eletrônica aplicada - elt 14 o unijun??o

eletrônica aplicada - elt 14 o unijun??o

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ELIÉSIO 1

ESCOLA TÉCNICAREZENDE-RAMMEL
NOMETURMA _ ANO _

Como seu próprio nome diz, o transistor unijunção (unijunction transistor – UJT ) é um dispositivo semicondutor de três terminais com apenas uma junção PN. Ë um dispositivo de disparo com certas características particulares.

O transistor unijunção (UJT) é um elemento composto por duas bases, B1 e B2, entre as quais está situada uma resistência de silício de tipo N formando o emissor.

BASE 2 B2
BASE 1N
EP

E B1

Numa barra de material N levemente dopado, é soldado um terminal de alumínio, que é um dopante aceitador. Forma-se então, na região próxima à junção, um material do tipo P de dopagem elevada chamada emissor E. Os outros dois terminais da barra são chamados base 1 (B1) e base 2 (B2).

Temos então em um ponto determinado da resistência a criação de uma junção PN, cujo ânodo é o eletrodo emissor “E”.

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ELIÉSIO 2

ESQUEMA ELÉTRICO EQUIVALENTESIMBOLOGIA

B2 E rB2

EP rBB
rsrB1= rn + rs A seta indica o sentido de

rn rB1 condução da junção PN rBB = rB2 +rB1 rn Æ pare variável de rB1 B2

Os terminais B1 e B2 da barra, nada mais são do que uma simples resistência, cujo valor depende de detalhes construtivos, como dopagem e dimensões.

Esta resistência é denominada interbase (rBB) e seu valor a 25º C está compreendido entre 4,7Ω e 9,1KΩ.

Observando o circuito equivalente do UJT (transistor unijunção) encontramos uma malha resistiva com uma junção PN inserida e constituindo um terceiro terminal, que estará pronto para conduzir quando diretamente polarizado.

B2

rB2 E

VEI
VXBBBBr
VI=zona de resistência negativa
B1

rB1

VX r r VB

CHAMANDO
12+=ηVXVBB=×η

r B 1 r r V

V r

VBBVX+=×+==η Æ rB=+12η=rB

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ELIÉSIO 3

O fator η (éta) é parâmetro do UJT,que representa a razão intrínseca de afastamento que é fornecido pelo fabricante e cujo valor oscila entre 0,5 e 0,7, variando inversamente com a temperatura numa razão aproximada de 3mV/ºC. Esta instabilidade, com a temperatura pode ser neutralizada pela utilização de circuitos de estabilização.

IErB2
VEErB1

Se a tensão do emissor (VE) for menor que VX(tensão de referência) , a junção PN fica inversamente polarizada e teremos apenas uma pequena corrente de saturação, provocada por portadores minoritários, no emissor. Se a tensão do emissor (VE), é aumentada acima de VX, ou mais precisamente para VE =VD onde VD=VX+Vγ pois VD é a tensão de disparo , sendo que Vγ representa o valor de tensão necessária para vencer o potencial de barreira da junção PN e VX a queda de tensão em rB1 , neste caso o diodo do emissor fica polarizado diretamente. Nesta condição, lacunas são injetadas do material P para o material

N. Essas lacunas são repelidas pelo potencial positivo de B2 e vão para B1. Este acúmulo de portadores, lacunas, na região do emissor e de B1, resulta num decréscimo na parte variável da resistência rB1 (rn)

rB1(KΩ)Esta variação de rB1 (rn) caracteriza uma

CARACTERÍSTICA DE RB1 resistência negativa , pois

4a tensão VX, mais mesmo assim aumenta a
3Saturação corrente.
2
1
010 20 30 40 IE(mA)

como diminui a resistência, diminui também

diminuindo(parte variável de rB1) e a corrente de emissor em consequência aumentando. Quanto mais

A partir do instante em que a junção de emissor começa a conduzir, a tensão VX = η VBB vai portadores (lacunas) são injetados, mais entramos na região de saturação do UJT.

Naturalmente esta corrente será limitada pela colocação de um resistor externo a B1 que colherá o pulso de corrente. CARACTERÍSTICA VxI DO UJT

VBBIpico
Vpico

VE região

deregião de região
corteresistência do
negativavale
região deVBB=0
saturaçãoIv

Vv IE

Na curva característica VxI estática de um UJT destaca-se os parâmetros Vp (tensão de pico), Ip (corrente de pico), Vv (tensão de vale) e Iv (corrente de vale).

