Programmable unijunction transistor

Abb.1: Schaltzeichen, Schichtaufbau und Strom-Spannungskurve eines Programmierbaren Unijunction Transistors.

Ein Programmable Unijunction Transistor (= PUT) ist ein elektronisches Halbleiter–Bauelement mit drei Anschlüssen, dem Gate (G), der Anode (A) und der Kathode (K). Der PUT besitzt eine einstellbare („programmierbare“) Schaltschwelle: Legt man an Anode und Kathode eine Spannung an, so fließt kein Strom, solange die Schwellenspannung (U_S ~ U_P) nicht erreicht wird. Übersteigt die angelegte Spannung jedoch den Schwellspannungswert, so wird die A-K – Strecke des PUT leitend. Die Schwellenspannung kann über eine an das Gate angelegte Spannung U_G modifiziert („programmiert“) werden. Abb. 1 zeigt das Schaltzeichen, den Schichtaufbau und die typische Spannungs/Stromkurve eines PUT.

Abb.2: Äquivalentschaltbild PUT und UJTs.

Die Bezeichnung des PUT als Unijunction – Transistor ist irreführend, denn ein „Unijunctiontransistor“ (= UJT) ist ein elektronisches Halbleiterbauelement, welches nur einen p/n-Halbleiter - Übergang (engl.: junction) aufweist. Ein UJT besitzt drei Anschlüsse: Einen Emitter (E) und zwei Basen (B1 und B2). Die Basis wird aus zwei Siliziumstreifen gebildet, die aus schwach dotierten n-Typ – Silizium bestehen. Zwei ohmsche Kontakte B1 und B2 sind an den Enden der Streifen angeschlossen. Der Emitter ist vom p-Typ und sehr stark dotiert. Der Widerstand, der sich zwischen zwischen B1 und B2 bei offenem Emitter einstellt, heißt Interbasiswiderstand (engl.: interbase resistance). Der ursprüngliche Unijunction Transistor (UJT) ist eine einfache Konstruktion, die im Wesentlichen aus einem n-Typ Halbleiterstreifen besteht, in den etwas p-Typ dotiertes Material ein Stück entlang seiner Länge eindiffundiert wurde. Der 2N2646 ist die am häufigsten verwendete Version eines UJT, der in den 70ger und 80ger Jahren des 20. Jahrhunderts verwendet wurde, seitdem aber an Bedeutung verloren hat.

Abb.3: PUT - gesteuerte RC-Oszillatorschaltung

Der „Programmierbare Unijunction Transistor“ (PUT) ist dagegen ein naher Verwandter des Thyristors, denn wie ein Thyristor besteht der PUT aus vier alternierenden p-, n-dotieren Schichten und enthält drei Junctions (Abb. 1). Er besitzt eine Anode und eine Kathode, die an die erste und an die letzte Schicht angeschlossen sind. Desweiteren gibt es ein „Gate“, welches mit einer der inneren Schichten verbunden ist. PUTs sind nicht direkt mit konventionellen UJT austauschbar, obwohl PUTs ähnliche Funktionen ausführen. In der richtigen Schaltkreisauslegung mit zwei „programmierenden“ Widerständen zur Einstellung des Systemparameters η verhalten sie sich wie ein konventioneller UJT (Abb. 2). Der 2N6027 ist ein Beispiel für derartige Bauelemente.

Es ist ein Vorteil der PUTs, dass man mit ihnen Oszillatoren aus wenigen diskreten Bauelementen aufbauen kann (Abb. 3). Da der gleiche Zweck aber auch mit preisgünstigen integrierten Schaltkreisen erreichbar ist (z.B. Timer NE555), werden PUTs nur noch selten eingesetzt. Die Berechnung der elektrischen Größen aus Abb. 2 erfolgt mit den unten stehenden Gleichungen:

$R_{BB}=R_{B1}+R_{B2}$

$R_{G}={\frac {R_{B1}\cdot R_{B2}}{R_{B1}+R_{B2}}}$

$\eta ={\frac {R_{B1}}{R_{B1}+R_{B2}}}$

$U_{G}=\eta \cdot U_{BB}$

$U_{P}=U_{G}+U_{AK}$

($\eta$ = Systemparameter)

Literatur

• Charles Platt, Philip Steffan (Übers.), „Make: Elektronik: Lernen durch Entdecken“, S. 83f, O'Reilly Verlag, Köln 2010

Weblinks

• http://www.circuitstoday.com/programmable-ujt
• http://electricly.com/thyristors-part-8-the-unijunction-transistor-ujt/