ترانزستور أحادي الوصلة

الترانزستور أحادي الوصلة ( UJT ) هو جهاز إلكتروني شبه موصل بثلاثة أطراف مع وصلة واحدة فقط . وهو يعمل حصريًا كمفتاح يتم التحكم فيه كهربائيًا .

لا يُستخدم الترانزستور أحادي الوصلة كمضخم خطي، بل يُستخدم في المذبذبات الحرة ، والمذبذبات المتزامنة أو المُشغَّلة، ودوائر توليد النبضات عند ترددات منخفضة إلى متوسطة (مئات الكيلوهرتز). ويُستخدم على نطاق واسع في دوائر التشغيل لمقومات السيليكون المُتحكَّم بها . في ستينيات القرن الماضي، ساهم انخفاض تكلفة الوحدة، إلى جانب خصائصه الفريدة، في تبرير استخدامه في مجموعة واسعة من التطبيقات مثل المذبذبات، ومولدات النبضات، ومولدات الموجات المنشارية، ودوائر التشغيل، والتحكم في الطور، ودوائر التوقيت، ومصادر الطاقة المنظمة للجهد أو التيار. ^{[ 2 ]} تُعتبر أنواع الترانزستور أحادي الوصلة الأصلية الآن قديمة، ولكن لا يزال جهاز متعدد الطبقات لاحق، وهو الترانزستور أحادي الوصلة القابل للبرمجة ، متوفرًا على نطاق واسع.

يوجد ثلاثة أنواع من الترانزستور أحادي الوصلة:

1. يُعد الترانزستور أحادي الوصلة الأصلي، أو UJT، جهازًا بسيطًا عبارة عن قضيب من مادة شبه موصلة من النوع n، تم نشر مادة من النوع p فيه في مكان ما على طوله، مما يُحدد معلمات الجهاز.${\displaystyle \eta }$(نسبة التباعد الجوهرية). يُعدّ طراز 2N2646 الإصدار الأكثر استخدامًا من UJT.
2. الترانزستور أحادي الوصلة التكميلي، أو CUJT، عبارة عن شريط من مادة أشباه الموصلات من النوع p، تم نشر مادة من النوع n في مكان ما على طوله، مما يحدد معلمات الجهاز.${\displaystyle \eta }$يُعد طراز 2N6114 أحد إصدارات CUJT.
3. الترانزستور أحادي الوصلة القابل للبرمجة (PUT) هو جهاز متعدد الوصلات، يُظهر، مع مقاومتين خارجيتين، خصائص مشابهة للترانزستور أحادي الوصلة التقليدي (UJT). وهو قريب من الثايرستور، ويتكون مثله من أربع طبقات pn. يحتوي على مصعد ومهبط متصلين بالطبقة الأولى والأخيرة على التوالي، وبوابة متصلة بإحدى الطبقات الداخلية. لا يمكن استبدال الترانزستورات أحادية الوصلة القابلة للبرمجة (PUT) مباشرةً بالترانزستورات أحادية الوصلة التقليدية (UJT) ، ولكنها تؤدي وظيفة مماثلة. في تكوين دائرة مناسب مع مقاومتين "للبرمجة" لضبط المعلمة${\displaystyle \eta }$، فهي تتصرف مثل الترانزستور أحادي الوصلة التقليدي. تعتبر نماذج 2N6027 و2N6028 ^{[ 3 ]} وBRY39 أمثلة على هذه الأجهزة.

كانت دوائر الترانزستور أحادي الوصلة شائعة في دوائر الإلكترونيات للهواة في الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي، لأنها سمحت ببناء مذبذبات بسيطة باستخدام عنصر نشط واحد فقط. على سبيل المثال، استُخدمت هذه الدوائر في مذبذبات الاسترخاء في مصابيح الوميض ذات المعدل المتغير. ^{[ 4 ]} لاحقًا، مع ازدياد شعبية الدوائر المتكاملة ، أصبح استخدام مذبذبات مثل دائرة المؤقت 555 المتكاملة أكثر شيوعًا.

إضافةً إلى استخدامها كعنصر فعّال في مذبذبات الاسترخاء، يُعدّ تشغيل الثايرستورات ( مثل مقومات السيليكون المتحكم بها (SCR) والترياكات ، وغيرها) من أهم تطبيقات ترانزستورات الوصلة الأحادية (UJT) أو ترانزستورات الطور المتوازية (PUT). يُمكن استخدام جهد مستمر للتحكم في دائرة ترانزستور الوصلة الأحادية أو ترانزستور الطور المتوازي، بحيث تزداد فترة التشغيل مع زيادة جهد التحكم المستمر. يُعدّ هذا التطبيق مهمًا للتحكم في التيارات المترددة الكبيرة.

