Transistor UJT dan Osilator Relaksasi UJT
Transistor UJT adalah perangkat semikonduktor tiga terminal yang menunjukkan resistansi negatif dan karakteristik sakelar untuk digunakan sebagai osilator relaksasi dalam aplikasi kontrol fasa.
Transistor Uni Junction atau UJT, adalah keadaan tiga perangkat terminal lain yang solid yang dapat digunakan di pintu gerbang pulsa, waktu rangkaian dan aplikasi memicu generator untuk beralih dan mengendalikan baik Thyristor dan Triac untuk kontrol daya jenis aplikasi AC.
Seperti halnya Dioda, transistor UJT dibangun dari bahan semikonduktor tipe-P dan tipe-N yang terpisah yang membentuk PN-junction tunggal (karena itu namanya Uni-Junction) di dalam channel konduktor utama tipe-N pada perangkat.
Walaupun Transistor UJT memiliki nama transistor, karakteristik switching-nya sangat berbeda dengan transistor bipolar atau transistor FET karena tidak dapat digunakan untuk memperkuat sinyal tetapi sebaliknya digunakan sebagai transistor switching ON-OFF. UJT memiliki konduktivitas searah dan karakteristik impedansi negatif bertindak lebih seperti pembagi tegangan variabel selama breakdown.
Seperti N-channel FET, UJT terdiri dari sepotong solid tunggal bahan semikonduktor tipe-N yang membentuk channel pembawa arus utama dengan dua koneksi luarnya yang ditandai sebagai Base 2 ( B2 ) dan Basis 1 ( ). Koneksi ketiga, secara membingungkan ditandai sebagai Emitter ( E ) terletak di sepanjang channel. Terminal emitter diwakili oleh panah yang menunjuk dari emitter tipe-P ke dasar tipe-N.
Emitter rectifying PN-juntion dari transistor UJT dibentuk dengan menggabungkan bahan tipe-P ke dalam channel silikon tipe-N. Namun, P-channel UJT dengan tipe-N Emitter terminal juga tersedia tetapi ini jarang digunakan.
Junction Emitter diposisikan di sepanjang channel sehingga lebih dekat ke terminal B2 dari B1. Panah digunakan dalam simbol UJT yang menunjuk ke arah base yang menunjukkan bahwa terminal Emitter positif dan bilah silikon adalah material negatif. Di bawah ini menunjukkan simbol, konstruksi, dan rangkaian setara dari UJT.
Perhatikan bahwa simbol untuk transistor UJT terlihat sangat mirip dengan transistor efek medan junction atau JFET, kecuali bahwa ia memiliki panah bengkok yang mewakili input Emitter ( E ). Sementara serupa dalam hal channel ohmik mereka, JFET dan UJT beroperasi sangat berbeda dan jangan bingung.
Jadi bagaimana cara kerjanya? Kita dapat melihat dari rangkaian ekuivalen di atas, bahwa channel tipe-N pada dasarnya terdiri dari dua resistor RB2 dan RB1 secara seri dengan dioda yang setara (ideal), D yang mewakili pn-junction yang terhubung ke titik pusatnya. PN-junction Emitter ini ditetapkan pada posisi di sepanjang channel ohmik selama pembuatan dan karenanya tidak dapat diubah.
Resistansi RB1 diberikan antara emitter, E dan terminal B1, sedangkan resistansi RB2 diberikan antara Emitter, E dan terminal B2. Karena posisi fisik pn-junction lebih dekat ke terminal B2 dari B1 nilai resistif RB2 akan lebih kecil dari RB1.
Resistansi total dari batang silikon (resistansi Ohm-nya) akan tergantung pada tingkat doping semikonduktor yang sebenarnya serta dimensi fisik channel silikon tipe-N tetapi dapat diwakili oleh RBB. Jika diukur dengan ohm meter, resistansi statis ini biasanya akan mengukur antara 4kΩ dan 10kΩ untuk UJT paling umum seperti 2N1671, 2N2646 atau 2N2647.
Kedua resistansi seri ini menghasilkan jaringan pembagi tegangan antara dua terminal dasar dari transistor UJT dan karena channel ini membentang dari B2 ke B1, ketika tegangan diterapkan di seluruh perangkat, potensi di titik mana saja di sepanjang channel akan berada di sebanding dengan posisinya di antara terminal B2 dan B1. Tingkat gradien tegangan karena itu tergantung pada jumlah tegangan supply.
