Ujt (unijunction transistor – transistor độc nối)

Hình sau đây mô tả cấu tạo đơn giản hoá và ký hiệu của UJT

Một thỏi bán dẫn pha nhẹ loại n­^- với hai 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.

Hình sau đây trình bày cách áp dụng điện thế một chiều vào các cực của UJT để khảo sát các đặc tính của nó.

- Khi chưa áp V_EE vào cực phát E (cực phát E để hở) thỏi bán dẫn là một điện trở với nguồn điện thế V_BB, được ký hiệu R_BB và gọi là điện trở liên nền (thường có trị số từ 4 K đến 10 K). Từ mô hình tương đương ta thấy Diod được dùng để diễn tả nối P-N giữa vùng P và vùng n^-. Điện trở R_B1 và R_B2 diễn tả điện trở của thỏi bán dẫn n^-. Như vậy:

- Bây giờ, ta cấp nguồn V_EE vào cực phát và nền B₁ (cực dương nối về cực phát). Khi V_EE=0V (nối cực phát E xuống mass), vì V_A 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 V_EE lớn dần, dòng điện I_E bắt đầu tăng theo chiều dương (dòng rỉ ngược I_E giảm dần, và triệt tiêu, sau đó dương dần). Khi V_E có trị số

V_E=V_D+V_A

V_E=0,5V +  V_B2B1 (ở đây V_B2B1 = V_BB) thì Diod phân cực thậun và bắt đầu dẫn điện mạnh.

Điện thế V_E=0,5V +  V_B2B1=V_P được gọi là điện thế đỉnh (peak-point voltage) của UJT.

Khi V_E=V_P, 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 R_B1 giảm. Kết quả là lúc đó dòng I_E tăng và điện thế V_E giảm. Ta có một vùng điện trở âm.

Điện trở động nhìn từ cực phát E trong vùng điện trở âm là: rd=−ΔVEΔIE size 12{r rSub { size 8{d} } = - { {ΔV rSub { size 8{E} } } over {ΔI rSub { size 8{E} } } } } {}

Khi I_E tăng, R_B1 giảm trong lúc R_B2 ítbị ảnh hưởng nên điện trở liên nền R_BB giảm. Khi I_E đủ lớn, điện trở liên nền R_BB chủ yếu là R_B2. Kết thúc vùng điện trở âm là vùng thung lũng, lúc đó dòng I_E đủ lớn và R_B1 quá nhỏ không giảm nữa (chú ý là dòng ra cực nền B₁) gồm có dòng điện liên nền I_B cộng với dòng phát I_E ) nên V_E không giảm mà bắt đầu tăng khi I_E tăng. Vùng này được gọi là vùng bảo hòa.

Như vây ta nhận thấy:

- Dòng đỉnh I_P là dòng tối thiểu của cực phát E để đặt UJT hoạt động trong vùng điện trở âm. Dòng điện thung lũng I_V là dòng điện tối đa của I_E trong vùng điện trở âm.

- Tương tự, điện thế đỉnh V_P là điện thế thung lũng V_V là điện thế tối đa và tối thiểu của V_EB1 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 R_{E để} I_P<I_E<I_V

Thí dụ trong mạch sau đây, ta xác định trị số tối đa và tối thiểu của R_E

Sau đây là các thông số của UJT:

- Điện trở liên nền R_BB: là điện trở giữa hai cực nên khi cực phát để hở. R_BB tăng khi nhiệt độ tăng theo hệ số 0,8%/1^oC

- Tỉ số nội tại: Tỉ số này cũng được định nghĩa khi cực phát E để hở.

- Điện thế đỉnh V_P và dòng điện đỉnh I_P. V_P giảm khi nhiệt độ tăng vì điện thế ngưỡng của nối PN giảm khi nhiệt độ tăng. Dòng I_P giảm khi V_BB tăng.

- Điện thế thung lũng V_V và dòng điện thung lũng I_V. Cả V_V và I_V đều tăng khi V_BB tăng.

- Điện thế cực phát bảo hòa V_Esat: là hiệu điện thế giữa cực phát E và cực nền B₁ được đo ở I_E=10mA hay hơn và V_BB ở 10V. Trị số thông thường của V_Esat là 4 volt (lớn hơn nhiều so với diod thường).

Ổn định nhiệt cho đỉnh: Điện thế đỉnh V_P là thông số quan trọng nhất của UJT. Như đã thấy, sự thay đổi của điện thế đỉnh V_P chủ yếu là do điện thế ngưỡng của nối PN vì tỉ số  thay đổi không đáng kể.

Người ta ổn định nhiệt cho V_P bằng cách thêm một điện trở nhỏ R₂ (thường khoảng vài trăm ohm) giữa nền B₂ và nguồn V_BB. 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 R_BB tăng nên điện thế liên nền V_B2B1 tăng. Chọn R₂ sao cho sự tăng của V_B2B1 bù trừ sự giảm của điện thế ngưỡng của nối PN. Trị của R₂ được chọn gần đúng theo công thức: R2≈(0,4→0,8)RBBηVBB size 12{R rSub { size 8{2} } approx { { ( 0,4 rightarrow 0,8 ) R rSub { size 8{ ital "BB"} } } over {ηV rSub { size 8{ ital "BB"} } } } } {}

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:

Mạch dao động thư giãn (relaxation oscillator)

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 R_E. (Diod phát-nền 1 bị phân cực nghịch, dòng điện phát I_E xấp xỉ bằng không). Điện thế hai đầu tụ tăng dần, khi đến điện thế đỉnh V_P, UJT bắt đều dẫn điện. Tụ C₁ phóng nhanh qua UJT và điện trở R₁. Điện thế hai đầu tụ (tức V_E) giảm nhanh đến điện thế thung lũng V_V. 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.