Transistores digitais, como testá-los
Transistores Digitais, como testá-los
Este artigo foi publicado originalmente em setembro de 2004 com o titulo “Transistores digitais: – o que são, como funcionam e como testá-los” como uma colaboração do Prof. Max Durend no Boletim Técnico nº7 da Áudio & Vídeo Brites que era editado por mim.
Passado mais de dez anos o tema ainda é “novidade” para muita gente e por isso, resolvi republicá-lo novamente.
Criado na década de 90 devido, principalmente, a necessidade de uma maior densidade de componentes em espaços físicos cada vez menores, os chamados “transistores digitais” podem ser encontrados em grande variedade de equipamentos eletrônicos de consumo e de uso industrial porém, ainda tem gente por aí que não entendeu como são construídos e para que servem estes dispositivos dentro de um circuito eletrônico.
O termo “transistor digital” é utilizado para designar um transistor que possui no mesmo invólucro resistores de polarização.
Estes resistores colocam o transistor funcionando nos pontos de corte e saturação, ou seja, atuam como uma chave que só deve assumir dois estados: ligada (transistor saturado) ou desligada (transistor no corte).
Esta condição de funcionamento em dois estados permite que este dispositivo seja utilizado em uma grande quantidade de aplicações que vão desde chaveamento de pequenas cargas, tais como relé e led’s, até promover a inversão de níveis lógicos em determinados ponto do circuito.
Fig.1 – Simbologia dos transistores digitais
Na figura 1, temos os diagramas internos de um transistor digital NPN e outro PNP. Em alguns casos, estes transistores podem ser representados como uma porta lógica inversora.
Os valores de R1 e R2 são tipicamente de 47 k ohms, porém isso não é regra geral. Para conhecermos o arranjo interno dos resistores com seus respectivos valores precisamos consultar o datasheet correspondente ao transistor sobre análise.
Um detalhe importante é que este arranjo interno também pode utilizar um único resistor na base do transistor. Podemos ainda, ter vários transistores em um único invólucro.
Eles costumam ser chamados de transistor arrays que você na figura 2
Fig.2 – Transistores digitais
Conforme já citamos, estes transistores só podem atuar nos estados de corte e saturação, ou seja, ligando e desligando uma carga ou chaveando pontos do circuito.
Fig.3 – Acionamento de um transistor digital
Na figura 3 temos uma aplicação para estes arranjos, primeiramente utilizando um transistor com resistores externos e a seguir, utilizando o transistor digital. Observe a economia de espaço obtida será significativa mesmo que sejam apenas dois resistores para se “pendurar” por for do transistor.
Fig.4 – Transistor digital acionando um relé
No lugar do LED poderíamos ter um relé utilizado para acionar outras cargas de maior corrente ou chavear entradas de sinais. Observe a figura 4, onde temos ambos os tipos de transistores digitais acionando relés.
Outra aplicação para o transistor digital (bastante usual) seria na inversão de sinais digitais, ou seja, entra nível lógico 1 (+5V, por exemplo) e sai nível lógico baixo (~ 0V) e vice-versa. Observe a figura 5.
Fig.5 – Inversor digital
Nela temos o circuito que realiza esta operação lógica. Note que no lugar do LED temos somente um resistor de coletor.
Quando o transistor está com a entrada em 0 volts, o mesmo encontra-se no estado de corte. Com isso, a corrente de coletor é zero e não irá produzir nenhuma queda de tensão sobre este resistor. Assim, os +5V presentes na linha de +Vcc estarão presentes no terminal de coletor do transistor o que corresponde a corresponde ao nível lógico alto.
Ao aplicarmos +5V na entrada do transistor, este entrará em saturação.
Neste estado, a resistência dinâmica entre emissor e coletor diminui drasticamente, fazendo com que o terminal OUT do transistor fique, praticamente, “curto-circuitado” com o terminal GND. Desta forma, a tensão no extremo inferior do resistor (ponto de saída) fica próxima de 0 volts, o que corresponde ao nível lógico baixo. Temos, portanto, uma porta inversora ou porta NOT.
Como saber ser o transistor está ou não defeituoso sem retirá-lo do circuito?
Testar um transistor digital se torna uma tarefa mais trabalhosa do que testar um transistor bipolar convencional pelo fato de termos, embutido no mesmo invólucro, resistores que podem ser de diversos valores e nas mais variadas combinações.