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ELIÉSIO 4

A família de curvas de emissor de um UJT tendo como parâmetro a tensão aplicada VBB. VE

16
12B2
VBB=30VVE VBB
8VBB=20V B1
4VBB=5V
0IE

E VBB=10V

As curvas para VBB ≠ 0, correspondem exatamente à região de resistência negativa.

Com VBB = 0, a característica é de uma junção PN comum, onde o emissor e a base B1 correspondem o anodo e o catodo respectivamente de um diodo.

UJT é polarizado normalmente com tensão entre bases VBB = 5 a 30 V. Pela resistência rBB circula então uma corrente IB2 = VBB / rBB. No cátodo do diodo encontramos uma tensão VX= VBB x rB1/rB1+rB2 .Quando a tensão de emissor VE é inferior a VX, o diodo tem polarização reversa e conduz uma pequena corrente de fuga (IEBO). Quando a tensão de emissor VE é superior a VX, o diodo fica polarizado diretamente e conduz uma corrente IE que injeta portadores no material N diminuindo sua resistência. A diminuição da resistência diminui VX, se VE for constante aumenta IE. Este fenômeno é acumulativo até que IE atinge seu valor máximo.

EB2 B

B r VI=2

VEEVBB
B1

B r rVVX+×=

VEEB1

EXEMPLO 1ÆTomando como base o circuito abaixo , determine:

CHR2 VBB

a) Corrente no emissor

VinR1

Na prática, é necessário que seja colocado resistores externos, para que a corrente seja limitada.

DADOS VBB=10 V Vin= 20 v

R1=100KΩ R2=400 Ω η=0,85 Iv=7 mA V=1 V

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ELIÉSIO 5

Pela tensão de afastamento sabemos que VE deve ser ligeiramente maior que 8,5 V para ligar o diodo de emissor e assim disparar o UJT.[VE=VD]

Com a chave de entrada [CH] ligada, teremos 20 V alimentando o resistor de 400 Ω e isto é o suficiente para superar a tensão de afastamento [8,5 V] e disparar o UJT. E a corrente de emissor será de :

b) A tensão no emissor que abre o UJT

Como o UJT possui uma corrente de vale de 7 mA com tensão de vale de 1 V, a tensão no emissor neste ponto é de 1 V.

Na seqüência do funcionamento, a medida que é reduzida a alimentação do emissor, a corrente de emissor diminui.. No ponto em que ela é de 7mA [Iv} , a tensão de emissor [VE] será de 1 V [Vv} e o UJT estará preste a abrir. A tensão de alimentação do emissor [Vin ] neste instante será:

No circuito analisado verificamos que quando Vin for menor que 3,8 V, o UJT abrirá. E só irá fechar novamente quando Vin estiver com valor acima de 8,5 V

Observamos que agora a tensão VE será fornecida por VBB. EXEMPLO 2Æ Sabendo que o UJT do exemplo 1 possui uma corrente de vale de 7 mA, e a tensão do emissor é de 1 V neste ponto. Qual o valor de tensão do emissor que o UJT abre.?

O valor de 50 mA representa a corrente de pico

O valor 3,8 V representa a tensão de vale

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ELIÉSIO 6

OSCILADOR DE RELAXÃO COM UJT O disparador mais comum utilizando o UJT é o oscilador de relaxação

VBBVE

Vp

R1R2
B2Vv
B1VX
CVR3

VE t R3

0t

Neste circuito o capacitor “C“ se carrega através de R1 até que a tensão de emissor alcance o nível de VD=VX+Vγ, neste momento o UJT fecha e "C" se descarrega sobre rB1 e R3. Quando a tensão de emissor cai a um valor de ± 2 V, neste ponto o diodo deixa de conduzir, e o UJT se bloqueia começando um novo ciclo.

O período de oscilação “τ “, que é praticamente independente da tensão de alimentação e da temperatura, é dado para um valor prático por:

Sem considerar o que acontece com o capacitor admitamos que este esteja inicialmente descarregado. Pelo circuito equivalente do UJT, entre a base 1 e 2 existe um divisor de tensão.

VBBNa prática, utiliza-se RB2<<rB2, fazendo com que a queda de tensão em RB2
RB2seja desprezível. O mesmo ocorre em relação a RB1 e rB1.
IPara RB2 e RB1 desprezível teremos :
R• B2 I

VX I r V rB B

rB2Como Æ
teremos VXrB=η1
• VX

VrBBBB A tensão VX pode ser definida em função da tensão da fonte.

rB1VX

r VB

B=×1como η=rrBB
Centão VXVBB=×η

• B1 I

RB1

Supondo que o capacitor esteja descarregado antes do circuito ser ligado a fonte VBB, a tendência é a de carregar-se exponencialmente até atingir a tensão da fonte.

