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segunda-feira, 17 de agosto de 2009

Testando semicondutores


Introdução



O objetivo desta página é dar aos iniciantes da Eletrônica alguns métodos simples de teste de semicondutores comuns com uso do instrumento mais simples, isto é, o multímetro analógico. Podem ser úteis para serviços comuns de reparo, mas não se pode esperar os mesmos resultados que seriam obtidos com instrumentos mais sofisticados e específicos.

Observação: a maioria dos multímetros analógicos comuns tem, para a medição de resistências, tensão negativa da bateria interna na saída + ou Ω (ponta vermelha) e positiva na saída - ou COM (ponta preta). Multímetros digitais podem ter o contrário e, portanto, as indicações serão inversas das indicadas nesta página.



Testando diodos



O teste de diodos com um multímetro na escala de resistência é um dos mais conhecidos. Em geral, usa-se a escala Rx10 ou Rx1 e, conforme Figura 01 (a), a resistência é baixa na polarização direta e alta na polarização inversa.

Testando diodos
Figura 01
Assim, é possível verificar se o diodo está aberto ou se está em curto.

O mesmo procedimento pode ser usados para transistores bipolares comuns.

Para efeito deste teste simples, um transistor bipolar pode ser considerado equivalente a dois diodos ligados em oposição. Na Figura 01, em (b) há a equivalência para o tipo NPN e em (c), para o tipo PNP.

Notar que a equivalência é apenas para efeito do teste simples.

Um par de diodos não substitui, em hipótese alguma, um transistor nas suas funções de comutação ou amplificação. Algumas informações teóricas podem ser vistas nas páginas sobre semicondutores deste site (ver Índice do grupo).



Teste de transistores bipolares



Teste de transistores bipolares I
Figura 01
Considerando a equivalência para o tipo NPN dada no tópico anterior, as junções emissor/base e coletor/base estão, segundo Figura 01, diretamente polarizadas e, portanto, têm resistência baixa.

Teste de transistores bipolares II
Figura 02
Na Figura 02, as junções emissor/base e coletor base estão inversamente polarizadas. A resistência deve ser alta para ambas.

Na medição entre coletor e emissor, a resistência deve ser alta nos dois sentidos.

Teste de transistores bipolares III
Figura 03
O transistor PNP opera de modo inverso. Na Figura 03 as junções coletor/base e emissor/base estão inversamente polarizadas.

Teste de transistores bipolares IV
Figura 04
No transistor PNP da Figura 04 as junções coletor/base e emissor/base estão diretamente polarizadas, resultando em resistência baixa.

A resistência entre coletor e emissor é alta nos dois sentidos, da mesma forma do tipo NPN.

Um defeito comum em transistores de potência é curto entre coletor e emissor, que pode ser detectado por esses testes. Lembrar que certos tipos, como os de saída horizontal de televisores e monitores, podem ter diodo interno entre emissor e coletor e também resistência interna entre base e emissor. Mas o curto citado é observado pela baixa resistência em ambos os sentidos.



Identificando terminais de um transistor bipolar



Transistores são fornecidos em uma variedade de invólucros e tamanhos. Em geral, a identificação dos terminais (base. emissor, coletor) não consta nos mesmos e não há uma padronização única. Algumas vezes, por falta de dados, esquemas, etc, precisa-se identificá-los.

Em primeiro lugar, é suposto que o transistor está em bom estado. Caso contrário, o teste pode não ser conclusivo.

Observando os diagramas do tópico anterior, pode-se notar que a base é o único terminal que pode ter baixa resistência com os outros dois. Assim, ela é facilmente identificável e, pela polaridade das pontas do multímetro, pode-se também determinar o tipo (NPN ou PNP).

Identificando terminais de um transistor bipolar
Figura 01
O melhor para isso é um multímetro, possivelmente digital, que tenha função de teste de diodo. Essa função, na polarização direta, indica, no lugar da resistência, a queda de tensão direta da junção (seria nula num diodo ideal).

Num transistor bipolar comum, a junção emissor/base tem uma queda de tensão direta ligeiramente superior à da junção coletor/base. Portanto, uma vez identificada a base, os demais são rapidamente obtidos.

Se apenas um multímetro comum é disponível, há necessidade de um arranjo conforme Figura 01.Supõe-se a base já conhecida e o transistor identificado como NPN.

Mantém-se as pontas do multímetro (com uso de garras ou outros meios) fixas nos outros dois terminais ainda desconhecidos. A resistência é alta conforme visto no tópico anterior. O terminal que, com um resistor R entre ele e a base, provocar uma redução da resistência indicada no multímetro, será o coletor.

