Principios básicos del transistor unidireccional (UJT)

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Los dispositivos de control de potencia de tiristores deben ir acompañados de un circuito que suministre pulsos de corriente al terminal de puerta para que los tiristores se enciendan.

El UJT es uno de los dispositivos de activación más comunes que se utilizan junto con los dispositivos de control de potencia de tiristores.

Construcción de la UJT

El UJT es el dispositivo de disparo más simple de todos. Es un dispositivo de silicio de tres terminales con una única unión de semiconductores, de ahí el término «unión única».

El UJT consiste en un líquido ligeramente dopado no-un tipo de oblea semiconductora llamada «canal». Se establece un pequeño flujo de corriente en este canal para crear caídas de tensión internas que son fundamentales para el funcionamiento del UJT.

La difusión en el canal está fuertemente dopada. pags-un tipo de región llamada «emisor». Proporciona los portadores de corriente para el pulso de corriente producido por UJT. La construcción y el símbolo gráfico se muestran en Verdadero 1.

Figura 1 Construcción y símbolo de la UJT

El UJT se usa ampliamente como dispositivo de disparo para tiristores.

Operación UJT

Una forma simple de ver la operación del UJT es pensar en él como un divisor de voltaje y un p-n diodo. La forma en que se fabrica el dispositivo es tal que la resistencia entre bases, es decir, la resistencia entre la base 1 y la base 2, es alta. Este valor estará entre 5 y 10 kΩ. Por lo tanto, la corriente entre bases será muy baja, solo unos pocos milímetros. Esta corriente establece una caída de voltaje a través de la resistencia interna del dispositivo (rB1 y rB2).

Los valores relativos de rB1 y rB2 dependiendo de la ubicación física de la región de transmisión en relación con los extremos del canal. La polaridad de estas caídas de voltaje se muestra en Verdadero 2.

Diagrama de la caída de tensión interna de un UJT

Figura 2 Diagrama de la caída de tensión interna de un UJT

Los valores relativos de las caídas de tensión en la UJT dependen de los valores relativos de las resistencias internas. Hay un informe de rB1 para la resistencia interbase total (rB1 + rB2) establecerá el valor de voltaje en la terminal del cátodo de la unión base-emisor.

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Este voltaje estará entre 0.5 y 0.85 del voltaje base a base (Vcama y desayuno). Hay un informe de rB1 a (rB1 + rB2) llamado «relación de longitud intrínseca» (η). Este valor lo establece el fabricante y no se puede cambiar.

En las condiciones de polarización especificadas anteriormente, una corriente de fuga muy pequeña sale del terminal del emisor y regresa al suministro negativo. Esta corriente es muy pequeña y generalmente se ignora.

Si se conecta una fuente de alimentación con el emisor polarizado a la base 1, esta corriente de fuga disminuirá a medida que aumente el voltaje del emisor de la base. Cuando la tensión de emisión base es igual a la caída de tensión interna entre los terminales rB1 la corriente de emisión será cero.

A medida que el voltaje del emisor se vuelve más positivo, el emisor se polariza directamente. Cuando el voltaje de emisión es 0.5 V mayor que vrB1, el transmisor gira fuertemente. Como resultado, se inyecta una gran cantidad de portadoras de corriente en el canal.

resistencia del canal (rB1) disminuye rápidamente a un valor que puede descender a unos pocos cientos de ohmios. El voltaje de emisión al que se produce esta conducción se denomina «voltaje pico» (Vpags).

El flujo de corriente se muestra en este conjunto de condiciones i Verdadero 3 en la parte trasera.

Diagrama del circuito de ajuste de corriente del transmisor UJT

imagen 3 Diagrama del circuito de ajuste de corriente del transmisor UJT

El voltaje pico estará determinado por el voltaje de suministro (Vcama y desayuno) y la relación de longitud (η).

fórmula de voltaje pico ujt

Ejemplo 1

Ingresa a la UJT Verdadero 3 tiene una relación de seguridad de 0,65 y la tensión de alimentación es de 20,0 V. Determine el voltaje pico para el UJT.

Ejemplo de solución UJT

Es importante recordar que la relación de seguridad es fija y la tensión de alimentación determina la tensión de pico. Si se requiere un voltaje pico diferente, se puede cambiar el voltaje de suministro o se puede sustituir por un UJT con una relación de seguridad diferente.

Características de la UJT

Las características del UJT lo hacen ideal para su uso en un circuito destinado a controlar dispositivos de control de potencia de tiristores. Si el UJT se usa junto con un circuito de temporización RC, producirá una salida que consistirá en pulsos de corta duración con un tiempo de subida muy rápido, adecuado para disparar SCR, tiristores GTO y triacs.