Ketika digunakan dalam suatu rangkaian, terminal B1 terhubung ke ground dan emitter berfungsi sebagai input ke perangkat. Misalkan tegangan VBB diterapkan melintasi UJT antara B2 dan B1 sehingga B2 bias positif relatif terhadap B1. Dengan nol input Emitter diterapkan, tegangan dikembangkan di RB1 (resistansi lebih rendah) dari pembagi tegangan resistif dapat dihitung sebagai:
Untuk transistor UJT, rasio resistif dari RB1 ke RBB yang ditunjukkan di atas disebut rasio stand-off intrinsik dan diberi simbol Yunani: η (eta). Nilai standar tipikal dari η berkisar dari 0.5 hingga 0.8 untuk UJT paling umum.
Jika tegangan input positif kecil yang kurang dari tegangan yang dikembangkan melintasi resistansi, RB1 ( ηVBB ) sekarang diterapkan ke terminal input Emitter, pn-junction dioda reverse bias, sehingga menawarkan impedansi yang sangat tinggi dan perangkat tidak berjalan. UJT beralih "OFF" dan arus nol mengalir.
Namun, ketika tegangan input Emitter meningkat dan menjadi lebih besar dari VRB1 (atau ηVBB + 0.7V, di mana 0.7V sama dengan penurunan volt dioda pn junction), pn-junction menjadi forward bias dan transistor UJT mulai berjalan. Hasilnya adalah arus Emitter, ηIE sekarang mengalir dari Emitter ke wilayah Base.
Pengaruh tambahan saat Emitter mengalir ke base mengurangi porsi resistif dari channel antara junction emitter dan B1 terminal. Penurunan nilai resistansi RB1 ke nilai yang sangat rendah ini berarti bahwa junction Emitter menjadi lebih condong ke depan sehingga menghasilkan aliran arus yang lebih besar. Efek ini menghasilkan resistansi negatif di terminal Emitter.
Demikian juga, jika tegangan input diterapkan antara emitter dan B1 terminal menurun ke nilai di bawah breakdown, nilai resistif dari RB1 meningkat ke nilai yang tinggi. Kemudian Transistor UJT dapat dianggap sebagai perangkat gangguan (breakdown) tegangan.
Jadi kita bisa melihat bahwa resistansi yang disajikan oleh RB1 adalah variabel dan tergantung pada nilai arus Emitter, IE. Kemudian forward bias junction Emitter sehubungan dengan B1 penyebab yang lebih arus mengalir yang mengurangi resistansi antara Emitter, E dan B1.
Dengan kata lain, aliran arus ke Emitter UJT menyebabkan nilai resistif RB1 menurun dan tegangan jatuh melewatinya, VRB1 juga harus berkurang, sehingga lebih banyak arus mengalir yang menghasilkan kondisi resistansi negatif.
2. Nilai resistor timing, R3 dihitung sebagai:
Maka nilai dari pengisian resistor yang diperlukan dalam contoh sederhana ini dihitung sebagai 95.3kΩ dari nilai yang disukai terdekat. Namun, ada kondisi tertentu yang diperlukan untuk osilator relaksasi UJT untuk beroperasi dengan benar karena nilai resistif R3 bisa terlalu besar atau terlalu kecil.
Transistor Uni Junction atau UJT, adalah keadaan tiga perangkat terminal lain yang solid yang dapat digunakan di pintu gerbang pulsa, waktu rangkaian dan aplikasi memicu generator untuk beralih dan mengendalikan baik Thyristor dan Triac untuk kontrol daya jenis aplikasi AC.
Seperti halnya Dioda, transistor UJT dibangun dari bahan semikonduktor tipe-P dan tipe-N yang terpisah yang membentuk PN-junction tunggal (karena itu namanya Uni-Junction) di dalam channel konduktor utama tipe-N pada perangkat.
Walaupun Transistor UJT memiliki nama transistor, karakteristik switching-nya sangat berbeda dengan transistor bipolar atau transistor FET karena tidak dapat digunakan untuk memperkuat sinyal tetapi sebaliknya digunakan sebagai transistor switching ON-OFF. UJT memiliki konduktivitas searah dan karakteristik impedansi negatif bertindak lebih seperti pembagi tegangan variabel selama breakdown.
Seperti N-channel FET, UJT terdiri dari sepotong solid tunggal bahan semikonduktor tipe-N yang membentuk channel pembawa arus utama dengan dua koneksi luarnya yang ditandai sebagai Base 2 ( B2 ) dan Basis 1 ( ). Koneksi ketiga, secara membingungkan ditandai sebagai Emitter ( E ) terletak di sepanjang channel. Terminal emitter diwakili oleh panah yang menunjuk dari emitter tipe-P ke dasar tipe-N.
