Transistor de unión única (UJT) - Tutorial completo

Transistor de unión única (UJT) - Tutorial completo

Un transistor de unión única es un dispositivo semiconductor de 3 terminales que, a diferencia de un BJT, solo tiene una unión pn. Básicamente, está diseñado para usarse como un circuito oscilador de una sola etapa para generar señales pulsadas adecuadas para aplicaciones de circuitos digitales.

Circuito del oscilador de relajación UJT

El transistor de unión única podría cablearse típicamente en forma de oscilador de relajación como se muestra en el siguiente circuito básico.

circuito oscilador de relajación usando UJT

Aquí los componentes RT y CT funcionan como los elementos de sincronización y determinan la frecuencia o la tasa de oscilación del circuito UJT.



Para calcular la frecuencia de oscilación podemos utilizar la siguiente fórmula, que incorpora la Relación de separación intrínseca del transistor de unión única la como uno de los parámetros junto con RT y CT para determinar los pulsos oscilantes.

El valor estándar de la relación de separación para un dispositivo UJT típico está entre 0,4 y 0,6 . Así considerando el valor de la = 0.5, y sustituyéndolo en la ecuación anterior obtenemos:

Cuando se enciende el suministro, el voltaje a través de la resistencia RT carga el condensador CT hacia el nivel de suministro VBB. Ahora, el voltaje de separación Vp está determinado por Vp en B1 - B2, junto con la relación de separación de UJT la como: Vp = la VB1VB2 - VD.

Durante tanto tiempo, el voltaje VE a través del capacitor permanece más bajo que el Vp, los terminales UJT a través de B1, B2 exhiben un circuito abierto.

Pero en el momento en que el voltaje a través de CT va más allá de Vp, el transistor de unión única se dispara, descargando rápidamente el capacitor e iniciando un ciclo nuevo.

Durante la instancia de disparo del UJT, el potencial en R1 aumenta y el potencial en R2 disminuye.

La forma de onda resultante a través del emisor del UJT produce una señal de diente de sierra, que exhibe un potencial positivo en B2 y un potencial negativo en los cables B1 del UJT.

Áreas de aplicación del transistor de unión única

Las siguientes son las principales áreas de aplicación en las que los transistores de unión única se utilizan ampliamente.

  • Circuitos de activación
  • Circuitos osciladores
  • Suministros regulados por voltaje / corriente.
  • Circuitos basados ​​en temporizador,
  • Generadores de dientes de sierra,
  • Circuitos de control de fase
  • Redes biestables

Principales características

Fácilmente accesible y económico : El precio económico y la fácil disponibilidad de los UJT, junto con algunas características excepcionales, ha llevado a una amplia implementación de este dispositivo en muchas aplicaciones electrónicas.

Bajo consumo de energía : Debido a su característica de bajo consumo de energía en condiciones normales de trabajo, el dispositivo se considera un avance increíble en el esfuerzo constante por desarrollar dispositivos razonablemente eficientes.

Operación confiable altamente estable : Cuando se usa como un oscilador o en un circuito de activación de retardo, el UJT funciona con extrema confiabilidad y con una respuesta de salida extremadamente precisa.

Construcción básica del transistor de unión única

Transistor de unión única (UJT): construcción básica

Figura 1

El UJT es un dispositivo semiconductor de tres terminales que incorpora una construcción simple como se muestra en la figura anterior.

En esta construcción, un bloque de material de silicio de tipo n ligeramente dopado (que tiene una característica de resistencia aumentada) proporciona un par de contactos de base conectados a dos extremos de una superficie, y una barra de aluminio aleada en la superficie trasera opuesta.

La unión p-n del dispositivo se crea en el borde de la varilla de aluminio y el bloque de silicio tipo n.

Esta unión p-n única así formada es la razón del nombre del dispositivo 'unijunction' . El dispositivo se conocía inicialmente como diodo base dúo (doble) debido a la aparición de un par de contactos de base.

Observe que en la figura anterior la varilla de aluminio se fusiona / fusiona en el bloque de silicio en una posición más cercana al contacto de la base 2 que al contacto de la base 1, y también el terminal de la base 2 se ha vuelto positivo con respecto al terminal de la base 1 por voltios VBB. Cómo estos aspectos influyen en el funcionamiento de la UJT se verá en las siguientes secciones

Representación simbólica

La representación simbólica del transistor de unión única se puede ver en la siguiente imagen.

