단접합 트랜지스터

단접합 트랜지스터(Unijunction transistor, UJT) 또는 단일 접합트랜지스터는 하나의 p-n 접합만 있는 3개의 리드 전자 반도체 소자이다. 이 장치는 전기적으로 제어되는 스위치로만 작동한다.

단접합 트랜지스터
단접합 트랜지스터
종류	능동
발명	제너럴 일렉트릭 (1953)
핀 구성	B2, B1, 이미터
전기 기호
UJT N 및 P 기호[1]

UJT는 선형 증폭기로 사용되지 않는다. 수백 킬로헤르츠의 저주파에서 중주파에 이르는 자유 발진기, 동기화 또는 트리거 발진기, 펄스 생성 회로에 사용된다. 사이리스터의 트리거링 회로에 널리 사용된다. 1960년대에는 단위당 저렴한 비용과 독특한 특성으로 인해 발진기, 펄스 발생기, 톱니파 발생기, 트리거링 회로, 위상 제어, 타이밍 회로, 전압 또는 전류 조절 전원과 같은 다양한 응용 분야에서 사용이 보장되었다.^[2] 원래 단접합 트랜지스터 유형은 현재는 구식으로 간주되지만, 나중에 개발된 다층 소자인 프로그래밍 가능 단접합 트랜지스터는 여전히 널리 사용 가능하다.

유형

UJT 특성 곡선 그래프, 이미터-베이스1 전압을 이미터 전류의 함수로 나타내며 전류 제어 음성 저항(아래쪽으로 기울어진 영역)을 보여준다.

단접합 트랜지스터에는 세 가지 유형이 있다.

1. 원래의 단접합 트랜지스터 또는 UJT는 본질적으로 N형 반도체 재료 막대이며, 그 길이의 어딘가에 P형 재료가 확산되어 소자 파라미터 ${\displaystyle \eta }$ ("내부 정지 비율")를 고정하는 간단한 소자이다. 2N2646 모델은 UJT의 가장 일반적으로 사용되는 버전이다.
2. 상보형 단접합 트랜지스터 또는 CUJT는 P형 반도체 재료 막대이며, 그 길이의 어딘가에 N형 재료가 확산되어 소자 파라미터 ${\displaystyle \eta }$를 정의한다. 2N6114 모델은 CUJT의 한 버전이다.
3. 프로그래밍 가능 단접합 트랜지스터 또는 PUT는 두 개의 외부 저항을 사용하여 UJT와 유사한 특성을 보이는 다중 접합 소자이다. 사이리스터의 가까운 사촌이며, 사이리스터와 마찬가지로 4개의 p-n 층으로 구성된다. 각각 첫 번째 및 마지막 층에 연결된 애노드와 캐소드를 가지고 있으며, 내부 층 중 하나에 연결된 게이트를 가지고 있다. PUT는 기존 UJT와 직접적으로 호환되지 않지만 유사한 기능을 수행한다. 파라미터 ${\displaystyle \eta }$를 설정하기 위한 두 개의 "프로그래밍" 저항이 있는 적절한 회로 구성에서, PUT는 기존 UJT처럼 작동한다. 2N6027, 2N6028^[3] 및 BRY39 모델은 이러한 소자의 예이다.

응용 분야

단접합 트랜지스터 회로는 1960년대와 1970년대에 하나의 능동 소자만으로 간단한 발진기를 만들 수 있었기 때문에 취미 전자 회로에서 인기가 있었다. 예를 들어, 가변 속도 스트로브 조명에서 릴렉세이션 발진기에 사용되었다.^[4] 나중에 집적 회로가 더욱 보편화되면서 555 타이머 IC와 같은 발진기가 더 널리 사용되었다.

릴렉세이션 발진기의 능동 소자로 사용되는 것 외에도, UJT 또는 PUT의 가장 중요한 응용 분야 중 하나는 사이리스터(실리콘 제어 정류기(SCR), TRIAC 등)를 트리거하는 것이다. DC 전압을 사용하여 UJT 또는 PUT 회로를 제어하여 DC 제어 전압이 증가함에 따라 "온 시간"이 증가하도록 할 수 있다. 이 응용 분야는 대용량 AC 전류 제어에 중요하다.

