ترانزستور أحادي الوصلة قابل للبرمجة

الترانزستور أحادي الوصلة القابل للبرمجة ()، ويُختصر PUT، هو عنصر إلكتروني شبه موصل ثلاثي الأطراف ينتمي إلى عائلة الثايرستورات. يشبه في خصائصه ترانزستور أحادي الوصلة التقليدي، إلا أنه يتميز بإمكانية برمجة معاملاته الكهربائية باستخدام مقاومات خارجية، مما يمنحه مرونة أكبر في التطبيقات المختلفة.

 التاريخ 
طُوّر الترانزستور أحادي الوصلة القابل للبرمجة في أوائل الستينيات من القرن العشرين بواسطة جنرال إلكتريك كبديل محسّن للترانزستور أحادي الوصلة التقليدي. وعلى الرغم من أن مصطلح "قابل للبرمجة" يُستخدم في اسم هذا العنصر، إلا أنه لا يعني البرمجة بواسطة البرمجيات، بل يشير إلى إمكانية ضبط نقاط الإطلاق ومعاملات التشغيل باستخدام مقاومات خارجية. واليوم، يُعد PUT من العناصر المتوفرة تجارياً، وأكثر النماذج شيوعاً هو 2N6027 و2N6028 وBRY39.

 البنية والتكوين 
يتكون الترانزستور أحادي الوصلة القابل للبرمجة من أربع طبقات من مواد شبه موصلة مرتبة بتكوين PNPN، مشابهاً في بنيته للموحد السيليكوني المتحكم به (SCR). ومع ذلك، يختلف عن SCR في موضع اتصال البوابة؛ حيث تتصل البوابة في PUT بالطبقة الثانية من النوع N (قرب الأنود)، بينما في SCR تتصل بالطبقة الثالثة من النوع P.

 الأطراف الثلاثة 
يحتوي PUT على ثلاثة أطراف:
 الأنود (Anode - A): يتصل بطبقة من النوع P ويمثل مدخل التيار الرئيسي.
 الكاثود (Cathode - K): يتصل بطبقة من النوع N ويمثل مخرج التيار.
 البوابة (Gate - G): تتصل بطبقة داخلية من النوع N وتُستخدم للتحكم في نقطة الإطلاق.

 مبدأ العمل 
 المقاومة السالبة 
يعمل PUT بناءً على ظاهرة المقاومة السالبة، وهي خاصية تجعل التيار يزداد بينما ينخفض الجهد عبر العنصر في منطقة معينة من منحنى الخصائص. عندما يزداد الجهد بين الأنود والكاثود (Va)، يزداد تيار الأنود (Ia) أيضاً بشكل طبيعي في البداية، لكن عند الوصول إلى نقطة الذروة (Peak Point)، يدخل الترانزستور في منطقة المقاومة السالبة حيث يزداد التيار بينما ينخفض الجهد.

 آلية التشغيل 
يعمل PUT بطريقة مشابهة للثايرستور الصغير؛ فهو يمنع التيار حتى يتم إطلاقه. عندما يُطلق، فإنه يدخل في حالة التوصيل إذا كان التيار مرتفعاً بما فيه الكفاية، ويبقى في هذه الحالة حتى ينخفض تيار الأنود إلى ما دون تيار الإمساك (Holding Current). لإطلاق PUT إلى حالة التوصيل، يمر التيار من الأنود إلى البوابة، وبالتالي يجب أن تكون وصلة الأنود-البوابة منحازة أمامياً.

 معادلات التشغيل 
يتم تحديد نسبة التوقف الذاتية (Intrinsic Standoff Ratio - η) بواسطة المقاومات الخارجية R1 و R2 وفقاً للمعادلة:



جهد نقطة الذروة (Peak Point Voltage - Vp) يُحسب كالتالي:



حيث VBB هو جهد التغذية، و0.6 فولت هو جهد الانحياز الأمامي للوصلة PN.

 التطبيقات 
 مذبذبات الاسترخاء 
أكثر التطبيقات شيوعاً للترانزستور أحادي الوصلة القابل للبرمجة هو في دوائر مذبذبات الاسترخاء (Relaxation Oscillators). في هذا التطبيق، يُستخدم مُكثف C ومقاوم R لتحديد تردد التذبذب. يشحن المُكثف تدريجياً من خلال المقاوم حتى يصل الجهد عبره إلى جهد نقطة الذروة (Vp)، عندها يدخل PUT في حالة التوصيل ويوفر مساراً منخفض المقاومة لتفريغ المُكثف بسرعة. بعد التفريغ إلى نقطة الوادي (Valley Point)، يعود PUT إلى حالة القطع ويبدأ المُكثف بالشحن مرة أخرى، وتتكرر الدورة.

