aula 1 - ujt

AULA 1 – UJT – TRANSISTOR DE UNIJUNÇÃO

1. CARACTERÍSTICAS:

O TRANSISTOR UNIJUNÇÃO CONSISTE NUM DISPOSITIVO ELETRÔNICO DE ESTADO SÓLIDO DA FAMÍLIA DOS TRANSISTORES COM CARACTERÍSTICAS QUE PERMITEM SUA APLICAÇÃO BASICAMENTE EM CIRCUITOS DE TEMPORIZAÇÃO E OSCILADORES DE RELAXAÇÃO.

NA FIGURA 1, TEMOS O SÍMBOLO ADOTADO PARA REPRESENTAR O TRANSISTOR UNIJUNÇÃO E SUA ESTRUTURA.

CONFORME PODEMOS VER PELA ESTRUTURA, NUM PEDAÇO DE MATERIAL SEMICONDUTOR DO TIPO N SÃO LIGADOS DOIS ELEMENTOS DE CONEXÃO EXTERNA (ELETRODOS) QUE RECEBEM A DENOMINAÇÃO DE BASE 1 (B1) E BASE 2 (B2).

COMO ENTRE OS DOIS PONTOS DE CONEXÃO DESTES ELEMENTOS, NÃO EXISTEM A JUNÇÕES PARA A CORRENTE ATRAVESSAR, ENTRE ESTES DOIS PONTOS TEMOS UMA RESISTÊNCIA PURA, OU SEJA, UMA RESISTÊNCIA ÔHMICA. ESTA RESISTÊNCIA QUE PODE SER CONSTATADA COM MULTÍMETRO EM QUALQUER SENTIDO DE CIRCULAÇÃO DA CORRENTE OU APLICAÇÃO DAS PONTAS DE PROVA TEM UM VALOR TÍPICO ENTRE 4000Ω E 15000Ω.

ESTA RESISTÊNCIA É CHAMADA DE “RESISTÊNCIA INTERBASES” E É ABREVIADA NOS MANUAIS PELA SIGLA RBB.

NO MEIO DO MATERIAL SEMICONDUTOR N, É DIFUNDIDA UMA REGIÃO DE MATERIAL SEMICONDUTOR DO TIPO P, DE MODO QUE ENTRE ELAS SE FORMA UMA JUNÇÃO, QUE É A ÚNICA JUNÇÃO DO TRANSISTOR E QUE LHE DÁ NOME.

NA REGIÃO P É LIGADO O TERCEIRO ELETRODO DO TRANSISTOR UNIJUNÇÃO E ELE RECEBE O NOME DE EMISSOR (E).

NA PRÁTICA, PARA FAZER FUNCIONAR O TRANSISTOR UNIJUNÇÃO APLICAMOS UMA TENSÃO POSITIVA A BASE 2 E LIGAMOS A BASE 1 À TERRA, DE MODO QUE ENTRE ELAS CIRCULE UMA PEQUENA CORRENTE DETERMINADA APENAS PELA RESISTÊNCIA ÔHMICA ENTRE OS DOIS PONTOS CONSIDERADOS, CONFORME MOSTRA A FIGURA 2.

A REGIÃO DE EMISSOR, ENTRETANTO, FICA NUMA POSIÇÃO TAL EM RELAÇÃO AO MATERIAL QUE TEMOS DO LADO DO MATERIAL N UMA CERTA TENSÃO INTERMEDIÁRIA ENTRE O POSITIVO APLICADO E ZERO VOLT.

A PRÓPRIA JUNÇÃO SE COMPORTA COMO SE TIVÉSSEMOS UM DIODO LIGADO A UM DIVISOR DE TENSÃO CONFORME A FIGURA 3.

A JUNÇÃO ENTRE RB1 E RB2 ONDE ESTÁ LIGADO O DIODO REPRESENTA A POSIÇÃO DA JUNÇÃO SEMICONDUTORA EM RELAÇÃO AO MATERIAL N.

A DIVISÃO DE VALORES ENTRE ESTAS DUAS RESISTÊNCIAS RB1 E RB2 FIXA UMA IMPORTANTE CARACTERÍSTICA DO TRANSISTOR UNIJUNÇÃO, QUE É CHAMADA RELAÇÃO INTRÍNSECA E QUE É ABREVIADA POR η (Letra grega ETA). ASSIM, SE A DIVISÃO DE RESISTÊNCIAS DO MATERIAL FOR EXATAMENTE AO MEIO, OU SEJA, RB1 FOR IGUAL A RB2, A RELAÇÃO INTRÍNSECA SERÁ DE 0,5.

