Este artigo faz parte do volume 4 da minha série de livros “Como Testar Componentes”. Nele você vai encontrar uma boa quantidade de procedimentos para o teste de transistores comuns ou bipolares.
O que são
Os transistores bipolares são os componentes semicondutores mais comuns nos equipamentos eletrônicos. Eles são formados por uma estrutura em que existem três regiões semicondutores alternadas com terminais correspondentes, conforme mostra a figura 1.
Os símbolos e os aspectos dos principais tipos são mostrados na figura 2.
No funcionamento normal, uma corrente de baixa intensidade aplicada à base de um transistor controla uma corrente de maior intensidade que flui entre o coletor e o emissor.
No teste de qualquer transistor bipolar é preciso identificar os terminais de emissor (E), coletor (C) e base (B). Será conveniente ter o diagrama com a pinagem, um datasheet ou ainda consultar a internet. Normalmente, digitando-se o tipo do transistor no “pesquisar datasheet no site do autor é possível encontrada folha de dados.
O que testar
Podemos realizar tanto o teste estático como o teste dinâmico de um transistor bipolar. Para o teste estático, por exemplo, podemos considerar um transistor como dois diodos ligados em oposição e assim testar suas junções, conforme mostra a figura 3.
Veja, entretanto, que dois diodos em oposiução não se comportam como um transistor. A analogia é apenas para efeitos de entendimento de estrutura.
Esse teste não revela muito sobre o comportamento elétrico do componente, a não ser curtos, um transistor aberto ou fugas. As características devem ser testadas de outra forma. Para isso, podemos contar com provadores de transistores, circuitos de teste e até mesmo o osciloscópio que nos permite visualizar sua curva característica. Como tudo isso pode ser feito é o que veremos a seguir.
Instrumentos Usados
Provador de continuidade
Multímetro
Provador de Transistores
Circuito de Teste
Osciloscópio e traçador de curvas
Os Testes
a. Provador de Continuidade e Multímetro (Teste Estático)
O teste descrito a seguir apenas verifica o estado das junções e se aplica a qualquer transistor bipolar, inclusive os tipos Darlington, tanto NPN como PNP de qualquer potência. Esse teste também é interessante porque permite identificar os terminais de um transistor.
Procedimento
a) Se possível identifique os terminais do transistor, ou se ele é NPN ou PNP. Isso facilita a leitura (testes que descreveremos servem par identificar os terminais, conforme veremos mais adiante).
b) Coloque o multímetro numa escala intermediária de resistências (ohms x 10 ou ohms x100 se for analógico e zere-o. Se for digital use as escalas de 2 000 ou 20 000 ohms). Se usar o provador de continuidade, coloque-o em condições de funcionamento.
c) Faça as provas de continuidade combinadas descritas na figura 4 comparando os resultados.
A figura 4 mostra o modo como esse teste deve ser realizado.
Nessas provas consideramos uma baixa resistência, valores abaixo de 10 k ohms e altas resistências, valores acima de 1 M ohms. Essas resistências estão na dependência das características do instrumento usado.
Interpretação das Provas
Se as leituras de continuidade coincidirem com as indicadas em todas as provas, o transistor se encontra em bom estado. Uma leitura de baixa resistência (menos de 1k ohms), onde deveria ser alta, indica um transistor em curto.
Uma leitura de resistência intermediária (entre 10 k e 1 M), onde deveria ser muito alta (acima de 1 M), indica um transistor com fugas.
b. Provador de Transistores (Teste Dinâmico)
Muitos multímetros possuem provadores de transistores incorporados. Para esses a prova é imediata com a vantagem de termos a indicação de ganho (Beta). Na figura 5 temos um exemplo de multímetro digital que tem a função para provar transistores.
Esses instrumentos têm ainda a vantagem de indicarem o ganho (ganho estático de tensão ou Beta) do transistor que está sendo testado.
Se o leitor quiser, entretanto, pode implementar numa matriz de contacto um circuito provador de transistores, usando como indicador o próprio multímetro (comum ou analógico). O circuito para essa finalidade é mostrado na figura 6.
O que esse circuito faz é aplicar uma pequena corrente de base ao transistor em teste, medindo-se então a corrente de coletor. Por comparação é possível até escolher transistores de maior ganho ou ainda fazer uma escala com ganhos reais ou ganhos estáticos de corrente.
Procedimento
Para usar o circuito de teste, o procedimento é o seguinte.
a) Coloque o multímetro numa escala baixa de correntes que permita ler intensidades em torno de 10 mA.
b) Faça a conexão do circuito ao multímetro, observando a polaridade das pontas de prova do multímetro.
c) Conecte o transistor a ser testado no circuito, observando a disposição de seus terminais. Veja que esse transistor deve ser identificado previamente, para que possamos saber se é NPN ou PNP.
d) Veja a intensidade da corrente indicada quando o transistor é conectado e depois quando S1 é ligado.
