Transistor Unijonction (UJT) & UJT Programmable (PUT) : Conception, Fonctionnement et Applications Oscillateur

Qu'est-ce qu'un Transistor Unijonction (UJT) ?

Un UJT est un dispositif silicium à trois terminaux qui, bien que pas un thyristor, peut déclencher de plus grands thyristors en délivrant une impulsion nette à sa base B1. Il est construit à partir d'une barre de silicium de type N avec une région P centrale. Les deux extrémités de la barre sont les bases B1 et B2 ; la région P centrale agit comme émetteur. Quand l'émetteur est déconnecté, la résistance totale base-à-base (R_BBO) équivaut à la somme de R_B1 et R_B2 et varie typiquement de 4 kΩ à 12 kΩ, selon le dispositif. Le ratio d'étayage intrinsèque (η) — le rapport de R_B1 à R_BBO — varie de 0,4 à 0,8. Le symbole schématique est montré en Figure (c).

Caractéristiques Électriques

La courbe courant émetteur versus tension émetteur (Figure (a)) démontre qu'à mesure que la tension d'émetteur (V_E) augmente, le courant d'émetteur (I_E) monte à une valeur de pic (I_P). Au-delà de ce point, le dispositif entre dans une région de résistance négative où le courant diminue alors que la tension chute, atteignant un minimum au point de vallée (V_V). La résistance de R_B1 est la plus basse à cette vallée. Pour un 2N2647, la fiche technique liste I_P = 2 µA et I_V = 4 mA.

La tension de pic (V_P) équivaut à la chute de tension aux bornes de R_B1 plus une chute de diode ~0,7 V. La tension de vallée (V_V) est typiquement environ 10% de l'alimentation base-à-base (V_BB).

Oscillateur de Relaxation Utilisant un UJT

Dans un oscillateur de relaxation basé UJT, une résistance de charge (R_E) charge un condensateur (C_E) jusqu'à ce que la tension d'émetteur atteigne V_P. À cet instant, la faible résistance entre émetteur et B1 décharge le condensateur rapidement. Quand la tension du condensateur tombe sous V_V, la résistance émetteur-B1 remonte, permettant au condensateur de se recharger et le cycle se répète. La période approximative est T ≈ R_E·C_E, mais une expression plus précise est donnée dans la figure.

L'impulsion de décharge peut apparaître aux bornes des résistances de charge externes B1 et B2. La résistance à B1 doit être assez faible pour ne pas affecter le temps de décharge ; la résistance B2 est optionnelle et peut être court-circuitée. La résistance de charge doit être choisie de sorte qu'elle puisse fournir I_P à V_BB - V_P et limiter le courant de vallée à I_V à V_BB - V_V. Pour un 2N2647, les calculs sont montrés dans la figure.

Transistor Unijonction Programmable (PUT)

Le PUT est un thyristor à trois terminaux, quatre couches, qui se comporte comme un UJT mais est disponible en production de masse et à faible coût. Sa grille — une couche de type N près de l'anode — est appelée « grille d'anode » et est connectée à l'anode dans le symbole schématique. La courbe caractéristique du PUT (courant d'anode vs tension d'anode) miroite celle d'un UJT ; la tension de grille règle la tension de pic programmable (V_P). Des résistances externes (R1 et R2) remplacent les R_B1 et R_B2 internes, permettant aux concepteurs de programmer le ratio d'étayage intrinsèque (η = R1/(R1+R2)).

Dans un oscillateur de relaxation PUT, une résistance (R) charge un condensateur jusqu'à ce que V_P soit atteint. Le dispositif conduit alors fortement, tirant le point de fonctionnement le long de la pente de résistance négative vers la vallée, et un pic de courant traverse la cathode. Après décharge, le point se réinitialise sur la pente montante. La résistance doit être assez grande pour ne jamais fournir le courant de vallée (I_P), mais assez petite pour atteindre V_P pendant la charge. Pour un 2N6027 avec alimentation 10 V et η ≈ 2/3, la plage de résistance acceptable est 143 kΩ < R < 755 kΩ.

Tableau de Paramètres Exemple pour 2N6027 PUT

Paramètre	Conditions	Min	Typique	Max	Unités
V_T	V_S=10 V, R_G=1 MΩ	0,2	0,7	1,6	V
V_T	V_S=10 V, R_G=10 kΩ	0,2	0,35	0,6	V
I_P	V_S=10 V, R_G=1 MΩ	-	1,25	2,0	µA
I_P	V_S=10 V, R_G=10 kΩ	-	4,0	5,0	µA
I_V	V_S=10 V, R_G=1 MΩ	-	18	50	µA
I_V	V_S=10 V, R_G=10 kΩ	70	150	-	µA
I_V	V_S=10 V, R_G=200 Ω	1500	-	-	µA
V_F (I_F=50 mA)	-	-	0,8	1,5	V

Avec ces valeurs, un oscillateur de relaxation PUT pratique peut driver un variateur de lampe SCR. Le circuit utilise une alimentation V_BB non filtrée, un redresseur pont, et une résistance variable qui doit être associée à une résistance série minimale pour empêcher le potentiomètre de rester coincé au point de vallée après chaque passage par zéro.

Considérations de Performance

• Les circuits de timing PUT sont typiquement utilisables jusqu'à 10 kHz.
• Si une rampe de tension linéaire est requise au lieu d'une exponentielle, remplacez la résistance de charge par une source de courant constant (ex: diode à courant constant basée FET).
• Un PUT DIY peut être construit à partir d'un transistor PNP et NPN en omettant la grille cathode et en utilisant la grille anode.

Points Clés à Retenir

• Un UJT comprend deux bases et un émetteur central ; sa jonction émetteur-B1 exhibe une résistance négative.
• Un PUT est un thyristor trois terminaux qui émule un UJT, avec un réseau de résistances externes fixant le ratio d'étayage intrinsèque.
• Les deux dispositifs sont idéaux pour oscillateurs de relaxation, circuits de temporisation et déclenchement de thyristors.

Ressources Connexes

• Fiche d'exercices Thyristors