SE A DIVISÃO FOR TAL, QUE DO VALOR TOTAL DA RESISTÊNCIA INTERBASES RB1 FIQUE COM 70% E RB2 COM 30%, A RELAÇÃO INTRÍNSECA SERÁ DE 0,7.

“PARA UM TRANSISTOR UNIJUNÇÃO COMUM COMO O 2N2646, TEREMOS RELAÇÕES INTRÍNSECAS TÍPICAS ENTRE 0,5 E 0,8”.

O QUE SIGNIFICA ISSO QUANDO USAMOS O TRANSISTOR UNIJUNÇÃO?

SE APLICARMOS UMA TENSÃO POSITIVA NO EMISSOR DO TRANSISTOR UNIJUNÇÃO DE MODO A FAZER COM QUE OCORRA A CONDUÇÃO DE CORRENTE POR ESTE ELEMENTO, TEREMOS DE VENCER DOIS OBSTÁCULOS. O PRIMEIRO É A PRÓPRIA JUNÇÃO DO DIODO QUE EXISTE NO LOCAL, QUE NADA MAIS DO QUE A JUNÇÃO ENTRE O EMISSOR E O ELEMENTO ONDE ESTÃO LIGADOS AS BASES. PARA VENCER ESTA JUNÇÃO PRECISAMOS DE 0,6V, APROXIMADAMENTE, JÁ QUE O MATERIAL É O SILÍCIO.

O SEGUNDO OBSTÁCULO É ATENSÃO QUE EXISTE NO PONTO EM QUE ESTÁ LIGADO O DIODO, OU SEJA, A UNIÃO ENTRE RB2 E RB1. A TENSÃO NESTE ESTÁ JUSTAMENTE DETERMINADA PELA RELAÇÃO INTRÍNSECA.

ASSIM, SE APLICARMOS 10V AO TRANSISTOR, E SUA RELAÇÃO INTRÍNSECA FOR DE 0,6, ISSO SIGNIFICA QUE PRECISAREMOS DE 0,6X10= 6V DA RELAÇÃO INTRÍNSECA E MAIS 0,6V DA JUNÇÃO PARA VENCER OS OBSTÁCULOS E TORNAR O TRANSISTOR CONDUTOR. PRECISAMOS ENTÃO 6,6V PARA QUE ISSO OCORRA, CONFORME FIGURA 4.

MAS, O QUE ACONTECE QUANDO APLICAMOS UMA TENSÃO CRESCENTE QUE, PARTINDO DE ZERO VOLT NO EMISSOR, CHEGA A ESTE PONTO DE HAVER A CONDUÇÃO?

O QUE OCORRE É QUE A CONDUÇÃO NÃO SE FAZ DE MANEIRA SUAVE, MAS SIM ABRUPTA, O TRANSISTOR REPENTINAMENTE TEM SUA RESISTÊNCIA REDUZIDA ENTRE O EMISSOR E A BASE 1, PODENDO

CONDUZIR ASSIM UMA CORRENTE MUITO INTENSA. ESTA RESISTÊNCIA QUE, CONFORME VISTO PODE TER VALORES ENTRE 4000Ω ATÉ 15000Ω OU MAIS, REPENTINAMENTE CAI PARA UM VALOR QUE PODE SER TÃO BAIXO DE ALGUNS OHMS APENAS. UM VALOR TÍPICO PARA ESTA RESISTÊNCIA, NO 2N2646, É DE APENAS 20Ω.

PODEMOS DIZER EM FUNÇÃO DO QUE FOI VISTO, QUE O TRANSISTOR UNIJUNÇÃO SE COMPORTA COMO UM INTERRUPTOR ACIONADO POR TENSÃO. NO PONTO DE DISPARO, SUA RESISTÊNCIA CAI ACENTUADAMENTE CARACTERIZANDO ASSIM UMA CURVA EM QUE TEMOS UMA RESISTÊNCIA NEGATIVA, CONFORME MOSTRA O GRÁFICO DA FIGURA 5.

ESTE COMPORTAMENTO TORNA O TRANSISTOR UNIJUNÇÃO IDEAL PARA SER USADO NUM TIPO ESPECIAL DE OSCILADOR, O CONHECIDO OSCILADOR DE RELAXAÇÃO, QUE VEREMOS A SEGUIR.

