UJT-Transistor-de-Unijuncao-Funcionamento-e-Caracteristicas

Prof Dr Marcos Rosa UNIDADE IV Eletrônica Industrial UJT Transistor de unijunção A constante de tempo do circuito de carga do UJT pode ser equacionado como Inicialmente o capacitor C encontrase descarregado logo entre as bases B1 e B2 existe um divisor de tensão como pode ser visto na Figura 37 Normalmente a resistência logo ΔV em é desprezível Idem para Portanto a corrente I e a tensão Vx valem A relação entre é chamada de éta que assume normalmente valores entre 04 e 09 Transistor de unijunção Figura 37 Divisor de tensão entre B1 e B2 Como o éta fica e Vx fica RB2 B2 rB2 rB1 B1 RB1 x I I Fonte Almeida 2007 UJT Transistor de unijunção A Figura 38 mostra a curva característica de um transistor de unijunção Através da Figura 31 módulo 3 reproduzida neste slide é possível notar que quando a tensão no emissor VE que é a mesma tensão vc no capacitor atinge a tensão de pico Vp o UJT é ligado e o capacitor C se descarrega exponencialmente através de RB1 com uma taxa de descarga de que é muito menor que até atingir a tensão da fonte Transistor de unijunção Fonte Rashid 2014 Quando a tensão de emissor VE decai ao ponto de vale igual a tensão no ponto X da Figura 26 ou seja tensão Vv o emissor para de conduzir e o UJT se desliga e o ciclo de carga se repete O capacitor carrega até o diodo ficar polarizado diretamente onde a tensão no C fica próxima à Vp Quando o diodo emissor conduzir no instante de disparo a tensão em C será Transistor de unijunção Fonte Rashid 2014 Figura 38 Característica estática do UJT VP VV IP IV B1 rB1 RB1 x I Tensão de pico de disparo Tensão de vale Corrente de disparo Corrente de vale Região de saturação Região de resistência negativa Região de bloqueio Ponto de pico Ponto de vale VP VE VBB 10V IV 50 mA IE IP IEO μA VEsat VV UJT Transistor de unijunção Quando o UJT entra em condução há uma injeção grande de portadores do emissor para a barra tipo N Esse fato permite que a resistência da região do emissor e base 1 diminua muito parte variável de rB1 chamada de rn Considerando a corrente de início de descarga de C é dada por Transistor de unijunção Se a corrente efeito que caracteriza a resistência negativa na curva do UJT B1 rB1 RB1 x I O fato de rn diminuir e IE aumentar faz com que mais portadores sejam injetados e a resistência diminui ainda mais A tensão no ponto E diminuirá o capacitor se descarrega Mas a corrente aumentará É por isso que essa região é chamada região de resistência negativa A resistência rn diminuirá até um ponto onde há a saturação dos portadores Como haverá um número grande de portadores a resistência não diminuirá mais Nesse instante o UJT corta e o C para de descarregar Transistor de unijunção UJT Transistor de unijunção Após o corte o circuito equivalente ao resultado do UJT é o mostrado na Figura 39 Portanto o C volta à enxergar o resistor R e a fonte Vs carregandose exponencialmente até atingir novamente Vp e provocar um novo disparo do UJT tornando o circuito oscilatório Transistor de unijunção Fig 41 Circuito de disparo de SCR com UJT Fonte Almeida 2007 Avaliando a Figura 40 notase para o período de 0 à t1 que o C se carrega através de R com constante de tempo τ1 Em t1 o UJT dispara e entre t1 e t2 o C descarrega com uma constante de tempo bem menor que τ1 Em B1 aparece um pulso de tensão utilizado para disparar SCR1 e Triacs Fonte Almeida 2007 Fig 39 Circuito equivalente ao oscilador de relaxação após o corte do UJT Fig 40 Formas de onda do oscilador de relaxação com o UJT C R E Vs Diodo Emissor Cortado x rB1 B1 RB1 SCR Carga Vrede RB2 RB1 VB1 CT RT VBB Tensão de Disparo Tensão de Vale Tensão no terminal B1 usada para disparar tiristores Tensão Continua em B1 Tensão no terminal B2 t 0 Fonte Almeida 2007 UJT Transistor de unijunção Exemplo projeto de um oscilador de relaxação com UJT O objetivo é encontrar ou determinar os seguintes parâmetros RT RB1 RB2 Inicialmente analisase a seguinte equação Transistor de unijunção O termo à direita da equação impõe que o ponto de disparo será atingido Se for escolhido um valor maior para R o UJT não disparará Pode ser utilizado o valor Ip máx fornecido pelo fabricante O termo à esquerda impõe que o ponto de operação