Transistor Unijunction (UJT) - Tutorial abrangente

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Um transistor unijunction é um dispositivo semicondutor de 3 terminais que é diferente de um BJT tem apenas uma junção pn única. É basicamente projetado para ser usado como um circuito oscilador de estágio único para gerar sinais pulsados ​​adequados para aplicações de circuito digital.

Circuito oscilador de relaxamento UJT

O transistor de unijunção pode ser normalmente conectado na forma de um oscilador de relaxamento, conforme mostrado no circuito básico a seguir.



circuito oscilador de relaxamento usando UJT

Aqui, os componentes RT e CT funcionam como os elementos de temporização e determinam a frequência ou a taxa de oscilação do circuito UJT.

Para calcular a frequência de oscilação, podemos usar a seguinte fórmula, que incorpora o relação de afastamento intrínseca do transistor de unijunção a como um dos parâmetros junto com RT e CT para determinar os pulsos oscilantes.



O valor padrão da relação de impasse para um dispositivo UJT típico está entre 0,4 e 0,6 . Assim, considerando o valor de a = 0,5, e substituindo-o na equação acima, obtemos:

Quando a alimentação é ligada, a tensão através do resistor RT carrega o capacitor CT em direção ao nível de alimentação VBB. Agora, a tensão de afastamento Vp é determinada por Vp em B1 - B2, em conjunto com a razão de afastamento UJT a como: Vp = a VB1VB2 - VD.

Por tanto tempo, a tensão VE no capacitor permanece menor que o Vp, os terminais UJT em B1, B2 exibem um circuito aberto.

Mas, no momento em que a tensão no CT ultrapassa Vp, o transistor de unijunção dispara, descarregando rapidamente o capacitor e iniciando um novo ciclo.

Durante a instância de disparo do UJT, o potencial em R1 aumenta e o potencial em R2 diminui.

A forma de onda resultante através do emissor do UJT produz um sinal dente de serra, que exibe um potencial positivo em B2 e um potencial negativo nas derivações B1 do UJT

Áreas de aplicação do transistor de unijunção

A seguir estão as principais áreas de aplicação onde os transistores unijunction são amplamente usados.

  • Circuitos de Disparo
  • Circuitos osciladores
  • Fontes reguladas por tensão / corrente.
  • Circuitos baseados em temporizador,
  • Geradores Sawtooth,
  • Circuitos de controle de fase
  • Redes biestáveis

Principais características

Facilmente acessível e barato : O preço barato e a fácil disponibilidade de UJTs, juntamente com alguns recursos excepcionais, levaram a uma ampla implementação deste dispositivo em muitas aplicações eletrônicas.

Baixo consumo de energia : Devido ao seu baixo consumo de energia em condições normais de trabalho, o dispositivo é considerado um avanço incrível no esforço constante para desenvolver dispositivos razoavelmente eficientes.

Operação altamente estável e confiável : Quando usado como um oscilador ou em circuito de disparo de atraso, o UJT trabalha com extrema confiabilidade e com uma resposta de saída extremamente precisa.

Construção Básica do Transistor Unijunction

Transistor de unijunção (UJT): construção básica

Figura 1

O UJT é um dispositivo semicondutor de três terminais que incorpora uma construção simples, conforme ilustrado na figura acima.

Nesta construção, um bloco de material de silício do tipo n levemente dopado (tendo característica de resistência aumentada) fornece um par de contatos de base conectados a duas extremidades de uma superfície e uma haste de alumínio ligada na superfície traseira oposta.

A junção p-n do dispositivo é criada na borda da haste de alumínio e do bloco de silício tipo n.

Esta junção p-n única assim formada é a razão para o nome do dispositivo 'unijunção' . O dispositivo era inicialmente conhecido como díodo de base duo (duplo) por causa da ocorrência de um par de contatos de base.

Observe que, na figura acima, a haste de alumínio é fundida / fundida no bloco de silício em uma posição mais perto do contato da base 2 do que do contato da base 1 e também o terminal da base 2 tornou-se positivo em relação ao terminal da base 1 por VBB volts. Como esses aspectos influenciam o funcionamento da UJT ficará evidente nas seções seguintes

Representação Simbólica

A representação simbólica do transistor unijunction pode ser vista na imagem abaixo.

Representação Simbólica de UJT

Figura 2

Observe que o terminal emissor é mostrado com um ângulo em relação à linha reta que representa o bloco de material do tipo n. A ponta da seta pode ser vista direcionando na direção do fluxo típico de corrente (buraco), enquanto o dispositivo de unijunção está na condição polarizada para frente, acionada ou de condução.

