cta_eletronica_-_curso_de_analise_de_defeitos_05

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CURSO ANALISE DE DEFEITOS MÁRIO P. PINHEIRO VOLUME 5LAMPADA EM SERIE LS-4 Não permite queima de * Análise de televisores fontes chaveadas rapidez * Permite analisar em detalhes defeitos Fly-Back, Bobina de deflexão, circuito Vertical * Permite aplicação de curtos entre base e emissor de transistores * Facilita a em amplificadores de grande potência. * Indica o consumo do aparelho teste através de uma lâmpada monitor. * Desliga-se automaticamente por aquecimento excessivo gabinete * 15 comutações de potência * Potência máxima de teste de 640w * Proteção contra curto na tomada quando estiver na função "sem * Evita queima de peças invertidas substituição Ano de Garantia * Acompanha manual de utilização EXCITADOR VERTICAL-HORIZONTAL E RGB TESTE o CIRCUITO VERTICAL, HORIZONTAL E EXCITAÇÃO RGB, MESMO COM o INTEGRADO DE PROCESSAMENTO GERAL COMPLETAMENTE DANIFICADOS VERTICAL PROCURE JÁ SEU REVENDEDOR ABAIXO OU LIGUE: (0xx1 6941-3006 REVENDEDORES DOS PRODUTOS CTA ELETRÔNICA Rio de Janeiro Audio&Video Brites Tel(021)569-3011 Rio de Janeiro Radar Centro Elet. Tel(021)667-4718 Rio de Janeiro ALV Apoio Tec Tel(021)756-1013 S.J. de Meriti RJ Radar centro Tel(021)656-6625 Rio de Janeiro AntenaTel(021)263-9590 Redonda RJ Eliberto Pinheiro de S.J. Campos SP Tarzan Comp.Tel(012)321-2866 Comp Amapa - Materials B Nikon Grande dn Rio Frein Componel A Rio do Carmo Alogre TV Elot Francisco Santa Distrito Federal Comp Like Paxos Y. da 8 de R de Red I deverão o número da Para MarioConteúdo dos 12 Volumes R3 VOLUME 1 -Análises VOLUME 2 Análises VOLUME 3 Análise R1 30V 30V R1 4k70 R1 série e paralela com série com básica das polariza- +12V 1MO abordagem de +30V e +30V 30V de T1 12V dimensionamento semicondutores NPN e PNP. com R2 R3 rápido e defeitos. (diodos e zener's). análises básicas de R2 R4 30V defeitos. VOLUME 4 R1 Análise 12V VOLUME 5 Caracte- VOLUME 6 4700 12V 13V 3V básica de risticas nas substitui- Fontes R3 12V circuitos LDR1 ções de transistores, estabilizadas 10V 13Vo detectores de a início de análises de com realimen- C5 C1 T1 C4 100uF controla- fontes estabilizadas. tação negativa; 16V 25V REDE dores de 127VAC análise de R5 K o defeitos C2 detector 13V 10k 6V8 automático de CARGA básicos e T2 tensão: funciona- complexos. 3V D1 mento e análise de defeitos. R3 3V C3 R2 VOLUME 7 VOLUME 8 1500 16V 241.2 Fontes Amplificadores 3300 $100 28C1104 estabiliza- 220VAC operacionais; R336 das com análises de mais de 6 0322 0321 defeitos R321 transistores; C321 detalhadas e Q321 análise de sua importân- YYYY defeitos VR321 cia para básicos e 240V D324 R328 controles R32 C304 246V complexos. 0325 gerais. Amplificado- C322 res classe A, R334 2401 242 B, CeD. VOLUME 10 Amplificado- VOLUME 9 res de potência até 40 24.4 R10 Amplificado- 22 2200 5.8 1500 watts com capacitor de sa- res de amplificadores de potência até 4700 auto-rádio 10 watts C101 8,41 com saída cas 2.2 (saída a ENTRADA R712 em ponte. capacitor); Q701 R108 0.220 1500 Funciona- 8715 2.8 0.4 R701 6400 Q704 mento detalha- C707 do e #11 tação negativa; análise de defeitos. 824 C12 DZS R28 100 Q12 8302 1300 1500 100 07 0303 Q304 VOLUME 11 Amplificadores de potên- R20 7500 R35 100 810 200 470 cia até 400wrms com controle de cor- R12 2300 Q13 a rente de saída, transistores paralelos Pf R23 0302 na saída em fonte simétrica, en- Q301 3000 trada com amplificador diferencial, etc. R40 Q1 R25 8310 R36 1000 470 0.180 AUTO FALANTE R11 R37 R311 R312 1000 100 R3 R31 R22 Q14 R21 VOLUME 12 - Introdução às fontes R303 R16 R32 100 4.41 chaveadas; funcionamento e análise de 7500 defeitos. C1021 T1001 R33 100 C15 R1004 D1007 C1022 R15 R27 1000 100 D1002 Q1001 C1017 P2 D1006 D1012 C1027 R2 01019 ATENÇÃO: AS TENSÕES INDICADAS NOS CÍRCULOS C1014 C1028 FORAM MEDIDAS COM CIRCUITO APRESENTANDO R1009 C1028 DEFEITO. DESENVOLVIMENTO DA LÓGICA DE ANÁLISE DE DEFEITOS É FEITA SEMPRE DE MODO CLARO E OBJETIVO C1020 (NÃO UTILIZA A FAMOSA ESCALA OHMICA NEM D1022 COMPLEXAS) R1025 R1010 R101 R1024 3 ELETRÔNICA VOLUME 5/99Curso de Análise de Defeitos ELETRÔNICA Respostas da prova (volume 