Assim, ao se suspeitar da “integridade” de um transistor digital, podemos tomar dois rumos: tentar soltá-lo do circuito para testá-lo com o ohmímetro ou analisar o comportamento do mesmo dentro do circuito de forma dinâmica.
Eu, particularmente não sugiro a primeira opção, por dois grandes motivos:
- Estes componente são normalmente SMD.
- Não obteremos a leitura usual das junções com o ohmímetro, devido aos resistores internos associados as mesmas.
Então, a melhor opção será analisá-los dentro do circuito. Mas não se apavore, pois essa tarefa é relativamente simples. Vamos pegar como exemplo a figura 6.
Nela temos um dos pinos de saída do micro controlador atuando na entrada de um transistor digital para que o mesmo acione um relé. Para certificar-se que o transistor encontra-se em perfeito funcionamento faça o seguinte:
- Abra a linha referente ao pino do microprocessador deixando a entrada do transistor desligada do restante do circuito.
- Interligue momentaneamente, com um pedacinho de fio, o + Vcc do micro controlador à base do transistor.
Isso deverá fazer o relé armar.
Ao desfazer a “ligação provisória” o relé deverá desarmar.
Caso esta situação não ocorra podemos concluir duas coisas: ou o transistor encontra- se danificado ou o transistor pode ser do tipo PNP fazendo o relé ser acionado por nível lógico 0.
Fig.6 – Aplicação do transistor digital
Para eliminar esta dúvida interligue a entrada do transistor com o terra do circuito; se o relé armar, este transistor está bom e é do tipo PNP. Caso contrário, é muito provável que o transistor esteja aberto.
Tomando como referência o mesmo circuito da figura 6, podemos analisar outra situação que poderia ocorrer:- o relé poderia estar sendo acionado o tempo todo. Neste caso, poderíamos suspeitar de duas possíveis falhas: ou o transistor está em curto ou temos um nível lógico constante na entrada do transistor mantendo-o sempre conduzindo.
Para tirarmos a dúvida, basta fazermos o seguinte procedimento:
- Abra a linha referente a entrada do transistor, ou seja, desligue este terminal do circuito.
- Observe o que ocorre. Se o relé desarmar, provavelmente, o problema era causado por uma excitação constante no terminal de entrada do transistor, ou seja, o mesmo não está em curto circuito. Porém, se ao desligarmos a entrada do transistor o relé continuar energizado, certamente o transistor encontra-se em curto (certamente, entre emissor e coletor).
Viu como é fácil!
Construindo um transistor digital
A grande economia de espaço gerada pela utilização destes transistores também é consequência dos mesmos serem normalmente, encapsulados em SMD (montagem de superfície).
Porém, o que aparentemente é uma vantagem para o fabricante, é muitas vezes, uma dor de cabeça para o reparador.
E, certamente, a maior dor de cabeça é encontrar componentes SMD no mercado de componentes eletrônicos.
Mas não desanime, pois como vimos estes transistores só trabalham ligando e desligando, ou seja, no corte e na saturação.
Fazer um transistor de uso geral, tal como um BC547 ou outro similar, operar neste dois estados é relativamente simples. Basta que você “construa” um transistor digital com componentes externos.
Com um pouco de habilidade, você será capaz de substituir o transistor original por um arranjo “feito à mão” que certamente, funcionará tão bem quanto o “produto industrial”. Somente uma observação é importante, verifique sempre o datasheet do transistor original para se certificar que ao substituí-lo por um BC “genérico” você o fez dentro dos limites de tensão, corrente e hfe necessários ao funcionamento do circuito.
Para concluir sugerimos que você visite os sites abaixo onde encontrará os data sheets de transistores com prefixos DTA, DTB. DTC e DTD bastante comuns atualmente.
Estes transistores, algumas vezes, não são identificados como transistores digitais, mas sim, por siglas, tais como: RET (Resistor Equipped Transistor) e BRT (Built-in Resistor Transistor).
Assim, ao acessar os sites procure por estas siglas e, certamente, você achará os data sheets destes dispositivos.
Espero ter contribuído para ajudar no trabalho daqueles que, de uma forma ou de outra, estão sempre esbarrando com estes dispositivos e ainda se sentiam confusos e sem saber o que fazer.
Este foi o texto do Prof. Max Durend “encomendado” por mim e publicado no boletim da Áudio & Vídeo Brites em 2004, mas que continua atual.
Para complementar sugiro ainda a leitura de “Testando transistores bipolares e digitais no circuito” e “Os estranhos códigos dos componentes smd“
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