do UJT cairá abaixo do ponto do vale Se fosse escolhido um valor menor para R o UJT dispararia apenas uma vez Pode ser utilizado o valor Iv min fornecido pelo fabricante A frequência de operação desenvolvida à partir da forma de onda de saída pode ser escrita como f define o valor de C à partir do R adotado e da frequência desejada Transistor de unijunção UJT Transistor de unijunção Exemplo projeto de um oscilador de relaxação com UJT O resistor RB1 Normalmente escolhido para não provocar o disparo quando o C estiver sendo carregado Isso ocorre quando a tensão de polarização for VGD define a máxima tensão de gatilho do SCR logo Alguns fabricantes admitem RB2 sendo 15 de rBB ou Transistor de unijunção Exemplo Projetar um oscilador de relaxação com f 500 Hz VBB 20 V usando UJT2N2646 Deseja se acionar um SCR do tipo TIC106 à partir de um resistor RB1 27 Ω conforme figura abaixo Transistor de unijunção Fonte Almeida 2007 Fig 42 Oscilador de relaxação com UJT controlando o disparo de um SCR Tabela 1 Parâmetros dos dispositivos Fonte Almeida 2007 20V RT CT RB1 27Ω RB2 UJT 2N2646 TIC 106 SCR Carga Vrede Exemplo Resolução Tensão contínua em RB1 pior caso Tensão de disparo Vp do UJT Considerando o médio e adotando Vv 2 V encontrase R RT como A capacitância fica Logo o RB2 será Transistor de unijunção O SCR não vai disparar antes do pulso de disparo pois VB1 VGD adotase o valor de R 15 kΩ 3x valor calculado mínimo Projete o circuito de comando para o esquema apresentado na figura a seguir encontrando os valores de RB1 e RB2 Dados A frequência de oscilação é e a largura de pulos de disparo é Interatividade Escolha a alternativa correta R IE E VE C RB2 Vs B2 UJT VBB B1 RB1 VB1 Projete o circuito de comando para o esquema apresentado na figura a seguir encontrando os valores de RB1 e RB2 Com a frequência dada obtémse o seguinte período Tensão de pico Supondo C 05 μF o valor de R fica Resposta Considerando uma capacitância de C 05 μF temse Que está de acordo com valores limitantes Logo Alternativa correta Considerando a tensão da porta VB1 Vp 158 V e a largura de pulso tg temse TCA 785 Circuito integrado de disparo Características do dispositivo Duração de pulso de disparo controlado por apenas um capacitor externo Possibilidade de inibição de pulsos de disparo Consumo interno de corrente baixo 5 mA Tensão de alimentação de 8 à 18 V Opera em circuitos trifásicos utilizando nesse caso 3 CIs Possui largo e amplo campo de atuação TCA 785 é compatível com Lógica Digital LSL de elevada imunidade de ruídos Circuito integrado de disparo Circuito TCA 785 Fig 43 Diagrama de blocos do TCA 785 Fonte Almeida 2007 16 5 1 9 8 10 11 6 13 7 3 2 15 4 14 12 TCA 785 Circuito integrado de disparo Os circuitos integrados CIs de disparos utilizados em retificadores controlados devem ser sincronizados com a rede de energia elétrica a fim de se sincronizar o disparo com a frequência da rede O ponto de referência para o disparo é a passagem do sinal pelo zero a cada 833 ms em rede de 60 Hz como demonstra a figura abaixo Detalhamento operacional Circuito integrado de disparo Circuito TCA 785 Detector de passagem pelo zero Gera um pulso de nível lógico alto sempre que a forma de onda de entrada passar pelo zero VSYNC 5 Zero Detector Circuito integrado de disparo Circuito TCA 785 Fig 44 Circuito de controle de passagem de tensão pelo zero a Circuito analógico b Formas de ondas Fonte Autor a b Fonte Autor 1000 500 000 500 1000 000 1000 2000 3000 Time ms 4000 5000 6000 Vout Vin V5V Vout 10k OUT 7905 6V3 3 3mF 5 VDC V V5V 5V1 1k8 LM 324 Vin 10k 75k5k6 26 26 498 VP1 VP1 127 60 TCA 785 Circuito integrado de disparo Detalhamento operacional Circuito integrado de disparo Circuito TCA 785 VS 16 GND 1 10 8 9 R9 Vstab C10 Geração do sinal de rampa Ocorre a partir do carregamento do capacitor C10 Todo o circuito mostrado exceto C10 é responsável pela geração do sinal de rampa ou pelo carregamento de C10 Inicialmente é inserida uma tensão de entrada em Vs de acordo com suportabilidade do dispositivo Circuito integrado de disparo Circuito TCA 785 Geração do sinal de rampa O sinal Vs passa pelo regulador interno de tensão O sinal interno do regulador é Vs e o sinal de saída é 31 V caracterizado como sinal