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ELIÉSIO 7

VBBA constante de tempo τ = R x C é conceitualmente,

o tempo após o qual o capacitor carrega-se com, aproxi-

0,63VBBmadamente 63% da tensão aplicada.

Após 5τ o capacitor estará praticamente com uma tensão igual a tensão aplicada.

τ

Quando o capacitor começar a carregar-se a partir de zero volt, a tensão no emissor (igual à tensão no capacitor) é menor do que a tensão VD. Assim o diodo do emissor está cortado e o UJT bloqueado.

O capacitor carrega-se até que o diodo emissor comece a ficar polarizado diretamente. Quando isso ocorre, a tensão no capacitor está próxima de VD, que é a tensão de disparo do UJT. Quando o diodo emissor conduzir, no instante de disparo, a tensão no capacitor valerá:

VdQuando o UJT entra em condução, há uma injeção de
Eportadores (lacunas) do emissor para a barra de material N.

VC=VD=VX+Vγ Isso faz com que a resistência da região entre emissor e base 1

AK diminua ( esta é a parte variável da resistência rB1, que foi
C rB1 chamada de rn).
VC=VPVX Quando o UJT é disparado, o fato de rn diminuir ( maior

injeção de portadores), faz com que a corrente aumente. Como

RB1 consequência, mais portadores são injetados e a resistência

diminui ainda mais. A tensão no ponto E diminuirá (a capa-).

citor estará se descarregando) mas a corrente aumentará. Ë por isso que essa região é chamada de região de resistência negativa

II
VV
Resistência positivaResistência negativa
A corrente aumenta com o aumento da tensãoA corrente aumenta com a diminuição da tensão

A resistência rn diminui até o ponto em que há uma saturação dos portadores. Já haverá tantos portadores na região de base, que um novo aumento de portadores não diminuirá mais a resistência. Nesse instante o UJT corta e o capacitor para de descarregar-se.

No corte o capacitor volta a carregar-se através do resistor até atingir o valor de VD (tensão de disparo do circuito)

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ELIÉSIO 8

τ1τ2
VpTensão de disparo
Vvtensão de vale

FORMAS DE ONDA DO OSCILADOR DE RELAXAÇÃO COM UJT t

VB1Tensão no terminal B

Tensão contínua em B1 t

VB2Tensão no terminal B2
t0t1 t2 t
T2T

De 0 até t1, o capacitor carrega-se através de R, com constante de tempo τ =RC. Em t1, o UJT dispara e entre t1 e t2, o capacitor descarrega-se com constante de tempo bem menor τ =C(rB1 + RB1).

Ao realizar um projeto de um oscilador de relaxação usando UJT deve ser levado em considerações alguns pontos básicos.

regiãoVE região de região de
de corteresistência negativa saturação

Vp

VEsat Vv

IpIv 50 mA IE

IE0 (µ A) Corrente antes do disparo IE0

Ponto do vale Ponto do pico

Tempo de carga do capacitor

Tempo de descarga do capacitor

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ELIÉSIO 9

O valor de R é definido pela expressão:

IV Æ corrente mínima de vale Ip Æ corrente máximo de disparo

Se for escolhido um valor maior para R, o UJT não irá disparar. Se for escolhido uma valor menor para R, o UJT dispararia apenas uma vez.

Esta expressão é utilizada para definir o valor de C a partir de um R adotado e da frequência desejada.

CÁCULO DE RB1

No projeto, RB1 sempre tem um valor baixo, da ordem de dezenas ou de centenas de ohms. Seu valor é normalmente escolhido para não provocar o disparo quando o capacitor ainda estiver sendo carregado, Isto ocorreria se a tensão de polarização fosse maior ou igual a VGD ( este parâmetro do UJT defini a máxima tensão de disparo que de forma garantida não irá disparar o UJT).

RB RB rBB

A fonte de alimentação VBB deve ter um valor entre 10 e 35 V. O menor valor é determinado pela amplitude da tensão do pulso desejado na base 1 do UJT. O maior valor é definido pela máxima dissipação de potência admitida pelo UJT.

