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Eletrônica de Potência
UJT Transistor de Unijunção ‘Unijunction Transistor’ Aula Prática I - Teoria 1
1 – Introdução O UJT é um tipo de transistor que simplifica consideravelmente os circuitos osciladores, disparadores e temporizadores. O encapsulamento do UJT tem a forma de um transistor comum, entretanto, suas características elétricas são completamente diferentes. Ele é um gerador de pulsos estreitos de alta potência e de curta duração. Assim, pode ser usado tanto em circuitos de chaveamento como em osciladores.
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2 – Constituição Interna e Simbologia O UJT é feito de uma barra de silício do tipo N, fracamente dopada, com uma junção PN. Ele possui três terminais, emissor (E), base 1 (B1) e base 2 (B2). As bases 1 e 2 são ligadas nas extremidades da barra e o terminal emissor é ligado ao cristal P. O material N é levemente dopado, o que implica numa elevada resistência. 2
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3 – Circuito Equivalente • Vd – Diodo que representa a junção PN; • Vcc – Tensão de polarização entre as base 1 e 2. (Os limites desta tensão são especificados pelo fabricante). • Vee – Tensão aplicada ao emissor Vcc > Vee • Rbb – Resistência do cristal N entre as base 1 e 2. Rbb = Rb1 + Rb2 , que é determinada pela dopagem e geometria da barra de cristal N. Para Vee = 0 o valor de Rbb varia de 4 a 10 kΩ.
Rb1 η= Rbb
• η - Relação intrínseca de disparo, é uma característica do UJT fornecida pelo fabricante. È determinada pela geometria do UJT e depende da localização do emissor em relação às bases. O valor de η varia de 0.5 a 0.8.
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4 – Funcionamento • A fonte Vcc mantém uma tensão fixa entre as base 1 e 2 enquanto a tensão Vee é aumentada lentamente a partir de zero. IE
Inicialmente a junção PN está inversamente polarizada e a corrente IE é negativa, muito pequena e praticamente constante. VE
IE
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4 – Funcionamento • Rb1 e Rb2 formam um divisor de tensão para Vcc. A condição anterior permanece até Vee atingir η * Vcc anulando a corrente IE. Vee = η * Vcc
IE = 0
VE
IE
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4 – Funcionamento • Aumentando Vee ainda mais, a junção PN conduz fracamente até atingir o valor de pico (Vp), que a a barreira de potencial do diodo. IE
Vp = η * Vcc + 0.7
VE Vp
Ip
IE
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4 – Funcionamento • Uma vez atingida a tensão de pico, não se pode mais elevar Vee sem danificar a unijunção. A partir deste momento a corrente de emissor é elevada, e o diodo (emissor) diretamente polarizado passa a injetar portadores minoritários (P) na barra N fracamente dopada. Assim a condutividade entre a base 1 e o emissor aumentam reduzindo o valor de Rb1 (Modulação de condutividade). A corrente Ib2 aumenta e a tensão em Rb1 diminui, assim à medida que IE aumenta VE Diminui.
IE
VE Vp
Ip
IE
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4 – Funcionamento • Rb1 continua diminuindo até IE atingir o ponto de vale, originando os valores Vv e Iv. IE
VE Vp
Vv
Ip
Iv
IE
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4 – Funcionamento
IE
•A partir do ponto de vale a corrente IE torna-se maior que Ib2, e a tensão em Rb1 começa a aumentar. A partir daí a característica VE x IE é aproximadamente igual a junção PN.
VE Vp
Vv
Ip
Iv
IE
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5 – Regiões de Operação VE
Saturação
Vp
Vv
Ip
Iv
IE
Corte Região de resistência negativa 11
6 – Polarização
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Vee
Vcc
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7 – Teste do UJT 1 – Rbb (de B1 a B2).
Rbb deve estar entre 4 e 10 kΩ
2 – Polarização Direta
Valores pequenos e muito variados. 13
7 – Teste do UJT
3 – Polarização Inversa
Valores dever ser muito altos comparados com as outras medidas.
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8 – Pinagem
Características do 2N2646 Rbb = 4K7 a 9K1 n = 0,56 a 0,75 Ip = 5microA Iv = 4mA Vv = 2,2V 15
9 – Oscilador de relaxação O oscilador de relaxação é um circuito multivibrador em que a freqüência e controlada pela carga ou descarga de um capacitor através de um resistor. No circuito, o resistor R1 tem duas funções: fornecer pulsos de tensão na saída do oscilador e limitar a corrente de descarga do capacitor e assim proteger o UJT. O resistor R2 estabiliza termicamente o UJT por meio da variação de tensão.
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9 – Oscilador de relaxação Funcionamento: O período de oscilação do circuito pode-se dividir em dois intervalos. No primeiro intervalo, o UJT está em corte e o capacitor se carrega com a constante de tempo RC. No segundo, o transistor está saturado e o capacitor se descarrega através do “diodo” e da resistência R1. Assim, quando o circuito é ligado, o capacitor começa a se carregar através de R, até atingir a tensão de disparo Vp, dada por:
V p = η Vcc + 0.7
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9 – Oscilador de relaxação Funcionamento: O disparo provoca a redução da resistência entre o emissor e a base 1 . C é descarregado através de um elevado pulso de corrente que flui entre o emissor e B1, limitado por R1. Quando a tensão VE cai e atinge a tensão de vale VV, o UJT entra em corte e o ciclo se repete.
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9 – Oscilador de relaxação Funcionamento: A forma serrilhada da onda é causada pela carga relativamente lenta do capacitor e sua descarga muito rápida. A forma de onda de saída corresponde a um pico de tensão provocado pela descarga rápida de C através de R1.
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9 – Oscilador de relaxação Exercício: Determinar os valores de R1, R2, R e C para construir um oscilador
de relaxação de 100 Hz e utilizando um UJT que possuir as características a seguir e alimentado por uma fonte CC de 30V.
V p = η *VBB + 0.7
η = 0.5 VV = 1 V
VBB − VV V − VP ≤ R ≤ BB IV IP
IV = 10 mA IP = 10 µA RBB = 5 KΩ
C=
Vcc = VBB = tensão de alimentação
R1 >
VP IP
T 1 R1 ln 1 −η
0.7 * RBB (1 − η )* RB1 R2 = + η *VBB η 20
