Transistores Unijunção (ART2821)

Este é um dos primeiros artigos que escrevemos sobre transistores unijunção (TUJ ou UJT). O artigo é de 1976, mas totalmente atual, pois o princípio de funcionamento deste componente não mudou. O transistor unijunção é pouco usado atualmente, mas suas características são excelentes para determinados tipos de projeto.

Possibilidades ilimitadas para o projetista! Os transistores unijunção são dispositivos da família dos semicondutores cujas propriedades elétricas permitem uma quantidade praticamente ilimitada de aplicações. Dentre as possibilidades mais conhecidas dos experimentadores citamos a geração de ondas, a produção de pulsos intervalados de longos períodos, e o disparo de SCRs em circuitos de controles de potência.

A partir desse número descrevemos o transistor unijunção, analisando seu princípio de funcionamento e algumas das propriedades elétricas mais importantes deste semicondutor.

Montagens práticas, principalmente as dirigidas aos principiantes serão dadas, sendo o projeto inicial um ÓRGÃO ELETRONICO de brinquedo (ART2820).

Outros projetos podem ser encontrados no site, sempre dentro do alcance do principiante, utilizando técnicas de montagens simples e componentes acessíveis a todos.

O QUE É UM TRANSISTOR UNIJUNÇÃO (TUJ)

O transistor unijunção difere do transistor bipolar, quanto à construção e quanto à função. Com relação à função, enquanto o transistor bipolar atua como amplificador de corrente basicamente, o transistor unijunção atua como interruptor acionado por tensão.

Em vista disso, o unijunção é ideal para aplicação que envolve o disparo de circuitos ou a geração de formas onda, ou seja, como gerador de sinais de baixa frequência.

Com relação a sua construção, o unijunção difere do bipolar pelo fato de que, enquanto que o transistor comum apresenta três pedaços de material semicondutor formando duas junções, o unijunção é formado por um único pedaço de material semicondutor (silício) do tipo N, tendo um terminal simples de ligação em cada extremo e um terceiro contacto central feito numa região, do tipo P.

A região do tipo P é produzida por difusão no próprio pedaço de material principal de» silício, conforme mostra a figura 1(A).

Figura 1.

A estrutura assim obtida apresenta, portanto, apenas uma junção do tipo PN, ao contrário do bipolar que apresenta duas, daí o dispositivo ser denominado de junção única ou simplesmente unijunção figura 1(B).

Na figura 1(C), temos a denominação dada aos terminais do unijunção. Os terminais ligados ao pedaço principal de silício, recebem o nome de base 1 e base 2, ou abreviadamente B1 e B2, enquanto que o terminal da região N central recebe o nome de emissor, ou abreviadamente E.

Se bem que a estrutura do bloco básico de silício, seja simétrica da nossa representação, as bases B1 e B2 não são intercambiáveis, isto é, quando o semicondutor é construído, uma das bases será sempre B1 e outra B2, não podendo o semicondutor ser ligado de modo inverso quando em funcionamento.

As características elétricas que analisaremos mais adiante, mostrarão ao leitor o porque disso.

(*) na literatura inglesa, encontramos como abreviação para este dispositivo a sigla UJT, iniciais comumente empregadas, em algumas publicações técnicas nacionais.

O símbolo utilizado para a representação do transistor unijunção é dada na figura 2.

Figura 2

CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS

Observamos que entre as duas bases, B1 e B2, como não existe nenhuma junção semicondutora que apresente propriedades unilaterais de condução, a corrente encontra apenas uma resistência pura ao atravessa-Ia, ou seja, entre as bases do unijunção existe apenas uma resistência ohmica que denominaremos RBB.

Para os tipos comuns de transistores unijunção, como o que usaremos em nossas montagens práticas, o valor dessa resistência situa-se entre 4 000 e 15 000 Ohms. (figura 3)

Figura 3

Ligando-se um ohmímetro entre as bases de um unijunção, devemos constatar essa resistência qualquer que seja a posição das pontas de prova.

Se conectarmos à base B2 uma fonte de tensão positiva (VBB), é base B1 a à. massa (figura 4), a resistência RBB existente entre as bases, atua como um divisor de tensão em relação ao emissor que está conectado ao seu “meio".

Figura 4

Sendo RB2 a resistência que está “acima" do emissor, e RB1 a resistência que está abaixo do emissor, a tensão encontrada no emissor, em relação a tensão da fonte será proporcional ao valor de

A proporção em que a tensão é dividida no unijunção em relação ao emissor, é o parâmetro mais importante desse dispositivo, sendo dada por uma fração de VBB.

