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Eletrônica Para Eletricistas - Parte 9 (CUR7009)

Outros tipos de transistores

A partir da ideia básica do transistor bipolar diversos outros dispositivos semicondutores foram criados e hoje fazem parte de muitos equipamentos eletrônicos. Nesta lição estudaremos mais alguns deles como os transistores Darlington, os transistores unijunção, os transistores de efeito de campo além de outros.

Novamente indicamos aos leitores que desejam se aprofundar no conhecimento desses componentes que consultem artigos específicos no site, vejam nossos Cursos a Distância (EAD) ou ainda nossos livros.

 

 

TRANSISTORES DARLINGON

Dois transistores ligados da forma mostrada na figura 1 formam um par Darlington ou uma etapa Darlington. Esta etapa age como se fosse um único transistor cujo ganho será o produto do ganho dos dois transistores usados.

 


 

 

Por exemplo, se dois transistores com ganho 100 forem interligados desta forma o conjunto se comporta como um transistor único de ganho 10 000.

Um par de transistor ligados desta maneira pode ser fabricado e colocado num único invólucro como se fosse um transistor de alto ganho único, denominado transistor Darlingon.

 

Símbolos

Na figura 2 temos os símbolos adotados para se representar os transistores Darlington.

 


 

 

Pela simples observação de um transistor não é possível saber se ele é um transistor comum ou Darlington. Somente através do número de fábrica ou ainda de um teste é que podemos saber.

 

Especificações

As especificações dos transistores Darlington são as mesmas dos transistores comuns. Uma série comum de transistores Darlintgons e encontrada em muitos equipamentos eletrônicos é a TIP da Texas. Estes transistores são especificados para correntes de 1 A a mais de 10 A com tensões de até mais de 100 V. Tipos NPN são o TIP110, TIP11 e TIP112 de 2 A com complementares (PNP) TIP115, TIP116 e TIP117.

 

Onde São Encontrados

Transistores Darlington podem ser encontrados em uma infinidade de aplicações normalmente controlando relês, solenoides e lâmpadas. Os shields para microcontroladores também utilizam em muitas aplicações os transistores Darlington

Nos amplificadores de algumas gerações podemos encontrar um par complementar (NPN e PNP) de transistores Darlington que são ligados conforme mostra a figura 3.

 


 

 

Neste tipo de circuito os transistores amplificam alternadamente os semiciclos positivos e negativos dos sinais de som (áudio) para aplicá-los num alto-falante. Circuitos deste tipo podem fornecer potências de até 250 W.

 

Testando

Transistores Darlington podem ser testados da mesma forma que os transistores biplares (veja a seção corrspondente para mais informações). Apenas lembre-se que a tensão interna de teste de transistores de alguns multímetros pode ser útil neste caso.

 

TRANSISTORES UNIJUNÇÃO (UJT)

O transistor unijunção é um dispositivo de três terminais mas com uma estrutura completamente diferente dos transistores comuns e que possui caracteristicas de resistência negativa. Estas características tornam o transistor unijunção um componente com aplicações em opsciladores de baixa freqüência, timers, geradores de sinais dente-de-serra, etc.

Na figura 4 mostramos a estrutura de um transistor unijunção.

 


 

 

Conforme podemos ver existe apenas uma junção entre dois pedaços de materiais P e N. No material P são ligados, nas extremidades opostas, os dois terminais que correspondem à base 1 e base 2 (B1 e B2).

Podemos dizer que este componente é o equivalente de estado sólido da lâmpada neon. Com os osciladores com unijunção podemos produzir sinais de fração de hertz até algumas centetas de de quilohertz.

 

Símbolo e Aspecto

Na figura 5 mostramos o símbolo usado para representar o transistor unijunção e o aspecto do tipo mais popular que é o 2N2646.