Emitter rectifying PN-juntion dari transistor UJT dibentuk dengan menggabungkan bahan tipe-P ke dalam channel silikon tipe-N. Namun, P-channel UJT dengan tipe-N Emitter terminal juga tersedia tetapi ini jarang digunakan.
Junction Emitter diposisikan di sepanjang channel sehingga lebih dekat ke terminal B2 dari B1. Panah digunakan dalam simbol UJT yang menunjuk ke arah base yang menunjukkan bahwa terminal Emitter positif dan bilah silikon adalah material negatif. Di bawah ini menunjukkan simbol, konstruksi, dan rangkaian setara dari UJT.
Simbol dan Konstruksi Transistor UJT
Perhatikan bahwa simbol untuk transistor UJT terlihat sangat mirip dengan transistor efek medan junction atau JFET, kecuali bahwa ia memiliki panah bengkok yang mewakili input Emitter ( E ). Sementara serupa dalam hal channel ohmik mereka, JFET dan UJT beroperasi sangat berbeda dan jangan bingung.
Jadi bagaimana cara kerjanya? Kita dapat melihat dari rangkaian ekuivalen di atas, bahwa channel tipe-N pada dasarnya terdiri dari dua resistor RB2 dan RB1 secara seri dengan dioda yang setara (ideal), D yang mewakili pn-junction yang terhubung ke titik pusatnya. PN-junction Emitter ini ditetapkan pada posisi di sepanjang channel ohmik selama pembuatan dan karenanya tidak dapat diubah.
Resistansi RB1 diberikan antara emitter, E dan terminal B1, sedangkan resistansi RB2 diberikan antara Emitter, E dan terminal B2. Karena posisi fisik pn-junction lebih dekat ke terminal B2 dari B1 nilai resistif RB2 akan lebih kecil dari RB1.
Resistansi total dari batang silikon (resistansi Ohm-nya) akan tergantung pada tingkat doping semikonduktor yang sebenarnya serta dimensi fisik channel silikon tipe-N tetapi dapat diwakili oleh RBB. Jika diukur dengan ohm meter, resistansi statis ini biasanya akan mengukur antara 4kΩ dan 10kΩ untuk UJT paling umum seperti 2N1671, 2N2646 atau 2N2647.
Kedua resistansi seri ini menghasilkan jaringan pembagi tegangan antara dua terminal dasar dari transistor UJT dan karena channel ini membentang dari B2 ke B1, ketika tegangan diterapkan di seluruh perangkat, potensi di titik mana saja di sepanjang channel akan berada di sebanding dengan posisinya di antara terminal B2 dan B1. Tingkat gradien tegangan karena itu tergantung pada jumlah tegangan supply.
Ketika digunakan dalam suatu rangkaian, terminal B1 terhubung ke ground dan emitter berfungsi sebagai input ke perangkat. Misalkan tegangan VBB diterapkan melintasi UJT antara B2 dan B1 sehingga B2 bias positif relatif terhadap B1. Dengan nol input Emitter diterapkan, tegangan dikembangkan di RB1 (resistansi lebih rendah) dari pembagi tegangan resistif dapat dihitung sebagai:
Transistor UJT Tegangan RB1
Untuk transistor UJT, rasio resistif dari RB1 ke RBB yang ditunjukkan di atas disebut rasio stand-off intrinsik dan diberi simbol Yunani: η (eta). Nilai standar tipikal dari η berkisar dari 0.5 hingga 0.8 untuk UJT paling umum.
Jika tegangan input positif kecil yang kurang dari tegangan yang dikembangkan melintasi resistansi, RB1 ( ηVBB ) sekarang diterapkan ke terminal input Emitter, pn-junction dioda reverse bias, sehingga menawarkan impedansi yang sangat tinggi dan perangkat tidak berjalan. UJT beralih "OFF" dan arus nol mengalir.
Namun, ketika tegangan input Emitter meningkat dan menjadi lebih besar dari VRB1 (atau ηVBB + 0.7V, di mana 0.7V sama dengan penurunan volt dioda pn junction), pn-junction menjadi forward bias dan transistor UJT mulai berjalan. Hasilnya adalah arus Emitter, ηIE sekarang mengalir dari Emitter ke wilayah Base.
Pengaruh tambahan saat Emitter mengalir ke base mengurangi porsi resistif dari channel antara junction emitter dan B1 terminal. Penurunan nilai resistansi RB1 ke nilai yang sangat rendah ini berarti bahwa junction Emitter menjadi lebih condong ke depan sehingga menghasilkan aliran arus yang lebih besar. Efek ini menghasilkan resistansi negatif di terminal Emitter.