Esta relação é denominada ”relação intrínseca ?" e normalmente está compreendida entre 0,4 e 0,8.

De posse desse comportamento elétrico podemos construir um circuito equivalente, conforme mostra a figura 5.

Figura 5

Neste, a resistência da lâmina principal de silício RBB é dada por RB1, e D1 é o diodo equivalente a junção entre o emissor e o pedaço principal de silício.

Aplicando-se uma tensão VBB à base B2 conforme vimos, aparecerá no emissor uma tensão nVee , tensão esta que também estará presente no catodo do diodo D1.

Suponhamos agora que no emissor do transistor, ou seja, no anodo de Q1 seja aplicada uma tensão positiva VE. Se esta tensão for inferior a n VBB, o diodo D1 estará polarizado no sentido inverso, e não haverá a condução de nenhuma corrente através desse eletrodo. A resistência de entrada (emissor) manifestada pelo circuito, será de vários megohms.

Entretanto, se a tensão de entrada superar nVBB, o diodo ficará polarizado no sentido direto e conduzirá intensamente, circulando então uma corrente entre o emissor E, e B1 (figura 6).

Figura 6

Sendo essa corrente formada principal mente por portadores minoritários injetados na lâmina de silício principal, eles farão com que a resistência entre o emissor e a base B1 diminua sensivelmente, o que tem como consequência também uma diminuição do potencial de catodo de D1 e, portanto, um aumento da polarização direta.

A corrente de emissor aumenta então num processo cumulativo que culmina quando a resistência RB1 atinge um valor da ordem de uns 20 Ohms.

Perceba o leitor, que o transistor unijunção atua como um interruptor acionado por tensão, tendo uma impedância de entrada muito elevada quando “aberto" e muito baixa quando “fechado”.

A tensão necessária para o disparo do unijunção recebe o nome de tensão de pico, e seu valor típico é de ordem 0,6 Volts acima de V (A tensão da barreira de potencial de D1, deve ser somada a nVBB.

Um componente “mais antigo" cujo comportamento elétrico lembra o transistor unijunção, é a lâmpada neon (figura 7) que apresenta uma impedância de entrada muito elevada, até o momento em que a tensão de ionização é alcançada, quando então ela “acende" conduzindo a corrente intensamente.

Figura 7

.

Nas lâmpadas neon, entretanto, a tensão de disparo é muito alta (de 40 a 90 Volts) e a corrente direta muito pequena, o que traz certas limitações de aplicação em projetos.

Uma configuração que pode ser obtida tanto para o transistor unijunção, como para a lâmpada neon em função dessas propriedades é a do oscilador de relaxação.

O OSCILADOR DE RELAXAÇÃO

Na figura 8, temos os circuitos típicos de um oscilador de relaxação, sendo um com lâmpada neon, e outro com transistor unijunção. Analisaremos o funcionamento do oscilador com unijunção:

Figura 8

O capacitor C1 carrega-se exponencialmente até que a tensão de disparo do unijunção seja atingida, ou seja, a partir do instante t = 0 a tensão no capacitor aumenta exponencialmente até atingir o valor nVee quando então o transistor conduz intensamente, ocorrendo a descarga do capacitor através de Rb1 e a resistência de carga R1 (figura 9).

Figura 9

Uma vez descarregado o capacitor, o transistor “abre" e um novo ciclo de carga se inicia até que novamente a tensão de disparo seja atingida.

Deste modo, temos uma sucessão de pulsos cuja frequência pode ser calculada com aproximação pela expressão:

f = t/RC

Onde C é dado em Farads e R em Ohms, para n = 0,7 e a frequência em Hertz.

Um dos fatores que caracteriza um oscilador unijunção, é sua estabilidade frente as variações de tensão. Uma variação de 10% na tensão de alimentação produz uma variação de frequência de apenas 1%.

Outro fato é a possibilidade de se poder com um único componente de controle variar a frequência de 20 000%. Assim R3 pode ser variado de 5k a 1 M sem que seja afetado o comportamento geral do circuito, mas tão somente sua frequência.

Com isso, o unijunção pode ser utilizado para aplicações que incluem desde a produção de pulsos intervalados de vários minutos, até sinais da faixa de áudio.

O TRANSISTOR 2N2646

Um dos transistores unijunção mais populares em nosso mercado é o 2N2646 (fig. 10), que por seu baixo custo e característica elétricas permitem sua aplicação numa ampla variedade de projetos.