Transistores - Composição

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O transistor bipolar é um componente eletrônico constituído de cristais semicondutores, capaz de atuar como controlador de corrente, o que possibilita o seu uso como amplificador de sinais ou como chave eletrônica.

         Em qualquer uma das duas funções o transistor encontra uma ampla gama de aplicações, como por exemplo:

Amplificador de sinais: Equipamentos de som e imagem e controle industrial.

Chave eletrônica: Controle industrial, calculadoras e computadores eletrônicos.

         O transistor bipolar proporcionou um grande desenvolvimento da eletrônica, devido a sua versatilidade de aplicação, constituindo-se em elemento chave em grande parte dos equipamentos eletrônicos.

         A estrutura básica do transistor se compõe de duas camadas de material semicondutor, de mesmo tipo de dopagem, entre as quais é inserida uma terceira camada bem mais fina, de material semicondutor com um tipo de dopagem distinto dos outros dois, formando uma configuração semelhante à de um “sanduíche”, conforme ilustrado na Fig.1.

Como mostrado na Fig.2, a configuração da estrutura, em forma de sanduíche, permite que se obtenham dois tipos distintos de transistor:

    Um com as camadas externas de material tipo p e com a camada central formada de um material tipo n. Esse tipo de transistor é denominado de transistor bipolar pnp.

  Outro com as camadas externas de material tipo n e com a camada central formada com um material tipo p. Esse tipo de transistor é denominado de transistor bipolar npn.

Os dois tipos de transistor podem cumprir as mesmas funções diferindo apenas na forma como as fontes de alimentação são conectadas aos terminais do componente.

TERMINAIS DO TRANSISTOR

Como mostrado na Fig.3, cada uma das camadas que formam o transistor é conectada a um terminal que permite a interligação da estrutura do componente aos circuitos eletrônicos.

Os terminais recebem uma designação que permite distinguir cada uma das camadas:

    A camada central é denominada de base, sendo representada pela letra B.

    Uma das camadas externas é denominada de coletor, sendo representada pela letra C.

    A outra camada externa é denominada de emissor, sendo representada pela letra E.

         A Fig.4 mostra os dois tipos de transistor, com a identificação dos terminais.

Embora as camadas referentes ao coletor e ao emissor de um transistor tenham o mesmo tipo de dopagem, elas diferem em dimensão geométrica e no grau de dopagem, realizando portanto funções distintas quando o componente é conectado a um circuito eletrônico. 

SIMBOLOGIA

A Fig.5  apresenta os símbolos utilizados na representação de circuito dos transistores npn e pnp. Como pode ser aí observado, os dois símbolos diferem apenas no sentido da seta entre os terminais da base e do emissor.

Alguns transistores são dotados de blindagem. Essa blindagem consiste de um encapsulamento metálico envolvendo a estrutura semicondutora, com o fim de evitar que o funcionamento do componente seja afetado por campos eletromagnéticos no ambiente. Esses transistores apresentam um quarto terminal, ligado à blindagem para que esta possa ser conectada ao terra do circuito eletrônico. A representação de circuito desses transistores está ilustrada na Fig.6.

ASPECTO REAL DOS TRANSISTORES

Os transistores podem se apresentar em diversos encapsulamentos, que variam em função do fabricante, do tipo de aplicação e da capacidade de dissipar calor.  A Fig.7 ilustra os aspectos de alguns encapsulamentos.

Fig.7 Encapsulamentos típicos de um transistor.

        Devido à variedade de configurações, a identificação dos terminais de um transistor deve sempre ser feita com auxílio do folheto de especificações técnicas do componente.

Teste de transistores

Existem instrumentos sofisticados destinados especificamente ao teste das condições de operação de um transistor. No entanto, o uso de um multímetro também permite detectar possíveis defeitos no componente.

                                   

         Como no teste de diodos com o uso de um multímetro, o teste de transistores pode não fornecer um resultado definitivo, e o uso do multímetro serve apenas para detectar os defeitos mais comuns nos transistores e diodos.

         No caso do diodo, são os seguintes os defeitos de detecção imediata com o uso de um multímetro:

    Junção pn em curto.

    Junção pn em aberto.

         Como descrito em fascículos anteriores, o teste de qualquer junção pn com o uso de um multímetro é feito em duas etapas:

Etapa 1: Realiza-se  inicialmente a identificação da polaridade real das pontas de prova do multímetro.

Etapa 2: Após a identificação de polaridade, realiza-se o teste do diodo, que consiste em detectar a existência de baixa e alta resistências ao se intercambiarem os dois contatos entre as pontas de prova e os terminais da junção pn.

         Conforme ilustrado na Fig.8, a estrutura de um transistor consiste em uma junção pn entre a base e o coletor e de uma segunda junção pn entre a base e o emissor.

Portanto, para a detecção de defeitos, o transistor pode ser considerado como composto de dois diodos conectados nas formas ilustradas na Fig.9.

A detecção de defeitos no transistor consiste em verificar a existência de curto ou de circuito aberto entre os pares de terminais BC, BE e CE.

 TESTE COM O USO DO MULTÍMETRO

O procedimento de teste das junções base-coletor e base-emissor é descrito a seguir tomando como exemplo o caso de um transistor npn. 

DETECÇÃO DE DESCONTINUIDADES NAS JUNÇÕES

         Com o potencial positivo da ponta de prova aplicado à base do transistor e o potencial negativo aplicado ao coletor ou ao emissor, como ilustrado na Fig.10, as junções correspondentes ficam polarizadas diretamente.

         Na ausência de defeitos, o instrumento deverá indicar baixa resistência das junções BC e BE.  Se houver uma junção em aberto, o instrumento fornecerá a indicação de uma resistência altíssima quando essa junção estiver sendo testada.

DETECÇÃO DE CURTOS NAS JUNÇÕES

         Para este teste as pontas de prova devem ser conectadas conforme mostrado na Fig.11.

         Com a ponta de prova negativa conectada à base, a segunda ponta de prova polariza inversamente a junção BC ou BE. Na ausência de defeitos, o multímetro deverá fornecer a indicação de altas resistências nas junções. Se houver uma junção em curto o instrumento indicará uma baixa resistência naquela junção.

DETECÇÃO DE CURTO-CIRCUITO ENTRE COLETOR E EMISSOR

         Para completar os testes deve-se ainda verificar a condição elétrica entre os terminais do coletor e do emissor.

         Com o terminal da base em aberto, o circuito equivalente entre os terminais B e C corresponde a dois diodos em série conectados inversamente. Dessa forma o multímetro deverá fornecer uma indicação de altíssima resistência para as duas possibilidades de conexão das pontas de prova mostradas na Fig.12.

Para o caso de um transistor pnp os testes podem ser conduzidos seguindo o procedimento descrito anteriormente, exceto que as pontas de prova devem ser invertidas com relação às configurações ilustradas nas Figs.10 a 12.

Todos os testes devem ser realizados com o seletor do multímetro posicionado na escala R10 ou R100 e com o transistor desconectado de qualquer circuito externo