interno de referência ou mesmo tensão interna de referência Na sequência é possível verificar uma fonte de corrente controlada por corrente ou seja a corrente na fonte controlada depende da corrente nessa parte do circuito A fonte de corrente é responsável por alimentar o capacitor C10 O resistor R9 é responsável por limitar a corrente de alimentação do capacitor C10 O valor do R9 pode variar de 3 kΩ e 300 kΩ Já o valor do capacitor C10 pode variar de 500 pF e 1 mF VS 16 GND 1 10 8 9 R9 Vstab C10 Como a corrente de carga do C10 é constante o sinal gerado no capacitor tem formato de rampa ou seja Como a corrente I é constante a equação fica dependente somente do tempo A equação fica uma reta constante Se a corrente aumentar ou a capacitância for diminuída a inclinação da reta será alterada Circuito integrado de disparo Circuito TCA 785 TCA 785 Circuito integrado de disparo Detalhamento operacional Circuito integrado de disparo Circuito TCA 785 Geração do sinal de rampa A entrada do bloco registrador de sincronismo se dá após a atuação do detector de zeros Quando o registrador de sincronismo detecta o sinal de entrada ele envia sinal de nível lógico alto na terceira via que é a base do transistor de descarga que está em paralelo com C10 Como nesse momento C10 estará carregado com esse evento ele se descarregará através do emissor do transistor No caso do bloco do monitor de descarga ele se comporta como um bloco comparador comparando a tensão do capacitor com o potencial zero A saída do bloco comparador de descarga emite sinal com nível lógico alto para o registrador de sincronismo possibilitando se assim o disparo do registrador de sincronismo para um novo ciclo Geração da onda em rampa dente de serra Fonte Almeida 2007 TCA 785 Circuito integrado de disparo Detalhamento operacional Circuito integrado de disparo Circuito TCA 785 Geração do sinal de rampa O trecho do circuito destacado ao lado é responsável pelo disparo O bloco comparador controla o sinal da onda em rampa estudada no bloco anterior Esse bloco compara o sinal da rampa com a tensão de controle pino 11 A fonte de tensão de controle varia de 0 à Vs Fonte Almeida 2007 TCA 785 Circuito integrado de disparo Duração de pulso de disparo controlado por apenas um capacitor externo Possibilidade de inibição de pulsos de disparo Consumo interno de corrente baixo 5 mA Tensão de alimentação de 8 à 18 V Opera em circuitos trifásicos utilizando nesse caso 3 CIs Possui largo e amplo campo de atuação TCA 785 é compatível com Lógica Digital LSL de elevada imunidade de ruídos Circuito integrado de disparo Circuito TCA 785 Fig 43 Diagrama de blocos do TCA 785 Fonte Almeida 2007 16 5 1 9 8 10 11 6 13 7 3 2 15 4 14 12 TCA 785 Circuito integrado de disparo Os próprios CIs possuem de forma embarcada circuitos comparadores de passagem pelo zero a fim de otimizarem o processo de disparo para o retificador controlado Avaliando o circuito da Figura 43 é possível notar que o capacitor se carregará até a próxima passagem pelo zero O registrador irá gerar um pulso de sincronismo sync que saturará o transistor T1 Com T1 saturado o capacitor do pino 10 se descarregará rapidamente ficando preparado para a próxima rampa Circuito integrado de disparo Circuito TCA 785 Fonte Almeida 2007 TCA 785 Circuito integrado de disparo A informação de passagem pelo zero só será liberada após a descarga de C10 que é monitorada pelo bloco 8 monitor de descarga Os pinos Q1 14 e Q2 15 são saídas e estão defasados de 180 Q1 SC e Q2 SC As formas dos pulsos colocadas nas saídas são realizadas pelo bloco de Lógica e formação de pulsos Circuito integrado de disparo Circuito TCA 785 Fonte Almeida 2007 A tabela abaixo mostra que a duração dos pulsos depende do pino C12 além do coeficiente β Com o pino 12 aberto quando a rampa se igualar à tensão de controle pino 11 será acoplado um pulso de duração β 30 μs na saída Q2 pino 15 se a tensão estiver no semiciclo Caso a tensão esteja no SC o pulso será acoplado na saída Q1 pino 14 Se o pino 12 estiver aterrado a largura do pulso será fixa estendendose do instante do disparo até o início do próximo semiciclo Com isso conseguese um pulso longo de duração de 180 α Cada valor de C12 tabela tem pulsos com outras