单结晶体管详细介绍

单结晶体管 (Unijunction Transistor, 简称 UJT )，***称单接合面电晶体，UJT是一种三端半导体器件，具有负电阻和开关特性，可用作相控应用中的张弛振荡器
简称UJT，是另一种固态三端设备，可用于栅极脉冲、定时电路和触发发生器，用于交流功率控制型应用中开关和控制晶闸管和 triac。
像二极管一样，单结晶体管是由单独的 p 型和 n 型半导体材料构成的，在器件的主导 n 型通道内形成一个单一的 pn 结(因此得名单结)。
虽然单接合面电晶体晶体管的名称是晶体管，但它的开关特性与传统的双极型或场效应晶体管非常不同，因为它不能用来放大信号，而是用作开关晶体管。UJT 具有单向电导率和负阻抗特性，在击穿时更像一个可变的分压器。
与 n 沟道场效应晶体管一样，UJT 由一块 n 型半导体材料固体组成，形成主电流传输通道，其两个外部连接标记为 Base 2(B2)和 Base 1(B1)。第三个连接，被混淆地标记为发射器(e)位于通道沿线。发射器端子由一个从 p 型发射器指向 n 型基极的箭头表示。
单接合面电晶体的发射极整流 p-n 结是通过将 p 型材料熔化成 n 型硅通道而形成的。然而，p 通道 UJT 与 n 型发射极端子也可用，但这些是很少使用。
发射极结沿通道定位，使其更接近终端 b2而不是 B1。在 UJT 符号中使用一个箭头，该箭头指向基极，表示发射极端子为正，硅条为负材料。下面显示的符号，结构和等效电路的 UJT。
单接合面电晶体的符号和结构


注意，单接合面电晶体的符号看起来非常类似于结场效应晶体管或 JFET，除了它有一个弯曲的箭头代表发射极(e)输入。虽然类似的欧姆通道，JFET 和 UJT 的运作非常不同，不应该混淆。
那么它是如何工作的呢？从上面的等效电路可以看出，n 型通道基本上由两个 rb2和 rb1与一个等效(理想)二极管串联组成，d 表示与其中心点相连的 p-n 结。该发射极 p-n 结在制造过程中沿欧姆通道固定在位置上，因此不能改变。
在发射极 e 和端子 b1之间给出电阻 RB1，在发射极 e 和端子 b2之间给出电阻 RB2。由于 p-n 结的物理位置比 b1接近 b2端，rb2的电阻值比 rb1小。
硅棒的总电阻(欧姆电阻)将取决于半导体实际掺杂水平以及 n 型硅通道的物理尺寸，但可以用 RBB 表示。如果用欧姆计测量，这个静态电阻通常会测量在4kω 到10kω 之间的某处，对于最常见的 UJT，如2n1671,2n2646或2n2647。
这两个串联电阻产生一个电压分压器网络在单接合面电晶体的两个基本终端之间，因为这个通道从 b 2延伸到 b 1，当一个电压在器件上施加时，沿通道的任何一点的电位都将与其在 b 2和 b 1之间的位置成比例。因此，电压梯度的大小取决于电源电压的大小。
在电路中使用时，终端 b1连接到地，发射器作为设备的输入端。假设在 b2和 b1之间跨越 UJT 施加一个电压 VBB，使 b2相对于 b1呈正偏置。在采用零发射器输入的情况下，电阻分压器 RB1(较低电阻)上的电压可以计算如下:
单结晶体管



对于一个单接合面电晶体，上面显示的 rb1和 RBB 的电阻比被称为内阻比，并被赋予希腊符号: η (eta)。对于大多数常见的 UJT，η 的典型标准值在0.5到0.8之间。
如果一个小的正向输入电压小于跨电阻产生的电压，RB1(ηVBB)现在应用到发射极输入端，二极管 p-n 结是反向偏置的，从而提供了非常高的阻抗，器件不导电。UJT 被切换为“ OFF”，电流为零。
然而，当发射极输入电压增加并且大于 VRB1(或者说 vηvbb + 0.7 v，其中0.7 v 等于 p-n 结的二极管伏特下降)时，p-n 结变得向前偏置，单接合面电晶体开始导电。结果是发射极电流，ηIE 现在从发射极流入基区。
流入基极的附加发射极电流的效果减少了发射极结和 b1端子之间通道的电阻部分。这种 rb1电阻值降低到很低的值意味着发射极结变得更加正向偏置，导致更大的电流流量。这种效应在发射极端产生负电阻。
同样地，如果施加在发射器和 b1端子之间的输入电压降低到击穿值以下，rb1的电阻值增加到一个很高的值。这样，单接合面电晶体就可以被认为是一种电压击穿装置。
由此我们可以看出 rb1的电阻是可变的，并且取决于发射极电流 IE 的大小。然后相对于 b1向前偏置发射极结，产生更大的电流流动，降低了发射极 e 和 b1之间的电阻。
换句话说，流入 UJT 发射器的电流导致 rb1的电阻值减小，电压降低，vrb1也必须减小，使更多的电流流动产生负阻状态。
单接合面电晶体应用程序
现在我们知道了单接合面电晶体的工作原理，它们能用来做什么。单接合面电晶体的最常见应用是作为 SCR 和 Triacs 的触发装置，但其他 UJT 应用包括锯齿形发生器，简单的振荡器，相位控制和时序电路。所有 UJT 电路中最简单的是产生非正弦波形的张弛振荡器。
在一个基本的和典型的 UJT 张弛振荡器电路中，单接合面电晶体的发射端连接到一个串联电阻和电容的接头，RC 电路，如下所示。
单接合面电晶体张弛振荡器
当第一次施加电压时，单接合面电晶体是“ OFF”，电容器 c 1完全放电，但是通过电阻 r 3开始成指数地充电。当 UJT 发射极与电容器相连时，当电容器两侧的充电电压大于二极管伏特降值时，p-n 结表现为正常二极管，对 UJT 进行正向偏置触发导通。纽约单接合面电晶体》正在播放。在这一点上，发射极到 b1的阻抗随着发射极电流通过 r1进入低阻抗饱和状态而崩溃。
由于电阻 r1的欧姆值很低，电容器通过 UJT 快速放电，在 r1上出现快速上升的电压脉冲。另外，由于电容器通过 UJT 放电的速度比通过电阻 r3充电的速度快，因此放电时间比通过低阻 UJT 放电的充电时间要短得多。
当通过电容器的电压降低到 p-n 结(VOFF)的保持点以下时，UJT 会关闭“ OFF”，没有电流流入发射极结，因此电容器再次通过电阻 r3充电，当施加电源电压时，电容器和 VOFF 之间的充放电过程不断重复。
振荡器波形