Interpretação da Prova
Para um transistor bom teremos uma corrente praticamente nula quando é feita sua conexão ao circuito e depois uma corrente mais intensa quando S1 é fechado. A corrente com S1 fechado será tanto maior quanto maior for o ganho do transistor em teste.
Se a corrente indicada for máxima ou não nula quando o transistor já for conectado teremos um transistor em curto ou com fugas. Se ao ligar S1 a corrente não se alterar, teremos um transistor aberto.
c. Teste Dinâmico com o Multímetro
Um outro teste que pode ser feito com multímetro analógicos que utilizam correntes algo intensas para a prova de resistências é o mostrado na figura 7.
Para esse teste o leitor deve conhecer a polaridade da bateria interna de seu multímetro, se o positivo realmente está conectado à ponta vermelha. O que o teste faz é aplicar uma corrente na base do transistor, produzida pelo próprio instrumento. O teste entretanto, só se aplica com multímetros analógicos comuns.
Procedimento
a) Coloque o multímetro na escala mais baixa de resistências (x1 ou x10 ohms) e zere-o.
b) Identifique os terminais do transistor conectando as pontas de prova com garras jacaré conforme a polaridade no coletor e no emissor, conforme mostra a fiogura 7.
Na conexão ao multímetro, inicialmente deve ser lida uma resistência elevada. Se isso não ocorrer o transistor está em curto ou apresenta fugas.
c) A seguir, interligue momentaneamente o terminal de base com o de coletor, usando para isso uma chave de fendas. Pode também ser usado um resistor de 1 k ohms a 10 k ohms, conforme mostra a mesma figura.
O multímetro deve imediatamente indicar uma baixa corrente se o transistor estiver em bom estado. Se nada acontecer é porque o transistor se encontra aberto.
d. Circuito de Prova (Teste Dinâmico)
Na figura 8 mostramos um circuitos simples para teste de transistores NPN como PNP de baixa, média e alta pot6encia com correntes de coletor entre 10 mA e 10 A.
Procedimento
a) Identifique os terminais do transistor e ligue-o nos circuitos. Verifique antes se a versão a ser usada no teste é para transistores NPN ou PNP.
b) Observe o LED.
c) Depois, faça a conexão do resistor R1 de base para o transistor observando o que acontece com o LED.
Interpretação da Prova
Ao ligar o transistor, sem o resistor, o LED deve permanecer apagado. se acender com brilho máximo, o transistor está em curto. Se acender com brilho reduzido, o transistor apresenta fugas entre o coletor e o emissor. Ligando o resistor o LED deve acender. Se isso não ocorrer o transistor se encontra aberto.
e. Osciloscópio (Teste Completo) - I
Com a ajuda de um gerador de sinais e um osciloscópio, podemos verificar a característica corrente de coletor versus corrente de base de um transistor. A figura 9 mostra como o experimento é feito com um transistor NPN. Para PNP basta inverter a polaridade da bateria usada na polarização do circuito.
Na figura 9 temos o circuito de simulação no Electronics Workbench (MultiSim 9) utilizando um transistor NPN. O gerador de funções é ajustado para um sinal de 10 V pp quadrado de 10 V de amplitude. O oscuiloscópio é colocado na função com varredura externa B/A ou A/B (X/Y). Na mesma figura 10 temos a forma de sinal obtido para um transistor em bom estado.
Procedimento
a) Faça as conexões do circuito de prova com o transistor ao gerador de sinais e ao osciloscópio conforme mostra a figura 46.
b) Ajuste o gerador de sinais para produzir uma tensão senoidal de 1 kHz com aproximadamente 10 V de amplitude. (A amplitude poderá ser retocada posteriormente para se obter a imagem desejada em função do ganho do transistor que está sendo testado.
c) O canal horizontal (X) do osciloscópio deve operar com sincronismo externo EXT ou B/A (X/Y). Coloque os ajustes do osciloscópio para que isso ocorra.
d) Os canais horizontal e vertical devem estar ajustados para operar com sinais DC. Ajuste o ganho para obter uma imagem como as mostradas nas figuras.
Interpretação da Prova
A linha diagonal na imagem deve ser reta, mostrando a amplificação linear do transistor nas condições em que ele é polarizado (centro da reta de carga). Se isso não ocorrer pode ser necessário alterar as tensões de polarização ou a própria amplitude do sinal usado no teste.
Uma outra prova pode ser realizada com base no circuito da figura 10 em que usamos o traçador de curvas, o transistor em teste (NPN) e um resistor para polarizar sua base.
O que se faz neste caso é verificar no osciloscópio a característica tensão de coletor versus corrente de emissor para uma polarização constante de base.
