Bóng bán dẫn đơn kết nối là một linh kiện bán dẫn 3 đầu cuối, không giống như BJT chỉ có một điểm tiếp giáp pn duy nhất. Về cơ bản, nó được thiết kế để sử dụng như một mạch dao động một giai đoạn để tạo ra tín hiệu xung phù hợp cho các ứng dụng mạch kỹ thuật số.
Mạch dao động thư giãn UJT
Bóng bán dẫn đơn kết nối thường có thể được nối dây dưới dạng một bộ dao động thư giãn như được hiển thị trong mạch cơ bản sau đây.
Ở đây các thành phần RT và CT hoạt động giống như các phần tử thời gian và xác định tần số hoặc tốc độ dao động của mạch UJT.
Để tính toán tần số dao động, chúng ta có thể sử dụng công thức sau, kết hợp với tỷ lệ stand-off nội tại của bóng bán dẫn unijunction các là một trong những tham số cùng với RT và CT để xác định các xung dao động.
Giá trị tiêu chuẩn của tỷ lệ chờ cho một thiết bị UJT điển hình là từ 0,4 đến 0,6 . Do đó, xét giá trị của các = 0,5 và thay nó vào phương trình trên ta được:
Khi nguồn được bật ON, điện áp qua điện trở RT tích điện cho tụ CT về phía nguồn cung cấp VBB. Bây giờ, điện áp tắt Vp được xác định bằng Vp trên B1 - B2, kết hợp với tỷ lệ chờ UJT các như: Vp = các VB1VB2 - VĐ.
Trong bao lâu, điện áp VE trên tụ điện thấp hơn Vp, các đầu UJT trên B1, B2 có dấu hiệu hở mạch.
Nhưng thời điểm điện áp trên CT vượt quá Vp, bóng bán dẫn đơn kết nối sẽ kích hoạt, nhanh chóng phóng điện tụ điện và bắt đầu một chu kỳ mới.
Trong trường hợp kích hoạt của UJT, dẫn đến tiềm năng trên R1 tăng lên và tiềm năng trên R2 giảm xuống.
Dạng sóng kết quả trên bộ phát của UJT tạo ra tín hiệu răng cưa, tín hiệu này thể hiện điện thế dương tại B2 và điện thế âm tại các đạo trình B1 của UJT
Lĩnh vực ứng dụng của bóng bán dẫn liên kết
Sau đây là các lĩnh vực ứng dụng chính mà các bóng bán dẫn liên kết được sử dụng rộng rãi.
- Mạch kích hoạt
- Mạch dao động
- Nguồn cung cấp được điều chỉnh điện áp / dòng điện.
- Mạch dựa trên bộ hẹn giờ,
- Máy phát răng cưa,
- Mạch điều khiển pha
- Mạng có thể sử dụng
Những đặc điểm chính
Dễ dàng tiếp cận và giá rẻ : Giá rẻ và sự sẵn có dễ dàng của UJT cùng với một số tính năng đặc biệt đã khiến thiết bị này được triển khai rộng rãi trong nhiều ứng dụng điện tử.
Sự tiêu thụ ít điện năng : Do có tính năng tiêu thụ điện năng thấp trong điều kiện làm việc bình thường, thiết bị được coi là một bước đột phá đáng kinh ngạc trong nỗ lực không ngừng để phát triển các thiết bị hiệu quả hợp lý.
Hoạt động ổn định cao đáng tin cậy : Khi được sử dụng như một bộ dao động hoặc trong mạch kích hoạt trễ, UJT hoạt động với độ tin cậy cao và với phản hồi đầu ra cực kỳ chính xác.
Cấu tạo cơ bản của bóng bán dẫn liên kết
Hình 1
UJT là một linh kiện bán dẫn ba đầu cực có cấu tạo đơn giản như được mô tả trong hình trên.
