Circuito de Comando com UJT Nikolas Libert
Aula 9 Manutenção de Sistemas Eletrônicos Industriais ET54A Tecnologia em Automação Industrial
Transistor Unijunção (UJT)
Transistor Unijunção (UJT) Barra de semicondutor tipo N com uma ilha tipo P. Possui 3 terminais: Duas bases e um emissor. –
Também chamado de transistor de dupla base. B2
Base 2 B2
Emissor
E P N
Emissor
E B1
B1
Base 1
DAELT ● Nikolas Libert ●
2
Transistor Unijunção (UJT) Circuito Equivalente B2
E
B1
0,7 V
vEE
vRb1 vBB
Rb1
vBB
vEE
B2
Rb2
E
B2
B1
E P N
B1
–
A junção E-B1 funciona como um diodo, que só conduzirá se vEE for maior que 0,7 V + vRb1.
–
Se o diodo não estiver conduzindo (no corte), a região de semicondutor N, entre B1 e B2, se comporta como um resistor de valor RBB = Rb1 + Rb2.
DAELT ● Nikolas Libert ●
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Transistor Unijunção (UJT) B2
vRb1 vBB
No corte, a tensão vRb1 é dada por:
Rb1
vEE
Rb2
E
0,7 V
–
B1
v BB⋅R b 1 v Rb1 = =v BB⋅η Rb 1+ Rb 2
Rb 1 η= Rb 1+ Rb 2
–
O termo η (éta) é chamado de razão intrínseca de disparo, sendo um parâmetro de fabricação do UJT.
–
O valor de η costuma estar entre 0,4 e 0,9.
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Transistor Unijunção (UJT) Quando a tensão no emissor atinge vP, o diodo interno entra em condução e a resistência entre E e B 1 se Resistência B2 torna baixa. VE Negativa
Corte
VP
E
Saturação
v P =v BB⋅η+0,7 B1
O UJT volta ao corte quando o diodo deixa de estar diretamente polarizado. –
VV
Tensão entre E e B1 inferior a vV.
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IE IV
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Transistor Unijunção (UJT) Parâmetros do UJT. –
IP: corrente no início do disparo.
–
IV: corrente de vale.
–
η: razão intrínseca de disparo.
–
RBB0: resistência entre bases.
IP
Ex.: UJT 2N2646 Min. Max. 5 μA
IV
4 mA
-
η RBB0
0,56 4,7 kΩ
0,75 9,1 kΩ
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Oscilador de Relaxação
Oscilador de Relaxação vBB
vRB1
C
RB1
Circuito base para disparo de tiristores.
R
Operação na região de resistência negativa.
RB2
Principal aplicação do UJT.
Não confundir RB1(RB2) com Rb1(Rb2).
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Oscilador de Relaxação Oscilador de Relaxação vBB
R
RB2
–
Normalmente RB2 e RB1 são pequenos, comparados com Rb1 e Rb2.
–
No corte:
Rb2
R
0,7 V
vx C
RB1
Rb1
vRB1
C
RB2 dá estabilidade térmica ao UJT.
RB2
vBB
–
vRB1
RB1 DAELT ● Nikolas Libert ●
v x=
v BB⋅( R b 1 + R B 1 )
( R b1 + R B 1 + R b 2 + R B 2 )
v BB⋅Rb 1 ≃ =v BB⋅η ( Rb 1+ Rb 2)
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Oscilador de Relaxação Etapa 1 vBB
RB2
R vx
Inicialmente o capacitor está descarregado e o diodo cortado.
–
O capacitor se carrega por meio do resistor R e sua tensão tende a vBB. vC
Rb1
C
0,7 V
Rb2
vC
–
vBB
vRB1
RB1
t
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Oscilador de Relaxação Etapa 2 vBB
–
RB2
Antes da tensão no capacitor chegar a vBB, o limiar vP é atingido e o UJT entra em condução.
R 0,7 V
Rb2
vC
vx
C
vC
vBB vP
vRB1
RB1
t
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Oscilador de Relaxação Etapa 3
–
O capacitor começa a ser descarregado por meio do diodo.
