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Medidas das correntes de fuga em transistores bipolares

Medidas das correntes de fuga em transistores bipolares

No último post de 2016 eu comecei uma abordagem sobre a importância das correntes de fuga em transistores bipolares quando testamos transistores e/ou precisamos substituí-los numa reparação e prometi apresentar uma sugestão para medir estas correntes utilizando um VOM analógico mais “fraquinho”.

Como eu disse naquele artigo a ideia surgiu de um e-mail que recebi do leitor e resolvi pesquisar uma pouco mais sobre a assunto que acabou se transformando no “equipamento” que será mostrado aqui.

Antes de partimos para analisar os métodos para efetuar as medidas das correntes de fugas nos transistores bipolares e apresentar o “projeto” peço que dê uma olhada nas figuras 1 a 4 a seguir.

Fig.1 - 2N3055

Fig.1 – 2N3055

Fig.2 - TIP41

Fig.2 – TIP41

Fig. 3 - BC107

Fig. 3 – BC107

Fig.4 - BD135

Fig.4 – BD135

O objetivo de apresentar estas figuras além de incentivar o técnico a se habituar a utilizá-las “sem medo” é também chamar a atenção para alguns detalhes das nomenclaturas utilizadas e dos valores das correntes envolvidas.

Observe que aparecem duas nomenclaturas nos data sheets do 2N3055 e TIP41 que são ICEX e ICES.

Confesso que até então não tinha me atentado para estas letrinhas e resolvi investigar e passo aos meus leitores, minhas descobertas, como sempre costumo fazer. 

Do que pude apurar as letrinhas se referem ao método de medição utilizado. Se for por corrente será usado o “x” e se for por tensão será usado “v”, segundo a Tektronics.

E o “s”, que método é?

Também não sei, se alguém descobrir avisa pra gente.

Talvez eu nem devesse ter mencionado estas coisas porque na realidade estas informações não serão muito importantes para nós meros técnicos reparadores, entretanto saber não ocupa lugar e vai que tem algum curioso como eu lendo este artigo.

Quando eu digo que tais informações são irrelevantes para nós justifico minha afirmação dizendo que não estaremos preocupados em encontrar os valores especificados nos datasheets até porque ninguém garante que o transistor que você tem em mãos será o mesmo do “papel”.

Então porque medir estas correntes de fugas?

Basicamente para saber se estão “muito altas” comprando com outros transistores iguais.

Vou contar um segredinho pra vocês. Durante a preparação deste post comecei a fazer algumas medições em transistores “novos” da minha “reserva particular” e levei um susto ao encontrar tantas discrepâncias.

“Projeto” do medidor das correntes de fuga em transistores bipolares

O que se pretende é realizar duas medidas:

  • Corrente de fuga entre coletor e emissor com base aberta.
  • Corrente de fuga na junção base-coletor polarizada inversamente e com o emissor aberto.

Acompanhe nas fig. 5 e 6.

Fig.5 - Corrente de fuga coletor-emissor

Fig.5 – Corrente de fuga coletor-emissor

Fig.6 - Corrente de fuga base-coletor

Fig.6 – Corrente de fuga base-coletor

Obviamente que o aparelhinho deverá permitir medir transistores PNP também.

Das fig. 5 e 6 concluímos que iremos precisar de uma fonte de alimentação e um mili amperímetro.

Nossa fonte deverá fornecer tensão DC da ordem de 25V.

A sugestão do leitor foi de utilizar um módulo conversor similar ao que apresentei aqui no post para eliminar a bateria de 22,5V dos 320X e companhia.

Naquele artigo e mostrei o passo a passo para montagem de um conversor que atualmente pode ser encontrada a venda no Mercado Livre a partir de dez reais aproximadamente (o que é caro é frete via correios). Isso fica a critério do leitor.

E o mili amperímetro?

É aqui que vai entrar a ideia do “320X do primo pobre” proposta pelo leitor.

As duas principais características deste multímetro assim como outros similares é utilizar uma bateria de 22,5V e um galvanômetro de 20µA. O problema não é bateria e sim encontrar, hoje em dia, instrumentos com galvanômetros com corrente de fundo de escala tão baixa.

O “melhor” que se encontra são instrumentos de 20kohms/volt que utilizam galvanômetro de 50µA.

Então, se não tem tu, vai tu mesmo, não é?

Para o meu projeto utilizei um SK-20 Model da Kaiser Electric Works LTD cuja menor escala de corrente é 0,05mA = 50µA.

Na fig.7 temos o circuito que como se pode ver é extremamente simples e permite medir as duas correntes de fuga para transistores NPN e PNP com o auxílio de uma chave tipo H-H (S1).

Fig7 ´- Medidor de corrente de fuga em transistores

Fig7 ´- Medidor de corrente de fuga em transistores

ATENÇÃO – Antes de usar o aparelhinho você deve certificar-se de que o transistor não apresenta curto entre as junções.

Vejamos como funciona e como usar.