Circuito Equivalente de Transistor Unijunction

Circuito equivalente UJT.

Figura 3

O circuito UJT equivalente pode ser testemunhado na imagem mostrada acima. Podemos descobrir como esse circuito equivalente parece relativamente simples, que inclui dois resistores (um fixo, um ajustável) e um diodo solitário.

A resistência RB1 é exibida como um resistor ajustável considerando que seu valor mudará conforme o IE atual muda. Na verdade, em qualquer transistor que representa uma unijunção, RB1 pode flutuar de 5 kΩ até 50 Ω para qualquer mudança equivalente de IE de 0 a 50 = μA. A resistência interbase RBB representa a resistência do dispositivo entre os terminais B1 e B2 quando IE = 0. Na fórmula para isso é,

RBB = (RB1 + RB2) | IE = 0

O intervalo de RBB está normalmente entre 4 e 10 k. A colocação da haste de alumínio, conforme mostrado na primeira figura, fornece as magnitudes relativas de RB1, RB2 quando IE = 0. Podemos estimar o valor de VRB1 (quando IE = 0) usando a lei do divisor de tensão, conforme mostrado abaixo:

VRB1 = (RB1 x VBB) / (RB1 + RB2) = ηVBB (com IE = 0)

A letra grega a (eta) é conhecido como a razão de afastamento intrínseco do dispositivo transistor de unijunção e é definido por:

η = RB1 / (RB1 + RB2) (com IE = 0) = RB1 / RBB

Para a tensão de emissor indicada (VE) maior que VRB1 (= ηVBB) pela queda de tensão direta VD do diodo (0,35 → 0,70 V), o diodo será acionado. Idealmente, podemos assumir a condição de curto-circuito, de forma que o IE comece a conduzir via RB1. Por meio da equação, o nível de tensão de disparo do emissor pode ser expresso como:

VP = ηVBB + VD

Principais Características e Trabalho

As características de um transistor unijunção representativo para VBB = 10 V são indicadas na figura abaixo.

Curva característica do emissor estático UJT

Figura # 4

Podemos ver que, para o potencial emissor indicado à esquerda do ponto de pico, o valor do IE nunca ultrapassa o IEO (que está em microamperes). O IEO atual segue mais ou menos a corrente de fuga reversa ICO do transistor bipolar convencional.

Esta região, é denominada região de corte, como também indicado na fig.

Assim que a condução é alcançada em VE = VP, o potencial emissor VE diminui conforme o potencial de IE aumenta, o que está precisamente de acordo com a diminuição da resistência RB1 para aumentar a corrente IE, conforme explicado anteriormente.

A característica acima fornece um transistor unijunction com uma região de resistência negativa altamente estável, que permite que o dispositivo funcione e seja aplicado com extrema confiabilidade.

Durante o processo acima, pode-se esperar que o ponto de vale seja finalmente alcançado, e qualquer aumento em IE além desta faixa faz com que o dispositivo entre na região de saturação.

A figura 3 mostra um circuito equivalente de diodo na mesma região com uma abordagem de características semelhantes.

A queda no valor da resistência do aparelho na região ativa é ocasionada pelos orifícios injetados no bloco tipo n pela haste de alumínio tipo p assim que ocorre o disparo do aparelho. Isso resulta em um aumento na quantidade de buracos na seção tipo n aumenta o número de elétrons livres, causando uma condutividade aprimorada (G) através do dispositivo com uma diminuição equivalente em sua resistência (R ↓ = 1 / G ↑)

Parâmetros Importantes

Você encontrará três parâmetros adicionais importantes associados a um transistor unijunction que são IP, VV e IV. Todos estes são indicados na figura # 4.

Na verdade, eles são muito fáceis de entender. A característica do emissor normalmente existente pode ser aprendida na figura 5 abaixo.

Figura # 5

Aqui podemos observar que o IEO (μA) é imperceptível porque a escala horizontal está calibrada em miliamperes. Cada uma das curvas que cruzam o eixo vertical são os resultados correspondentes de VP. Para valores constantes de η e VD, o valor de VP muda de acordo com VBB, conforme formulado abaixo:

Folha de Dados do Transistor Unijunction

Uma faixa padrão de especificações técnicas para o UJT pode ser aprendida na Figura 5 abaixo.

