Az egyátmenetű tranzisztor (UJT)

Az egyátmenetű tranzisztor (UJT - Unijunction Transistor) egyike a leggyakrabban alkalmazott eszközöknek a tirisztorok vezérlésében. Ez egy olyan erősen szennyezett félvezető, mely mikrokristályból áll és azzal a tulajdonsággal rendelkezik, hogy a B1 és B2 báziselektródái között folyó áram lavinaeffektusszerűen megnövelhető az E emitter elektródába injektált töltéshordozók segítségével. A 4.44. ábra baloldali része ismerteti az egyátmenetű tranzisztor áramköri jelölését és helyes előfeszítését (polarizálását). Az ábra jobboldali része azt mutatja be, hogy a B1 és B2 elektródák közötti rész két RB1 és RB2 ellenállás kapcsolatának tekinthetők. Az E elektródán a DE-n alkalmazott potenciállal, melyet a RB1 és RB2 közös pontjára kapcsolunk, ellenőrizhetjük az alsó RB1 ellenállás értékét. Tegyük fel, hogy a bázisok kapcsain UBB feszültség van, és hogy az eszköz zárt. Ilyenkor a két bázis közötti áram:

2

1 2

BB BB

B

B B BB

U U

I = R R = R

+ ^(4.32)

Tehát ez az áram csak alkalmazott feszültségtől és a két bázis között levő félvezető elektródájától függ.

52

4.44. ábra. Az egyátmenetű tranzisztor áramköri jele, a jellemző feszültségei és áramai, valamint a helyettesítő áramköre

A DE diódán az áram nulla, az RB1 és RB2 ellenállások által formált feszültségosztó üresen dolgozik. Az RB1, RB2 és DE közötti pont feszültsége UA:

A (4.33) által meghatározott feszültségosztás meghatározza az UJT egy fontos paraméterét, melyet η-val jelölünk.

Értéke 0,5-0,8 között mozog és nem módosítható, mivel konstrukcióhoz kötött. Amíg a DE dióda zárt, azaz az emitter potenciálja kisebb, mint

max

E A D E

U < U + U = U

(4.35)

A fenti kifejezések érvényesek maradnak, és a bázisok körében folyó áram egy stabil kis értéken van.

Abban a pillanatban, ahogy az emitter UE potenciálja nagyobbá válik, mint az UEmax, az RB1 ellenállás értéke hirtelen csökken, nő az emitteráram egészen az IES telítődési értékig, és az emitter feszültség az UES értékre csökken, ahogy ezt a 4.45. ábra felső része is mutatja.

4.45. ábra. Az egyátmenetű tranzisztor statikus jelleggörbéje, A: a bázisok közötti feszültség 0, B: a bázisok közötti feszültség nullától különböző állandó

Értelemszerűen nőnek a bázisáramok is mind az 1-es, mind a 2-es ágban, ami a megfelelő elektródák potenciáljainak csökkenéséhez, illetve emelkedéséhez vezet. Ezeket az áram és potenciál változásokat egyértelműen a külső elemeknek köszönhetjük. A 4.46. ábra egy UJT-vel megvalósított impulzus generátort ismertet, mely a fenti elven működik. Mivel az UEmax billenő feszültség értéke függ a hőmérséklettől, szükségessé válik az áramkör termikus kompenzálása, amit az R1 és R2

53

ellenállások oly módon történő megválasztásával érjük el, hogy teljesítsék a (4.36) egyenletben

A generátor oszcillációs frekvenciája az alábbi egyszerű összefüggéssel írható le:

3 A B1 elektródán megjelenő impulzusokkal a teljesítmény tirisztorok vezérelhetőek. Ha az R1 ellenállást egy impulzustranszformátor primer körével helyettesítjük, akkor egyben a galvanikus leválasztást is megvalósítottuk, ami nagyon sok alkalmazásban követelmény. Ha az áramkört egy egyenirányított kétszeres frekvenciájú vagy trapezoidális feszültséggel tápláljuk, akkor az R3 potenciométer segítségével fázistolásokat hozhatunk létre a bemenő fezültség nullátmeneteihez képest, tehát fázis vezérlést valósíthatunk meg. Helyettesítve a potenciométert egy feszültségvezérelt áramgenerátorral, biztosíthatjuk a villamos vezérlését a generált impulzusok fázisának, ami nagyon hasznos lehet az energia átalakító rendszerek automatikus szabályozásánál.

4.46. ábra. Egyátmenetű tranzisztorral megvalósított impulzus generátor működési elve Speciális alkalmazásokhoz p-típusú egyátmenetű tranzisztorokat is gyártanak. A teljesítményelektronikában az n-típusú fennebb tárgyalt egyátmenetű tranzisztorok terjedtek el, mivel a gyakorlatban sokkal előnyösebb az áramkör testeléséhez képest pozitív impulzusokat generálni.

A legismertebb egyátmenetű tranzisztor modellek az AEG-Telefunken BSV57, a Texas Instruments TIS43, a Toshiba 2SH14, a Motorola 2N4851 és a General Electric 2N2646.

