu'une tension V BB soit appliquée aux bornes de l'UJT entre B 2 et B 1 de sorte que B 2 soit polarisé positivement par rapport à B 1 . Avec une entrée d'émetteur nulle appliquée, la tension développée aux bornes de R B1 (la résistance inférieure) du diviseur de tension résistif peut être calculée comme suit:

Transistor unijonction R B1 Tension

 

Pour un transistor unijonction, le rapport résistif de R B1 à R BB montré ci-dessus est appelé rapport de distance intrinsèque et reçoit le symbole grec: η (eta). Les valeurs standard typiques de η vont de 0,5 à 0,8 pour les UJT les plus courants.

Si une petite tension d'entrée positive qui est inférieure à la tension développée aux bornes de la résistance, R B1 (  ηV BB  ) est maintenant appliquée à la borne d'entrée de l'émetteur, la jonction pn de la diode est polarisée en inverse, offrant ainsi une impédance très élevée et le dispositif ne conduite. L'UJT est mis sur «OFF» et aucun courant ne circule.

Cependant, lorsque la tension d'entrée de l'émetteur est augmentée et devient supérieure à V RB1 (ou ηV BB  + 0,7 V , où 0,7 V équivaut à la chute de tension de la diode de jonction pn), la jonction pn devient polarisée en direct et le transistor à jonction commence à conduire. Le résultat est que le courant d'émetteur, ηI E s'écoule maintenant de l'émetteur dans la région de base.

L'effet du courant d'émetteur supplémentaire circulant dans la base réduit la partie résistive du canal entre la jonction de l'émetteur et la borne B 1 . Cette réduction de la valeur de la résistance R B1 à une valeur très faible signifie que la jonction de l'émetteur devient encore plus polarisée en direct, ce qui entraîne un flux de courant plus important. L'effet de ceci se traduit par une résistance négative à la borne de l'émetteur.

De même, si la tension d'entrée appliquée entre l'émetteur et la borne B 1 diminue jusqu'à une valeur inférieure au claquage, la valeur résistive de R B1 augmente jusqu'à une valeur élevée. Ensuite, le transistor unijonction peut être considéré comme un dispositif de coupure de tension.

On voit donc que la résistance présentée par R B1 est variable et dépend de la valeur du courant Emitter, je E . Ensuite, la polarisation directe de la jonction de l'émetteur par rapport à B 1 fait circuler plus de courant, ce qui réduit la résistance entre l'émetteur, E et B 1 .

En d'autres termes, le flux de courant dans l'émetteur de l'UJT provoque une diminution de la valeur résistive de R B1 et une chute de tension à travers elle, V RB1 doit également diminuer, permettant à plus de courant de circuler, produisant une condition de résistance négative.

Applications de transistor unijonction

Maintenant que nous savons comment fonctionne un transistor unijonction , à quoi peut-il servir. L'application la plus courante d'un transistor unijonction est en tant que dispositif de déclenchement pour les SCR et les triacs, mais d'autres applications UJT incluent des générateurs en dents de scie, des oscillateurs simples, des circuits de contrôle de phase et de synchronisation. Le plus simple de tous les circuits UJT est l'oscillateur de relaxation produisant des formes d'onde non sinusoïdales.

Dans un circuit oscillateur à relaxation UJT basique et typique, la borne d'émetteur du transistor unijonction est connectée à la jonction d'une résistance et d'un condensateur connectés en série, circuit RC comme indiqué ci-dessous.

Oscillateur de relaxation à transistor unijonction

 

Lorsqu'une tension ( Vs ) est d'abord appliquée, le transistor unijonction est "OFF" et le condensateur C1 est complètement déchargé mais commence à se charger de manière exponentielle à travers la résistance R3 . Lorsque l'émetteur de l'UJT est connecté au condensateur, lorsque la tension de charge Vc aux bornes du condensateur devient supérieure à la valeur de chute de tension de la diode, la jonction pn se comporte comme une diode normale et devient polarisée en direct, déclenchant la mise en conduction de l'UJT. Le transistor unijonction est «ON». À ce stade, l'impédance de l'émetteur à B1 s'effondre lorsque l'émetteur entre dans un état saturé à faible impédance avec le flux de courant de l'émetteur à travers R1 .

Comme la valeur ohmique de la résistance R1 est très faible, le condensateur se décharge rapidement à travers l'UJT et une impulsion de tension à montée rapide apparaît aux bornes de R1 . De plus, comme le condensateur se décharge plus rapidement à travers l'UJT qu'il ne se charge à travers la résistance R3 , le temps de décharge est beaucoup moins que le temps de charge lorsque le condensateur se décharge à travers l'UJT à faible résistance.

Lorsque la tension aux bornes du condensateur diminue en dessous du point de maintien de la jonction pn (  V OFF  ), l'UJT se désactive et aucun courant ne circule dans la jonction de l'émetteur, donc à nouveau le condensateur se charge à travers la résistance R3 et ce processus de charge et de décharge entre V ON et V OFF est répété en permanence alors qu'il y a une tension d'alimentation, Vs appliquée.

