Introdução à Eletrônica - elt 14 o unijun??o, Notas de estudo de Física
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Introdução à Eletrônica - elt 14 o unijun??o, Notas de estudo de Física

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Introdução aos estudos de eletrônica com aplicações práticas e teóricas.
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E-mail: eliesio O etrr.com.br & ESCOLA TÉCNICA + REZENDE-RAMMEL CURSO TÉCNICO DE MECATRÔNICA ELETRÔNICA APLICADA I NOME TURMA ANO O UNIJUNÇÃO TRANSISTOR UNIJUNÇÃO “UJT” Como seu próprio nome diz, o transistor unijunção (unijunction transistor — UJT ) é um dispositivo semicondutor de três terminais com apenas uma junção PN. É um dispositivo de disparo com certas características particulares. ESTRUTURA DE UM TRANSISTOR UNIJUNÇÃO 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. BASE2 B2 BASE 1 N 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”. ELIÉSIO E-mail: eliesio O etrr.com.br ESQUEMA ELÉTRICO EQUIVALENTE SIMBOLOGIA B2 º B2 E TBB B1 FBI= + Es A seta indica o sentido de condução da junção PN TBB = Tp2 +B1 In > pare variável de rg; B2 Os terminais Bl 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 (rgp) e seu valor a 25º C está compreendido entre 4,70 e 9, 1KO. 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. A CARACTERÍSTICA DE UM UJT Ves B2 TB2 E VE I Vos . - . VX [= zona de resistência negativa "os Fei b B1 Tm Tm VX=—— — Vas CHAMANDO 1 Fm Fm r, = Tm - = ? Fo = Tm tr Foo + Fm ELIÉSIO E-mail: eliesio O etrr.com.br IMPORTANTE O fator m (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. 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+VYy pois VD é a tensão de disparo , sendo que VYy representa o valor de tensão necessária para vencer o potencial de barreira da junção PN e VX a queda de tensão em rg: , 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 Bl. Este acúmulo de portadores, lacunas, na região do emissor e de B1, resulta num decréscimo na parte variável da resistência rpi (rn) CARACTERÍSTICA DE Rg; rei(KO) Esta variação de rp, (rn) caracteriza uma resistência negativa , pois como diminui a resistência, diminui também 4 a tensão VX, mais mesmo assim aumenta à 3 corrente. 2 1 TE(mA) A partir do instante em que a junção de emissor começa a conduzir, a tensão VX =n Vpp vai diminuindo (parte variável de rp1) e a corrente de emissor em consequência aumentando. Quanto mais portadores (lacunas) são injetados, mais entramos na região de saturação do UJT. Naturalmente esta corrente será limitada pela colocação de um resistor externo a BI que colherá o pulso de corrente. CARACTERÍSTICA VxI DO UJT Na curva característica Vxl Ve VE Ii estática de um UJT destaca-se Veio os parâmetros Vp (tensão de região pico), Ip (corrente de pico), Vv de região de região (tensão de vale) e Iv (corrente corte resistência do de vale). negativa região de Br saturação Iv 4 — f > IE 3 ELIÉSIO E-mail: eliesio O etrr.com.br FAMÍLIA DE CURVAS DE UM UJT A família de curvas de emissor de um UJT tendo como parâmetro a tensão aplicada Vpp. As curvas para Vep £ 0, correspondem exatamente à região de resistência negativa. Com Vps = 0, a característica é de uma junção PN comum, onde o emissor e a base Bl correspondem o anodo e o catodo respectivamente de um diodo. FUNCIONAMENTO UJT é polarizado normalmente com tensão entre bases VBB = 5 a 30 V. Pela resistência rep circula então uma corrente IB; = Vepp / rBB. No cátodo do diodo encontramos uma tensão VX= Vpp x rpi/tgi+re> -Quando a tensão de emissor VE é inferior a VX, o diodo tem polarização reversa e conduz uma pequena corrente de fuga (TEBO). 