CÁCULO DE RB2

A estabilidade térmica do UJT melhora com o RB2. Alguns fabricantes recomendam como valor prático para RB2, 15% de rBB (rB1+rB2). Outros definem RB2 com expressões que dependem do tipo do UJT, como por exemplo:

ou p pBBV

Geralmente RB é limitado a um valor menor que 100Ω

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ELIÉSIO 10 rV RBBBBB

Projetar um circuito de disparo com UJT que apresenta os seguintes parâmetros:

VBB = 30 V, η = 0,51, Iv = 10 µA, Vp = 3,5 Ip = 10 mA A freqüência de oscilação é F = 60 Hz e a largura do pulso de disparo é de t = 50 µs

PeríodoÆ ms

Arbitrando um capacitor com Æ FCµ47,0= Definindo R

Este valor cai dentro dos limites para o valor de R.Æ Usando valor comercial de 47 KΩ

Cálculo de RB1 Tomando como base a largura do pulso de disparo [ tempo de descarga]

47,0 501 FsC tRBµµ Î Usando valor comercial de 100 Ω

Cálculo de RB2

VBBRBη Î Usando valor comercial de 680Ω

Observamos que com os valores comerciais utilizados a freqüência passa para p pBBV

Tensão da junção do diodo

Vγ = 0,5 V

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ELIÉSIO 1

EXERCÍCIOÆ Projetar um Oscilador de Relaxação com UJT que dispare um Tiristor para alimentar uma lâmpada de 127 V/100W com frequência de 20Hz. DADOS VBB=20V

RB1=27Ω FONTE AC=127 V/60Hz LÂMPADA=127V/100W UJTÆ2N2646 η=0,56(min)/0,75 (max)

Rbb=4,7kΩ(min)/9,1KΩ(max) Ip=1µA(típico)/5µA(max)

Iv=4mA(min)/6mA(típico) TIRISTORÆ TIC106

VGD=0,2v VGT=1V

A tensão contínua em RB! será no pior caso:

Esta queda de tensão em RB1 garante que não haverá disparo antes da carga no capacitor.

por:

Considerando-se η=0,6(médio) e adotando-se Vv=2V,obténdo-se a inequação que define R.

VI V mA

Escolhendo R=15KΩ (cerca de 3 vezes maior do que o valor mínimo),

Para conseguir a frequência de operação desejada, calcula-se C com a expressão da frequência.

Será escolhido um capacitor comercial de 12µF Para o cálculo de RB2 pode ser usado a formula dada pelo fabricante:

R VVB B 2

Será usado um resistor comercial de 820Ω.

VRr V K VB

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ELIÉSIO 12

A tensão de gatilho [VG] é fornecida pela fonte de alimentação através do divisor de tensão resistivo formado por R1 e R2 e determina o ponto de tensão de pico [Vp].

No caso do UJT, Vp é fixado, para um determinado componente, pela fonte de alimentação

[Vp=ηVBB+Vd}. Mas o VP de um PUT pode ser variado alterando-se o valor do dispositivo resistivo R1 e R2 .

Se a tensão de anodo [VA] for menor que a tensão de gatilho [VG] o dispositivo permanecerá em seu estado de bloqueio[desligado]. Se VA ultrapassar a tensão de gatilho por um queda de tensão direta de um diodo[Vd] o ponto de pico será atingido e o dispositivo disparará

O Transistor Unijunção Programável [Progammmable Unijunction Transistor – PUT ] é um tipo de tiristor cujo disparo pode ser programado através de um tensão aplicada no seu gatilho.

Anodo Gatilho

Catodo

Um PUT quando utilizado em um oscilador de relaxação como o apresentado no circuito abaixo, funciona da seguinte maneira: +V

RR1
anodo
Cgatilho
PUT
RSVRS R2

Os pontos da corrente de pico [Ip] e da corrente de vale [Iv] dependem ambos da impedância equivalente

R RRRG+×= e da fonte de alimentação Vs. Geralmente RG é limitado a um valor abaixo de 100Ω

O valor de Vp é dado por :Vs
Desta forma podemos dizer que

O valor da freqüência é controlado por R e C juntamente com R1 e R2. Sendo que o período de oscilação [T] é dado aproximadamente por

VpVs VsRCF

A corrente de gatilho [IG] no ponto do vale é dada por

() RG VsIGη−=1

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ELIÉSIO 13

R RRRG+×= E R1 e R2 podem ser determinados a partir de

ηRGR=1e η−=1

2RGR

Exemplo Calcular o circuito de dispara usando PUT apresentado abaixo, com as seguintes características:

Vs= 30 V e IG= 1 mA. A freqüência de oscilação é

Pico do disparo é de Vp=10 V.
RR1
AnodoPeríodoÆms

Vs F= 60 Hz. A largura do pulso t=50 µse a tensão de

CTensão de pico do disparoÆVVp10=

Gatilho

PUT Tensão Arbitrando um capacitor deÆFCµ5,0= de

RsR2 disparo Como ÆΩ===100
Sabendo que

Vpη

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