Unijunction-transistoren en hun toepassingen
De unijunction-transistor is een half geleiderelement met een drempelkarakteristiek en een negatieve parameter. Door deze eigenschappen is hij bijzonder geschikt voor toepassingen in impulsgeneratoren, drempelwaardetrappen e.d. Een verdere toepassing is het sturen van thyristoren en wtriacs. Een vereenvoudigd vervangschema laat fig. 1 zien. Aan de hand van dit schema zal de principiele werking worden verklaard.
Fig. 1.
Een van buiten meetbare en als interne basisweerstand RBB gedefinieerde weerstand is tussen B1 en B2 voorhanden. Deze weerstand is door de emitteraansluiting E in RB1 en RB2 verdeeld. De deelverhouding is gedefinieerd door
Is de spanning tussen E en B1 kleiner dan Up = Up + n, UBB, dan is de diode gesperd, zodat nu alleen nog een kleine reststroom IFO door de diode en RB1 vloeit. Op dit moment is de ingangsweerstand enkele mega-ohms. Wordt de spanning tussen E en B1 nu iets groter gemaakt dan Up (zie fig. 3), dan worden de gaatjes in het silicium maximaal geinjecteerd, de weerstand RBI verkleint zich afhankelijk van de emitterstroom. Hierdoor ontstaat de negatieve karakteristiek. Fig. 2 laat de verandering in waarde van RB1 zien als functie van de emitterstroom in het negatieve bereik. Fig. 3 laat naast de drempel Ip, Up ('peak') ook het dal Iv, Uv ('valley') zien.
Fig. 2.
Fig. 3.
De Uv en Iv komen overeen met de normale stroom en spanning van een silicium diode in dat gebied ingesteld. Een normale silicium diode heeft echter geen drempel zoals een unijunction-transistor en is dan ook door de stippellijn aangegeven.
Om bij een impulsgenerator een constante frequentie en een constante amplitude onafhankelijk van de temperatuur te verkrijgen, dient het drempelpunt constant te zijn. De drempelwaarde wordt bepaald door samenwerking van de spanningsdeler (zie fig. 1) en de spanning over de diode Up. Voor temperatuurinvloeden zijn hierdoor alleen RB1, RB2 en de diode van belang.
Alhoewel de weerstanden een temperatuurcoefficient bezitten van ca +0,8%/° C, blijft het punt tussen RB1 en RB2 zonder externe weerstanden constant, daar de weerstanden zich in gelijke verhouding veranderen. De spanning Up van de diode wordt minder naarmate de temperatuur stijgt. Dit betekent, dat de drempelspanning dan ook kleiner wordt.
Een temperatuurstabilisatie van de drempelspanning verkrijgt men door het toevoegen van weerstand R2 in fig. 4.
Fig. 4.
De weerstand R2 is in tegenstelling tot de weerstanden RB1 en RB2 praktisch temperatuurafhankelijk. Bij stijgende temperatuur vermindert de stroom door R2, RB2 en RB1. Daar R2 constant blijft, wordt UBB (fig. 4) groter, gelijktijdig ook de verhouding van de spanning aan het deelpunt. Deze werkt de kleiner wordende spanning Up tegen. In de praktijk blijken voor de temperatuurcompensatie weerstanden van 150 Ω tot 500 Ω (R2) gunstig. R1 wordt over het algemeen kleiner, nl. 50 Ω gekozen.
De programmeerbare unijimction-transistor
Bij de programmeerbare unijunction-transistor gaat het om een vierlagen half geleiderelement. Eigenlijk is dit een onjuiste benaming.
Zij is niet uit de technologische opbouw afgeleid, doch uit de werkingswijze. De programmeerbare UJT werkt met dezelfde uitwendige bouwelementen als een normale UJT. De programmeerbare-UJT is eigenlijk een complementaire thyristor, die aan de anodekant met een negatieve spanning wordt gestuurd en kan ook op deze wijze worden gebruikt. De schakeling van de programmeerbare-UJT met twee externe weerstanden R1 en R2 (fig. 5) heeft bijna dezelfde eigenschappen als een gewone UJT. Daarbij werken de weerstanden R1 en R2 zoals de weerstanden RB1 en RB2 van de normale UJT.
Fig. 5 - Met twee weerstanden wordt een progr. UJT een normale UJT.
Uit het vervangingsschema (fig. 6) volgt de werkingswijze. Is de spanning Up kleiner dan de som, door de deelverhouding van R1 en R2 gegeven spanning, en de bij de doorgeschakelde PNP-transistor behorende spanning UBE (deze is dezelfde als de Up bij de gewone UJT), dan zijn beide transistoren gesperd. Bij het overschrijden van de spanning Up = n, UBB + UBE schakelt de PNP-transistor door. Er vloeit een stroom in de basis van de NPN-transistor. De NPN-transistor wordt daardoor ook doorgeschakeld en sluit de externe weerstand R2 kort. De programmeerbare-UJT heeft hierdoor met de weerstanden R1 en R2 dezelfde karakteristiek tussen A en K als de UJT tussen E en B1. Met de externe weerstanden R1 en R2 heeft men de mogelijkheid om de volgende parameters te beïnvloeden of te programmeren:
Deelverhouding n
Drem. pelstroom Ip
Dalstroom Iv
Interne basisweerstand RBB = R1 + R2
Fig. 6.
De programmeerbaarheid van deze belangrijke parameters is een groot voordeel t.o.v. de gewone UJT. De deelverhouding Ti is door de keuze van de weerstandverhouding tussen 0....1 instelbaar. Drempelstroom en dalstroom zijn bij hoogohmige weerstanden klein, bij laagohmige weerstanden groot. Daarbij is de parallelschakeling:
maatgevend. Rg wordt als parameter door de fabrikant opgegeven. Bij de BSV58A is bijv. een drempelstroom Ip ≤ 0,15 µA bij R2 = 1 MΩ gegarandeerd.
Toepassingen
Enkele voorbeelden van de schakelingen die men kan realiseren met een UJT of een programmeerbareUJT worden weergegeven in de volgende schema's.
Fig. 7 laat een impulsgenerator zien die zeer eenvoudig is opgebouwd. Zodra de bedrijfsspanning wordt ingeschakeld, laadt condensator CT zich over RT op. Zodra deze spanning de drempelspanning van de normale UJT overschrijdt, vermindert zich de basisbinnenweerstand RB1 van de UJT en ontlaadt de condensator zich over RB1 en R1 tot op de spanning UD die over de diode staat. Zodra echter deze spanning is bereikt, wordt de ingangsweerstand van de UJT, zoals reeds is beschreven, rond enkele groot. De condensator kan zich nu weer opladen via RT totdat de spanning over de CT groter dan de drempelspanning is geworden, dan immers neemt de UJT stroom toe en begint het verhaal weer opnieuw. De vorm van de uitgangsspanning is een redelijke zaagtand. De weerstand RT moet zo gekozen worden, dat deze een waarde bezit die overeenkomt met de waarde van de UJT in het negatieve deel van zijn karakteristiek. In de praktijk wordt RT > 10 kΩ gekozen.
Fig. 7 - Impulsgenerator met een normale UJT.
De frequentie van de zaagtand kan ongeveer bepaald worden met de formule:
Bij deze afleiding werd de drempelspanning Up ≈ n × UBB gesteld, de Up werd dus verwaarloosd. Tijdens de ontlaadtijd vloeit door RB1 en R1 een grote stroom, die voor thyristorsturing kan worden gebruikt. Voor een betere lineairiteit van de zaagtand kan voor de oplading inplaats van RT een constante stroombron worden toegepast (fig. 8). Een schakeling met een PUT (programmeerbare UJT) laat fig. 9 zien. RT mag niet kleiner dan 200 kΩ zijn, R1 en R2 zijn alleen bepalend voor n.
Fig. 8.
Fig. 9 - Impulsgenerator met progr. UJT.
Door de Lange constantheid van de rempelspanning bij de normale UJT en de hoogahmige ingangsweerstand beneden de drempelspange tijdschakelaars worden geconstrueerd. Fig. 10 laat een tijdschakelaar zien die een vertraging van 100 sec. mogelijk maakt. Middels de potentiometer kan men de schakeltijd of vertraging continu regelen.
Fig. 10.
Het aangetrokken relais Ry houdt zichzelf over het relaiscontact ry vast, totdat met de drukknpo een nieuwe vertraging ontstoken wordt. Een voorbeeld hoe men een thyristor kan triggeren met een UJT laat fig. 11 zien. De belastingsweerstand R1 is bijy. een kleine permanent magneetmotor zoals in modeltreinen en modelboten. Met R1 kan men de stroom door R1 varieren en zodoende het toerental van de motor regelen.
Fig. 11.
Bron
TFK-Applikationsbericht. 70 Texas-Application report CA-68.
(De BSV typen nr's zijn Telefunken UJT's.)