 


 

 

 

Especificações

Como em outros tipos de transistores, o mais comum é que os transistores unijunção sejam especificados por um código de fábrica. Através do manual podemos obter as características principais que são:

a) Tensão entre bases (Vbb) - é a máxima tensão que pode ser aplicada entre as bases. Para o 2N2646 esta tensão é de 35 V.

b) Tensão entre emissor e base 1(Vb1e) - é a máxima tensão que pode ser aplicada entre estes dois eletrodos. Para o 2N2646 é 30 V.

c) Relação intrínseca (λ) - a posição da junção de emissor determina o modo como a tensão entre as bases vai ser dividida. Este valor é usado para calcular o ponto de disparo com tensões determinadas. Para o 2N2646, este calor varia entre 0,56 e 0,75.

d) Resistência entre bases (Rbb) - é a resistência ohmica que encontramos entre as bases. Os valores típicos para o 2N2646 estão entre 4,7 e 9,1 k oms.

e) Corrente de pico de emissor (Ie) - é a máxima corrente que pode circular entre o emissor e a base 1 quando o transistor é disparado.

 

Onde são encontrados

O transistor unijunção não é um componente moderno,sendo introduzido no mercado em torno de 1960. Hoje existem muitos circuitos integrados que fazem a mesma função e de forma mais completa. Assim, os transistores unijunção podem ser encontrados mais em equipamentos antigos.

 

Como Testar

Usando um múltimetro podemos fazer dois testes básicos para verificar o estado de um transistor unijunção:

a) A resistência entre as duas bases em qualquer sentido deve estar entre 4 e 12 k ohms tipicamente

b) Colocando as pontas de prova entre o emissor e a Base 1 devemos ter uma alta resistência num sentido e uma baixa resistência no sentido oposto (indicando o estado da junção PN).

 

No entanto, o melhor meio de se testar um transistor deste tipo é com um simples circuito de prova que é mostrado na figura 6.

 

 


 

 

Se o transistor estiver bom o LED vai piscar.

 

TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO (FETs)

FET é a abreviação de Field Effect Transistor ou transistor de efeito de campo. O FET é um dispositivo que pode ser usado nas mesmas aplicações que os transistores bipolares, ou seja, como amplificador, chave ou oscilador.

O FET básico é formado por uma peça de material semiconductor N no qual duas regiões P são formadas deixando entre elas um canal, conforme mostra a figura 7.

 


 

 

A corrente através do canal de material N pode ser controlada por uma tensão aplicada a material N. Variações pequenas da tensão aplicada ao terminal de comporta (gate ou G) provocam então variações de corrente maiores entre o dreno (drain = d) e fonte (source = s). Enquanto os transistores bipolares são típicos amplificadores de corrente, os FETs são típicos amplificadores de tensão.

O FET pode ser encontrado em dois tipos básicos: canal N e canal P conforme o material uisado. Este tipo básico de transistor de efeito de campo onde existe uma junção entre os material P e N é também chamado de FET de junção ou JFET. Na figura 8 temos um circuito básico usando um FET deste tipo como amplificador de sinais.

 


 

 

Atenção: Os FETs são dispositivos sensíveis. Uma carga estática pode danificá-los. Nunca segure-os pelos terminais.

 

 

Símbolos e tipos

Na figura 9 mostramos os símbolos usados para representar os FETs assim como os aspectos mais comuns.

 


 

 

Observe que não existe nenhuma diferença externa entre os transistores bipolares comuns e os FETs. Para saber qual é um ou qual é outro somente conhecendo o tipo ou tendo o diagrama do aparelho onde eles são usados.

 

Especificações

As especificações elétricas dos FETs são importantes para se saber qual é o substituto numa aplicação ou ainda para se poder testar um que tenhamos em mãos. As principais especificações são:

 

a) Máxima tensão entre dreno e fonte (Vds) - é a máxima tensão que o transistor pode manusear sem queimar. Para os tipos comuns está entre 20 e 60 V. Esta especificação também pode ser dada como Vds(max).

b) Máxima corrente de dreno (Id) - é a máxima corrente que pode atravessar o componente quando em operação.

c) Transcondutância - trata-se da medida equivalente ao ganho dos transistores bipolares. A transcondutância é medida em Siemens (S). Em algumas publicações antigas e diagramas encontramos a antiga unidade mho (ohm escrita ao contrário ou o símbolo ömega "de cabeça para baixo").

d) Potência de dissipação (Pd) - é a mesma especificação dos transistores bipolares, sendo medida em watts.