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 TE. Este fenômeno é acumulativo até que TE atinge seu valor máximo. POLARIZAÇÃO NORMAL DE UM UJT Na prática, é necessário que Vas seja colocado resistores externos, para que a corrente vEEA seja limitada. r, VX =Vyx—t LT VEE B1 EXEMPLO 1>5Tomando como base o circuito abaixo , determin-- DADOS a) Corrente no emissor VBB=10 V Vin= 20 v cH R2 —»VBB R1=100KO A. + R2=400 O n=0,85 UIT — Iv=7 mA Vin RI VV=I V A tensão de afastamento é VX =7xVBB = 0,85x10V = 8,5V ELIÉSIO E-mail: eliesio O etrr.com.br ELIÉSIO 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 OQ 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 : pa Vin 20v “ R2 4000 O valor de 50 mA representa a corrente de pico =50mA 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 segiiência 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) co UJT estará preste a abrir. A tensão de alimentação do emissor [Vin ] neste instante será: Vin = VR2+VE = (7mA x 4000) +1V = 3,8V O valor 3,8 V representa a tensão de vale CONCLUSÃO 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 Após o disparo, teremos sobre R2 a tensão de : VRE = Ipx R2= 50mA x 40002 = 20V Observamos que agora a tensão VE será fornecida por VBB. EXEMPLO 25 Sabendo que o UJT do exemplo 1 possui uma corrente de vale de 7 mA, ea tensão do emissor é de 1 V neste ponto. Qual o valor de tensão do emissor que o UJT abre.? E-mail: eliesio Detrr.com.br OSCILADOR DE RELAXÃO COM UJT O disparador mais comum utilizando o UJT é o oscilador de relaxação VE vp VE VR3 t Neste circuito o capacitor “C“ se carrega através de RI até que a tensão de emissor alcance o nível de VD=VX+Vy, neste momento o UJT fecha e "C" se descarrega sobre rg; 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 “t “, que é praticamente independente da tensão de alimentação e da temperatura, é dado para um valor prático por: t= RC ANÁLISE DE UM OSCILADOR DE RELAXAÇÃO 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. Na prática, utiliza-se Rg><, fazendo com que a queda de tensão em Rp> seja desprezível. O mesmo ocorre em relação a Rg € Tg. Para Rg» e Rg, desprezível teremos : o V, V, V, = EM = = es R 1= 47” VX=Ixry= : Path To Tom Van Como > —= = 9 teremos VX = 7r,; Tom A tensão VX pode ser definida em função da tensão da fonte. r, r, Vx=ExVo como n= E To To c então VX=7nxVas Supondo que o capacitor esteja descarregado antes do circuito ser ligado a fonte Vpp, a tendência é a de carregar-se exponencialmente até atingir a tensão da fonte. ELIÉSIO 6 E-mail: eliesio O etrr.com.br Ves A A constante de tempo T=R x C é conceitualmente, O tempo após o qual o capacitor carrega-se com, aproxi- 0,63Ve; madamente 63% da tensão aplicada. Após 57 o capacitor estará praticamente com uma tensão igual a tensão aplicada. 1 5t 1 Ve=V|t- ds) 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: VC=VD=VX+Vy Quando o UJT entra em condução, há uma injeção de portadores (lacunas) do emissor para a barra de material N. Isso faz com que a resistência da região entre emissor e base 1 diminua ( esta é a parte variável da resistência rg, que foi chamada de r,). Quando o UJT é disparado, o fato de r, diminuir ( maior injeção de portadores), faz com que a corrente aumente. Como 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. É por isso que essa região é chamada de região de resistência negativa I vV V Resistência positiva Resistência negativa A corrente aumenta com o aumento da tensão A 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) ELIÉSIO E-mail: eliesio O etrr.com.br FORMAS DE ONDA DO OSCILADOR DE RELAXAÇÃO COM UJT Tempo de descarga do Ver A Tensão no terminal capacitor To=rBiC Tensão contínua em B, 0 —..... a... » cre ! Ver À Tensão no terminal B, o ut t >— 1 217 De O até ty, o capacitor carrega-se através de R, com constante de tempo t =RC. Em tj, o UJT dispara e entre t; e to, o capacitor descarrega-se com constante de tempo bem menor 1 =C(rg, + RBi). PROJETO DE UM OSCILADOR DE RELAXAÇÃO COM UJT Ao realizar um projeto de um oscilador de relaxação usando UJT + deve ser levado em considerações alguns pontos básicos. regi Ponto do pico Ponto do vale Iv 50mA IE TEO (u A) Corrente antes do disparo IEO ELIÉSIO E-mail: eliesio Oetrr.com.br CÁLCULO DE R O valor de R é definido pela expressão: Vas —V, VV Iv > corrente mínima de vale o -5> 5» 0 G RBI+ RB2= rm valor menor que 10002 FONTE DE ALIMENTAÇÃO 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 rgp (rgr+rp>). Outros definem RB2 com expressões que dependem do tipo do UJT, como por exemplo: 10000 RB2 = nx (para UJT tipo 2N2646 OU 2N2647 ) BB ou ELIÉSIO E-mail: eliesio Oetrr.com.br 0,40xr;; (1-7)xRBI . =—— ++ (para UJT tipo 2N1671 ou 2N2160) EXEMPLO Projetar um circuito de disparo com UJT que apresenta os seguintes parâmetros: VBB=30V, n=0,51, Iv=104A, Vp=3,5 Ip=10mA A fregiiência de oscilação é F = 60 Hz e a largura do pulso de disparo é de t= 50 us Tensão da junção Período T = o 16,67ms do diodo F 60Hz Vy=0,5 V Como5Vp =nxVBB+Vd = 0,51x30x0,5= 15,8V Arbitrando um capacitor com > C = 0,47uF Definindo R SWIM SW IB o spa < R 16,67ms= Rx0,47uF In 1-9 1-0,51 Este valor cai dentro dos limites para o valor de R.> Usando valor comercial de 47 KQ > R=49,72K0 T=Rx Cn = 440x047uº Ino = = 15,75ms A tensão máxima de do gatilho > VD = 15,8V Cálculo de RB1 Tomando como base a largura do pulso de disparo [ tempo de descarga] RBl= 1. Os = 106,3802 = Usando valor comercial de 100 Q Cc 0,47uF Cálculo de RB2 10º 10º . B2 = ——— = 6540. 5 Usando valor comercial de 6800 “GVBB 0,51x10 Observamos que com os valores comerciais utilizados a frequência passa para 1 = = 63,49Hz 5 Se este valor for satisfatório podemos continuar. T 15,75ms 10 ELIÉSIO E-mail: eliesio Getrr.com.br EXERCÍCIO > 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=270 FONTE AC=127 V/60Hz LÂMPADA=127V/100W UJT52N2646 n=0,56(min)/0,75 (max) Rop=4,7kO(min)/9,1KO(max) Ip=IuA(típico)/SL. A (max) Iv=4mA(min)/6mA(típico) TIRISTOR5 TIC106 Vop=0,2v Ver=IV A tensão contínua em Rg; será no pior caso: Vo XRy MV x270 Esta queda de tensão em RB1 garante que não haverá Va = r CP 4IKO Oy disparo antes da carga no capacitor. BB ? : Va, Vr=n7>Vos > Vp=(0,66x20V)+0,7V = 13,9 Considerando-se 1=0,66(médio) e adotando-se Vv=2V obténdo-se a inequação que define R. Vos —Vy Va =Vp 20V-2V 20V — 13,9 > > 45KQ 122MQ 1 Ip 4mA SuA Escolhendo R=15KO) (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. 1 C- Rer) O 1580220 (5h) Será escolhido um capacitor comercial de 12uF Para o cálculo de Rp> pode ser usado a formula dada pelo fabricante: — 10000 10000 2 nxVos 0,66x20V Será usado um resistor comercial de 8200). = 757,570 q ELIÉSIO E-mail: eliesio Oetrr.com.br TRANSISTOR DE UNIJUNÇÃO PROGRAMÁVEL 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 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 anodo determinado componente, pela fonte de alimentação c gatilho [Vp=nVBB+Vd). Mas o VP de um PUT pode ser — PUT variado alterando-se o valor do dispositivo resistivo RIeR2. 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 RS) vi R2 Os pontos da corrente de pico [Ip] e da corrente de vale [Iv] dependem ambos da impedância equivalente do gatilho RG = Rix Le R2º da fonte de alimentação Vs. Geralmente RG é limitado a um valor abaixo de 10002 O valor de Vpé dado por: Vp= R2 Vs RI+ R2 Desta forma podemos dizer que m= Y R2 Vs RI+R2 O valor da fregiiência é controlado por R e C juntamente com R1 e R2. Sendo que o período de oscilação [T] é dado aproximadamente por r=L-rem— o - rem 14 E2 F Vs— Vp RI A corrente de gatilho [IG] no ponto do vale é dada por Vs 1IG=U-n)— ( dr 12 ELIÉSIO E-mail: eliesio O etrr.com.br Onde RG = RIx 4 R2 E RI e R2 podem ser determinados a partir de RO RG n 1-7 RI Exemplo Calcular o circuito de dispara usando PUT apresentado abaixo, com as seguintes características: Vs=30 V e IG=1 mA. A fregiiência de oscilação é Vs F= 60 Hz. A largura do pulso t=50 use a tensão de Pico do disparo é de Vp=10 V. R RI 1 1 Anodo Período T = — = = 16.67ms F 60Hz =| Gatilho c— Tensão de pico do disparo> Vp = 10V To PUT Tensão Arbitrando um capacitor de> C = 0,5uF de t | SOus Rs R2 disparo Como 5 RBl=— = us 1000 Cc 0Sur Vp 10V 1 — Sabendo que 7=-—— => => Vs 30 3 Vs 30 Como5T = RxCln = 16,67ms = Rx0,55uF xIn => R=82,2K0 Vs—Vp 30-10 Como > 1G = (1- mn) => imA = 1-1) 5 ro -20K0 RG 3) RG RG 20KQ 3 Cálculo de RI5 Rl= — 4 * MKO x, = 60KO n - 3 Cálculo de r25R2- RE 20K0 20K0 20KQx2- 30KQ ln (Io 2 2 3 3 13 ELIÉSIO
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