Após ligada a fonte aos terminais, obedecendo a polaridade indicada, selecionamos a chave (S1) para o tipo de transistor (NPN ou PNP) cujas correntes de fuga queremos medir.

Iremos realizar duas medições em separado (ICEO e ICBO), mas utilizando um único instrumento que será ligado ora aos bornes 1 e 2 para medir a fuga entre coletor-emissor (ICEO) ora aos terminais 3 e 4 quando mediremos a fuga na junção  base-coletor polarizada inversamente (ICBO).

Quando formos medir ICBO termos que fechar a chave S2 que fica em paralelo com os bornes 1 e 2 utilizados na medida de ICEO uma vez que neste momento o nosso VOM será ligado aos terminais 3 e 4.

Surgiu a ideia de tornar este procedimento mais “automático”, mas implicaria e chaves de onda mais “complexas” que são raridades nos dias atuais. Vejamos na fig.8 como ficou o aspecto da montagem que eu fiz dentro de uma caixa plástica de reator queimado de lâmpada fluorescente que segue como sugestão.

FIG.8 - Medidor de corrente de fuga montado

FIG.8 – Medidor de corrente de fuga montado

Para a conexão das ponteiras do multímetro utilizei um conjunto de bornes para antenas encontrados em microsystems e que correspondem aos terminais 1-2 e 3-4 do esquema da fig.7.

A barra de sindal que aparece do lado esquerdo é utilizada para conexão da fonte de 25V DC(aproximadamente).

Vemos ainda na parte superior esquerda três ponteiras identificadas por base, coletor e emissor que serão utilizadas para ligar aos respectivos terminais do transistor que estamos avaliando.

Uma questão importante é a observação da polaridade do amperímetro quando for ligado aos respectivos bornes para cada medição de corrente de fuga.

Medindo a corrente ICEO

Vou desmembrar o circuito da fig. 7 em vários circuitos para que você entenda exatamente o que está fazendo.

  1. Medindo ICEO no NPN

    Fig.9 - Medindo Iceo no NPN

    Fig.9 – Medindo Iceo no NPN

  2. Medindo ICEO no PNP

    Fig.10 Medindo Iceo no PNP

    Fig.10 Medindo Iceo no PNP

Observe a inversão da polaridade do mili amperímetro entre as fig. 9 e 10 e que os bornes 3 e 4 não foram utilizados.

  1. Medindo ICBO no NPN

Preste muita atenção na polarização do mili amperímetro ligado aos terminais 3 e 4 para medir ICBO e que neste momento a chave em paralelo com os terminais 1 e 2 deve estar fechada.

  1. Medindo ICBO no PNP

    Fig.11 - Medindo ICBO no NPN

    Fig.11 – Medindo ICBO no NPN

Vou deixar este como exercício para você, afinal você precisa saber o que está fazendo e partir daí se não quiser montar o aparelhinho poderá fazer manualmente cada caso. Se tiver dúvida sinta-se a vontade para entrar em contato, mas insisto que você precisa aprender a “pescar sozinho”. Os anzóis eu já dei!

Qual a utilidade disto tudo?

As correntes de fuga são indesejáveis, mas se estiverem dentro dos valores previstos pelo fabricante podem até se tolerada porque o projetista as levou em conta no seu projeto.

Nunca é demais lembrar que estas correntes devem ter valores bem pequenos como podemos ver nos data sheets e que, às vezes, provocaram um deslocamento quase imperceptível da agulha do instrumento.

Acontece que por falhas em um determinado transistor elas podem “sair do controle” e provocar alterações no ponto de operação do circuito danificando outros transistores interligados ao “degenerado”.

O técnico menos experiente ou apressado troca os transistores drasticamente defeituosos e se esquece de fazer uma inspeção mais minuciosa no em torno e aí começa a odisseia do “troca e queima outra vez” que parece não ter fim.

Por outro lado com a proliferação de componentes falsificados no mercado há muito tempo deixou de valer a máxima “do vale o que está escrito” e todo cuidado e pouco.

Minha sugestão é que antes de sair trocando você confira e confira outra vez, pois o seguro morreu de velhice e desconfiado continua vivo em 2017 que acabou de começar.

Pode-se usar multímetros digitais nesta empreitada?

Os multímetros digitais, diferentemente dos analógicos, são medidores de tensão e não de corrente.

Pera aí, mas todos eles têm escalas de corrente.

Sim, mas na verdade estão medindo a queda de tensão produzida pela corrente e neste caso em que queremos medir correntes muitas pequenas, a maioria dos digitais não fornecerá um resultado satisfatório, por isso a opção pelo analógico mesmo que seja o “primo pobre”.

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Técnico em eletrônica formado em 1968 pela Escola Técnica de Ciências Eletrônicas, professor de matemática formado pela UFF/CEDERJ com especialização em física. Atualmente aposentado atuando como técnico free lance em restauração de aparelhos antigos, escrevendo e-books e artigos técnicos e dando aula particular de matemática e física.

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