Transistor unijuntura

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

Transistor Unijuntura (UJT) Transistor Unijuntura Programable (PUT)

6° B – ELECTRÓNICA

2011

E.E.T Nº 460 “Guillermo Lehmann”

Departamento de Electrónica


2011 6º B – Electrónica 2

1. TRANSISTOR UNIJUTURA (UJT)

Se trata de un dispositivo semiconductor compuesto por tres terminales; en dos terminales, denominados “base 1” (B1) y “base 2” (B2), se sitúa una resistencia semiconductora (tipo n) denominada “resistencia interbase RBB”, cuyo valor varia desde 4,7 a 10 KΩ. En un punto determinado de esta resistencia, se difunde una zona “p” que forma una juntura p-n (diodo) que se conecta al tercer terminal, denominado “emisor” (E). En la figura 1.1 siguiente grafico se observa la característica tensión-corriente del emisor respecto a la “base 1” (B1) y también su símbolo.

Figura 1.1.- (a) Característica tensión-corriente del terminal Emisor-Base 1. (b) Símbolo.

La polarización se realiza aplicando una tensión positiva a la base B2 (VBB ≈ 5 a 30 Volt). La máxima tensión aplicada, esta limitada por la disipación del UJT. El UJT se dispara cuando la juntura p-n se polariza directamente. Si la tensión del emisor (VE) es menor a VC, circula por la juntura una corriente inversa denominada IEBO. Cuando la tensión del emisor supera a la tensión VC, la juntura se polariza directamente y la corriente del emisor se hace positiva, inyectando portadores minoritarios en la porción de la resistencia RBB, comprendida entre el diodo y la “Base-1” (B1), haciendo que este tramo aumente drásticamente su conductividad y disminuya su resistencia eléctrica. En esta situación, la tensión del emisor disminuye cuando la corriente del emisor aumenta (zona de resistencia negativa), dado que la tensión VC disminuye al disminuir R1. El la grafica V-I este fenómeno comienza en el punto “VP-IP.”. La corriente queda limitada solamente por la resistencia R1 y por la de la fuente de tensión que polariza al emisor (se produce un pulso de corriente). En la figura 1.2 se observa el circuito eléctrico equivalente.





Figura 1.2- Circuito eléctrico equivalente

La tensión VE, para producir el disparo o sea VP, vale:

DBBDBBP VVVVRR

RV +⋅=+⋅

+= η

21

1

+=

21

1

RR

Rη se denomina “relación intrínseca” y tiene un valor en particular para cada UJT.

La relación intrínseca toma valores típicos que van de 0,45 a 0,82. La VBB, se denomina “tensión ínter básica” y es la tensión que se aplica entre las bases B1 y B2. La “VD” es la tensión umbral de polarización directa de la juntura p-n, cuyo valor es aproximadamente de 0,56 Volt a 25º C y disminuye en aprox. 2 mV/ºC. Cuando IE aumenta, VE disminuye (zona de característica negativa) hasta un valor dado por IV-VV, donde nuevamente comienza aumentar. Si al dispositivo lo hacemos trabajar por debajo de los valores de IV y VV, el valor de R1 retoma su valor original. Si la tensión de emisor se mantiene constante y mayor que VV, R1 se mantiene en su valor bajo y no se reestablece. En la aplicación, la tensión de disparo VE= VP, se debe mantener constante, pero como varia con la temperatura, debido al valor de VD, resulta entonces necesario compensar esta variación. El procedimiento es colocar una resistencia de carbón en la base B2 que tiene un coeficiente de variación positivo, para contrarrestar el coeficiente negativo de la juntura p-n. La figura 1.3 muestra el circuito:





Figura 1.3.- Circuito que contrarresta el coeficiente negativo de la juntura p-n

1.1. OSCILADOR DE RELAJACIÓN CON UJT





El transistor unijuntura se lo utiliza como oscilador de relajación, para generar pulsos de disparo. El circuito trabaja de la siguiente forma. El capacitor, conectado entre el emisor y la base B1 se carga exponencialmente con una constante de carga (base de tiempo) dada por el producto de EE RC ⋅ . Cuando se llega al valor de la tensión de disparo "" PV el capacitor se descarga a través del emisor, rápidamente, dado por la constante de descarga de

( )11 BE RRC +⋅ . Cuando se llega al valor VE VV = , el emisor se bloquea, parando la descarga

del capacitor y nuevamente comenzando el ciclo de carga.