UJT는 자기장을 측정하는 데에도 사용될 수 있다. 홀 효과는 PN 접합의 전압을 변조한다. 이는 UJT 릴렉세이션 발진기의 주파수에 영향을 미친다.^[5] 이것은 UJT에서만 작동한다. PUT는 이러한 현상을 보이지 않는다.

구조

p형 UJT의 구조

UJT 다이: 결정 중앙의 더 큰 접점은 이미터이고, 더 작은 접점은 B₁이며, B₂는 결정 바닥에 있다.

UJT는 이미터(E)와 두 개의 베이스(B₁ 및 B₂)의 세 개의 단자를 가지고 있어 때때로 "이중 베이스 다이오드"라고도 불린다. 베이스는 가볍게 도핑된 n형 실리콘 막대로 형성된다. 두 개의 옴 접점 B₁ 및 B₂가 양 끝에 부착된다. 이미터는 고농도로 도핑된 p형 재료이다. 이미터와 베이스 사이의 단일 PN 접합이 소자의 이름을 부여한다. 이미터가 개방 회로일 때 B1과 B2 사이의 저항을 내부 베이스 저항이라고 한다. 이미터 접합은 대부분의 응용 분야에서 대칭형 장치가 최적의 전기적 특성을 제공하지 않으므로, 장치가 비대칭이 되도록 일반적으로 베이스-1(B1)보다 베이스-2(B2)에 더 가깝게 위치한다.

이미터와 두 베이스 리드 사이에 전위차가 존재하지 않으면 B₁에서 B₂로 극히 작은 전류가 흐른다. 반면에, 트리거 전압으로 알려진, 베이스 리드에 비해 충분히 큰 전압이 이미터에 인가되면, 이미터에서 B₁에서 B₂로 흐르는 전류에 합류하는 매우 큰 전류가 흐르게 되어 더 큰 B₂ 출력 전류를 생성한다.

단접합 트랜지스터의 회로도 기호는 이미터 리드를 화살표로 나타내며, 이미터-베이스 접합이 전류를 전도할 때의 전통 전류 방향을 보여준다. 상보형 UJT는 p형 베이스와 n형 이미터를 사용하며, n형 베이스 소자와 동일하게 작동하지만 모든 전압 극성이 반대이다.

UJT의 구조는 N채널 JFET와 유사하지만, JFET에서는 p형(게이트) 재료가 N형(채널) 재료를 둘러싸고 있으며, 게이트 표면이 UJT의 이미터 접합보다 크다. UJT는 이미터 접합이 순방향 바이어스된 상태로 작동하는 반면, JFET는 일반적으로 게이트 접합이 역방향 바이어스된 상태로 작동한다. UJT는 전류 제어 부저항 소자이다.

소자 작동

이 소자는 트리거되면 이미터 전원 공급 장치에 의해 제한될 때까지 이미터 전류가 재생적으로 증가하는 독특한 특성을 가지고 있다. 이 소자는 부저항 특성을 나타내므로 발진기로 사용될 수 있다.

UJT는 두 베이스 사이에 양전압으로 바이어스된다. 이는 소자의 길이를 따라 전위 강하를 유발한다. 이미터 전압이 P 확산(이미터) 지점의 전압보다 대략 다이오드 전압만큼 높게 구동되면, 이미터에서 베이스 영역으로 전류가 흐르기 시작한다. 베이스 영역은 매우 약하게 도핑되어 있기 때문에, 추가 전류(실제로는 베이스 영역의 전하)는 전도도 변조를 유발하여 이미터 접합과 B2 단자 사이의 베이스 부분 저항을 감소시킨다. 이 저항 감소는 이미터 접합이 더 순방향 바이어스됨을 의미하며, 따라서 더 많은 전류가 주입된다. 전체적으로, 이 효과는 이미터 단자에서 부저항을 발생시킨다. 이것이 UJT가 유용하게 사용되는 이유이며, 특히 간단한 발진기 회로에서 그렇다.

발명

단접합 트랜지스터는 제너럴 일렉트릭에서 저마늄 4극 트랜지스터 연구의 부산물로 발명되었다.^[6] 이 소자는 1953년에 특허를 받았다. 상업적으로는 실리콘 소자가 제조되었다.^[7] 일반적인 부품 번호는 2N2646이다.