Demikian juga, jika tegangan input diterapkan antara emitter dan B1 terminal menurun ke nilai di bawah breakdown, nilai resistif dari RB1 meningkat ke nilai yang tinggi. Kemudian Transistor UJT dapat dianggap sebagai perangkat gangguan (breakdown) tegangan.
Jadi kita bisa melihat bahwa resistansi yang disajikan oleh RB1 adalah variabel dan tergantung pada nilai arus Emitter, IE. Kemudian forward bias junction Emitter sehubungan dengan B1 penyebab yang lebih arus mengalir yang mengurangi resistansi antara Emitter, E dan B1.
Dengan kata lain, aliran arus ke Emitter UJT menyebabkan nilai resistif RB1 menurun dan tegangan jatuh melewatinya, VRB1 juga harus berkurang, sehingga lebih banyak arus mengalir yang menghasilkan kondisi resistansi negatif.
Aplikasi Transistor dan Osilator UJT
Sekarang kita tahu cara kerja transistor UJT, untuk apa mereka dapat digunakan. Aplikasi paling umum dari transistor UJT adalah sebagai perangkat pemicu untuk Thyristor dan Triac tetapi aplikasi UJT lainnya termasuk generator gigi gergaji, osilator sederhana, kontrol fasa, dan rangkaian timing. Yang paling sederhana dari semua rangkaian UJT adalah Osilator Relaksasi yang menghasilkan bentuk gelombang non-sinusoidal.
Dalam rangkaian osilator relaksasi UJT dasar dan tipikal, terminal Emitter dari transistor UJT terhubung ke junction rangkaian Resistor dan Kapasitor yang terhubung, Rangkaian RC seperti ditunjukkan di bawah ini.
Osilator Relaksasi Transistor UJT
Ketika tegangan ( Vs ) pertama kali diterapkan, transistor UJT adalah "OFF" dan kapasitor C1 sepenuhnya habis tetapi mulai mengisi secara eksponensial melalui resistor R3. Ketika Emitter dari UJT terhubung ke kapasitor, ketika tegangan pengisian Vc melintasi kapasitor menjadi lebih besar dari nilai drop volt dioda, pn-junction berperilaku sebagai dioda normal dan menjadi forward bias yang memicu UJT ke dalam konduksi. Transistor UJT adalah "ON". Pada titik ini impedansi Emitter ke B1 runtuh ketika Emitter masuk ke keadaan jenuh impedansi rendah dengan aliran arus Emitter melalui R1 yang terjadi.
Karena nilai ohm dari resistor R1 sangat rendah, kapasitor melepaskan dengan cepat melalui UJT dan pulsa tegangan naik cepat muncul di R1. Juga, karena kapasitor melepaskan lebih cepat melalui UJT daripada mengisi melalui resistor R3, waktu pemakaian jauh lebih sedikit daripada waktu pengisian karena kapasitor melepaskan melalui UJT resistansi rendah.
Ketika tegangan melintasi kapasitor berkurang di bawah titik pegang pn-junction ( VOFF ), UJT mengubah "OFF" dan tidak ada arus yang mengalir ke junction Emitter sehingga sekali lagi kapasitor mengisi melalui resistor R3 dan proses pengisian dan pemakaian ini antara VON dan VOFF terus-menerus diulang sementara ada tegangan supply, Vs diterapkan.
Bentuk Gelombang Osilator UJT
Kemudian kita dapat melihat bahwa Osilator tidak berfungsi terus-menerus mengaktifkan "ON" dan "OFF" tanpa umpan balik. Frekuensi operasi osilator secara langsung dipengaruhi oleh nilai resistansi pengisian R3, secara seri dengan kapasitor C1 dan nilai η.
Bentuk pulsa output yang dihasilkan dari terminal Base1 ( B1 ) adalah bentuk gelombang gigi gergaji dan untuk mengatur periode waktu, Anda hanya perlu mengubah nilai resistansi ohm, R3 karena ia menetapkan konstanta waktu RC untuk mengisi kapasitor.
Periode waktu, T dari gelombang gergaji akan diberikan sebagai waktu pengisian ditambah waktu pemakaian kapasitor. Sebagai waktu pengosongan, τ1 umumnya sangat singkat dibandingkan dengan waktu pengisian RC yang lebih besar, τ2 periode waktu osilasi lebih atau kurang setara dengan T ≅ τ2. Frekuensi osilasi karena itu diberikan oleh ƒ = 1/T.