 

Onde são encontrados

Os JFETs são encontrados em circuitos onde sinais devam ser gerados, controlados ou amplificados. Eles tanto podem ser usados no modo linear, como amplificadores ou como chaves.

Quando substituindo um FET é importante conhecer o tipo, e se um substituto diferente for usado, é preciso saber qual é a disposição de seus terminais de comporta, dreno e fonte.

 

Testando

Podemos detectar se um FET tem problemas na junção medindo-a com o multímetro. No entanto, o teste mais completo deve ser dinâmico feito com aparelhos especiais. Na figura 131 mostramos as resistências típicas que encontramos ao testar um FET com o multímetro.

 


 

 

 

MOSFETs

Transistores de Efeito de Campo MOS (Metal Oxide Semiconductor) ou MOSFETs são dispositivos derivados dos transistores de efeito de campo comuns, mas com algumas mudanças na sua estrutura. Conforme mostra a figura 11, no MOSFET temos uma fina camada de óxido de metal (que dá nome ao dispositivo) que isola o substrato da região de comporta, em lugar da junção encontrada no JFET.

 


 

 

No entanto, o funcionamento do MOSFET é o mesmo: uma tensão aplicada no terminal de comporta provoca variações ou controla a corrente que flui entre o dreno e a fonte. Isso significa que os MOSFETs podem ser usados nas mesmas aplicações que o JFET, mas com algumas vantages.

 

Alerta: a camada de óxido que isola a comporta do substrato é extremamente fina e pode ser rompida por descargas estática. O simples toque dos dedos no terminal de um componente deste tipo pode provocar uma descarga estática que fura esta canmada e danifica o componente.

 

Símbolos e Aspectos

Na figura 12 temos os símbolos adotados para representar os dois tipos de MOSFETs que existem além de seu aspecto mais comum.

 


 

 

Nota: como os demais dispositivos semuicondutores, os MOSFETs tanto de pequena potência como de potências elevadas também estão disponíveis em invólucros SMD.

 

Veja que também existem MOSFETs em que podemos integrar duas comportas, ou seja, podemos controlar a corrente entre o dreno e afonte a partir de dois sinais diferentes.

 

Especificações

Um MOSFET é identificado por um códifgo de fábrica. Através dele pode-se chegar as folhas de especificações e com isso saber como ele se comporta numa aplicação. As principais características que devemos observar neste tipo de componente são:

a) Máxima tensão entre dreno e fonte (Vds) - é a máxima tensão que o transistor pode manusear sem queimar. Para os tipos comuns está entre 20 e 60 V. Esta especificação também pode ser dada como Vds(max).

b) Máxima corrente de dreno (Id) - é a máxima corrente que pode atravessar o componente quando em operação.

c) Transcondutância - trata-se da medida equivalente ao ganho dos transistores bipolares. A transcondutância é medida em Siemens (S). Em algumas publicações antigas e diagramas encontramos a antiga unidade mho (ohm escrita ao contrário ou o símbolo ömega "de cabeça para baixo").

d) Potência de dissipação (Pd) - é a mesma especificação dos transistores bipolares, sendo medida em watts.

 

Onde são encontrados

Os MOSFETs são encontrados em circuitos de audio e alta freqüência como por exemplo amplificadoires, Ddriver de motores, solenoides, shields, eletrodomésticos, VCRs, DVDs, walk-talkies, etc. Em muitos equipamentos mais modernos as funções destes componentes estão embutidas em circuitos integrados.

 

Como Testar

O MOSFET pode ser testado medindo-se as resistências entre seus terminais com um multímetro. Na figura 13 mostramos os resultados que devem ser obtidos nestes testes.