Para pequenos transistores de sinais, a escala Rx10 e R entre 10 e 20 K são suficientes. Para transistores de potência, pode-se usar escala e resistores mais baixos. No caso de transistor PNP, deve-se inverter a polaridade das pontas do multímetro.



Teste de tensão em transistor bipolar



Seria muito cômodo se, apenas com medições de tensões no circuito, fosse possível afirmar a condição defeituosa de um transistor. Muitas vezes isso não ocorre. A Figura 01 dá apenas uma orientação grosseira dos valores relativos de tensões em um transistor PNP de um circuito CC típico.

Teste de tensão em transistor bipolar
Figura 01
Para um transistor NPN, a polaridade do multímetro (agora na escala de tensão) deve ser invertida. A tensão entre emissor e base é em geral bastante pequena, menos de 1 V.

Repetindo, essas informações são imprecisas, dependem muito do circuito, servem apenas como uma forma de "suspeita" do componente, antes de retirá-lo do circuito.

Outro aspecto importante: consideram-se apenas circuitos CC de baixa tensão e potência. Cuidado com circuitos de alta tensão, alta freqüência ou alta potência. O instrumento pode ser danificado e há risco de acidente. Em geral, há necessidade de pontas de prova e instrumentos especiais.



Teste de SCR e TRIAC



Um SCR pode ser comparado a um diodo comum controlado pela entrada "porta" (ou "gate" do inglês). Sem sinal na porta, ele não conduz em nenhuma direção. Com uma tensão adequada na porta, ele é disparado e passa a conduzir em uma direção como um diodo comum. O TRIAC opera de forma similar, mas a condução é bidirecional (para ambos os tipos, uma vez disparado, a condução se mantém enquanto houver corrente circulando, independente do sinal na porta. Se a corrente cai a zero, o estado de condução desaparece e é necessário um novo disparo para reativá-lo).

O teste deve começar pela medição da resistência, que, ao contrário do diodo, deve ser alta nos dois sentidos.

Teste de SCR e TRIAC
Figura 01
Para verificar o disparo, proceder conforme Figura 01: mantendo as pontas conectadas ao dispositivo, provocar um breve curto entre o lado de tensão positiva e a porta. Isso provoca o disparo do SCR ou TRIAC e ele passa a conduzir, o que é observado pela baixa resistência indicada no instrumento.

Estando o componente em boas condições e continuando as pontas conectadas, o estado de condução deve permanecer mesmo após a remoção do curto. Com um pouco de prática, esse curto pode ser dado com a própria ponta de prova do multímetro.

Aqui vão algumas considerações que valem também para os demais tópicos desta página: quanto mais alta a escala de resistência, menor a corrente que circula pelo componente testado. Componentes pequenos ou sensíveis podem mesmo ser danificados pelas correntes de escalas mais baixas do instrumento. Assim, é recomendável começar com escalas altas nesses casos. Por outro lado, o instrumento pode não fornecer tensão e/ou corrente necessárias para um teste verdadeiro em alguns componentes. Mas, para a maioria dos casos práticos, os procedimentos funcionam.



Teste de transistor de unijunção



O transistor de unijunção é um componente que exibe propriedades de resistência negativa e, por isso, usado com freqüência em osciladores.Para fins de teste, o circuito equivalente é dado na parte direita da Figura 01 deste tópico.

Teste de transistor de unijunção
Figura 01
A medição entre base 1 e base 2 deve apresentar a mesma resistência alta, independente da polaridade.

Na polarização direta, a resistência entre emissor e base 1 deve ser menor e aproximadamente igual à resistência entre emissor e base 2.

Na polarização inversa, os valores devem ser altos e, de forma similar, aproximadamente iguais.



Teste de JFET



JFET significa transistor de junção de efeito de campo (do inglês "junction field-effect transistor"). Alguns detalhes de funcionamento podem ser vistos nas páginas sobre semicondutores deste site (ver Índice do grupo).

Teste de JFET
Figura 01
É um semicondutor que apresenta algumas características (alta impedância de entrada, curva de tensão) que se aproximam das válvulas termiônicas.

Existem dois tipos, canal N e canal P, cujos símbolos e circuitos equivalentes para medição simples são dados na Figura 01 deste tópico.

Para ambos os tipos, a resistência entre dreno e fonte deve ser aproximadamente a mesma nos dois sentidos. Valores práticos costumam estar na faixa de 100 a 10000 ohms.

Pela figura pode-se concluir que as resistências entre porta e dreno e entre porta e fonte irão depender da polaridade das pontas do instrumento e do tipo (N ou P). Para um mesmo tipo, cada resultado deve ser alto em um sentido e baixo em outro, similar ao de um diodo.

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