¿Qué es un Transistor Uniunión (UJT)?

¿Qué tal amigos de ingtelecto? seguímos hablando sobre temas de electrónica de potencia y en esta ocasión nos compete hablar sobre otro tipo de transistores de potencia, tal como el Transistor Uniunión (UJT).
El Transistor de Unijunción (UJT, por sus siglas en inglés) es otro dispositivo de estado sólido de tres terminales, utilizado en aplicaciones como la generación de pulsos de compuerta, circuitos temporizadores y generadores de disparo, para controlar o conmutar tiristores y triacs en aplicaciones de control de potencia en corriente alterna (AC).
Al igual que los diodos, los transistores de unijunción están construidos a partir de materiales semiconductores tipo P y tipo N, formando una única unión PN (de ahí su nombre, Uni-Junction) dentro del canal conductor principal de tipo N del dispositivo.
Al igual que los transistores FET de canal N, el UJT está compuesto por un único bloque sólido de material semiconductor tipo N, que forma el canal principal por donde circula la corriente. Sus dos conexiones externas se marcan como Base 2 ($\displaystyle {{B}_{2}}$) y Base 1 ($\displaystyle {{B}_{1}}$). La tercera conexión, marcada como Emisor (E), se encuentra a lo largo del canal, lo que a veces genera confusión. El terminal del emisor está representado por una flecha que apunta desde el emisor de tipo P hacia la base de tipo N.
La unión rectificadora del emisor del transistor de unijunción se forma al fusionar el material tipo P con el canal de silicio de tipo N. Sin embargo, también existen UJT de canal P con un terminal emisor de tipo N, aunque estos se utilizan con poca frecuencia.
La unión del emisor está posicionada a lo largo del canal, más cerca del terminal $\displaystyle {{B}_{2}}$ que del $\displaystyle {{B}_{1}}$. El símbolo del UJT incluye una flecha que apunta hacia la base, lo que indica que el terminal del emisor es positivo y que la barra de silicio es de material negativo. A continuación se muestra el símbolo, la construcción y el circuito equivalente de un UJT.
Símbolo y Construcción del Transistor Uniunión
Observa que el símbolo del transistor de unijunción (UJT) es muy similar al del transistor de efecto de campo por unión (JFET), excepto por la flecha doblada que representa la entrada del Emisor (E). Aunque son parecidos en cuanto a sus canales óhmicos, los JFET y los UJT funcionan de manera muy diferente y no deben confundirse.
¿Cómo funciona? Podemos ver en el circuito equivalente que el canal de tipo N está básicamente compuesto por dos resistencias, $\displaystyle R{{B}_{2}}$ y $\displaystyle R{{B}_{1}}$, en serie con un diodo ideal (D), que representa la unión p-n conectada en el punto central entre las resistencias. Esta unión p-n del Emisor está fijada en una posición a lo largo del canal óhmico durante su fabricación y, por lo tanto, no se puede modificar.
La resistencia $\displaystyle R{{B}_{1}}$está entre el Emisor (E) y el terminal B1, mientras que la resistencia $\displaystyle R{{B}_{2}}$ se encuentra entre el Emisor (E) y el terminal B2. Como la posición física de la unión p-n está más cerca del terminal B2 que del B1, el valor resistivo de $\displaystyle R{{B}_{2}}$ será menor que el de $\displaystyle R{{B}_{1}}$.
La resistencia total de la barra de silicio (su resistencia óhmica) dependerá del nivel de dopaje del semiconductor, así como de las dimensiones físicas del canal de silicio tipo N, pero se puede representar como RBB. Si se mide con un ohmímetro, esta resistencia estática suele oscilar entre aproximadamente 4kΩ y 10kΩ en la mayoría de los UJT comunes, como los modelos 2N1671, 2N2646 o 2N2647.
Estas dos resistencias en serie forman una red divisora de voltaje entre los dos terminales base del transistor de unijunción. Dado que el canal se extiende desde $\displaystyle {{B}_{2}}$ hasta $\displaystyle {{B}_{1}}$, cuando se aplica un voltaje al dispositivo, el potencial en cualquier punto a lo largo del canal será proporcional a su posición entre los terminales $\displaystyle {{B}_{2}}$ y $\displaystyle {{B}_{1}}$. Por lo tanto, el nivel del gradiente de voltaje dependerá de la cantidad de voltaje suministrado.
