Verificação do medidor de um transistor (BJT)

Os transistores bipolares são construídos de um “sanduíche” de semicondutor de três camadas, PNP ou NPN. Como tal, os transistores são registrados como dois diodos conectados costas com costas quando testados com a função de "resistência" ou "verificação de diodo" de um multímetro, conforme ilustrado na figura abaixo. As leituras de baixa resistência na base com os terminais pretos negativos (-) correspondem a um material tipo N na base de um transistor PNP. No símbolo, o material do tipo N é “apontado” pela seta da junção base-emissor, que é a base para este exemplo. O emissor do tipo P corresponde à outra extremidade da seta da junção base-emissor, o emissor. O coletor é muito semelhante ao emissor e também é um material do tipo P da junção PN.



Verificação do medidor de transistor PNP:(a) para frente B-E, B-C, a resistência é baixa; (b) reverso B-E, B-C, a resistência é ∞.

Aqui, estou assumindo o uso de um multímetro com apenas uma única função de faixa de continuidade (resistência) para verificar as junções PN. Alguns multímetros são equipados com duas funções separadas de verificação de continuidade:resistência e “verificação de diodo”, cada uma com sua própria finalidade. Se o seu medidor tiver uma função designada de “verificação de diodo”, use-a em vez da faixa de “resistência”, e o medidor exibirá a tensão direta real da junção PN e não apenas se ela conduz ou não corrente.

As leituras do medidor serão exatamente opostas, é claro, para um transistor NPN, com ambas as junções PN voltadas para o outro lado. As leituras de baixa resistência com o condutor vermelho (+) na base são a condição “oposta” para o transistor NPN.

Se um multímetro com uma função de “verificação de diodo” for usado neste teste, será descoberto que a junção base do emissor possui uma queda de tensão direta um pouco maior do que a junção base do coletor. Esta diferença de voltagem direta é devido à disparidade na concentração de dopagem entre as regiões emissora e coletora do transistor:o emissor é uma parte muito mais dopada de material semicondutor do que o coletor, fazendo com que sua junção com a base produza uma voltagem direta mais alta derrubar.

Sabendo disso, torna-se possível determinar qual fio está em um transistor não marcado. Isso é importante porque a embalagem do transistor, infelizmente, não é padronizada. Todos os transistores bipolares têm três fios, é claro, mas as posições dos três fios no pacote físico real não estão organizadas em nenhuma ordem universal e padronizada.

Suponha que um técnico encontre um transistor bipolar e comece a medir a continuidade com um multímetro configurado no modo de “verificação de diodo”. Medindo entre pares de fios e registrando os valores exibidos pelo medidor, o técnico obtém os dados da Figura abaixo.

• Medidor tocando o fio 1 (+) e 2 (-):“OL”
• Medidor tocando o fio 1 (-) e 2 (+):“OL”
• Medidor tocando o fio 1 (+) e 3 (-):0,655 V
• Medidor tocando o fio 1 (-) e 3 (+):“OL”
• Medidor tocando o fio 2 (+) e 3 (-):0,621 V <
• Medidor tocando o fio 2 (-) e 3 (+):“OL”

Transistor bipolar desconhecido. Quais terminais são emissor, base e coletor? Leituras de Ω metros entre terminais.

As únicas combinações de pontos de teste que fornecem leituras do medidor de condução são os fios 1 e 3 (fio de teste vermelho em 1 e fio de teste preto em 3) e fios 2 e 3 (fio de teste vermelho em 2 e fio de teste preto em 3). Essas duas leituras devem indicam polarização direta da junção do emissor para a base (0,655 volts) e da junção do coletor para a base (0,621 volts).

Agora procuramos por um fio comum a ambos os conjuntos de leituras condutivas. Deve ser a conexão de base do transistor porque a base é a única camada do dispositivo de três camadas comum a ambos os conjuntos de junções PN (base do emissor e base do coletor). Neste exemplo, esse fio é o número 3, sendo comum às combinações de pontos de teste 1-3 e 2-3. Em ambos os conjuntos de leituras do medidor, o preto O cabo de teste (-) do medidor estava tocando o fio 3, o que nos diz que a base deste transistor é feita de material semicondutor do tipo N (preto =negativo). Assim, o transistor é um PNP com base no fio 3, emissor no fio 1 e coletor no fio 2 conforme descrito na Figura abaixo.

• E e C alto R:1 (+) e 2 (-):“OL”
• C e E alto R:1 (-) e 2 (+):“OL”
• E e B para a frente:1 (+) e 3 (-):0,655 V
• reverso E e B:1 (-) e 3 (+):“OL”
• C e B para a frente:2 (+) e 3 (-):0,621 V
• C e B reverso:2 (-) e 3 (+):“OL”

Terminais BJT identificados por Ω metros.

Observe que o fio de base neste exemplo não a ponta do meio do transistor, como se poderia esperar do modelo “sanduíche” de três camadas de um transistor bipolar. Isso costuma acontecer e tende a confundir novos alunos de eletrônica. A única maneira de ter certeza de qual fio é por meio de uma verificação do medidor ou consultando a documentação da "folha de dados" do fabricante sobre esse número de peça específico do transistor.