4.1.4.4.2. Diak

Egy másik vezérlő elem a diak (DIAC: Diode for Alternating Current, vagy Bidirectional Diode Thyristor az angol szakirodalomban) [51]. A statikus jelleggörbéjét és két leggyakrabban alkalmazott áramköri jelölését a 4.47. ábra mutatja.

54

4.47. ábra. A diak áramköri jelei és statikus jelleggörbéje

A diak háromrétegű és két p-n átmenetű struktúrával rendelkezik, hasonlatosan egy bipoláris tranzisztorhoz, de a bázisnak megfelelő réteg a diak esetében nem rendelkezik kivezetéssel. Ahhoz, hogy közel azonos negatív és pozitív áramokat biztosítanak az emitter és a kollektor oldali félvezető rétegek technológiailag ugyanolyan kialakításúak. A diak használata sokkal egyszerűbb, mint az egyrétegű tranzisztoré, mert az RC időzítő áramkörön kívül semmiféle külső áramköri elem nem szükséges. Mivel a billenő feszültség 28-36 V körüli érték, általában csak nagyfeszültségű áramköröknél alkalmazzák őket. Egy ilyen tipikus áramkört ismertet a 4.48. ábra. A legismertebb diakok, amik a piacon kaphatók: Siemens A9903, Ditratherm DA3, Philips BR100, General Electric ST2, ITT V413M, Motorola MPT-28, Texas Instruments TI43, NEC N413.

4.48. ábra. Triak vezérlése diak alkalmazásával váltakozó áramú körben 4.1.4.4.3. Programozható egyrétegű tranzisztor (PUT)

A programozható egyrétegű tranzisztor (angolul Programmable Unijuction Transistor, PUT) kifejlesztését a hagyományos egyrétegű tranzisztoroknál tapasztalt hátrány kiküszöbölése indokolta, mely szerint az η belső tényező nem szabályozható, azaz a billenés egy állandó feszültségen megy végbe, melynek értéke csak a bázis kör táplálási feszültségétől függ, [51], [57]. A programozható egyrétegű tranzisztorok jellemző tulajdonsága, hogy a nyitóirányú billenő feszültség egy egyszerű ellenállásokból épített feszültségosztóval beállítható. Egy feszültségosztó a rácsáramkörben beállítja (programozza) azt az egyenfeszültség szintet, amelynél az anód-katód kör automatikusan kinyit. A tirisztorhoz képest itt az áram és feszültségszintek kicsik és így a nyitóirányú átbillenés a vertikális vezérlés nyomán nem veszélyes a félvezető struktúrára nézve.

A 4.49. ábra mutatja a programozható egyrétegű tranzisztor áramköri jelét, bipoláris tranzisztoros helyettesítő kapcsolását, valamint statikus jelleggörbéjét. A PUT jelleggörbéje nagyon hasonlít az

55

egyrétegű tranzisztor jelleggörbéjéhez, a fő különbséget az jelenti, hogy az eszköz két munkapontja a jelleggörbe negatív differenciális ellenállású szakaszának két szélén helyezkedik el: az (UV, IV) és (UP, IP) pontokban, ahol az utóbbi megegyezik a jelleggörbe csúcsával. A munkapontok helyei a

„programozás” során határozhatóak meg.

4.49. ábra. A programozható egyrétegű tranzisztor áramköri jele, bipoláris tranzisztoros helyettesítő kapcsolása, valamint a statikus jelleggörbéje

4.50. ábra. A programozható egyrétegű tranzisztor speciális alkalmazási áramköre

A 4.50. ábra egy specifikus alkalmazást ábrázol, ahol a programozási feszültség US értéke, mely a 4.49. ábra jelleggörbéjén is fel van tüntetve:

1

1 2

S T

U U R

R R

= +

^(4.38)

Az UP csúcsfeszültség csak egy átmenet feszültségesésével tér el az US-től, melynek értéke 0,6-0,7 V.

Az RG egyenértékű ellenállás a rács áramkörben:

1 2

1 2

G

R R R

R R

= +

^(4.39)

Az RG befolyásolja a csúcs és völgy pontok áramértékeit, amelyek nőnek, ha az az ellenállás csökken.

Ez a tény teljesen rendben van, mert a programozáshoz használt feszültségosztó söntöli a programozható egyrétegű tranzisztor körét, ily módon csökkentve az érzékenységét is.

A 4.51. ábra egy tirisztorral megvalósított egyfázisú váltakozó áramú szaggató programozható egyrétegű tranzisztorral megvalósított vezérlését mutatja.

56

4.51. ábra. Tirisztoros váltakozó áramú szaggató programozható egyrétegű tranzisztoros vezérléssel

Az egyrétegű programozható tranzisztorok olyan impulzusüzemű áramkörökben terjedtek el leginkább, melyek a távközlésben használatosak. Mint vezérlőáramkörök inkább csak kis feszültségen működő alkalmazásokban terjedtek el, ahol például a diakok nem alkalmazhatóak. Másik előnyös tulajdonságuk, hogy könnyen integrálhatóak alkalmazás specifikus integrált áramkörök konfigurációiba. Ilyen eszközöket viszonylag kevesen gyártanak. Ilyenek például az alábbiak: AEG-Telefunken BSV5 B, General Electric D13T1, Motorola MPU131, NEC N13T.

In document Korszerű teljesítményelektronika (Pldal 52-57)