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A partir de la característica de emisión (V–I) curva mostrada en Verdadero 4 se puede ver que la resistencia del emisor UJT (basado en B1) disminuye significativamente cuando se alcanza el voltaje pico. El declive ocurre bastante rápido.

Curva característica del transmisor UJT

Figura 4 Curva característica del transmisor UJT

oscilador de relajación UJT

El circuito que se muestra en Figura 5 aplicable a aplicaciones de control de potencia de bajo nivel con SCR y triacs. La única modificación al circuito puede ser usar un transformador de pulso.

Diagrama de circuito de un oscilador de relajación UJT

Figura 5 Diagrama de circuito de un oscilador de relajación UJT

El circuito consiste en el UJT y un circuito de temporización RC. Cuando se enciende por primera vez la alimentación del circuito de temporización, el voltaje en el capacitor aumenta a una velocidad determinada por los valores de la resistencia y el capacitor.

El tiempo que tarda la tensión del condensador en alcanzar el 63 % de la tensión de alimentación es la constante de tiempo (τ) del circuito. El tiempo se puede cambiar cambiando el valor de la resistencia o el valor del condensador. En la práctica, se encuentra que es más fácil modificar el valor de la resistencia.

Cómo funciona el oscilador de relajación UJT

El funcionamiento de un oscilador de relajación UJT es sencillo y se puede resumir de la siguiente manera:

  • Cuando se enciende la energía por primera vez, el capacitor atraviesa la resistencia variable RV1 a una velocidad determinada por la posición de la resistencia y el tamaño del condensador.
  • Cuando el voltaje del capacitor es igual al voltaje pico, el emisor conduce. El transmisor conducirá fuertemente, con la resistencia interna del UJT cayendo a un valor muy bajo.
  • Cuando el emisor conduce, el condensador se descarga a través de la UJT y R1. La resistencia de la ruta de descarga es mucho menor que la resistencia de la ruta de carga, por lo que el capacitor se descarga mucho más rápido de lo que carga.
  • La corriente resultante es a través de R1 El pulso desarrolla el voltaje de salida requerido para disparar un SCR o triac. Dado que el tiempo de descarga del condensador es muy corto, la corriente tendrá un valor pico relativamente alto y un tiempo de subida rápido.
  • Modificación del Valor RV1 solo cambiará el tiempo que tarda el capacitor en cargarse al voltaje máximo. No cambia el voltaje pico. Cambiar la constante de tiempo del circuito cambiará la frecuencia de los pulsos de salida del oscilador.
  • Cuando el capacitor se descarga, el UJT se relaja hasta el estado de apagado, de ahí el nombre de oscilación de relajación. El ciclo entonces comienza de nuevo.
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Ejemplo 2

Lo que sea Vcama y desayuno igual a 15 V en el circuito i Verdadero 5y la relación de áreas es 0.63, determine el voltaje máximo.

Calcular voltaje pico UJT

La frecuencia de los pulsos de este circuito dependerá de la constante de tiempo. El cálculo real de la frecuencia puede ser complicado, pero si la relación de área es igual o cercana a 0,63, la frecuencia se puede determinar a partir de una expresión simplificada:

calcular la frecuencia ujt

Ejemplo 3

en el circuito de Verdadero 5determine la frecuencia de salida si la relación de seguridad es 0.63, valor RV1 Es de 10 kΩ y la capacitancia es de 0,1 μF.

frecuencia de resonancia ujt

Encuentre la frecuencia si RV1 ajustado a 7,5 kΩ.

frecuencia ujt

Cabe señalar que, en la mayoría de los casos, cuando se utiliza un oscilador de relajación como circuito de activación de los tiristores, el cálculo de la frecuencia no es importante.

Lo que importa es el retraso entre el inicio del ciclo y cuando se envía un pulso de disparo al tiristor. Este retraso determinará el valor promedio y RMS del voltaje de carga y, por lo tanto, la potencia de carga.

Las formas de onda producidas por el oscilador de relajación se muestran i Verdadero 6.

Formas de onda amortiguadas del oscilador

Figura 6 Formas de onda amortiguadas del oscilador

La cantidad de energía en el pulso de activación de salida es una consideración importante cuando se activa un tiristor. La energía en el pulso de disparo producido por el oscilador de relajación UJT puede incrementarse aumentando el valor del capacitor en el circuito de temporización RC. Sin embargo, existe un límite práctico a la corriente que puede transportar el UJT. Si el potencial es demasiado alto, el UJT puede dañarse.

El oscilador de relajación UJT tiene dos ventajas principales:

  • La relación de separación es fija y solo se puede cambiar cambiando el propio UJT. Sin embargo, esto solo traerá cambios limitados.
  • Es posible que el UJT no pueda suministrar suficiente energía para activar grandes tiristores de alta corriente.
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