Cuando se utiliza en un circuito, el terminal B1 se conecta a tierra, y el Emisor actúa como la entrada del dispositivo. Supongamos que se aplica un voltaje $\displaystyle {{V}_{{BB}}}$ entre $\displaystyle {{B}_{2}}$ y $\displaystyle {{B}_{1}}$, de modo que $\displaystyle {{B}_{2}}$ esté polarizado positivamente en relación con $\displaystyle {{B}_{1}}$. Si no se aplica ninguna entrada al Emisor, el voltaje que se desarrolla a través de $\displaystyle R{{B}_{1}}$ (la resistencia inferior) del divisor resistivo se puede calcular como:
Fórmula para el voltaje a través de RB1
En un transistor de unijunción (UJT), la proporción resistiva de $\displaystyle {{{R}_{{B1}}}}$ respecto a RBB, mostrada anteriormente, se denomina relación intrínseca de bloqueo y se representa con el símbolo griego η (eta). Los valores típicos estándar de η varían entre 0.5 y 0.8 en la mayoría de los UJT comunes.
Si se aplica al terminal de entrada del Emisor un pequeño voltaje positivo, menor que el voltaje desarrollado a través de la resistencia RB1 (ηVBB), la unión p-n del diodo estará polarizada inversamente, lo que provoca una impedancia muy alta y el dispositivo no conduce. El UJT se encuentra en estado "APAGADO" (OFF) y no fluye corriente.
Sin embargo, cuando el voltaje de entrada del Emisor aumenta y supera el valor de $\displaystyle {{V}_{{R{{B}_{1}}}}}$ (o ηVBB + 0.7V, donde 0.7V corresponde a la caída de voltaje del diodo en la unión p-n), la unión p-n se polariza directamente y el transistor de unijunción comienza a conducir. Como resultado, la corriente del Emisor, ηIE, fluye desde el Emisor hacia la región de la Base.
El efecto de la corriente adicional del Emisor que fluye hacia la Base reduce la porción resistiva del canal entre la unión del Emisor y el terminal $\displaystyle {{B}_{1}}$. Esta reducción en el valor de la resistencia $\displaystyle {{{R}_{{B1}}}}$ a un valor muy bajo provoca que la unión del Emisor se polarice aún más directamente, lo que resulta en un mayor flujo de corriente. Este efecto genera una resistencia negativa en el terminal del Emisor.
De la misma manera, si el voltaje de entrada aplicado entre el Emisor y el terminal $\displaystyle {{B}_{1}}$ disminuye por debajo del valor de ruptura, el valor resistivo de $\displaystyle {{{R}_{{B1}}}}$ aumenta a un valor alto. Entonces, el transistor de unijunción puede considerarse como un dispositivo de ruptura por voltaje.
Podemos ver que la resistencia presentada por es variable y depende del valor de la corriente del Emisor, IE. Entonces, al polarizar directamente la unión del Emisor con respecto a $\displaystyle {{B}_{1}}$, se permite que fluya más corriente, lo que reduce la resistencia entre el Emisor (E) y $\displaystyle {{B}_{1}}$.
En otras palabras, el flujo de corriente hacia el Emisor del UJT provoca que el valor resistivo de $\displaystyle _{{R{{B}_{1}}}}$ disminuya y la caída de voltaje a través de él ($\displaystyle {{V}_{{R{{B}_{1}}}}}$) también disminuya, permitiendo que fluya más corriente y produciendo una condición de resistencia negativa.
Aplicaciones del transistor Uniunión UJT
Ahora que sabemos cómo funciona un transistor de unión única (UJT), ¿para qué se puede usar? La aplicación más común de un transistor de unión única es como un dispositivo de activación para SCR’s y Triacs, pero también se utiliza en otras aplicaciones como generadores de ondas diente de sierra, osciladores simples, control de fase y circuitos temporizadores. El circuito más sencillo con un UJT es el oscilador de relajación, que produce formas de onda no sinusoidales.
En un circuito básico y típico de oscilador de relajación con UJT, la terminal del Emisor del transistor de unión única se conecta al punto de unión de un circuito RC, formado por una resistencia y un condensador, como se muestra a continuación.