Para calcular el período de los pulsos, partimos de la tensión de carga del condensador:

−⋅= ⋅

−CR

t

CCC eVV 1

Para nuestro caso el tiempo ‘ 1T ’ lo calculamos para VCCCC VVV −=' y PC VV = .

( )

−⋅−= ⋅

−EE CR

T

VCCC eVVV1

1

Despejando el tiempo 1T obtenemos:

−−

⋅⋅=PCC

VCCEE VV

VVCRT ln1

El tiempo de descarga ‘ 2T ’ es difícil de calcular por la variación que sufre la resistencia de

descarga a través de 1R y 1BR . Para el caso de 01 =BR el valor de 2T empíricamente es:

( ) EsatVCT ⋅⋅+≈ 522

Donde EsatV es el valor dado en las características del UJT para mAI E 50= . No obstante

en las aplicaciones para disparo de tiristores, resulta 21 TT >> por lo cual el período lo calculamos como:

121 TTTT ≈+=

La expresión para el período se puede simplificar si hacemos 0≈VV

−⋅⋅=

PCC

CCEE VV

VCRT ln

Por otra parte como CCP VV ⋅= η reemplazando:

−⋅⋅=

⋅−⋅⋅=

ηη 1

1lnln EE

CCCC

CCEE CR

VV

VCRT

Para un transistor unijuntura para disparo de tiristores como el 2N2646, el valor de la relación intrínseca es 63,0=η , entonces reemplazando tenemos:

EE CRT ⋅=





Las condiciones de diseño para un circuito de disparo de tiristores con UJT, no son muy rigurosas. La resistencia RB1 se limita a un valor inferior a 100 Ω. En algunas aplicaciones su valor podrá estar entre 2000 y 3000 Ω. Si el pulso de disparo se toma de los extremos de RB1, este tendrá que tener un valor tal que la tensión continua producida por la corriente interbase, no tome un valor superior a la del disparo del tiristor.

La resistencia RE debe ser de un valor comprendido entre 3KΩ y 3MΩ, para permitir que el circuito oscile. Si es muy grande, es posible que no llegue a la tensión de disparo. Si es muy chica, el UJT se dispara pero luego entra en la zona de resistencia positiva (saturación) y no vuelve a bloquearse.

2. TRANSISTOR UNIJUTURA PROGRAMABLE (PUT)

Este dispositivo, tiene un comportamiento similar al UJT, con la diferencia que la relación intrínseca “η” se puede “programar”, mediante un divisor resistivo. A pesar de llamarse transistor, su estructura es la de un tiristor en el que el terminal de puerta (G) se toma del lado del ánodo en lugar del de cátodo (base del transistor PNP). En la figura 2.1 se observa su estructura interna y su símbolo:

Figura 2.1.- (a) Estructura interna de un transistor PUT. (b) Símbolo

La próxima figura (2.2) muestra la característica tensión-corriente de los terminales ánodo-cátodo para un determinado valor de RT y VT.





Figura 2.2.- Característica Tensión-Corriente de un PUT

La forma típica de polarizar al PUT, es la que se muestra en el circuito (a) de la figura 2.3. El circuito (b) se obtiene aplicando Thevenin en el terminal de compuerta.

Figura 2.3.- (a) Circuito típico de polarización. (b) Circuito equivalente aplicando Thevenin en el terminal de compuerta

En el circuito de la figura 2.3 (b) tenemos que:

P

PT RR

RRR

+⋅

=1

1 y P

PGGT RR

RVV

+⋅

=1

Para una VT determinada y mientras VAA < VT, la corriente de ánodo “IA” es prácticamente despreciable, estando el PUT en estado de bloqueo. Si VAA > VT en una cantidad "Vp", se produce una inyección de portadores de carga por el diodo formado por el terminal del ánodo y compuerta, dando comienzo a la realimentación interna que provoca el estado de conducción del PUT entre el ánodo y el cátodo. Una vez activado el PUT si disminuimos la tensión VAA de





manera que la corriente pase por debajo de un valor llamado de valle “IV” (mínima de mantenimiento), el PUT nuevamente pasa al estado de bloqueo, de manera similar al UJT.

En forma similar al UJT, el PUT se utiliza para disparar tiristores en un circuito de relajación, sincronizado con la frecuencia de red. Sintetizando, el PUT puede reemplazar al UJT en los circuitos de disparo que hemos analizado, conectando el terminal de ánodo del PUT con el terminal que corresponde al emisor del UJT y el cátodo del PUT, con el terminal base 2 del UJT. Se deberá agregar un divisor resistivo, para programar la relación intrínseca “η”.

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