Na figura 11 temos a simulação do circuito de teste no computador, usando o programa MultiSim com o circuito e a imagem obtida na figura 12.
Na prática, alterações nas tensões de teste e frequências podem ser necessárias para se obter a melhor visualização da resposta do transistor em teste. Também pode ser necessário modificar o resistor de polarização conforme o ganho do transistor testado. Para que o leitor tenha uma ideia do que ocorre com um transistor que não esteja bom, desligue o resistor e veja a curva obtida nesse caso.
Lembramos que, para transistores PNP sua polarização deve ser invertida (emissor trocado pelo coletor).
Procedimento
a) Monte o circuito da figura.10, colocando o resistor de polarização de base do transistior.
b) A varredura horizontal (H) deve ser ajustada para EXT e os dois canais devem estar em DC. Ajuste o traço para centralizá-lo na tela (X/Y ou B/A).
c) Faça os ajustes para obter a curva mostrada na figura.
Interpretação da Prova
A curva característica do transistor deve ser visualizada da forma indicada se o transistor estiver bom. Essa prova vale para transistores de pequena e média potência tanto de baixas como de altas frequências.
Para transistores de maior potência, os componentes do circuito devem ser alterados no sentido de se trabalhar com correntes maiores. Utilizando-se como referência os ganhos horizontal e vertical do osciloscópio pode-se obter as características do transistor em teste.
f. Identificação de Terminais
Transistores sem identificação alguma ou ainda com uma identificação que não nos permite saber o que são podem cair nas mãos de qualquer profissional, exigindo assim um procedimento especial para que eles possam ser identificados e testados. Além disso, a identificação dos terminais e o conhecimento da função que exercem num circuito permite encontrar com facilidade um equivalente ou pelo menos um que possa ser colocado no seu lugar com boa probabilidade de êxito.
A prova descrita vale para transistores comuns bipolares de todos os tipos tanto do tipo NPN como PNP. Também é válida para transistores Darlington.
Instrumentos usados:
Multímetro
Procedimento
a) Coloque o multímetro na escala mais baixa de resistências (ohms x1 ou ohms x 10 se for do tipo analógico) zerando-o. Se for do tipo digital, use a escala de 200 ou 2000 ohms.
b) Meça as resistências diretas e inversas entre todos os terminais a dois de forma combinada, até encontrar um par em que tanto a resistência direta como inversa resultem numa elevada resistência (acima de 1 M ohms). Observe que devem ser realizadas 6 medidas.
c) O terminal que não foi usado nessa medida já está identificado: é a base (B).
Na figura 11 mostramos o que ocorre, no momento em que se identifica o terminal de base de um transistor.
Prosseguindo o teste precisamos agora saber se o transistor é NPN ou PNP e quais são os terminais de emissor e coletor. Para isso, procedemos da seguinte forma:
a) Meça a resistência direta entre o terminal de base e os dois outros. A resistência menor será medida entre a base e o emissor, o que permite identificar esse terminal, conforme mostra a figura 49.
b) Para saber se o transistor é NPN ou PNP, verifique se na baixa resistência medida, qual é a ponta de prova ligada na base (+). Se for a vermelha, o transistor é NPN e se for a preta é PNP.
A figura 14 mostra esse procedimento.
Para os multímetro digitais com a função de prova de transistores, a combinação dos terminais serve para a identificação. Vá ligando os transistores de todas as maneiras possíveis até que o multímetro indique o ganho do componente (nas formas erradas, a indicação será “1”).
Quando isso ocorre é que a sua ligação nas garras ou soquete se encontra correta e com isso a identificação dos terminais pode ser feita.
Observação 1
As diferenças de valores entre as baixas resistências entre emissor e base e depois coletor e base são pequenas. Para os BC548, por exemplo, usando um multímetro de 100 000 ohms por volt (analógico) na escala x10, encontramos os seguintes resultados típicos:
Resistência base/emissor direta (média): 600 ohms
Resistência base/coletor direta (média): 620 ohms
Para o 2N3055 os resultados encontrados foram:
Resistência base/emissor direta (média): 30 ohms
Resistência base/coletor direta (média): 40 ohms
Observação 2
Os valores medidos para um mesmo transistor dependem muito do instrumento usado, já que a tensão e corrente de prova influem na polarização das junções e, com isso, na resistência que apresentam. Será interessante fazer alguns testes com transistores bons e conhecidos para se ter uma ideia das leituras que são feitas.
Outros Testes
Testes dinâmicos também podem ser realizados com transistores amplificadores de médias e altas frequências. Esses testes consistem na aplicação de um sinal no transistor, aumentando-se progressivamente sua frequência.
Pode-se então verificar o instante em que o ganho de corrente se torna unitário e com isso teremos a frequência de transição ou corte (fT) e até mesmo podemos determinar suas características dinâmicas de uma forma mais completa.