–
Com a condução do diodo, a resistência Rb1 fica muito pequena (como a resistência interna de um diodo).
–
A descarga é rápida pois RB1 é pequeno.
vBB
RB2
R Rb2
vC
0,7 V
vx
C
vC vP
vRB1
RB1
t
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Oscilador de Relaxação Etapa 4 vBB
RB2
R vx
Rb1
C
0,7 V
Rb2
vC
–
Quando a tensão no capacitor atinge o limiar de vale vV, o UJT corta.
–
O capacitor volta a se carregar por meio do resistor R. vC vP
vRB1
RB1
vV
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t
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Oscilador de Relaxação Oscilador de Relaxação vC
vBB
RB2
R
–
O circuito gera um sinal pulsante.
–
No ponto vRB1, haverão pulsos estreitos de tensão apenas nos momentos em que o UJT conduz (descarga do capacitor).
vRB1
C
RB1
–
vP
vV
t
vRB1
Os pulsos em vRB1 podem ser utilizados para disparo de um tiristor. t
O período de oscilação é dado por: T =R⋅C⋅ln
DAELT ● Nikolas Libert ●
( ) 1 1−η
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Disparo de Tiristor com UJT
Disparo de Tiristor com UJT O UJT pode gerar o trem de pulsos necessário para disparo de um Tiristor. vBB
RB2
R
RL
C
RB1 DAELT ● Nikolas Libert ●
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Disparo de Tiristor com UJT Cálculo de RB2 –
Alguns fabricantes aconselham um valor de RB2 igual a 15 % de RBB.
–
Outros fornecem equações:
R
10000 η⋅v BB
RB2
RB 2≃
vBB RL
(para 2N2646 e 2N2647) C
RB1
0,4⋅R BB (1−η)⋅R B 1 RB 2≃ + η η⋅V BB (para 2N1671 e 2N2160)
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Disparo de Tiristor com UJT Cálculo de RB1
–
Essa tensão é dada pelo divisor resistivo de RB1, RB2 e RBB, e deve ser menor que a tensão de disparo da porta do tiristor (vGT). vBB
–
Caso contrário, o tiristor poderá disparar na hora errada.
DAELT ● Nikolas Libert ●
RL
C
RB1
R B 1⋅v BB ≤v GT R B 1 + R B 2 + R BBmin
RB2
Enquanto o capacitor se carrega e o UJT está no corte, haverá uma tensão sobre RB1.
R
–
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Disparo de Tiristor com UJT Cálculo de R. –
O resistor R é um dos responsáveis pela frequência de oscilação, mas sua resistência deve estar numa faixa dada por: v P =v BB⋅η+0,7
v BB−v P v BB−vV ≥R≥ IP IV
DAELT ● Nikolas Libert ●
RL
C
RB1
IP, IV, η e vEB1(sat) são fornecidos no datasheet.
R
–
A tensão de saturação entre emissor e base1, vEB1(sat), pode ser utilizada como aproximação para vV.
RB2
–
vBB
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Disparo de Tiristor com UJT Cálculo de C. –
Conhecendo-se a faixa de valores aceitáveis para o resistor R, pode ser escolhida uma combinação de R e C que gere a frequência de oscilação desejada: vBB
DAELT ● Nikolas Libert ●
RL
C
RB1
1 T
RB2
f=
R
( )
1 T =R⋅C⋅ln 1−η
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Disparo de Tiristor com UJT Exemplo. Projete um oscilador para disparo de um TIC106D, com um UJT 2N2646. Dados: f=500 Hz, vBB=20 V, vGT (pior caso) = 0,2 V, vEB1(sat) = 2,5 V. –
RB2?
–
R e C?
RB2
RB1? R
–
vBB RL
C
RB1
DAELT ● Nikolas Libert ●
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Oscilador com UJT Sincronizado com a Rede
Oscilador com UJT Sincronizado com a Rede Para que o UJT possa ser utilizado para disparo de tiristores, é importante o sincronismo com a rede. RZ
+
DAELT ● Nikolas Libert ●
C
RB1
-
RB2
R
Alimentação do circuito com diodo zener.
