Circuito de Comando com UJT

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 ●
3
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.
DAELT ● Nikolas Libert ●
4
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.
DAELT ● Nikolas Libert ●
IE
IV
5
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
DAELT ● Nikolas Libert ●
6
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).
DAELT ● Nikolas Libert ●
7
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)
8
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
DAELT ● Nikolas Libert ●
9
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
DAELT ● Nikolas Libert ●
10
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
DAELT ● Nikolas Libert ●
11
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
DAELT ● Nikolas Libert ●
t
12
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
13
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 ●
14
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)
DAELT ● Nikolas Libert ●
15
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
–
16
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
17
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
18
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 ●
19
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.
20
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
-
21
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
-
22
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 ●
23
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 ●
24
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 ●
26
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 ●
27
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 ●
28