2. CIRCUITOS OSCILADORES COM TRANSISTOR UNIJUNÇÃO:

PARA UTILIZAR O TRANSISTOR UNIJUNÇÃO COMO OSCILADOR, DEVEMOS LIGÁ-LO CONFORME MOSTRA O CIRCUITO PRÁTICO DA FIGURA 5.

OS COMPONENTES R E C FORMAM O CIRCUITO DE TEMPO QUE VAI DETERMINAR A FREQUÊNCIA DE OPERAÇÃO DO OSCILADOR. R1 E R2 POLARIZAM AS BASES DO TRANSISTOR UNIJUNÇÃO, DETERMINANDO SEU PONTO DE DISPARO, OU SEJA, AS CARACTERÍSTICAS DO SINAL GERADO.

QUANDO ALIMENTAMOS ESTE CIRCUITO OSCILADOR DE RELAXAÇÃO, O CAPACITOR C COMEÇA A CARREGAR-SE ATRAVÉS DO RESISTOR R, DE MODO QUE ATENSÃO NAS SUAS ARMADURAS AUMENTA DE VALOR ATÉ SER ATINGIDO O PONTO EM QUE O TRANSISTOR UNIJUNÇÃO “COMUTA” (VP= η X VBB + 0,7), (Vp= TENSÃO DE DISPARO E Ip= CORRENTE DE DISPARO).

NESTE INSTANTE, CONFORME VIMOS, A RESISTÊNCIA ENTRE O EMISSOR E A BASE 1 QUE ERA PRATICAMENTE INFINITA, NÃO HAVENDO CIRCULAÇÃO ALGUMA DE CORRENTE, SE REDUZ A UM VALOR MUITO BAIXO COLOCANDO EM CURTO AS ARMADURAS DO CAPACITOR, QUE ENTÃO SE DESCARREGA PARCIALMENTE E ANTES DE CHEGAR A ZERO A TENSÃO NAS SUAS ARMADURAS, O TRANSISTOR UNIJUNÇÃO “DESLIGA” (Vv= TENSÃO DE FIM DE DISPARO E Iv= CORRENTE DE FIM DE DISPARO) E NOVAMENTE ENCONTRAMOS UMA RESISTÊNCIA MUITO ALTA ENTRE O EMISSOR E A BASE 1.

A PARTIR DESTE PONTO, NOVAMENTE O CAPACITOR CARREGA-SE ATRAVÉS DE R ATÉ QUE O PONTO DE DISPARO SEJA ATINGIDO OUTRA VEZ E UMA NOVA DESCARGA OCORRA.

O PROCESSO DE CARGA E DESCARGA DO CAPACITOR COM O TRANSISTOR UNIJUNÇÃO LIGANDO E DESLIGANDO CONTINUA INDEFINIDAMENTE, ENQUANTO HOUVER ALIMENTAÇÃO PARA O CIRCUITO.

ENCONTRAMOS NESTE CIRCUITO TRÊS FORMAS DE ONDA QUE PODEM SER APROVEITADAS NAS APLICAÇÕES PRÁTICAS E QUE SÃO MOSTRADAS NA FIGURA 6.

NO CAPACITOR, ENCONTRAMOS A CURVA SUAVE DA CARGA E ACENTUADA DA DESCARGA QUE CARACTERIZA A FORMA DE ONDA “DENTE DE SERRA”. OBSERVE QUE A CARGA É EXPONENCIAL BASTANTE CURVADA.

NA BASE 1 (B1) ENCONTRAMOS PULSOS DE GRANDE INTENSIDADE E CURTA DURAÇÃO QUE CORRESPONDEM À DESCARGA DO CAPACITOR. NA BASE 2 (B2) ENCONTRAMOS PULSOS NEGATIVOS DE CURTA DURAÇÃO QUE CORRESPONDEM À QUEDA DE TENSÃO NO CIRCUITO, DADA A REDUÇÃO DA RESISTÊNCIA EMISSOR-BASE1 QUANDO DO DISPARO DO DISPOSITIVO. O TRANSISTOR UNIJUNÇÃO COMO OSCILADOR NESTA CONFIGURAÇÃO, É UM DISPOSITIVO RELATIVAMENTE LENTO DE MODO QUE SUA FREQUÊNCIA MÁXIMA DE OPERAÇÃO NÃO VAI ALÉM DE ALGUMAS DEZENAS DE QUILOHERTZ.