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Oscilador com UJT Sincronizado com a Rede No semiciclo positivo da rede elétrica, o diodo zener limita a tensão da rede em vBB, alimentando o circuito oscilador. No semiciclo negativo, o diodo conduz, colocando em curto a entrada do oscilador e descarregando C. –
É como se o oscilador estivesse desligado. RZ
vE
t
vRB1
+
vBB
RB2
vC
R
vBB
vE
t DAELT ● Nikolas Libert ●
C
RB1
-
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Oscilador com UJT Sincronizado com a Rede No lugar do resistor R pode ser inserido um potenciômetro para controle do ângulo de disparo. O primeiro pulso gerado é o que efetivamente disparará o tiristor. A adição de uma ponte retificadora antes do zener possibilitaria o disparo nos dois semiciclos. RZ
vE
t
vRB1
+
vBB
RB2
vC
R
vBB
vE
t DAELT ● Nikolas Libert ●
C
RB1
-
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Transistor de Unijunção Programável (PUT)
Transistor de Unijunção Programável (PUT) Dispositivos que desempenham o mesmo papel do UJT. Principais diferenças com relação ao UJT: –
Tensão de disparo controlável.
–
Maior rapidez e sensibilidade.
–
Em temporizadores de período longo o desempenho do PUT é superior (menor corrente de pico no disparo).
DAELT ● Nikolas Libert ●
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Transistor de Unijunção Programável (PUT) Dispositivo formado por 4 camadas, semelhante a um SCR. –
Difere com relação ao ponto de ligação do terminal de gatilho. A (ânodo)
G (porta)
P
A G
N P N
K
K (cátodo)
DAELT ● Nikolas Libert ●
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Transistor de Unijunção Programável (PUT) Modelo Equivalente
G
A
A
P
P G
N P
A
N
N
P
P
N
N
K
K
Condição para condução: vA > vG + 0,7
+ 0,3 T1 -
T1 T2
K
+ 0,7 -
+ 0,7 -
T1 T2
PUT Conduzindo DAELT ● Nikolas Libert ●
G
+ 0 T2
PUT Cortado 25
Transistor de Unijunção Programável (PUT) Circuito de Polarização RL
RB2
RL
K
vBB
G
Thévenin
RB1
vE
A
vE
A
G
Rth
vTh
K
R B 1+ RB 2 RTh=R B 1 || R B 2= R B 1+ RB 2 v BB⋅R B 1 v Th= RB 1 + RB 2
RB 1 Por analogia, podemos dizer que v Th=v BB⋅η , onde η= RB 1 + RB 2 DAELT ● Nikolas Libert ●
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Transistor de Unijunção Programável (PUT) Circuito de Polarização RL
A
vE
G
v Th=v BB⋅η Rth
A T1
vTh
K ●
●
G T2
K
Considerando que T1 esteja cortado. ● Não flui corrente nem na base, nem no coletor de T1. ● A queda de tensão entre base e emissor é praticamente zero (menor que 0,7 V). Logo, VE = VTh ● Não entra corrente na base de T2. ● T2 também corta. O PUT só conduzirá se o valor de VE for elevado a um valor vP dado por
v P =v Th +0,7=v BB⋅η+0,7 ●
O PUT funciona como um UJT onde o parâmetro η pode ser determinado por resistores externos. DAELT ● Nikolas Libert ●
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Referências ALBUQUERQUE, Rômulo Oliveira. Utilizando Eletrônica com AO, SCR, TRIAC, UJT, PUT, CI 555, LDR, LED, FET e IGBT, 2ª Edição, Érica, São Paulo, 2013. de ALMEIDA, J. L. A. Dispositivos Semicondutores: Tiristores Controle de Potência em CC e CA, 12ª Edição, Érica, São Paulo, 2010
DAELT ● Nikolas Libert ●
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