تُستخدم مذبذبات PUT لتوليد موجات منشارية (Sawtooth Waves) بترددات متنوعة يمكن التحكم فيها بسهولة عن طريق تغيير قيم R أو C.

 إطلاق الثايرستورات 
يُستخدم PUT بشكل واسع كعنصر إطلاق (Trigger) للثايرستورات والترياكات في تطبيقات التحكم بالطاقة. تتميز دوائر PUT بسرعة تبديل عالية، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب استجابة سريعة.

 تطبيقات أخرى 
يُستخدم الترانزستور أحادي الوصلة القابل للبرمجة في مجموعة واسعة من التطبيقات، منها:
 دوائر التوقيت (Timing Circuits): يُستخدم في دوائر المؤقتات طويلة المدى بسبب انخفاض تيار التسرب.
 مولدات النبضات (Pulse Generators): لتوليد نبضات دقيقة ومنتظمة.
 دوائر الاستشعار (Sensing Circuits): في تطبيقات الكشف والقياس.
 دوائر التحكم بالطور (Phase Control): للتحكم في زاوية الطور في دوائر التيار المتردد.
 دوائر المسح (Sweep Circuits): لتوليد إشارات المسح في الأجهزة الإلكترونية.

 المزايا والقيود 
 المزايا 
 قابلية البرمجة: أهم ميزة هي إمكانية ضبط نسبة التوقف (η) وجهد نقطة الذروة (Vp) باستخدام مقاومات خارجية، على عكس UJT التقليدي الذي تكون معاملاته ثابتة ومحددة بالبنية الداخلية.
 سرعة تبديل عالية: أسرع من الثايرستورات التقليدية، مما يجعله مناسباً للتطبيقات التي تتطلب استجابة سريعة.
 سهولة التصنيع: على الرغم من كونه أكثر تعقيداً من UJT الثنائي، إلا أنه لا يزال سهل التصنيع نسبياً.
 مقاومة توصيل منخفضة: تكون مقاومة الحالة ON أقل بشكل عام من مقاومة الثايرستور.

 القيود 
 تصنيف طاقة منخفض: لا يتوفر PUT بتصنيفات تيار وجهد عالية مثل SCR، وعادة ما يكون متاحاً في عبوات صغيرة مشابهة لثايرستورات التيار المنخفض (1 أمبير أو أقل).
 عدم التوافق المباشر: لا يمكن استبدال UJT التقليدي بـ PUT مباشرة دون تعديل الدائرة، حيث يتطلب PUT إضافة مقاومات البرمجة R1 و R2.
 الحاجة لمقاومات خارجية: على عكس UJT الذي يعمل بشكل مستقل، يحتاج PUT إلى مقاومات خارجية لتحديد خصائص التشغيل.

 المقارنة مع الترانزستور أحادي الوصلة التقليدي 
 الميزة  UJT التقليدي  PUT البنية  وصلة واحدة (PN) في قضيب سيليكون  أربع طبقات (PNPN) عدد الوصلات  وصلة واحدة  ثلاث وصلات نسبة التوقف (η)  ثابتة (محددة بالتصنيع)  قابلة للبرمجة (بواسطة R1 و R2) الرمز الإلكتروني  يشبه FET  يشبه الثايرستور سرعة التبديل  متوسطة  عالية المرونة في التصميم  محدودة  عالية نماذج شائعة  2N2646، 2N2647  2N6027، 2N6028، BRY39

 المواصفات الفنية 
تتميز ترانزستورات PUT بالمواصفات التالية:
 جهد أمامي منخفض بين البوابة والكاثود
 تيار تسرب منخفض بين البوابة والأنود
 جهد إزاحة منخفض
 جهد خرج ذروة عالٍ
 مناسب للتطبيقات التي تتطلب تسريباً منخفضاً وتيار نقطة ذروة منخفض

نموذج 2N6027 هو الأكثر شيوعاً ويُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية والتعليمية.

 انظر أيضاً 
 ترانزستور أحادي الوصلة
 ثايرستور
 موحد سيليكوني
 ترياك
 مذبذب
 مقاومة سالبة
 دايوود

 المراجع 

 وصلات خارجية 
 دليل شامل حول PUT من Electronics Notes
 مقالة تقنية عن PUT وتطبيقاته
 شرح مفصل لترانزستورات UJT و PUT
 دليل العمليات والخصائص من Electrical Academia

تصنيف:ترانزستورات
تصنيف:أشباه موصلات