A FREQUÊNCIA DO OSCILADOR DE RELAXAÇÃO É DADA COM BOA APROXIMAÇÃO PELA FÓRMULA:

ONDE:

F É A FREQUÊNCIA EM HERTZ.

C É A CAPACITÂNCIA EM FARADS.

R É A RESISTÊNCIA EM OHMS.

COMO O RESISTOR PODE ATINGIR VALORES MUITO ALTOS NO CIRCUITO RC, ESTE CIRCUITO SE PRESTA PARA A CONSTRUÇÃO DE OSCILADORES MUITO LENTOS OU TEMPORIZADORES.

COM 1 µF e 1 MΩ PODEMOS OBTER PULSOS A CADA 1 SEGUNDO. UMA CARACTERÍSTICA IMPORTANTE DO OSCILADOR DE RELAXAÇÃO COM ESTE TIPO DE TRANSISTOR É QUE SUA FREQUÊNCIA DEPENDE MUITO POUCO DA TENSÃO DE ALIMENTAÇÃO. ASSIM, UMA VARIAÇÃO DE TENSÃO DE 10% NA ALIMENTAÇÃO NÃO CAUSA UM DESVIO MAIOR QUE 1% NA FREQUÊNCIA DE OPERAÇÃO.

OUTRA CARACTERÍSTICA IMPORTANTE É QUE O RESISTOR EM SÉRIE COM O CAPACITOR PODE ADMITIR VALORES TÃO BAIXOS COMO 5KΩ ATÉ UM MÁXIMO DE MAIS DE 1MΩ. ISSO SIGNIFICA QUE, USANDO UM POTENCIÔMETRO NO CIRCUITO, COMO MOSTRA A FIGURA 7, PODEMOS VARIAR A FREQUÊNCIA NUMA FAIXA DE VALORES DE 200 PARA 1.

DATASHEET DO UJT MAIS COMUM DO MERCADO:

2N2646

TESTE DO UJT:

1 – RBB (DE B1 A B2). RBB DEVE ESTAR ENTRE 4 A 10KΩ.

2 – POLARIZAÇÃO DIRETA. VALORES PEQUENOS E MUITO VARIADOS.

3 – POLARIZAÇÃO INVERSA. VALORES DEVEM SER MUITO ALTOS COMPARADOS COM AS OUTRAS MEDIDAS.

FORMULÁRIO:

- VALOR VBB E VCC:

A TENSÃO DA FONTE (VCC) PODE SER CONSIDERADO IGUAL A TENSÃO ENTRE AS BASES DO TRANSISTOR UNIJUNÇÃO (VBB).

- VALOR Vp (Vp – TENSÃO DE DISPARO):

Vp = η X VBB + 0,7

O VALOR 0,7 SE REFERE A TENSÃO PARA VENCER A JUNÇÃO, COMPORTA-SE COMO UM DIODO.

- VALOR DE Vv (Vv – TENSÃO DE FIM DE DISPARO):

Vv = 1 A 2 (V) E SENDO EM MUITOS CASOS DESPREZADO.

- VALOR DE R:

O VALOR DE R NÃO DEVE EXCEDER A 1MΩ, UTILIZAR SEMPRE UM POTENCIÔMETRO A FIM DE AJUSTE PARA OBTER UMA MELHOR PRECISÃO.

R MÁX. = (VCC – Vp) / Ip;

R MÍN. = (VCC – Vv) / Iv;

((VBB – Vv) / Iv) ≤ R ≤ ((VBB – Vp) / Ip).

- CÁLCULO DE R PELA FREQUÊNCIA:

R = 1 / ( F * C * ln ( 1 / (1-η) ) )

- CÁLCULO DE R PELO TEMPO:

R = T / (C * ln ( 1 / ( 1 – η ) )

- VALOR DE C:

O VALOR DE C, GERALMENTE É UM VALOR ADOTADO CONFORME DATASHEET DO FABRICANTE. É UM VALOR QUE FICA NA FAIXA DE 100nF a 10µF.

CÁLCULO DO VALOR DE C:

C = T / (R X ln ( 1 / ( 1 – η ) ) )

- VALOR DE R1:

O VALOR DE R1 É OUTRO VALOR QUE GERALMENTE É ADOTADO. É UM VALOR QUE FICA NA FAIXA DE 10Ω A 100Ω.