然后我们可以看到，单结振荡器不断开关“ ON”和“ OFF”没有任何反馈。振荡器的工作频率直接受到充电电阻 r3的值、电容器 c1的值和 η 的值的影响。从 Base1(B1)终端产生的输出脉冲形状是锯齿波形，为了调节时间周期，你只需要改变电阻的欧姆值，R3，因为它设置了 RC 时间常数来给电容器充电。
时间周期，t 的锯齿波形将给出作为充电时间加上放电时间的电容器。由于放电时间 τ1与较大的 RC 充电时间相比一般很短，所以振荡的时间周期大致相当于 t something τ2。因此，振荡频率由 f/t 给出。
示例1
2n2646单接合面电晶体的数据表给出了内在的隔离比 η 为0.65。如果使用100nf 电容器产生定时脉冲，计算产生100hz 振荡频率所需的定时电阻。
1. 时间段如下:


2. 定时电阻 r3的值计算如下:


然后，在这个简单的例子中所需的充电电阻的值被计算为95.3 kω 到最接近的首选值。然而，由于 r3的电阻值可能太大或太小，UJT 张弛振荡器的正常工作需要一定的条件。
例如，如果 r3的值太大，(兆电荷)电容器可能不能充电足以触发单结的发射器进入传导，但也必须足够大，以确保一旦电容器已经放电到低于较低的触发电压 UJT 开关“关闭”。
同样的，如果 r3的值太小，(几百欧姆)一旦触发电流流入发射极端子可能被足够大驱动器件进入其饱和区域，防止它完全关闭。无论哪种方式，单结振荡器电路都不能振荡。
速度控制电路
上面的单接合面电晶体电路的一个典型应用是产生一系列脉冲来发射和控制一个晶闸管。通过使用 UJT 作为相控触发电路与可控硅或晶闸管，我们可以调整速度的通用交流或直流电动机如图所示。
单接合面电晶体速度控制


使用上述电路，我们可以控制通用串联电机(或任何类型的负载，我们想要的，加热器，灯具等)的速度通过调节电流流过 SCR。要控制电机的转速，只需改变锯齿脉冲的频率，这是通过改变电位器的值来实现的。
单接合面电晶体摘要
我们已经看到，单接合面电晶体或简称 UJT，是一种在 n 型(或 p 型)轻掺杂欧姆通道中只有一个 p-n 结的电子半导体器件。UJT 有三个终端，一个贴有标签的发射器(e)和两个基(b1和 B2)。
在半导体通道的两端分别连接两个欧姆接点 b1和 B2，当发射极开路时，电阻介于 b1和 b2之间，称为基极间电阻 RBB。如果用欧姆计测量，对于大多数普通 UJT 来说，这个静电阻值通常在4kω 到10kω 之间。
Rb1与 RBB 的比值被称为固有的分离比，并给出了希腊符号: η (eta)。对于大多数常见的 UJT，η 的典型标准值在0.5到0.8之间。
单接合面电晶体触发器是一种固态触发装置，可用于各种电路和应用，从晶闸管和三极管的点火，到相位控制电路中的锯齿发生器。负阻特性的 UJT 也使它非常有用作为一个简单的张弛振荡器。
当作为一个张弛振荡器连接时，它可以独立振荡，而不需要坦克电路或复杂的 RC 反馈网络。当以这种方式连接时，单接合面电晶体能够通过改变单个电容器(c)或电阻器(r)的值，产生一连串持续时间不同的脉冲。
常见的单结晶体管包括2n1671、2N2646、2n2647等，其中2n2646是最流行的用于脉冲和锯齿发生器和时间延迟电路的 UJT。其他类型的单接合面电晶体设备被称为可编程 ujt，可以通过外部电阻器设置开关参数。最常见的可编程单结晶体管是2n6027和2n6028。
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