Folha de dados UJT e configuração de pinagem

Detalhes de pinagem UJT

Os detalhes da pinagem também estão incluídos na folha de dados acima. Observe que os terminais de base B1 e B2 estão situados opostos um ao outro, enquanto o pino emissor É está posicionado no centro, entre os dois.

Além disso, o pino de base que é suposto estar conectado com níveis de suprimento mais altos está situado próximo ao rebento no colarinho da embalagem.

Como usar um UJT para disparar um SCR

Uma aplicação relativamente popular do UJT é para disparar dispositivos de energia, como o SCR. Os componentes fundamentais deste tipo de circuito de disparo são descritos no diagrama # 6 mostrado abaixo.

Figura 6: Disparando um SCR usando um UJT

Linha de carga UJT para um acionamento de um dispositivo externo como SCR

Figura 7: Linha de carga UJT para um acionamento de um dispositivo externo como SCR

Os principais componentes de temporização são formados por R1 e C, enquanto R2 funciona como resistores pull down para a tensão de disparo de saída.

Como calcular R1

O resistor R1 deve ser calculado para garantir que a linha de carga definida por R1 viaja através das características do dispositivo dentro da região de resistência negativa, ou seja, para o lado direito do ponto de pico, mas para o lado esquerdo do ponto de vale, conforme indicado em Fig # 7.

Se a linha de carga não conseguir cruzar o lado direito do ponto de pico, o dispositivo de unijunction não pode iniciar.

A fórmula R1 que garante uma condição de ativação pode ser determinada uma vez que consideremos o ponto de pico onde IR1 = IP e VE = VP. A equação IR1 = IP parece lógica porque a corrente de carga do capacitor, neste ponto, é zero. Ou seja, o capacitor neste ponto específico está transitando de uma condição de carga para uma condição de descarga.

Para a condição acima, podemos, portanto, escrever:

fórmula para um acionamento de um dispositivo externo como SCR com UJT

Alternativamente, para garantir um desligamento completo do SCR:

R1> (V - Vv) / Iv

Isso implica que a faixa de seleção do resistor R1 deve ser conforme expresso conforme abaixo:

(V - Vv) / Iv

Como calcular o R2

O resistor R2 deve ser adequadamente pequeno para garantir que o SCR não seja disparado erroneamente pela tensão VR2 em R2 quando IE ≅ 0 Amp. Para isso, o VR2 deve ser calculado de acordo com a seguinte fórmula:

VR2 ≅ R2V / (R2 + RBB) (quando IE ≅ 0)

O capacitor fornece o atraso de tempo entre os pulsos de disparo e também determina a duração de cada pulso.

Como calcular C

Referindo-se à figura abaixo, assim que o circuito for energizado, a tensão VE que for igual a VC começará a carregar o capacitor para a tensão VV, através de uma constante de tempo τ = R1C.

Figura 8

A equação geral que determina o período de cobrança de C em uma rede UJT é:

vc = Vv + (V - Vv) (1 - é-t / R1C)

Por meio de nossos cálculos anteriores, já sabemos a volatilidade em R2 durante o período de carga do capacitor acima. Agora, quando vc = vE = Vp, o dispositivo UJT entrará no estado ON, fazendo com que o capacitor descarregue via RB1 e R2, com uma taxa dependendo da constante de tempo:

τ = (RB1 + R2) C

A seguinte equação pode ser usada para calcular o tempo de descarga quando

vc = vE

vc ≅ Vpe -t / (RB1 + R2) C

Essa equação se tornou um pouco complexa devido ao RB1, que vai diminuindo de valor conforme a corrente do emissor aumenta, junto com outros aspectos do circuito como R1 e V, que também afetam a taxa de descarga de C em geral.

Apesar disso, se nos referirmos ao circuito equivalente conforme dado acima na Figura # 8 (b), normalmente os valores de R1 e RB2 podem ser tais que uma rede Thévenin para a configuração em torno do capacitor C pode ser marginalmente afetada pelo R1, Resistores RB2. Embora a tensão V pareça ser bastante grande, o divisor resistivo auxiliando a tensão Thévenin pode ser geralmente esquecido e eliminado, conforme mostrado no diagrama equivalente reduzido abaixo:

Portanto, a versão simplificada acima nos ajuda a obter a seguinte equação para a fase de descarga do capacitor C, quando VR2 está em seu pico.

VR2 ≅ R2 (Vp - 0,7) / R2 + RB1

Para mais circuitos de aplicação, você também pode consulte este artigo




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