Representación simbólica de UJT

Figura 2

Observe que el terminal del emisor se muestra con un ángulo con la línea recta que representa el bloque de material tipo n. Se puede ver que la punta de la flecha se dirige en la dirección del flujo de corriente típico (orificio) mientras que el dispositivo de unión única está en la condición de polarización directa, disparada o conductora.

Circuito equivalente de transistor de unión única

Circuito equivalente UJT.

Figura 3

El circuito UJT equivalente se puede ver en la imagen que se muestra arriba. Podemos encontrar cuán relativamente simple parece ser este circuito equivalente, que incluye un par de resistencias (una fija, otra ajustable) y un diodo solitario.

La resistencia RB1 se muestra como una resistencia ajustable considerando que su valor cambiará a medida que cambie el IE actual. En realidad, en cualquier transistor que represente una unión única, RB1 puede fluctuar desde 5 kΩ hasta 50 Ω para cualquier cambio equivalente de IE de 0 a 50 = μA. La resistencia entre bases RBB representa la resistencia del dispositivo entre los terminales B1 y B2 cuando IE = 0. En la fórmula para esto es,

RBB = (RB1 + RB2) | IE = 0

El rango de RBB está normalmente entre 4 y 10 k. La colocación de la varilla de aluminio como se muestra en la primera figura proporciona las magnitudes relativas de RB1, RB2 cuando IE = 0. Podemos estimar el valor de VRB1 (cuando IE = 0) usando la ley del divisor de voltaje, como se indica a continuación:

VRB1 = (RB1 x VBB) / (RB1 + RB2) = ηVBB (con IE = 0)

La letra griega la (eta) se conoce como la relación de separación intrínseca del dispositivo de transistor de unión única y se define por:

η = RB1 / (RB1 + RB2) (con IE = 0) = RB1 / RBB

Para el voltaje del emisor indicado (VE) mayor que VRB1 (= ηVBB) por la caída de voltaje directo del diodo VD (0.35 → 0.70 V), el diodo se activará. Idealmente, podemos asumir la condición de cortocircuito, de modo que IE comenzará a conducir a través de RB1. A través de la ecuación, el nivel de voltaje de activación del emisor se puede expresar como:

VP = ηVBB + VD

Principales características y funcionamiento

Las características de un transistor de unión único representativo para VBB = 10 V se indican en la siguiente figura.

Curva característica del emisor estático UJT

Figura 4

Podemos ver que, para el potencial del emisor indicado en el lado izquierdo del punto de pico, el valor de IE nunca excede el IEO (que está en microamperios). El IEO actual sigue más o menos la corriente de fuga inversa ICO del transistor bipolar convencional.

Esta región, se denomina región de corte, como también se indica en la fig.

Tan pronto como se logra la conducción a VE = VP, el potencial de emisor VE disminuye a medida que aumenta el potencial de IE, lo cual está precisamente de acuerdo con la resistencia decreciente RB1 para aumentar la corriente IE, como se explicó anteriormente.

La característica anterior proporciona un transistor de unión única con una región de resistencia negativa altamente estable, que permite que el dispositivo funcione y se aplique con extrema confiabilidad.

Durante el proceso anterior, se podría esperar que finalmente se alcanzara el punto de valle, y cualquier aumento en IE más allá de este rango hace que el dispositivo entre en la región de saturación.

La figura # 3 muestra un circuito equivalente a diodo en la misma región con un enfoque de características similares.

La caída en el valor de resistencia del dispositivo en la región activa se debe a los orificios inyectados en el bloque de tipo n por la varilla de aluminio de tipo p tan pronto como ocurre el disparo del dispositivo. Esto da como resultado un aumento en la cantidad de agujeros en la sección de tipo n que aumenta el número de electrones libres, provocando una conductividad mejorada (G) a través del dispositivo con una disminución equivalente en su resistencia (R ↓ = 1 / G ↑)

Parámetros importantes

Encontrará tres parámetros importantes adicionales asociados con un transistor de unión única que son IP, VV y IV. Todos estos se indican en la figura # 4.

En realidad, estos son bastante fáciles de entender. La característica del emisor normalmente existente se puede aprender de la siguiente figura # 5.

Figura 5

Aquí podemos observar que IEO (μA) es imperceptible porque la escala horizontal está calibrada en miliamperios. Cada una de las curvas que cruzan el eje vertical son los resultados correspondientes de VP. Para valores constantes de η y VD, el valor de VP cambia de acuerdo con VBB, como se formula a continuación:

Ficha técnica del transistor de unión

Se puede aprender una gama estándar de especificaciones técnicas para el UJT en la Figura # 5 a continuación.