 


 

 

 

MOSFETs DE POTÊNCIA (Power FETs)

Power FETs ou Power MOSFETS são FETs especiais projetados para conduzir altas correntes sob regime de altas tensões. Estes FETs são encontrados em muitas aplicações modernas no controle de motores, solenoides e outras cargas de alta potência. A estrutura e o princípio de funcionamento do MOSFET de potência é a mesma dos MOSTFETs comuns exceto pela sua alta capacidade de controle. Assim, as principais diferenças estão no tamanho da pastilha de material semicondutor de silício e no processo de fabricação.

A principal vantagem encontrada no emprego dos Power MOSFETs em muitas aplicações está no fato de que, quando conduzindo eles apresentam uma resistência extremamente baixa entre o dreno e a fonte (chamada Rds).

 

Símbolo e Aspecto

Na figura 14 temos os símbolos adotados para representar os dois principais tipos de MOSFETs de potência assim como os aspectos.

 


 

 

Como qualquer outro componente de potência, os MOSFETs de alguns tipos precisam ser montados em radiadores de calor. No entanto, existem alguns tipos muito pequenos para montagem em superfície que dispensam este recurso. Existem também tipos em invólucros metálicos e SMD, como já indicamos.

 

Especificações

Os Power MOSFETs são especificados por um número de fábrica. De posse deste número, consultando manuais ou folhas de dados podemos chegar as especificações. As principais são:

a) Máxima tensão entre dreno e fonte (Vds) - é a máxima tensão que o transistor pode manusear sem queimar. Para os tipos comuns está entre 20 e 600 V. Esta especificação também pode ser dada como Vds(max).

b) Máxima corrente de dreno (Id) - é a máxima corrente que pode atravessar o componente quando em operação. Os MOSFETs de potência mais comuns podem controlar correntes de 1 a mais de 100 A .

c) Potência de dissipação (Pd) - é a potência máxima que o componente pode dissipar. Existem tipos comuns que chegam a mais de 200 W.

d) Resistência entre dreno e fonte (Rds) - trata-se da resistência que o componente apresenta a plena condução (on). Esta resistêcia é muito importante pois determina a quantidade de calor que o componente vai dissipar numa aplicação.

 

Onde são encontrados

Muitos equipamentos modernos usam MOSFETs de potência para o controle de motores, solenoides e outras cargas de alta corrente. Como os demais transistores também podemos encontrar os MOSFETs de potência operando no modo linear na amplificação de sinais.

Observe que, quando uma tensão positiva é aplicada à comporta de um MOSFET de canal N, ele conduz intensamente a corrente alimentado o dispositivo que está ligado no seu dreno. Uma outra função importante em que encontramos os MOSFETs de potência é nas fontes chaveadas ou Switched Mode Power SUpplies (SMPS)

 

Como Testar

Um multímetro pode ser usado para testar os power MOSFETs da mesma forma que os MOSFETs comuns. Num transistor bom temos altas resistências entre todos os terminais. Uma baixa resistência em alguma medida indica um transistor danificado.

 


 

 

 

Índice:
Introdução
Parte 1 - As diferenças entre eletricidade e eletrônica
Parte 2 - Circuitos e componentes
Parte 3 - Diagramas, Símbolos e Componentes
Parte 4 - Componentes Passivos – Os Resistores
Parte 5 - Componentes Passivos – Capacitores e Indutores
Parte 6 - Componentes Passivos – Outros componentes indutivos
Parte 7 - Semicondutores – Materiais- Diodos e LEDs
Parte 8 - Transistores Bipolares e assemelhados
Parte 9 - Outros tipos de transistores
Parte 10 - Outros componentes semicondutores – IGBTs e Tiristores
Parte 11 - Outros componentes da família dos tiristores – Displays e válvulas
Parte 12 - Os circuitos integrados
Parte 13 - Circuitos Digitais – Microcontroladores - DSPs – Invólucros
Parte 14 - Diagnóstico e reparação
Parte 15 - Circuitos Práticos - Como funcionam
Parte 16 - Outros dispositivos eletrônicos

 


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Opinião

Entrando em dezembro (OP207)

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