durações dadas por β Circuito integrado de disparo Circuito TCA 785 Tabela 2 Largura do pulso de acordo com a capacitância de C12 C12 Aberto 150 pF 220 pF 330 pF 680 pF 1000 pF Curto β 620 μsnF 30 μs 93 μs 136 μs 205 μs 422 μs 620 μs 180 α Fonte adaptado de Almeida 2007 TCA 785 Já as formas de ondas oriundas do retificador controlado através das saídas Q1 e Q2 podem ser verificadas através da Figura 45 Pela figura é possível notar a forma de onda do sinal da rede de energia elétrica supridora do equipamento controlado Veja também que é possível notar a forma de onda rampa com uma tensão de controle Vc Notamse também as formas de ondas das larguras dos pulsos de disparo geradas nos pinos Q1 e Q2 Circuito integrado de disparo Circuito TCA 785 Fig 45 Formas de ondas nas saídas de Q1 e Q2 do TCA 785 Fonte Almeida 2007 Com Pino 12 Aberto Pulsos de Curta Duração Com Pino 12 Aterrados Pulsos de Longa Duração Exemplo Considerando um determinado CI TCA 785 encontrar os valores da tensão máxima de controle Vc bem como o instante de disparo do pulso de Q2 Circuito integrado de disparo Circuito TCA 785 Fig 46 Circuito gerador de pulsos do TCA 785 15V 10kΩ 11 Vc35V TCA 785 14 15 Q1 Q2 100kΩ 47nF CR 10 9 RR Fonte Almeida 2007 Exemplo Resolução Inicialmente podese afirmar que a tensão no capacitor CR cresce linearmente com o tempo como pode ser visto abaixo Circuito integrado de disparo Circuito TCA 785 Fig 47 Formas de ondas do exemplo contemplando as saídas de Q1 e Q2 do TCA 785 Fonte Almeida 2007 Para rampa com período de 833 ms o valor máximo da tensão em CR é Como Logo Como a tensão de controle é Vc 35 V o disparo ocorrerá em Portanto as formas de onda ao lado traduzem os dados calculados Pino 14 Q1 Q2 Pino 15 35 6 Vc Vrede tms tms tms tms 30μs 2499 2148 1667 1315 833 482 Sabese que enquanto o TCA 785 não receber sinal de bloqueio esse dispositivo permanecerá em estado de corte fazendo com que a tensão no pino 6 seja 5 V deixando o TCA 785 com as saídas liberadas Levando em consideração a necessidade de se projetar um circuito de bloqueio das saídas do TCA 785 calcule RC e RB para satisfazer esta necessidade e assinale a alternativa correta Interatividade Circuito de bloqueio do TCA 785 utilizando um transistor NPN Fonte Almeida 2007 VCC5V RC 6 TCA 785 BC547 14 Q1 Q2 15 1 RB Vbloqueio 5V Sabese que com o sinal de bloqueio o transistor satura e a tensão no pino 6 cai abaixo de 25 V ficando o TCA 785 com as saídas bloqueadas A fim de preservar algumas características operacionais do arranjo escolhese o valor comercial mais próximo ou seja Resposta Valores comerciais de resistores Ω 10 11 12 13 15 16 18 20 22 24 27 30 33 36 39 43 47 51 56 62 68 75 82 91 Para encontrar os demais valores basta multiplicar por 10 102 103 104 105 106 Tabela 3 Valores comerciais de resistores Fonte adaptado de Almeida 2007 Logo A corrente no coletor fica Portanto o valor mínimo de Rc para garantir a saturação do transistor e o bloqueio do TCA 785 é Como é sabido para uma corrente de base de 10 μA obtémse uma resistência de base de 430 kΩ Optandose pelo valor comercial de Alternativa correta 36 RC k ALMEIDA José Luiz Antunes Dispositivos semicondutores tiristores São Paulo Érica 2007 AHMED Ashfaq Eletrônica de potência 8 ed São Paulo Pearson 2000 BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos São Paulo Pearson 2013 BRAGA Newton Como funciona o diodo de selênio ART1466 Instituto Newton Braga 20 fev 2014 Disponível em httpswwwnewtoncbragacombrindexphpcomofunciona8567 comofuncionaodiododeselenioart1466html Acesso em 08 jan 2022 MORAIS Caio Dissipador de calor O guia completo Eletrônica de Potência 10 fev 2021 Disponível em httpseletronicadepotenciacomdissipadordecaloroguia completo Acesso em 8 jun 2022 Referências SEDRA Adel S SMITH Kenneth C Microeletrônica 4 ed São Paulo Makron Books 2000 RASHID Muhammad H Eletrônica de potência 4 ed São Paulo Pearson 2014 SOUZA Wagner Camisão Uma contribuição ao estudo da qualidade da energia elétrica no suprimento de sistemas em telecomunicações Dissertação de mestrado apresentada ao Instituto Nacional de Telecomunicações Santa Rita do Sapucaí 2002 Disponível em httpssilotipsdownloaddissertaaodemestrado154 Acesso em 08062022 Referências ATÉ A PRÓXIMA