Hoja de datos de UJT y configuración de pines

Detalles de Pinout UJT

Los detalles del pinout también se incluyen en la hoja de datos anterior. Observe que los terminales de la base B1 y B2 están situados uno frente al otro mientras que el pin emisor ES se coloca en el centro, entre estos dos.

Además, la clavija de base que se supone que está conectada con niveles de suministro más altos está situada cerca de la salida en el cuello del paquete.

Cómo utilizar un UJT para activar un SCR

Una aplicación relativamente popular del UJT es para activar dispositivos de potencia como el SCR. Los componentes fundamentales de este tipo de circuito de activación se muestran en el diagrama # 6 que se muestra a continuación.

Figura # 6: Activación de un SCR usando un UJT

Línea de carga UJT para un disparo de un dispositivo externo como SCR

Figura # 7: Línea de carga UJT para una activación de un dispositivo externo como SCR

Los principales componentes de sincronización están formados por R1 y C, mientras que R2 funciona como resistencias desplegables para el voltaje de activación de salida.

Cómo calcular R1

La resistencia R1 debe calcularse para garantizar que la línea de carga definida por R1 viaja a través de las características del dispositivo dentro de la región de resistencia negativa, es decir, hacia el lado derecho del punto pico pero hacia el lado izquierdo del punto valle como se indica en Figura 7.

Si la línea de carga no puede cruzar el lado derecho del punto de pico, el dispositivo de unión no puede iniciarse.

La fórmula R1 que garantiza una condición de encendido podría determinarse una vez que tengamos en cuenta el punto máximo donde IR1 = IP y VE = VP. La ecuación IR1 = IP parece lógica porque la corriente de carga del condensador, en este punto, es cero. Es decir, el capacitor en este punto específico está pasando de una carga a una condición de descarga.

Por lo tanto, para la condición anterior podemos escribir:

fórmula para un disparo para un dispositivo externo como SCR con UJT

Alternativamente, para garantizar un apagado completo de SCR:

R1> (V - Vv) / Iv

Esto implica que el rango de selección de la resistencia R1 tiene que ser como se expresa a continuación:

(V - Vv) / Iv

Cómo calcular R2

La resistencia R2 debe ser suficientemente pequeña para garantizar que el SCR no se active falsamente por el voltaje VR2 en R2 cuando IE ≅ 0 Amp. Para ello, el VR2 debe calcularse según la siguiente fórmula:

VR2 ≅ R2V / (R2 + RBB) (cuando IE ≅ 0)

El capacitor proporciona el retardo de tiempo entre los pulsos de activación y también determina la duración de cada pulso.

Cómo calcular C

Con referencia a la figura siguiente, tan pronto como se alimenta el circuito, el voltaje VE que es igual a VC comenzará a cargar el capacitor hacia el voltaje VV, a través de una constante de tiempo τ = R1C.

Figura 8

La ecuación general que determina el período de carga de C en una red UJT es:

vc = Vv + (V - Vv) (1 - es-t / R1C)

A través de nuestros cálculos anteriores, ya conocemos la volatilidad en R2 durante el período de carga anterior del capacitor. Ahora, cuando vc = vE = Vp, el dispositivo UJT entrará en estado de encendido, lo que hará que el condensador se descargue a través de RB1 y R2, con una tasa que depende de la constante de tiempo:

τ = (RB1 + R2) C

La siguiente ecuación se puede utilizar para calcular el tiempo de descarga cuando

vc = vE

tu ≅ Vpe -t / (RB1 + R2) C

Esta ecuación se ha vuelto un poco compleja debido a RB1, que sufre una disminución de valor a medida que aumenta la corriente del emisor, junto con otros aspectos en el circuito como R1 y V, que también afectan la tasa de descarga de C en general.

A pesar de esto, si nos referimos al circuito equivalente como se muestra arriba en la Figura # 8 (b), típicamente los valores de R1 y RB2 pueden ser tales que una red Thévenin para la configuración alrededor del capacitor C podría verse marginalmente afectada por el R1, Resistencias RB2. Aunque el voltaje V parece ser bastante grande, el divisor resistivo que ayuda al voltaje de Thévenin generalmente podría pasarse por alto y eliminarse, como se muestra en el diagrama equivalente reducido a continuación:

Por lo tanto, la versión simplificada anterior nos ayuda a obtener la siguiente ecuación para la fase de descarga del capacitor C, cuando VR2 está en su pico.

VR2 ≅ R2 (Vp - 0,7) / R2 + RB1

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