يمكن استخدام الترانزستورات أحادية الوصلة (UJTs) لقياس التدفق المغناطيسي. يؤثر تأثير هول على الجهد عند وصلة PN، مما يؤثر بدوره على تردد مذبذبات الاسترخاء في الترانزستورات أحادية الوصلة. ^{[ 5 ]} هذا التأثير خاص بالترانزستورات أحادية الوصلة فقط، ولا تظهره الترانزستورات ثنائية الوصلة (PUTs).

يحتوي الترانزستور أحادي الوصلة (UJT) على ثلاثة أطراف: باعث (E) وقاعدتان (B1 _و B2 ₎ ، ولذلك يُعرف أحيانًا باسم "ثنائي القاعدة المزدوجة". تتكون القاعدة من قضيب سيليكون من النوع n مطعّم بشكل خفيف. ويتصل طرفاها بموصلين أوميين B1 وB2. أما الباعث، فهو مصنوع من مادة من النوع p مطعّمة بشكل كثيف _. وتُعطي _الوصلة PN الوحيدة بين الباعث والقاعدة اسم الجهاز. تُسمى المقاومة بين B1 وB2 عندما يكون الباعث في حالة دائرة مفتوحة بمقاومة ما بين القاعدتين . عادةً ما تكون وصلة الباعث أقرب إلى القاعدة الثانية (B2) منها إلى القاعدة الأولى (B1)، ولذلك فإن الجهاز غير متناظر، لأن الوحدة المتناظرة لا توفر الخصائص الكهربائية المثلى لمعظم التطبيقات.

إذا لم يكن هناك فرق جهد بين باعث الترانزستور وأي من طرفي قاعدته، فسيمر تيار ضئيل للغاية من B1 _إلى B2 _. من ناحية أخرى، إذا تم تطبيق جهد كبير نسبيًا على باعث الترانزستور، يُعرف بجهد التشغيل ، فسينضم تيار كبير جدًا من الباعث إلى التيار المار من B1 _إلى B2 _، مما يُنتج تيار خرج أكبر من _{B2 .}

يمثل رمز المخطط التخطيطي لترانزستور أحادي الوصلة طرف الباعث بسهم، موضحًا اتجاه التيار التقليدي عند مرور التيار في وصلة الباعث-القاعدة. يستخدم الترانزستور التكميلي أحادي الوصلة قاعدة من النوع p وباعثًا من النوع n، ويعمل بنفس طريقة الترانزستور ذي القاعدة من النوع n ولكن مع عكس جميع قطبيات الجهد.

يشبه تركيب الترانزستور أحادي الوصلة (UJT) تركيب ترانزستور تأثير المجال ذي القناة السالبة ( JFET )، إلا أن مادة البوابة (من النوع p) في JFET تحيط بمادة القناة (من النوع N)، ويكون سطح البوابة في UJT أكبر من سطح وصلة الباعث. يعمل UJT بوصلة باعث منحازة أمامياً، بينما يعمل JFET عادةً بوصلة بوابة منحازة عكسياً. يُعد UJT جهاز مقاومة سالبة يتم التحكم فيه بالتيار .

يتميز هذا الجهاز بخاصية فريدة، وهي أنه عند تشغيله، يزداد تيار باعثه بشكل متجدد حتى يصل إلى حد أقصى تحدده طاقة مصدر الباعث. كما أنه يتميز بمقاومة سالبة، مما يجعله مناسبًا للاستخدام كمذبذب.

يتم تحيز الترانزستور أحادي الوصلة (UJT) بجهد موجب بين قاعدتيه، مما يُسبب انخفاضًا في الجهد على طوله. عند تطبيق جهد على الباعث أعلى من جهد الباعث بمقدار جهد ثنائي واحد تقريبًا، يبدأ التيار بالتدفق من الباعث إلى القاعدة. ولأن القاعدة مُطعّمة بشكل خفيف جدًا، فإن التيار الإضافي (الشحنات الموجودة في القاعدة) يُسبب تعديلًا في الموصلية ، مما يُقلل مقاومة الجزء من القاعدة بين وصلة الباعث والطرف B2. هذا الانخفاض في المقاومة يعني أن وصلة الباعث تكون أكثر انحيازًا أماميًا، وبالتالي يتم حقن تيار أكبر. في النهاية، تكون المقاومة سالبة عند طرف الباعث. هذا ما يجعل الترانزستور أحادي الوصلة مفيدًا، خاصةً في دوائر المذبذب البسيطة.

تم اختراع الترانزستور أحادي الوصلة كمنتج ثانوي لأبحاث أجريت على ترانزستورات رباعي الأقطاب من الجرمانيوم في شركة جنرال إلكتريك . ^{[ 6 ]} وحصل على براءة اختراع عام 1953. وبدأ تصنيع الأجهزة المصنوعة من السيليكون تجاريًا. ^{[ 7 ]} ويُعدّ الرقم 2N2646 أحد الأرقام الشائعة لهذا النوع من الترانزستورات .

• بوابة النقل – مفتاح إلكتروني قائم على تقنية CMOS