Điện tử cơ bản - Chương 4: Ujt (unijunction transistor) transistor đơn nối

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM KHOA ĐIỆN GV: Giang Bích Ngân Chương 4: UJT (UNIJUNCTION TRANSISTOR) TRANSISTOR ĐƠN NỐI MỤC TIÊU THỰC HIỆN: Học xong bài này học viên có khả năng: Nắm được cấu tạo, nguyên lý và đặc tính của UJT. Ứng dụng của UJT vào trong thực tế. 1. Cấu tạo và đặc tính của UJT: Một thỏi bán dẫn pha nhẹ loại n- với 2 lớp tiếp xúc kim loại ở hai đầu tạo thành hai cực nền B1 và B2. Nối PN được hình thành thường là hợp chất của dây nhôm nhỏ đóng vai trò chất bán dẫn loại P. Vùng P này nằm cách vùng B1 khoảng 70% so với chiều dài của hai cực nền B1,B2. Dây nhôm đóng vai trò cực phát E. Khi chưa áp VEE vào cực phát E (cực phát E để hở) thỏi bán dẫn là một điện trở với nguồn điện thế VBB, được ký hiệu RBB và gọi là điện trở liên nền (thường có trị số từ 4 KΩ 10KΩ). Từ mô hình tương đương ta thấy Diod được dùng để diễn tả nối P-N giữa vùng P và vùng n-. Điện trở RB1 và RB2 diễn tả điện trở của thỏi bán dẫn n-. Như vậy: RBB=RB1+RB2 Vậy điện thế tại điểm A là:Trong đóCấp nguồn VEE vào cực phát và cực nền B1. Khi VEE = 0V, vì VA có điện thế dương nên Diod được phân cực nghịch và ta chỉ có một dòng điện rỉ nhỏ chạy ra từ cực phát. Tăng VEE lớn dần, dòng điện IE bắt đầu tăng theo chiều dương (dòng rỉ ngược IE giảm dần và triệt tiêu, sau đó dương dần). Khi VE có trị số VE =VA +VD , VE=0,5V + η VB2B1(VB1B2= VBB) thì diode phân cực thuận và bắt đầu dẫn điện mạnh.Điện thế VE= 0,5V + η VB2B1=VP được gọi là điện thế đỉnh (peak-point voltage) của UJT.  Khi VE=VP, nối P-N phân cực thuận, lỗ trống từ vùng phát khuếch tán vào vùng n-và di chuyển đến vùng nền B1, lúc đó lỗ trống cũng hút các điện tử từ mass lên. Vì độ dẫn điện của chất bán dẫn là một hàm số của mật độ điện tử di động nên điện trở RB1 giảm. Kết quả là lúc đó dòng IE tăng và điện thế VE giảm. Ta có một vùng điện trở âm. Điện trở động nhìn từ cực phát E trong vùng điện trở âm là rd= -ΔVE/ΔIE Khi IE tăng, RB1 giảm trong lúc RB2 ít bị ảnh hưởng nên điện trở liên nền RBB giảm. Khi IE đủ lớn, điện trở liên nền RBB chủ yếu là RB2. Kết thúc vùng điện trở âm là vùng thung lũng, lúc đó dòng IE đủ lớn và RB1 quá nhỏ không giảm nữa (chú ý là dòng ra cực nền B1) gồm có dòng điện liên nền B cộng với dòng phát IE ) nên VE không giảm mà bắt đầu tăng khi I tăng. Vùng này được gọi là vùng bảo hòa. Như vậy ta nhận thấy: Dòng đỉnh IP là dòng tối thiểu của cực phát E để đặt UJT hoạt động trong vùng điện trở âm. Dòng điện thung lũng IV là dòng điện tối đa của IE trong vùng điện trở âm. Tương tự, điện thế đỉnh VP là điện thế thung lũng VV là điện thế tối đa và tối thiểu của VEB1 đặt UJT trong vùng điện trở âm. Trong các ứng dụng của UJT, người ta cho UJT hoạt động trong vùng điện trở âm. Muốn vậy, ta phải xác định điện trở RE để IP<IE<IV Thí dụ trong mạch sau đây, ta xác định trị số tối đa và tối thiểu của RE Các thông số kỹ thuật của UJT và vấn đề ổn định nhiệt cho đỉnh: Điện trở liên nền RBB: là điện trở giữa hai cực nên khi cực phát để hở. RBB tăng khi nhiệt độ tăng theo hệ số 0,8%/1oC Tỉ số 	Tỉ số này cũng được định nghĩa khi cực phát E để hở. Điện thế đỉnh VP và dòng điện đỉnh IP. VP giảm khi nhiệt độ tăng vì điện thế ngưỡng của nối PN giảm khi nhiệt độ tăng. Dòng IP giảm khi VBB tăng. Điện thế thung lũng VV và dòng điện thung lũng IV . Cả VV và IV đều tăng khi VBB tăng Điện thế cực phát bảo hòa VEsat: là hiệu điện thế giữa cực phát E và cực nền B1 được đo ở IE=10mA hay hơn và VBB ở 10V. Trị số thông thường của VEsat là 4 volt (lớn hơn nhiều so với diod thường). Ổn định nhiệt cho đỉnh: Điện thế đỉnh VP là thông số quan trọng nhất của UJT. Như đã thấy, sự thay đổi của điện thế đỉnh VP chủ yếu là do điện thế ngưỡng của nối PN vì tỉ số η thay đổi không đáng kể. Người ta ổn định nhiệt cho VP bằng cách thêm một điện trở nhỏ R2 (thường khoảng vài trăm ohm) giữa nền B2 và nguồn VBB. Ngoài ra người ta cũng mắc một điện trở nhỏ R1 cũng khoảng vài trăm ohm ở cực nền B1 để lấy tín hiệu ra. Khi nhiệt độ tăng, điện trở liên nền RBB tăng nên điện thế liên nền VB2B1. Chọn R2 sao cho sự tăng của VB2B1 bù trừ sự giảm của điện thế ngưỡng của nối PN. Trị của R2 được chọn gần đúng theo công thức: Ngoài ra R2 còn phụ thuộc vào cấu tạo của UJT. Trị chọn theo thực nghiệm khoảng vài trăm ohm Ứng dụng đơn giản của UJT: người ta thường dùng UJT làm thành một mạch dao động tạo xung. Dạng mạch và trị số các linh kiện điển hình như sau: Khi cấp điện, tụ C1 bắt đầu nạp điện qua điện trở RE. (Diod phát-nền 1 bị phân cực nghịch, dòng điện phát I xấp xỉ bằng không). Điện thế hai đầu tụ tăng dần, khi đến điện thế Điện thế đỉnh VP, UJT bắt đều dẫn điện. Tụ C1 phóng nhanh qua UJT và điện trở R1 Điện thế hai đầu tụ tức (VE) giảm nhanh đến điện thế thung lũng VV. Đến đây UJT bắt đầu ngưng và chu kỳ mới lập lại. Dùng UJT tạo xung kích cho SCR Bán kỳ dương nếu có xung đưa vào cực cổng thì SCR dẫn điện. Bán kỳ âm SCR ngưng. Điều chỉnh góc dẫn của SCR bằng cách thay đổi tần số dao động của UJT.