Contoh: Transistor UJT Osilator UJT No.1
Lembar data untuk Transistor UJT 2N2646 memberikan rasio stand-off intrinsik η sebagai 0.65. Jika kapasitor 100nF digunakan untuk menghasilkan pulsa timing, hitung resistor timing yang diperlukan untuk menghasilkan frekuensi osilasi 100Hz.
1. Periode waktu diberikan sebagai:
Sebagai contoh, jika nilai R3 terlalu besar, (Megohm) kapasitor mungkin tidak cukup mengisi untuk memicu emitter UJT ke konduksi tetapi juga harus cukup besar untuk memastikan bahwa UJT beralih "OFF" setelah kapasitor telah habis untuk di bawah tegangan pemicu yang lebih rendah.
Demikian juga jika nilai R3 terlalu kecil, (beberapa ratus Ohm) pernah memicu arus yang mengalir ke terminal Emitter mungkin cukup besar untuk mendorong perangkat ke wilayah saturasinya mencegahnya dari mematikan "OFF" sepenuhnya. Bagaimanapun juga rangkaian osilator yang tidak berfungsi akan gagal untuk berosilasi.
Kontrol Kecepatan Transistor UJT
Salah satu aplikasi khas dari rangkaian transistor UJT di atas adalah untuk menghasilkan serangkaian pulsa untuk menembak dan mengendalikan thyristor. Dengan menggunakan UJT sebagai rangkaian pemicu kontrol fasa bersamaan dengan Thyristor SCR atau Triac, kita dapat menyesuaikan kecepatan motor AC atau motor DC universal seperti yang ditunjukkan.
Rangkaian Kontrol Kecepatan Transistor UJT
Dengan menggunakan rangkaian di atas, kita dapat mengontrol kecepatan motor seri universal (atau jenis beban apa pun yang kita inginkan, pemanas, lampu, dll) dengan mengatur arus yang mengalir melalui Thyristor SCR. Untuk mengontrol kecepatan motor, cukup ubah frekuensi pulsa gigi gergaji, yang dicapai dengan memvariasikan nilai potensiometer.
Ringkasan Transistor UJT
Kita telah melihat bahwa Transistor UJT atau Unijunction, adalah perangkat semikonduktor elektronik yang hanya memiliki satu pn-junction dalam channel ohm tipe-N (atau tipe-P) yang didoping dengan ringan. UJT memiliki tiga terminal, satu berlabel Emitter ( E ) dan dua Base ( B1 dan B2 ).
Dua kontak ohm B1 dan B2 dipasang pada masing-masing ujung channel semikonduktor dengan resistansi antara B1 dan B2, ketika emitter terbuka dihubung-singkat dengan yang disebut resistansi interbase, RBB. Jika diukur dengan ohm meter, resistansi statis ini biasanya akan mengukur antara 4kΩ dan 10kΩ untuk UJT paling umum.
Rasio RB1 ke RBB disebut rasio stand-off intrinsik, dan diberi simbol Yunani: η (eta). Nilai standar tipikal dari η berkisar dari 0.5 hingga 0.8 untuk UJT paling umum.
Transistor UJT adalah perangkat pemicu keadaan padat yang dapat digunakan dalam berbagai rangkaian dan aplikasi, mulai dari penembakan thyristor dan triac, hingga penggunaan generator gigi gergaji untuk rangkaian fasa kontrol. Karakteristik negatif resistansi dari UJT juga membuat itu sangat berguna sebagai osilator relaksasi sederhana.
Ketika dihubungkan sebagai osilator relaksasi, ia dapat berosilasi secara independen tanpa rangkaian tangki atau jaringan umpan balik RC yang rumit. Ketika dihubungkan dengan cara ini, transistor UJT mampu menghasilkan rangkaian pulsa dengan durasi yang bervariasi hanya dengan memvariasikan nilai kapasitor tunggal, ( C ) atau resistor, ( R ).
Transistor UJT yang umum tersedia termasuk 2N1671, 2N2646, 2N2647, dll, dengan 2N2646 menjadi UJT paling populer untuk digunakan dalam generator pulsa dan gigi gergaji dan rangkaian tunda waktu.
Jenis lain dari perangkat transistor UJT yang tersedia disebut Programmable UJT, yang dapat memiliki parameter switching yang ditetapkan oleh resistor eksternal. Transistor Unijunction Programmable yang paling umum adalah 2N6027 dan 2N6028.
Jenis lain dari perangkat transistor UJT yang tersedia disebut Programmable UJT, yang dapat memiliki parameter switching yang ditetapkan oleh resistor eksternal. Transistor Unijunction Programmable yang paling umum adalah 2N6027 dan 2N6028.