Oscilador de relajación con UJT
El UJT se utiliza ampliamente en osciladores de relajación debido a su capacidad para producir señales de onda no sinusoidal, como ondas diente de sierra. En este tipo de circuito, el UJT funciona como un interruptor que activa y desactiva el ciclo de carga y descarga de un condensador. Este tipo de oscilador es muy sencillo y económico, ideal para generar pulsos de frecuencia controlada.
Explicando el circuito de arriba, cuando se aplica por primera vez una tensión (Vs), el transistor de unión única (UJT) está 'APAGADO' y el condensador $\displaystyle {{C}_{1}}$ está completamente descargado, pero comienza a cargarse exponencialmente a través de la resistencia $\displaystyle {{R}_{3}}$. Como el emisor del UJT está conectado al condensador, cuando la tensión de carga $\displaystyle {{V}_{C}}$ a través del condensador se vuelve mayor que la caída de voltaje del diodo, la unión p-n se comporta como un diodo normal y se polariza en directa, activando el UJT y haciendo que entre en conducción. El transistor de unión única está 'ENCENDIDO'. En este punto, la impedancia entre el emisor y B1 colapsa, ya que el emisor pasa a un estado de baja impedancia saturada con el flujo de corriente de emisor a través de $\displaystyle {{R}_{1}}$.
Dado que el valor óhmico de la resistencia $\displaystyle {{R}_{1}}$ es muy bajo, el condensador se descarga rápidamente a través del UJT y un pulso de voltaje de rápido aumento aparece a través de $\displaystyle {{R}_{1}}$. Además, debido a que el condensador se descarga más rápidamente a través del UJT que lo que tarda en cargarse a través de la resistencia $\displaystyle {{R}_{3}}$, el tiempo de descarga es mucho menor que el tiempo de carga, ya que el condensador se descarga a través de la baja resistencia del UJT.
Cuando la tensión a través del condensador disminuye por debajo del punto de mantenimiento de la unión p-n ($\displaystyle {{V}_{{OFF}}}$), el UJT se apaga ('APAGADO') y no fluye corriente hacia la unión del emisor, por lo que una vez más el condensador se carga a través de la resistencia $\displaystyle {{R}_{3}}$. Este proceso de carga y descarga entre $\displaystyle {{V}_{{ON}}}$ y $\displaystyle {{V}_{{OFF}}}$ se repite constantemente mientras haya una tensión de suministro $\displaystyle {{V}_{S}}$ aplicada.
Forma de onda del oscilador UJT
Entonces, podemos ver que el oscilador de unión única (UJT) cambia continuamente entre 'ENCENDIDO' y 'APAGADO' sin necesidad de retroalimentación. La frecuencia de operación del oscilador está directamente afectada por el valor de la resistencia de carga $\displaystyle {{R}_{3}}$, que está en serie con el condensador $\displaystyle {{C}_{1}}$ y el valor de $\displaystyle \eta $. La forma de pulso de salida generada en la terminal Base1 ($\displaystyle {{B}_{1}}$) es una onda diente de sierra, y para regular el período de tiempo, solo necesitas cambiar el valor óhmico de la resistencia $\displaystyle {{R}_{3}}$ , ya que esta establece la constante de tiempo RC para la carga del condensador.
El período de tiempo, $\displaystyle T$, de la onda diente de sierra se dará como el tiempo de carga más el tiempo de descarga del condensador. Como el tiempo de descarga, $\displaystyle {{\tau }_{1}}$, es generalmente muy corto en comparación con el mayor tiempo de carga RC, $\displaystyle {{\tau }_{2}}$, el período de oscilación es, más o menos, equivalente a $\displaystyle T\cong {{\tau }_{2}}$ . Por lo tanto, la frecuencia de oscilación se da como $\displaystyle f=\frac{1}{T}$
Solución:
El período de tiempo se da como:
$\displaystyle f=\frac{1}{T}$
$\displaystyle T=\frac{1}{f}=\frac{1}{{100}}=10mS$
El valor de la resistencia de temporización, $\displaystyle {{R}_{3}}$ se calcula como:
$\displaystyle T={{R}_{3}}C\ln \left( {\frac{1}{{1-\eta }}} \right)$
Despejando $\displaystyle {{R}_{3}}$
$\displaystyle {{R}_{3}}=\frac{T}{{C\times \ln \left( {\frac{1}{{1-\eta }}} \right)}}$
Como resultado, obtenemos:
$\displaystyle {{R}_{3}}=\frac{{10mS}}{{100nF\times \ln \left( {\frac{1}{{1-0.65}}} \right)}}=95,238\Omega $
Con esto obtenemos entonces:
$\displaystyle {{R}_{3}}=95.2k\Omega $
Entonces, el valor de la resistencia de carga requerida en este ejemplo simple se calcula como 95,3 kΩ al valor preferido más cercano. Sin embargo, existen ciertas condiciones necesarias para que el oscilador de relajación UJT funcione correctamente, ya que el valor resistivo de $\displaystyle {{R}_{3}}$ puede ser demasiado grande o demasiado pequeño.