Saber que um transistor bipolar se comporta como dois diodos consecutivos quando testado com um medidor de condutividade é útil para identificar um transistor desconhecido puramente pelas leituras do medidor. Também é útil para uma verificação funcional rápida do transistor. Se o técnico fosse medir a continuidade em mais de dois ou em menos de duas das seis combinações de cabos de teste, ele saberia imediatamente que o transistor estava com defeito (ou então que não um transistor bipolar, mas algo mais - uma possibilidade distinta se nenhum número de peça puder ser referenciado para uma identificação segura!). No entanto, o modelo de “dois diodos” do transistor falha em explicar como ou por que ele atua como um dispositivo amplificador.

Para ilustrar melhor isso, vamos examinar um dos circuitos de chave do transistor usando o diagrama físico na figura abaixo, em vez do símbolo esquemático para representar o transistor. Desta forma, as duas junções PN serão mais fáceis de ver.



Uma pequena corrente de base fluindo na junção base-emissor polarizada para frente permite um grande fluxo de corrente através da junção base-coletor polarizada reversamente.

Uma seta diagonal cinza mostra a direção do fluxo de corrente através da junção de base do emissor. Esta parte faz sentido, uma vez que a corrente está fluindo da base do tipo P para o emissor do tipo N:a junção é obviamente polarizada para frente. No entanto, a junção base-coletor é outra questão. Observe como a seta grossa de cor cinza está apontando na direção do fluxo de corrente (para baixo) do coletor para a base. Com base em material tipo P e coletor em material tipo N. A base e o coletor estão na polarização reversa que se opõe ao fluxo da corrente. No entanto, um transistor saturado mostra muito pouca oposição ao fluxo de corrente, desde o coletor até o emissor, conforme evidenciado pela iluminação da lâmpada!

Claramente, então, algo está acontecendo aqui que desafia o modelo explicativo simples de “dois diodos” do transistor bipolar. Quando eu estava aprendendo sobre a operação do transistor, tentei construir meu próprio transistor a partir de dois diodos consecutivos, como na figura abaixo.



Um par de diodos consecutivos não agem como um transistor e a corrente não pode fluir através da lâmpada!

Em um transistor, a polarização reversa da junção base-coletor evita a corrente do coletor quando o transistor está no modo de corte (ou seja, quando não há corrente base). Se a junção base-emissor for polarizada para frente pelo sinal de controle, a ação normalmente de bloqueio da junção base-coletor é anulada e a corrente é permitida através do coletor, apesar do fato de que a corrente está indo na "direção errada" através desse PN junção. Essa ação depende da física quântica das junções semicondutoras e só pode ocorrer quando as duas junções estão devidamente espaçadas e as concentrações de dopagem das três camadas estão devidamente proporcionadas. Dois diodos ligados em série não atendem a esses critérios; o diodo superior nunca pode “ligar” quando estiver com polarização reversa, não importa quanta corrente passe pelo diodo inferior no loop do fio da base. Consulte Transistores de junção bipolar, Capítulo 2 para obter mais detalhes.

Que as concentrações de dopagem desempenham um papel crucial nas habilidades especiais do transistor, é ainda evidenciado pelo fato de que o coletor e o emissor não são intercambiáveis. Se o transistor for meramente visto como duas junções PN consecutivas, ou meramente como um simples sanduíche de materiais N-P-N ou P-N-P, pode parecer que qualquer uma das extremidades do transistor poderia servir como coletor ou emissor. Isto, no entanto, não é verdade. Se conectado “ao contrário” em um circuito, uma corrente do coletor de base não conseguirá controlar a corrente entre o coletor e o emissor. Apesar do fato de que ambas as camadas emissor e coletor de um transistor bipolar são do mesmo tipo dopagem (N ou P), o coletor e o emissor definitivamente não são idênticos!

A junção base-emissor permite corrente porque é polarizada diretamente, enquanto a junção base-coletor é polarizada reversa. A ação da corrente de base pode ser pensada como “abrir uma porta” para a corrente através do coletor. Mais especificamente, qualquer quantidade dada de corrente base-emissor permite uma quantidade limitada de base para coletor atual.

Na próxima seção, essa limitação de corrente do transistor será investigada com mais detalhes.

REVER:

• Testado com um multímetro nos modos de “resistência” ou “verificação de diodo”, um transistor se comporta como duas junções PN (diodo) back-to-back.
• A junção PN base do emissor tem uma queda de tensão direta ligeiramente maior do que a junção PN base do coletor, devido ao doping mais pesado da camada semicondutora do emissor.
• A junção base-coletor de polarização reversa normalmente bloqueia qualquer corrente de passar pelo transistor entre o emissor e o coletor. No entanto, essa junção começa a conduzir se a corrente for puxada pelo fio da base. A corrente base pode ser considerada como “abrindo um portão” para uma certa quantidade limitada de corrente através do coletor.

PLANILHA RELACIONADA:

• Planilha de teoria do transistor de junção bipolar (BJT)