Trong cấu trúc này, một khối vật liệu silicon loại n được pha tạp nhẹ (có đặc tính điện trở tăng) cung cấp một cặp tiếp điểm cơ bản được kết nối với hai đầu của một bề mặt và một thanh nhôm được hợp kim ở bề mặt phía sau đối diện.
Tiếp giáp p-n của thiết bị được tạo ra trên viền của thanh nhôm và khối silicon loại n.
Đường nối p-n đơn lẻ được hình thành như vậy là lý do cho tên của thiết bị 'unijunction' . Thiết bị ban đầu được biết đến với tên gọi điốt cơ sở đôi (đôi) vì sự xuất hiện của một cặp tiếp điểm cơ sở.
Lưu ý rằng trong hình trên rằng thanh nhôm được hợp nhất / hợp nhất trên khối silicon ở vị trí gần với tiếp điểm cơ bản 2 hơn so với tiếp điểm cơ sở 1, và đầu nối cơ sở 2 cũng trở nên tích cực đối với đầu nối cơ sở 1 bằng vôn VBB. Các khía cạnh này ảnh hưởng như thế nào đến hoạt động của UJT sẽ được rõ ràng trong các phần sau
Ký hiệu biểu tượng
Biểu diễn tượng trưng của bóng bán dẫn đơn kết nối có thể được nhìn thấy trong hình ảnh dưới đây.
Hình 2
Quan sát rằng đầu cực phát được hiển thị với một góc so với đường thẳng mô tả khối vật liệu loại n. Đầu mũi tên có thể được nhìn thấy hướng theo hướng của dòng điện điển hình (lỗ) trong khi thiết bị kết nối ở điều kiện phân cực thuận, được kích hoạt hoặc dẫn.
Mạch tương đương Transistor Unijunction
Hình # 3
Mạch UJT tương đương có thể được chứng kiến trong hình trên. Chúng ta có thể thấy rằng mạch tương đương này tương đối đơn giản như thế nào, bao gồm một vài điện trở (một cố định, một có thể điều chỉnh) và một điốt đơn lẻ.
Điện trở RB1 được hiển thị dưới dạng điện trở điều chỉnh được coi là giá trị của nó sẽ thay đổi khi IE hiện tại thay đổi. Trên thực tế, trong bất kỳ bóng bán dẫn nào đại diện cho một mối nối, RB1 có thể dao động từ 5 kΩ xuống 50 Ω đối với bất kỳ sự thay đổi tương đương nào của IE từ 0 đến 50 = μA. Điện trở giữa các đế RBB đại diện cho điện trở của thiết bị giữa các đầu cuối B1 và B2 khi IE = 0. Trong công thức cho điều này là,
RBB = (RB1 + RB2) | IE = 0
Phạm vi của RBB thường nằm trong khoảng 4 và 10 k. Vị trí đặt thanh nhôm như trong hình đầu tiên cung cấp độ lớn tương đối của RB1, RB2 khi IE = 0. Chúng ta có thể ước tính giá trị của VRB1 (khi IE = 0) bằng cách sử dụng luật phân áp, như cho dưới đây:
VRB1 = (RB1 x VBB) / (RB1 + RB2) = ηVBB (với IE = 0)
Chữ cái Hy Lạp các (eta) được gọi là tỷ lệ chờ nội tại của thiết bị bóng bán dẫn đơn kết nối và được xác định bởi:
η = RB1 / (RB1 + RB2) (với IE = 0) = RB1 / RBB
Đối với điện áp phát được chỉ định (VE) cao hơn VRB1 (= ηVBB) bởi điện áp chuyển tiếp của diode giảm VD (0,35 → 0,70 V), diode sẽ được kích hoạt ON. Lý tưởng nhất là chúng ta có thể giả định điều kiện ngắn mạch, như vậy IE sẽ bắt đầu dẫn qua RB1. Thông qua phương trình, mức điện áp kích hoạt của bộ phát có thể được biểu thị như sau:
VP = ηVBB + VD
Đặc điểm chính và hoạt động
Các đặc tính của bóng bán dẫn liên kết đại diện cho VBB = 10 V được chỉ ra trong hình bên dưới.
