Este dispositivo se utiliza,
fundamentalmente, como generador de pulsos de disparo para SCR y TRIACs.
El UJT es un componente que posee
tres terminales: dos bases y un emisor, tal como se muestra en la siguiente
figura:
En la figura se puede apreciar la
constitución de un UJT, que en realidad está compuesto solamente por dos
cristales. Al cristal P se le contamina con una gran cantidad de impurezas,
presentando en su estructura un número elevado de huecos. Sin embargo, al
cristal N se le dopa con muy pocas impurezas, por lo que existen muy pocos
electrones libres en su estructura. Esto hace que la resistencia entre las dos
bases RBB sea muy alta cuando el diodo del emisor no conduce. Para entender
mejor cómo funciona este dispositivo, vamos a valernos del circuito equivalente
de la figura siguiente:
R1 y R2 equivalen a la
resistencia de los tramos de cristal N comprendidos entre los terminales de las
bases. El diodo D equivale a la unión formada por los cristales P-N entre el
terminal del emisor y el cristal N.
Mientras el diodo del emisor no
entre en conducción, la resistencia entre bases es igual a:
Si en estas condiciones aplicamos
una tensión de alimentación VBB entre las dos bases, la tensión que aparece
entre el emisor y la base será la que corresponda en el circuito equivalente a
R1; es decir, en el divisor de tensión se cumplirá que:
Si llamamos η=R1/RBB, la ecuación
queda: V1 = η VBB.
El término η representa la
relación intrínseca existente entre las tensiones V1 y VBB.
Así, por ejemplo, si un UJT posee
una relación intrínseca característica igual a 0,85 y queremos determinar la
tensión que aparecerá entre el terminal de emisor y la base 1 al aplicar 12V
entre bases, bastará con operar de la siguiente forma:
Al valor de V1 se le conoce
como tensión intrínseca, y es aquélla que hay que aplicar para que el diodo
comience a conducir. En nuestro ejemplo, si aplicamos una tensión de 8V al
emisor, éste no conducirá, ya que en el cátodo del diodo D existe un potencial
positivo de 10,2V correspondiente a la tensión intrínseca, por lo que dicho
diodo permanecerá polarizado inversamente. Sin embargo, si aplicamos una
tensión superior a 10,9V (los 10,2V de V1 más 0,7V de la tensión de
barrera del diodo D), el diodo comenzará a conducir, produciéndose el disparo o
encendido del UJT. En resumen, para conseguir que el UJT entre en estado de
conducción es necesario aplicar al emisor una tensión superior a la intrínseca.
Una vez que conseguimos que el
diodo conduzca, por efecto de una tensión de polarización directa del emisor
respecto a la base 1, los portadores mayoritarios del cristal P (huecos)
inundan el tramo de cristal de tipo N comprendido entre el emisor y dicha base
(recordar que el cristal P está fuertemente contaminado con impurezas y el N
débilmente). Este efecto produce una disminución repentina de la resistencia R1 y,
con ella, una reducción de la caída de tensión en la base 1 respecto del
emisor, lo que hace que la corriente de emisor aumente considerablemente.
Mientras la corriente de emisor
sea superior a la de mantenimiento (Iv), el diodo permanecerá en conducción
como si de un biestable se tratase. Esta corriente se especifica normalmente en
las hojas de características y suele ser del orden de 5mA.
En la figura de la derecha, se
muestra el aspecto de una de las curvas características de un UJT. Vp(punto Q1)
nos indica la tensión pico que hay que aplicar al emisor para provocar el
estado de encendido del UJT (recordar que Vp = V1 + 0,7). Una vez
superada esta tensión, la corriente del emisor aumenta (se hace mayor que Ip),
provocándose el descebado del UJT cuando la corriente de mantenimiento es
inferior a la de mantenimiento Iv (punto Q2).
Una de las aplicaciones del UJT
más común es como generador de pulsos en diente de sierra. Estos pulsos
resultan muy útiles para controlar el disparo de la puerta de TRIACS y SCR.
En la siguiente figura, se
muestra el esquema de uno de estos circuitos.
