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Eletrônica Industrial
Aula 05: Transistor Unijunção (UJT)
1 Transistor Unijunção(UJT)
O transistor unijunção é um dispositivo semicondutor com três terminais e uma junção, Figura 1. É basicamente uma barra de material N (P no complementar) na qual existe uma ilha de material P.
( a ) ( b ) ( c ) ( d )
Figura 1 - ( a ) Transistor unijunção - estrutura ( b ) Simbolo ( c ) Aspecto fisico ( d ) Pinagem
Um dos terminais é chamado de emissor (E) e é de material tipo P. Entre as extremidades da barra existem dois terminais, a base 2 (B2) e a Base1 (B1). Entre essas extremidades o dispositivo apresenta uma resistência ôhmica chamada resistência interbases (RBB) cujo valor está compreendido entre 5 k e 10 k. Entre B2 e a junção existe uma resistência Rb2 e entre a junção e B1 uma resistência Rb1. A soma dessas duas resistências é igual a RBB= Rb1 + Rb2. O circuito equivalente e a polarização do UJT estão indicados na Figura 2.
( a ) ( b )
Figura 2 - ( a ) Polarização e ( b ) circuito equivalente do UJT
Na Figura 2b enquanto VE < 0,7 + VRb1 o UJT estará cortado, pois o diodoD está reversamente polarizado.
VRb1 =h.VBB onde h =Rb1/( Rb1
h é outro parâmetro do UJT chamado de razão intrínseca de disparo. Tipicamente o valor de h (eta) está compreendido entre 0,5 e 0,8.
Quando VE = 0,7 + h.VBB = VP = tensão no ponto de pico, o diodo fica polarizado diretamente e o UJT dispara. O termo disparo é usado por analogia ao disparo de uma arma, significando uma mudança brusca de condição.
A explicação física para o disparo é dada pela realimentação positiva interna. Após ter disparado, o UJT só voltará a cortar novamente quando a tensão de emissor cair abaixo de um valor crítico chamado tensão de vale, VV. Abaixo da tensão de vale a junção volta a ficar polarizada reversamente novamente. A Figura 3 mostra a curva característica de um UJT, indicando os principais pontos (ponto de pico e ponto de vale) e as tres regiôes de operação (Corte, saturação e região de resistencia negativa).
Figura 3 - Curva característica de entrada
2 Oscilador de relaxação
Uma das principais aplicações do UJT é como oscilador de relaxação. Na Figura 4a quando a alimentação é ligada a primeira vez, o capacitor se encontra descarregado, logo VC = VE = 0, portanto o UJT estará cortado (IE =0). Nessas condições o capacitor começa a se carregar através de R, tendendo a tensão nele para +VCC com constante de tempo t = R.C.
Quando VC = VP = 0,7V+ h.VBB o UJT dispara fazendo o capacitor se descarregar através do UJT e da resistência RB1. Quando VC cair abaixo de VV o UJT corta e C volta a se carregar , e o ciclo se repete.
Quando VC = VP = 0,7V+ h.VBB o UJT dispara fazendo o capacitor se descarregar através do UJT e da resistência RB1. Quando VC cair abaixo de VV o UJT corta e C volta a se carregar , e o ciclo se repete.
Figura 4 - Oscilador de relaxação – ( a ) Circuito e ( b ) formas de onda
O período das oscilações é calculado por : T = R.C. ln1/(1-h) e a frequencia f=1/T
Exercicio Resolvido 1
No circuito da Figura 4a, C=0,01m F R=330 k h (eta) =0,65 Vcc=12 V RB1=220 Ohms, Vv=2 V RB2=1 k. Desenhar o grafico de Vc(t) e VRB1(t).
Solução: O periodo pode ser calculado
T=330k.0,01m F.ln1/(1-0,65)=3,46 ms a frequencia f=1/3,46 ms= 289 Hz
Vp=0,7+0,65.12 V= 8,5 V
Formas de onda
Figura 5 - Formas de onda no capacitor C e na resistencia RB1
3 Gerador de Dente de Serra
É um circuito derivado do oscilador anterior. Da teoria de circuito sabemos que se um capacitor se carrega através de uma corrente constante I, a tensão em C varia linearmente com o tempo de acordo com a expressão
VC =(I/C).t que é uma expressão do tipo y=k.x cuja representação grafica é uma reta.
Quanto maior o valor da corrente (fixado C), mais rapidamente se carregará o capacitor. Por outro lado se aumentarmos o valor de C levará mais tempo para carregar C. A inclinação da reta na Figura 6b depende da relação entre a corrente que carrega o capacitor e o valor do mesmo.
Quanto maior o valor da corrente (fixado C), mais rapidamente se carregará o capacitor. Por outro lado se aumentarmos o valor de C levará mais tempo para carregar C. A inclinação da reta na Figura 6b depende da relação entre a corrente que carrega o capacitor e o valor do mesmo.
Figura 6: Carga de capacitor por corrente constante
O circuito é basicamente o mesmo da Figura 4a, a diferença é que a corrente que carrega o capacitor nesse caso é constante, sendo igual à corrente de coletor (IC).
( a ) ( b )
Figura 7 - Gerador dente de serra ( a ) circuito com transistor ( b ) circuito com fonte de corrente ideal
No circuito da Figura 6a, o transistor, R1, R2 e R simulam uma fonte de corrente constante, desta forma a carga de C é linear. Quando VC atingir Vp, o UJT dispara e C se descarrega bruscamente, e quando VC for menor do que VV o UJT volta ao corte e o ciclo recomeça. A Figura 6b mostra a forma de onda da tensão no capacitor.
Figura 8 - Forma de onda da tensão no capacitor (Dente de serra) no circuito da fFgura 6
O periodo das oscilações é calculado por :
Onde VP é a tensão no ponto de pico (disparo), Vv é a tensão de vale (corte), C é o valor da capacitancia em Farads e I o valor da corrente que carrega C em A. A corrente I é calculada fazendo por:
I=VR/R VR=VR1-0,7V
e
Exercicio resolvido 2
No circuito da Figura 6a, C=0,1 mF R1= 2 k R2 =10 k R=8 k h=0,65 Vcc=12 V RB1=220 Ohms, Vv=1 V, RB2=1 k.
Desenhar o grafico de Vc(t) e VRB1(t).
Solução:
Calculando inicialmente a tensão em R1=2 k VR1=(2k.12V)/(2k+10K)= 2 V VR= 2 -0,7V=1,3 V. A corrente (constante) que carrega o capacitor vale:
Vp=0,7+0,65.12=8,5 V
I=1,3V/8k=0,1625 mA
O periodo das oscilações vale: T=[(8,5 - 1).0,1mF]/0,1625 mA = 4,61 ms
O periodo das oscilações vale: T=[(8,5 - 1).0,1mF]/0,1625 mA = 4,61 ms
Exercícios Propostos
1. Para o circuito pede-se : a) Desenhar os gráficos de VC(t) e VRB1(t) b) frequência de oscilação.
2. Com relação ao circuito, conhece-se a curva da tensão em C. Pedem-se : Valor da razão intrinseca de disparo b) Valor de R c) Frequencia de oscilação.