Hinh 4
Chúng ta có thể thấy rằng, đối với điện thế phát được chỉ ra ở phía bên trái của điểm đỉnh, giá trị IE không bao giờ vượt quá IEO (tính bằng microampe). IEO hiện tại ít nhiều tuân theo ICO dòng rò ngược của bóng bán dẫn lưỡng cực thông thường.
Vùng này, được gọi là vùng giới hạn, như cũng được chỉ ra trong hình.
Ngay sau khi đạt được độ dẫn tại VE = VP, điện thế phát VE giảm khi điện thế IE tăng, điều này chính xác phù hợp với việc giảm điện trở RB1 để tăng IE hiện tại, như đã giải thích trước đây.
Đặc tính trên cung cấp một bóng bán dẫn đơn liên kết có vùng điện trở âm ổn định cao, cho phép thiết bị hoạt động và được ứng dụng với độ tin cậy cao.
Trong quá trình trên, có thể mong đợi điểm thung lũng cuối cùng đã đạt được và bất kỳ sự gia tăng nào của IE vượt quá phạm vi này đều khiến thiết bị đi vào vùng bão hòa.
Hình 3 cho thấy một mạch tương đương diode trong cùng một vùng với cách tiếp cận đặc tính tương tự.
Sự sụt giảm giá trị điện trở của thiết bị trong vùng hoạt động là do thanh nhôm loại p đã bơm vào khối loại n ngay khi thiết bị bắn ra. Điều này dẫn đến sự gia tăng số lượng lỗ trống trên tiết diện loại n, làm tăng số lượng điện tử tự do, gây ra tăng cường độ dẫn điện (G) trên thiết bị với sự giảm tương đương điện trở của nó (R ↓ = 1 / G ↑)
Các thông số quan trọng
Bạn sẽ tìm thấy ba thông số quan trọng bổ sung liên quan đến bóng bán dẫn đơn kết nối là IP, VV và IV. Tất cả những điều này được chỉ ra trong hình # 4.
Những điều này thực sự khá dễ hiểu. Đặc tính bộ phát thông thường tồn tại có thể được tìm hiểu từ hình số 5 dưới đây.
Hình # 5
Ở đây chúng ta có thể quan sát thấy rằng IEO (μA) là không đáng chú ý bởi vì thang đo ngang được hiệu chuẩn bằng miliampe. Mỗi đường cong cắt trục tung là kết quả tương ứng của VP. Đối với các giá trị không đổi của η và VD, giá trị VP thay đổi theo VBB, như công thức dưới đây:
Bảng dữ liệu bóng bán dẫn liên kết
Một loạt các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho UJT có thể được tìm hiểu từ Hình # 5 bên dưới.
Chi tiết sơ bộ UJT
Chi tiết sơ đồ chân cũng được bao gồm trong biểu dữ liệu trên. Lưu ý rằng các thiết bị đầu cuối cơ sở B1 và B2 được đặt đối diện với nhau trong khi chân bộ phát LÀ được đặt ở trung tâm, giữa hai điều này.
Hơn nữa, chân đế được cho là kết nối với các mức cung cấp cao hơn được đặt gần chốt trên cổ bao bì.
Cách sử dụng UJT để kích hoạt SCR
Một ứng dụng tương đối phổ biến của UJT là để kích hoạt thiết bị cấp nguồn như SCR. Các thành phần cơ bản của loại mạch kích hoạt này được mô tả trong sơ đồ số 6 dưới đây.
Hình # 6: Kích hoạt SCR bằng UJT
Hình # 7: Dòng tải UJT để kích hoạt thiết bị bên ngoài như SCR
Các thành phần thời gian chính được hình thành bởi R1 và C, trong khi R2 hoạt động giống như một điện trở kéo xuống cho điện áp kích hoạt đầu ra.