Por ejemplo, si el valor de $\displaystyle {{R}_{3}}$ fue demasiado grande (megaohmios), el capacitor puede no cargarse lo suficiente para activar el emisor de la unijunción en conducción, pero también debe ser lo suficientemente grande para garantizar que el UJT se apague una vez que el capacitor se haya descargado por debajo del voltaje de activación inferior.
De la misma manera, si el valor de $\displaystyle {{R}_{3}}$ fuera demasiado pequeño (unos cientos de ohmios), una vez activado, la corriente que fluye hacia el terminal del emisor puede ser lo suficientemente grande como para llevar al dispositivo a su región de saturación, impidiendo que se apague por completo. De cualquier manera, el circuito oscilador unijunción no oscilaría.
Circuito de control de velocidad con UJT
Una aplicación típica del circuito con transistor de unión única (UJT) es generar una serie de pulsos para disparar y controlar un tiristor. Al usar el UJT como un circuito de disparo por control de fase en conjunto con un SCR o Triac, podemos ajustar la velocidad de un motor universal de corriente alterna (CA) o corriente continua (CC) como se muestra.
Con el circuito anterior podemos controlar la velocidad de un motor serie universal (o del tipo de carga que queramos, calentadores, lámparas, etc.) regulando la corriente que circula por el SCR. Para controlar la velocidad del motor, basta con cambiar la frecuencia del pulso de diente de sierra, lo que se consigue variando el valor del potenciómetro.
Resumen sobre el Transistor de Unión Única (UJT)
El transistor de unión única (UJT) es un componente semiconductor utilizado principalmente como dispositivo de disparo en circuitos electrónicos. Aunque no es un amplificador como los transistores bipolares o MOSFETs, el UJT tiene aplicaciones destacadas gracias a su capacidad para generar pulsos y controlar otros dispositivos de conmutación, como SCRs y Triacs.
Principio de Funcionamiento
El UJT tiene una estructura de tres terminales: Base 1 (B1), Base 2 (B2) y Emisor (E). Cuando se aplica un voltaje al UJT, inicialmente está en estado apagado ("OFF") y el capacitor en su circuito comienza a cargarse a través de una resistencia. Una vez que el voltaje en el capacitor supera cierto umbral (determinado por la relación de retención intrínseca η), el UJT se activa (encendido o "ON") y el capacitor se descarga rápidamente. Este ciclo de carga y descarga del capacitor provoca oscilaciones continuas, lo que es aprovechado en diversas aplicaciones.
Aplicaciones del UJT
- Osciladores de Relajación: Una de las aplicaciones más comunes del UJT es en circuitos osciladores de relajación, que generan ondas no sinusoidales (generalmente de forma diente de sierra). Estos circuitos se utilizan en temporizadores, generadores de pulsos y circuitos de sincronización.
- Disparo de SCRs y Triacs: El UJT se emplea para disparar dispositivos como SCRs y Triacs, que se utilizan en controladores de potencia. Esto permite controlar la velocidad de motores, el brillo de luces y otros dispositivos conectados a corriente alterna o continua.
- Control de Fase: El UJT, en combinación con un SCR o Triac, se puede utilizar como un circuito de control de fase para ajustar la velocidad de motores universales (AC o DC), regulando la cantidad de energía que reciben mediante el ajuste de los pulsos de disparo.
- Generación de Onda Diente de Sierra: Debido a su capacidad para generar ondas de forma diente de sierra, el UJT se usa en dispositivos como osciloscopios y televisores, donde es necesaria esta forma de onda para el barrido de imágenes.
Deja una respuesta
Mas personas buscaron esto: