单结晶体管的工作原理、特点及应用领域详解

单结晶体管的工作原理、特点及应用领域详解

单结晶体管是一种3端子半导体器件，与BJT不同，它只有一个pn结。它基本上设计用作单级振荡器电路，用于生成适合数字电路应用的脉冲信号。

单结晶体管的应用领域

以下是单结晶体管广泛使用的主要应用领域：

• 触发电路
• 振荡器电路
• 电压/电流调节电源
• 基于定时器的电路
• 锯齿发电机
• 相位控制电路
• 双稳态网络

主要特点

• 易于访问且便宜：UJT的便宜价格和易于获得以及一些特殊功能导致该设备在许多电子应用中得到广泛实施。
• 低功耗：由于其在正常工作条件下的低功耗特性，该设备被认为是不断努力开发合理高效设备的令人难以置信的突破。
• 高度稳定、可靠的工作：当用作振荡器或延迟触发电路时，UJT具有极高的可靠性和极其精确的输出响应。

单结晶体管基本结构

图 #1

UJT是一种三端子半导体器件，其结构简单，如上图所示。在这种结构中，一块轻度掺杂的n型硅材料（具有增加的电阻特性）提供了一对连接到一个表面两端的基座触点，并在相对的后表面上提供了合金铝棒。器件的p-n结在铝棒和n型硅块的边界上创建。这种如此形成的单p-n结是设备名称“单结”的原因。该器件最初被称为双（双）基极二极管，因为存在一对基极触点。请注意，在上图中，铝棒在硅块上熔断/合并的位置比基座2触点更靠近基座1触点的位置，并且基座2端子相对于基座1端子也已通过VBB伏特变为正极。这些方面如何影响UJT的工作将在以下部分中显而易见。

符号表示

下图显示了单结晶体管的符号表示。

图 #2

观察发射器端子与直线成一定角度，该直线描绘了n型材料块。可以看到箭头指向典型电流（孔）流的方向，而单结器件处于正向偏置、触发或导通状态。

单结晶体管等效电路

图 #3

等效的UJT电路可以在上图中看到。我们可以发现这个等效电路看起来相对简单，它包括几个电阻（一个固定电阻，一个可调电阻）和一个单独的二极管。电阻RB1显示为可调电阻，考虑到其值将随着电流IE的变化而变化。实际上，在任何代表单结的晶体管中，对于IE从1到5=μA的任何等效变化，RB50可能会从0kΩ波动到50Ω。基座间电阻RBB表示当IE=1时端子B2和B0之间的器件电阻。在公式中是，

RBB = （RB1 + RB2）|IE = 0

RBB的范围通常在4和10k之间。如图所示的铝棒位置提供了IE=1时RB2，RB0的相对大小。我们可以使用分压定律估计VRB1的值（当IE=0时），如下所示：

VRB1 = （RB1 x VBB） / （RB1 + RB2） = ηVBB （IE = 0）

希腊字母η（eta）被称为单结晶体管器件的固有关断比，由下式定义：

η = RB1 / （RB1 + RB2）（IE = 0） = RB1 / RBB

对于指示的发射极电压（VE）高于VRB1（=ηVBB），二极管的正向压降VD（0.35→0.70V），二极管将被触发ON。理想情况下，我们可以假设短路条件，这样IE将开始通过RB1传导。通过公式，发射极的触发电压电平可以表示为：

VP = ηVBB + VD

主要特点及工作原理

VBB = 10V时代表性单结晶体管的特性如下图所示。

图 #4

我们可以看到，对于峰值点左侧指示的发射极电位，IE值永远不会超过IEO（以微安为单位）。目前的IEO或多或少遵循传统双极晶体管的反向漏电流ICO。这个区域被称为截止区域，如图所示。一旦在VE = VP处实现导通，发射极电位VE就会随着IE电位的增加而降低，这与增加电流IE的电阻RB1减小完全一致，如前所述。上述特性为单结晶体管提供了具有高度稳定的负电阻区域，使器件能够工作并以极高的可靠性进行应用。在上述过程中，可以预期最终达到谷点，任何超出此范围的IE增加都会导致设备进入饱和区域。图#3显示了同一区域中具有相似特性方法的二极管等效电路。器件在有源区域的电阻值下降是由于一旦器件发生点火，p型铝棒就会向n型块中注入孔。这导致n型截面上的空穴数量增加，自由电子数增加，导致器件上的导电性（G）增强，其电阻等效降低（R↓ = 1 / G ↑）

重要参数

您会发现与单结晶体管相关的三个附加重要参数，即IP，VV和IV。所有这些都在图 #4 中表示。这些实际上很容易理解。通常存在的发射器特性可以从下面的图#5中了解到。

图 #5

在这里，我们可以观察到IEO（μA）不明显，因为水平刻度以毫安为单位进行校准。与纵轴相交的每一条曲线都是VP的相应结果。对于 η 和 VD的常量值，VP 值根据 VBB 变化，公式如下：

单结晶体管数据表

UJT的标准技术规格范围可以从下面的图#5中了解。

UJT 引脚排列详细信息

引脚排列详细信息也包含在上述数据表中。请注意，基极 B1 和 B2 彼此相对，而发射极引脚 E 位于这两者之间的中心。此外，应该与更高电源电平连接的基座引脚位于封装环上的分支附近。

如何使用 UJT 触发 SCR

UJT的一个相对流行的应用是触发功率器件，如SCR。下图#6描述了此类触发电路的基本组件。

图 #6：使用 UJT 触发 SCR

主要定时元件由R1和C组成，而R2则像输出触发电压的下拉电阻一样工作。

如何计算 R1

必须计算电阻R1，以确保R1定义的负载线在负电阻区域内通过器件的特性，即向峰值点的右侧移动，但向谷点的左侧移动，如图#7所示。如果负载线无法穿过峰值点的右侧，则单结设备无法启动。一旦我们考虑了IR1 = IP和VE = VP的峰值点，就可以确定保证开关开启条件的R1公式。等式IR1 = IP看起来合乎逻辑，因为此时电容器的充电电流为零。这意味着，在这个特定点的电容器正在通过充电过渡到放电状态。因此，对于上述条件，我们可以这样写：

或者，为了保证完全关闭 SCR：

R1 》 （V - Vv） / Iv

这意味着电阻R1的选择范围必须如下所述：

（V - Vv） / IV 《 R1 《 （V - Vp） / IP

如何计算 R2

电阻R2必须足够小，以确保当IE≅2A时，R2两端的电压VR0不会错误触发SCR。为此，必须按照以下公式计算VR2：

VR2 ≅ R2V / （R2 + RBB） （当 IE ≅ 0 时）

电容提供触发脉冲之间的时间延迟，并决定每个脉冲的长度。

如何计算 C

参考下图，一旦电路通电，等于VC的电压VE将通过时间常数τ = R1C开始向电压VV充电。

图 #8

确定UJT网络中C充电周期的一般公式为：

vc = Vv + （V - Vv）（ 1 -e-吨/R1C）

通过我们之前的计算，我们已经知道在电容器的上述充电期间R2上的电压。现在，当 vc = vE = Vp 时，UJT
器件将进入开关导通状态，导致电容器通过 RB1 和 R2 放电，其速率取决于时间常数：

τ = （RB1 + R2）C

以下公式可用于计算放电时间，当
vc = vE

风险投资≅虚拟聚乙烯-吨/（RB1 + R2）C

由于RB1，这个方程变得有点复杂，随着发射极电流的增加，RB1的值会下降，以及电路中的其他方面，如R《》和V，这也会影响C的整体放电率。尽管如此，如果我们参考上图#8（b）给出的等效电路，通常R1和RB2的值可以使得用于电容C周围配置的戴维宁网络可能受到R1，RB2电阻的轻微影响。虽然电压V看起来相当大，但辅助戴维宁电压的电阻分压器通常可以忽略和消除，如下面的简化等效图所示：

因此，上面的简化版本有助于我们得到以下公式，当VR2处于峰值时，电容器C的放电相位。

VR2 ≅ R2（Vp - 0.7） / R2 + RB1