Cách tính R1
Điện trở R1 phải được tính toán để đảm bảo rằng dòng tải được xác định bởi R1 di chuyển qua các đặc tính của thiết bị trong vùng điện trở âm, nghĩa là, về phía bên phải của điểm đỉnh nhưng ở phía bên trái của điểm thung lũng như được chỉ ra trong Hình # 7.
Nếu dòng tải không thể vượt qua phía bên phải của điểm cao nhất, thiết bị kết nối không thể khởi động.
Công thức R1 đảm bảo điều kiện BẬT của công tắc có thể được xác định khi chúng ta tính đến điểm cao nhất mà IR1 = IP và VE = VP. Phương trình IR1 = IP có vẻ hợp lý vì dòng sạc của tụ điện, tại thời điểm này, bằng không. Có nghĩa là, tụ điện tại điểm cụ thể này đang chuyển qua trạng thái sạc sang trạng thái phóng điện.
Do đó, đối với điều kiện trên, chúng ta có thể viết:
Ngoài ra, để đảm bảo tắt SCR hoàn toàn:
R1> (V - Vv) / Iv
Điều này có nghĩa là phạm vi lựa chọn của điện trở R1 phải được biểu thị như sau:
(V - Vv) / Iv
Cách tính R2
Điện trở R2 phải đủ nhỏ để đảm bảo rằng SCR không bị kích hoạt sai bởi điện áp VR2 trên R2 khi IE ≅ 0 Amp. Đối với điều này, VR2 phải được tính theo công thức sau:
VR2 ≅ R2V / (R2 + RBB) (khi IE ≅ 0)
Tụ điện cung cấp thời gian trễ giữa các xung kích hoạt và cũng xác định độ dài của mỗi xung.
Cách tính C
Tham khảo hình bên dưới, ngay sau khi mạch được cấp nguồn, điện áp VE bằng VC sẽ bắt đầu sạc tụ điện theo hướng điện áp VV, thông qua một hằng số thời gian τ = R1C.
Hình # 8
Phương trình tổng quát xác định chu kỳ sạc của C trong mạng UJT là:
vc = Vv + (V - Vv) (1 - Là-t / R1C)
Thông qua các tính toán trước đây của chúng tôi, chúng tôi đã biết điện áp trên R2 trong thời gian sạc ở trên của tụ điện. Bây giờ, khi vc = vE = Vp, thiết bị UJT sẽ chuyển sang trạng thái BẬT, làm cho tụ điện phóng điện qua RB1 và R2, với tốc độ phụ thuộc vào hằng số thời gian:
τ = (RB1 + R2) C
Phương trình sau có thể được sử dụng để tính toán thời gian phóng điện khi
vc = vE
bạn ≅ Vpe -t / (RB1 + R2) C
Phương trình này hơi phức tạp do RB1, sẽ giảm giá trị khi dòng phát tăng lên, cùng với các khía cạnh khác trong mạch như R1 và V, cũng ảnh hưởng đến tốc độ phóng điện của C.
Mặc dù vậy, nếu chúng ta đề cập đến mạch tương đương như được cho ở trên Hình # 8 (b), thông thường các giá trị của R1 và RB2 có thể là mạng Thévenin cho cấu hình xung quanh tụ điện C có thể bị ảnh hưởng một chút bởi R1, Điện trở RB2. Mặc dù điện áp V có vẻ khá lớn, nhưng bộ phân chia điện trở hỗ trợ điện áp Thévenin thường có thể bị bỏ qua và loại bỏ, như thể hiện trong sơ đồ tương đương đã giảm dưới đây:
Do đó, phiên bản đơn giản ở trên giúp chúng ta có được phương trình sau cho pha phóng điện của tụ điện C, khi VR2 ở mức cực đại.
VR2 ≅ R2 (Vp - 0,7) / R2 + RB1
Để biết thêm các mạch ứng dụng, bạn cũng có thể tham khảo bài viết này
Trước: Mạch thu phát mini Tiếp theo: Mạch báo trộm PIR