Formes d'onde d'oscillateur UJT

 

Ensuite, nous pouvons voir que l'oscillateur unijonction commute continuellement «ON» et «OFF» sans aucune rétroaction. La fréquence de fonctionnement de l'oscillateur est directement affectée par la valeur de la résistance de charge R3 , en série avec le condensateur C1 et la valeur de η . La forme de l'impulsion de sortie générée à partir de la borne Base1 ( B1 ) est celle d'une forme d'onde en dents de scie et pour réguler la période de temps, il vous suffit de changer la valeur ohmique de la résistance, R3 car elle définit la constante de temps RC pour charger le condensateur.

La période de temps, T de la forme d'onde en dents de scie sera donnée comme le temps de charge plus le temps de décharge du condensateur. Comme le temps de décharge, τ 1 est généralement très court par rapport au temps de charge RC plus grand , τ 2 la période de temps d'oscillation est plus ou moins équivalente à T ≅ τ 2 . La fréquence d'oscillation est donc donnée par ƒ = 1 / T .

Exemple d'oscillateur UJT n ° 1

La feuille de données pour un 2N2646 transistor unijonction donne le rapport stand-off intrinsèque η comme 0,65. Si un condensateur de 100 nF est utilisé pour générer les impulsions de synchronisation, calculez la résistance de synchronisation requise pour produire une fréquence d'oscillation de 100 Hz.

1. La période de temps est donnée comme suit:

2. La valeur de la résistance de synchronisation, R 3, est calculée comme suit:

 

Ensuite, la valeur de la résistance de charge requise dans cet exemple simple est calculée comme 95,3 kΩ à la valeur préférée la plus proche. Cependant, certaines conditions sont requises pour que l'oscillateur de relaxation UJT fonctionne correctement car la valeur résistive de R3 peut être trop grande ou trop petite.

Par exemple, si la valeur de R3 était trop grande, (mégohms) le condensateur peut ne pas se charger suffisamment pour déclencher l'émetteur de l'Unijunction en conduction mais doit également être suffisamment grand pour garantir que l'UJT passe sur «OFF» une fois que le condensateur s'est déchargé à sous la tension de déclenchement inférieure.

De même si la valeur de R3 était trop petite (quelques centaines d'Ohms) une fois déclenchée, le courant circulant dans le terminal émetteur peut être suffisamment important pour entraîner l'appareil dans sa région de saturation l'empêchant de s'éteindre complètement. Dans tous les cas, le circuit de l'oscillateur à unijonction échouerait à osciller.

Circuit de commande de vitesse UJT

Une application typique du circuit à transistor unijonction ci-dessus est de générer une série d'impulsions pour déclencher et contrôler un thyristor. En utilisant l'UJT comme circuit de déclenchement de contrôle de phase en conjonction avec un SCR ou un Triac, nous pouvons ajuster la vitesse d'un moteur universel AC ou DC comme indiqué.

Contrôle de vitesse de transistor unijonction

 

En utilisant le circuit ci-dessus, nous pouvons contrôler la vitesse d'un moteur série universel (ou quel que soit le type de charge que nous voulons, radiateurs, lampes, etc.) en régulant le courant circulant dans le SCR. Pour contrôler la vitesse des moteurs, il suffit de changer la fréquence de l'impulsion en dents de scie, ce qui est obtenu en faisant varier la valeur du potentiomètre.

Résumé du transistor unijonction

Nous avons vu qu'un transistor unijonction ou UJT pour faire court, est un dispositif semi-conducteur électronique qui n'a qu'une seule jonction pn dans un canal ohmique de type N (ou de type P) légèrement dopé. L'UJT a trois terminaux, un étiqueté Emitter ( E ) et deux Bases ( B1 et B2 ).

Deux contacts ohmiques B1 et B2 sont fixés à chaque extrémité du canal semi-conducteur avec la résistance entre B1 et B2 , lorsque l'émetteur est en circuit ouvert étant appelé la résistance interbase, R BB . Si elle est mesurée avec un ohmmètre, cette résistance statique mesurerait généralement quelque part entre environ 4kΩ et 10kΩ pour les UJT les plus courants.

Le rapport de R B1 à R BB est appelé le rapport de distance intrinsèque et reçoit le symbole grec: η (eta). Les valeurs standard typiques de η vont de 0,5 à 0,8 pour les UJT les plus courants.

Le transistor unijonction est un dispositif de déclenchement à semi-conducteurs qui peut être utilisé dans une variété de circuits et d'applications, allant de la mise à feu de thyristors et de triacs, à l'utilisation dans des générateurs en dents de scie pour circuits de contrôle de phase.La caractéristique de résistance négative de l'UJT rend également il est très utile comme simple oscillateur de relaxation.

Lorsqu'il est connecté en tant qu'oscillateur de relaxation, il peut osciller indépendamment sans circuit de réservoir ni réseau de rétroaction RC compliqué. Lorsqu'il est connecté de cette manière, le transistor unijonction est capable de générer un train d'impulsions de durée variable simplement en faisant varier les valeurs d'un seul condensateur, ( C ) ou résistance, ( R ).

Les transistors unijonction couramment disponibles comprennent les 2N1671, 2N2646, 2N2647, etc., le 2N2646 étant l'UJT le plus populaire pour une utilisation dans les générateurs d'impulsions et en dents de scie et les circuits à retard. D'autres types de dispositifs à transistors unijonction disponibles sont appelés UJT programmables , dont les paramètres de commutation peuvent être définis par des résistances externes. Les transistors à unijonction programmables les plus courants sont les 2N6027 et 2N6028.