- VALOR DE R2:

EXISTEM QUATRO DEFINIÇÕES PARA CALCULAR R2 SEGUNDO OS FABRICANTES DE TRANSISTOR DE UNIJUNÇÃO:

1 – R2 = 15% RBB;

2 – R2 = 10000/ (η X VBB);

3 – R2 = (0,40 X rBBmín.) + [ ( (1 – η) X R1) / η ] ;

4 – R2 = 0,015 X VCC X RBB X η.

- CONSTANTE DE TEMPO DE CARGA DO CAPACITOR:

ɀ1 = R X C (s)

- CONSTANTE DE TEMPO DE DESCARGA DO CAPACITOR:

ɀ2 = R1 X C (s)

- FREQUÊNCIA DO OSCILADOR DE RELAXAÇÃO:

F = 1 / (R X C X ln ( 1 / (1 – η) ) )

- INTERVALO ENTRE OS PULSOS DO OSCILADOR DE RELAXAÇÃO:

T = R X C X ln ( 1 / ( 1 – η ) )

- TENSÃO DE EMISSOR (VEE):

VEE = η * VCC

EXERCÍCIOS:

EX.1. INFORMAÇÕES:

UJT= 2N2646

RBB= 7KΩ

Rbbmín.= 4,7kΩ

η= 0,56

Iv= 6mA

Ip= 1µA

Vv= 2V

R1= 22Ω

C= 100nF

Vcc = Vbb = 12V

Calcular para freqüência igual a 60Hz:

R=?

R2=?

Vp=?

ɀ1=?

ɀ2=?

T=?

VEE=?

EXERCÍCIOS:


UJT= 2N4870

RBB= 6,5KΩ

Rbbmín.= 4kΩ

η= 0,56

Iv= 2mA

Ip= 5µA

Vv= 2V

R1= 22Ω

C= 100nF

Vcc = Vbb = 24V


R=?

R2=?

Vp=?

ɀ1=?

ɀ2=?

T=?

VEE=?

EXERCÍCIOS:


UJT= 2N4871

RBB= 6,5KΩ

Rbbmín.= 4kΩ

η= 0,70

Iv= 4mA

Ip= 5µA

Vv= 2V

R1= 47Ω

C= 100nF

Vcc = VBB = 12V


R=?

R2=?

Vp=?

ɀ1=?

ɀ2=?

T=?

VEE=?

EXERCÍCIOS:


UJT= 2N2647

RBB= 6,9KΩ

Rbbmín.= 4,7kΩ

η= 0,68

Iv= 8mA

Ip= 2µA

Vv= 2V

R1= 22Ω

C= 100nF

Vcc = Vbb = 12V


R=?

R2=?

Vp=?

ɀ1=?

ɀ2=?

T=?

VEE=?

EXERCÍCIOS:


UJT= NTE 6410

RBB= 6KΩ

Rbbmín.= 4kΩ

η= 0,70

Iv= 7mA

Ip= 5µA

Vv= 2V

R1= 47Ω

C= 100nF

Vcc = Vbb = 24V


R=?

R2=?

Vp=?

ɀ1=?

ɀ2=?

T=?

VEE=?

EXERCÍCIOS:


UJT= 2N1671

RBB= 6,9KΩ

Rbbmín.= 4,7kΩ

η= 0,47

Iv= 8mA

Ip= 25µA

Vv= 2V

R1= 47Ω

C= 100nF

Vcc = Vbb = 12V


R=?

R2=?

Vp=?

ɀ1=?

ɀ2=?

T=?

VEE=?

EXERCÍCIOS:


UJT= 2N2160

RBB= 8KΩ

Rbbmín.= 4kΩ

η= 0,47

Iv= 8mA

Ip= 25µA

Vv= 2V

R1= 22Ω

C= 100nF

Vcc = Vbb = 24V


R=?

R2=?

Vp=?

ɀ1=?

ɀ2=?

T=?

VEE=?

QUESTIONÁRIO:

1 – O QUE É UJT E ONDE PODEMOS UTILIZARMOS?

2 – O QUE SIGNIFICA RELAÇÃO INTRÍNSECA η (ETA)?

3 – O QUE É PONTO DE PICO?

4 – O QUE É PONTO DE VALE?

5 – QUANDO OCORRE A SATURAÇÃO EM UM TRANSISTOR UNIJUNÇÃO?

6 – O QUE É REGIÃO DE RESISTÊNCIA NEGATIVA?

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