Transistor de Unión Única (UJT) y UJT Programable (PUT): Diseño, Operación y Aplicaciones en Osciladores

¿Qué es un Transistor de Unión Única (UJT)?

Un UJT es un dispositivo de silicio de tres terminales que, aunque no es un tiristor, puede disparar tiristores mayores entregando un pulso agudo a su base-B1. Está construido a partir de una barra de silicio tipo N con una región tipo P ubicada centralmente. Los dos extremos de la barra son las bases B1 y B2; la región tipo P central actúa como emisor. Cuando el emisor está desconectado, la resistencia total base-a-base (R_BBO) es igual a la suma de R_B1 y R_B2 y típicamente varía de 4 kΩ a 12 kΩ, dependiendo del dispositivo. La relación de standoff intrínseca (η) —la relación de R_B1 a R_BBO— varía de 0,4 a 0,8. El símbolo esquemático se muestra en la Figura (c).

Características Eléctricas

La curva de corriente de emisor versus voltaje de emisor (Figura (a)) demuestra que a medida que el voltaje de emisor (V_E) aumenta, la corriente de emisor (I_E) sube a un valor pico (I_P). Más allá de este punto, el dispositivo entra en una región de resistencia negativa donde la corriente disminuye a medida que el voltaje cae, alcanzando un mínimo en el punto de valle (V_V). La resistencia de R_B1 es más baja en este valle. Para un 2N2647, la hoja de datos lista I_P = 2 µA y I_V = 4 mA.

El voltaje pico (V_P) es igual a la caída de voltaje a través de R_B1 más una caída de diodo de ~0,7 V. El voltaje de valle (V_V) es típicamente alrededor del 10 % de la alimentación base-a-base (V_BB).

Oscilador de Relajación Usando un UJT

En un oscilador de relajación basado en UJT, una resistencia de carga (R_E) carga un capacitor (C_E) hasta que el voltaje de emisor alcanza V_P. En este instante, la baja resistencia entre emisor y B1 descarga el capacitor rápidamente. Cuando el voltaje del capacitor cae por debajo de V_V, la resistencia emisor-B1 sube de nuevo, permitiendo que el capacitor se recargue y el ciclo se repite. El período aproximado es T ≈ R_E·C_E, pero una expresión más precisa se da en la figura.

El pulso de descarga puede aparecer a través de las resistencias de carga externas B1 y B2. La resistencia en B1 debe ser lo suficientemente baja para no afectar el tiempo de descarga; la resistencia B2 es opcional y puede cortocircuitarse. La resistencia de carga debe elegirse de modo que pueda suministrar I_P a V_BB - V_P y limitar la corriente de valle a I_V a V_BB - V_V. Para un 2N2647, los cálculos se muestran en la figura.

Transistor de Unión Única Programable (PUT)

El PUT es un tiristor de tres terminales y cuatro capas que se comporta como un UJT pero está disponible en producción masiva y a bajo costo. Su compuerta —una capa tipo N cerca del ánodo— se llama "compuerta de ánodo" y está conectada al ánodo en el símbolo esquemático. La curva característica del PUT (corriente de ánodo vs. voltaje de ánodo) refleja la de un UJT; el voltaje de compuerta establece el voltaje pico programable (V_P). Resistencias externas (R1 y R2) reemplazan los R_B1 y R_B2 internos, permitiendo a los diseñadores programar la relación de standoff intrínseca (η = R1/(R1+R2)).

En un oscilador de relajación PUT, una resistencia (R) carga un capacitor hasta que se alcanza V_P. El dispositivo entonces conduce fuertemente, jalando el punto de operación por la pendiente de resistencia negativa al valle, y un pico de corriente fluye a través del cátodo. Después de la descarga, el punto se reinicia a la pendiente ascendente. La resistencia debe ser lo suficientemente grande para que nunca suministre la corriente de valle (I_P), pero lo suficientemente pequeña para alcanzar V_P durante la carga. Para un 2N6027 con alimentación de 10 V y η ≈ 2/3, el rango aceptable de resistencia es 143 kΩ < R < 755 kΩ.

Tabla de Parámetros de Ejemplo para PUT 2N6027

Con estos valores, un oscilador de relajación PUT práctico puede impulsar un dimmer de lámpara SCR. El circuito usa una alimentación V_BB sin filtrar, un rectificador de puente y una resistencia variable que debe emparejarse con una resistencia serie mínima para evitar que el potenciómetro se quede en el punto de valle después de cada cruce por cero.

Consideraciones de Rendimiento

• Los circuitos de temporización PUT son típicamente utilizables hasta 10 kHz.
• Si se requiere una rampa de voltaje lineal en lugar de exponencial, reemplace la resistencia de carga con una fuente de corriente constante (p. ej., un diodo de corriente constante basado en FET).
• Un PUT DIY puede construirse a partir de un transistor PNP y NPN omitiendo la compuerta de cátodo y usando la compuerta de ánodo.

Conclusiones Clave

• Un UJT comprende dos bases y un emisor central; su unión emisor-B1 exhibe resistencia negativa.
• Un PUT es un tiristor de tres terminales que emula un UJT, con una red de resistencias externas estableciendo la relación de standoff intrínseca.
• Ambos dispositivos son ideales para osciladores de relajación, circuitos de temporización y disparo de tiristores.

Recursos Relacionados

• Hoja de Trabajo Tiristores