Su funcionamiento es como sigue:
Al aplicar una tensión VCC al circuito serie R-C, formado por la
resistencia variable RS y el condensador CS, dicho condensador comienza a
cargarse. Como este condensador está conectado al emisor, cuando se supere la
tensión intrínseca, el UJT entrará en conducción. Debido a que el valor óhmico
de la resistencia R1 es muy pequeño, el condensador se descargará
rápidamente, y en el terminal de B1aparecerá un impulso de tensión. Al
disminuir la corriente de descarga del condensador, sobre el emisor del UJT,
por debajo de la de mantenimiento, éste se desceba y comienza otro nuevo ciclo
de carga y descarga del condensador. Así, se consigue que en el terminal de la
base 1 aparezca una señal pulsante en forma de diente de sierra, que puede
utilizarse para controlar los tiempos de disparo de un SCR o de un TRIAC. Para
regular el tiempo de disparo es suficiente con modificar el valor óhmico de la
resistencia variable RS, ya que de ésta depende la constante de tiempo de carga
del condensador.
En la siguiente figura, se
muestra una típica aplicación del generador de pulsos de diente de sierra con
UJT para controlar el disparo de un SCR. Mediante este circuito controlamos la
velocidad de un motor serie (o de cualquier otro tipo de carga: estufas,
lámparas, etc) gracias a la regulación de la corriente que realiza sobre medio
ciclo del SCR. Para controlar la velocidad del motor, basta con modificar la
frecuencia de los pulsos en dientes de sierra, lo cual se consigue variando el valor
del potenciómetro RS.
El funcionamiento de un UJT es muy similar al de un SCR.
Funcionamiento de un UJT (transistor uniunión)
En la gráfica de la figura 12.22 se describe las características eléctricas de este dispositivo a través de la relación de la tensión de emisor (VE) con la corriente de emisor (IE). Se definen dos puntos críticos: punto de pico o peak-point (Vp, Ip) y punto de valle o valley-point (Vv, Iv), ambos verifican la condición de dVE/dIE = 0.
Estos puntos a su vez definen tres regiones de operación: región de corte, región de resistencia negativa y región de saturación, que se detallan a continuación:
Región de corte
En esta región, la tensión de emisor es baja de forma que la tensión intrínseca mantiene polarizado inversamente el diodo emisor. La corriente de emisor es muy baja y se verifica que VE < VP e IE < IP. Esta tensión de pico en el UJT viene definida por la siguiente ecuación:
donde la VF varía entre 0.35 V a 0.7 V con un valor típico de 0.5 V. Por ejemplo, para el 2N2646 es de 0.49V a 25ºC. El UJT en esta región se comporta como un elemento resistivo lineal entre las dos bases de valor RBB.
Región de resistencia negativa
. Si la tensión de emisor es suficiente para polarizar el diodo de emisor, es decir, VE = VP entonces el diodo entra en conducción e inyecta huecos a B1 disminuyendo bruscamente la resistencia R1 debido a procesos de recombinación. Desde el emisor, se observa como el UJT disminuye su resistencia interna con un comportamiento similar a la de una resistencia negativa (dVE/dIE < 0). En esta región, la corriente de emisor está comprendida entre la corriente de pico y de valle (IP < IE < IV).
. Si la tensión de emisor es suficiente para polarizar el diodo de emisor, es decir, VE = VP entonces el diodo entra en conducción e inyecta huecos a B1 disminuyendo bruscamente la resistencia R1 debido a procesos de recombinación. Desde el emisor, se observa como el UJT disminuye su resistencia interna con un comportamiento similar a la de una resistencia negativa (dVE/dIE < 0). En esta región, la corriente de emisor está comprendida entre la corriente de pico y de valle (IP < IE < IV).
Región de saturación
Esta es similar a la zona activa de un tiristor con unas corrientes y tensiones de mantenimiento (punto de valle) y una relación lineal de muy baja resistencia entre la tensión y la corriente de emisor. En esta región, la corriente de emisor es mayor que la corriente de valle (IE > IV). Si no se verifica las condiciones del punto de valle, el UJT entrará de forma natural a la región de corte.
En la figura 12.22 también se observa una curva de tipo exponencial que relaciona la VE y la IE cuando la B2 se encuentra al aire (IB2 = 0). Esta curva tiene una forma similar a la característica eléctrica de un diodo y representa el comportamiento del diodo de emisor.
Esta es similar a la zona activa de un tiristor con unas corrientes y tensiones de mantenimiento (punto de valle) y una relación lineal de muy baja resistencia entre la tensión y la corriente de emisor. En esta región, la corriente de emisor es mayor que la corriente de valle (IE > IV). Si no se verifica las condiciones del punto de valle, el UJT entrará de forma natural a la región de corte.
En la figura 12.22 también se observa una curva de tipo exponencial que relaciona la VE y la IE cuando la B2 se encuentra al aire (IB2 = 0). Esta curva tiene una forma similar a la característica eléctrica de un diodo y representa el comportamiento del diodo de emisor.