4) pág. 06 Autor Características e substituições de Mário P.Pinheiro pág. 14 A codificação pelo mundo Revisão Técnica pág. 14 Características dos transístores Adriano Mazucato pág. 15 Número do transístor pág. 15 Gerência Administrativa Polaridade/material pág. 16 Maria José de Freitas Invólucro pág. 16 Terminais Desenhos e Diagramação pág. 16 Valter Souza Blande Tensão máxima entre coletor e base pág. 17 Tensão máxima entre coletor e emissor pág. 17 Colaboradores Tensão máxima entre emissor e base pág. 19 Cristiano Cursino Corrente máxima de coletor Adriano Mazucato pág. 20 Bruno P. Pinheiro Temperatura máxima da junção pág. 21 Potência máxima de dissipação de calor pág. 21 Fotolitos internos de transição mínima pág. 22 CLAMA Capacitância máxima entre coletor e base pág. 22 Ganho do transístor na montagem emissor Fotolitos (capa) e Impressão OESP Gráfica comum pág. 23 Polarização para determinado ganho pág. 23 Uso ou aplicação pág. 23 o curso de análise é uma Fabricante publicação mensal da Editora pág. 23 CLAMA (Grupo CTA). Substituição de pág. 23 Redação, administração, publi- Amplificadores em geral pág. 24 cidade correspondência: R. Amplificadores de pág. 25 71 Vila Aricanduva Amplificador de FI pág. 26 CEP 03504-010 São Paulo SP Amplificadores de RF Brasil -Tel: (0XX11)6941-3006 pág. 27 Amplificadores de vídeo pág. 28 Fonte de alimentação regulada pág. 29 detector ou amplificador de erro pág. 30 Fonte chaveada pág. 31 Circuito horizontal pág. 34 Transformador de força pág. 37 Tensões primária dos transformadores pág. 37 Fases de excitação de um transformador pág. 39 Pontos de referência para o transformador pág. 40 Retificação da tensão do transformador pág. 42 Fontes estabilizadas pág. 50 Lâmpada em série básica pág. 57 Análise de defeitos em fontes básicas pág. 58 Prova para teste de aproveitamento pág. 66 ELÉTRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 CERTIFICADO DE APROVEITAMENTO - APOIO DIDÁTICO Apesar de ser um sistema revolucionário de ensino em Eletrônica, este Curso é simples e objetivo, mas necessitará de um empenho razoável do aluno para a obtenção de resulta- dos práticos adequados: 1 Sendo um curso dividido em 12 módulos terá duração aproximada de 12 meses. Reco- mendamos repetir a leitura de cada volume duas ou três vezes. 2 Cada módulo possui uma série de exercícios que deverão ser feitos no tempo especifi- No final de cada módulo existirá uma prova, cujas respostas estarão no módulo seguinte. 3 o Leitor-estudante deverá preencher o abaixo em todas as edições, sendo que o CUPOM DA EDICAO N° deverá ser enviado para a CTA Eletrônica R. 71 Vila Aricanduva São Paulo SP permitindo seu cadastro, libe- rando consultas via telefone ou cartas, expondo que possam surgir durante este 4 Consultas via telefone só poderão ser feitas de segunda a sexta das 17:00 as 19:00 horas ou por carta (somente para leitores cadastrados com o cupom da edição n° 1). 5 Ao término dos 12 módulos o aluno poderá vir à CTA eletrônica para fazer uma ava- liação de ANALISE DE DEFEITOS. Caso obtenha o aproveitamento de 70%, conseguirá o Certificado da CTA Eletrônica gratuitamente sem nenhum custo 6 As datas das avaliações finais serão divulgadas na e edição. Para participar ou inscrever-se bastará apresentar os cupons devidamente preenchidos, referentes as 11 edições, ou 12 edições, caso não tenha enviado o primeiro para cadastro na CTA Eletrô- nica. 7 Em caso de aprovação (70% de aproveitamento) o aluno terá seu resultado em 15 dias úteis € seu Certificado estará a disposição em 20 dias úteis. Caso queira que Certificado seja enviado pelo correio, as despesas de envio ficarão por conta do leitor. ATENÇÃO: Os cupons da edição n° 2 à n° 12 deverão ser preenchidos, devendo ser desta- cados somente na vinda à CTA para a feitura da avaliação final de análise de defeitos. CADASTRO GERAL DO ESTUDANTE - VOL. 5 (Este deverá ser preenchido e apresentado no dia da avaliação do curso) Nome: Endereço: Bairro: Cidade: Estado: CEP: Telefone: Profissão: Empresa: É leitor da revista CTA Eletrônica: sim não Lê outras Revistas de Eletrônica: sim não Quais: 5 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 RESPOSTAS DA PROVA DE ANÁLISE DE DEFEITOS Neste primeiro circuito, vemos que luz no LDR: logo, não poderia a lâmpada estar acendendo (acesa de dia e de noite). Devemos começar a análise verificando as polarizações em torno do transistor Q1, onde vemos que no coletor encontramos apenas 2V, representando que este transistor está conduzindo, colocando sobre o relé uma tensão de permitindo que o relé atraque, como vemos na figura Apesar de não estar saturado, podemos considerar Q1 como uma resistência baixa, como vemos na figura 1 +12V FIGURA la +12V FIGURA 1b 12V RL RL 1 LP1 2V REDE Q1 2V Q1 BAIXA Como a tensão do coletor de Q1 está baixa, podemos continuar a análise medindo agora a tensão de base deste transistor, onde encontramos 0,6V, e logo em seguida fomos procurar a origem desta polarização que provém da condução de Q2. Como Q2 apresenta em seu emissor uma tensão de 12V em seu coletor uma tensão de 7V, podemos dizer que Q1 está com média condução, permitindo a polarização de QI (figura Podemos até calcular o valor resistivo aproximado de Q2 para as tensões apresentadas. Como temos o resistor em paralelo com R2, teremos uma resistência equivalente pouco menor que R1. Assim, como a queda de tensão sobre Q2 é praticamente a mesma que cai sobre o conjunto Q1, podemos concluir que a resistência interna de Q2 é de aproximadamente 150 ohms (figura FIGURA 1c FIGURA 1d 12V +12V +12V RL 1 D1 2V Q2 150g Q2 R1 7V R1 7V 1500 1500 Q1 Q1 R2 R2 0,6V Passamos agora a verificar as tensões no transistor Q2 para saber se recebe polarização ou se o problema é diretamente com Como sua tensão de base está com 11,4V (figura le), indica que está polarizado, restando medir a tensão de coletor de Q3 que seria o responsável direto por esta polarização. Como no 6 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 de Q3 encontramos a tensão de 4V, já podemos dizer que este transistor está em condução. Como a resistência equivalente entre R3 e R4 é de aproximadamente 3k, e temos sobre ela uma queda de tensão de 8V, podemos dizer que na resistência equivalente de Q3, temos uma queda de tensão de 4V, representando uma resistência de 1,5k (figura FIGURA le FIGURA If +12V +12V +12V +12V 4V 12V 4V R4 11,4V R4 11,4V R3 R3 Q2 Q2 Rf Q3 1500 7V R R2 Fomos então conferir a polarização de base de Q3, onde encontramos 0,6V (figura 1g). Como esta polari- zação deve ser gerada pelo divisor resistivo onde está o LDR, fomos rapidamente conferir a tensão no catodo do do diodo onde encontramos uma tensão de apenas 0,2V. Ficou claro que a polarização para Q3 não era proveniente da malha divisora resistiva, sendo esta a única possibilidade de polarização nor- mal; poderia estar havendo uma fuga no capacitor C2, ou ainda uma fuga entre coletor e base do FIGURA 1g FIGURA +12V C2 ou JUNÇÃO +12V 4V BASE-COLETOR DE Q3 0,6V COM FUGA R4 R4 C2 C2 0,2V R3 ZD1 R3 6V 6V Q3 Q3 R6 R6 2) Neste segundo defeito, vemos que o aparelho funciona bem na rede elétrica de 220Vac, mas de forma deficiente na rede de 110Vac; isto ocorre devido a falta de energização do relé para a rede mais baixa. Começamos a análise de defeito, observando a tensão no lado de cima do relé (figura 2a), responsável por fazer o trabalho de seleção entre a rede de 110 e 220Vac (seus contatos serão a chave de mudança de voltagem para o transformador). Como a tensão do lado de cima do relé estava com 148Vdc (rede de 110Vac) e a tensão do coletor do transistor Q1 estava igual, pudemos concluir que este transistor estava completamente cortado (relé desenergizado). Com isto os contatos do relé mantinham-se na posição de 220Vac (repouso). Verificando agora a polarização para o Q1 (figura 2b), vemos que na base encontramos 0,3V; normal, se consideramos que o transistor Q1 está cortado para o defeito. Isto podia significar que está ELETRÔNICA VOLUME 5/99 7CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 sendo desviada a corrente de polarização que circula por R2 e que vai para a base e emissor de Q1. Muitos leitores podem ter achado que uma alteração no valor do resistor R2 poderia provocar tal fato, mas na 2 FIGURA 2a FIGURA 2b 148V +6 REDE R1 RL1 148V NF 148V R2 RL1 NA 0,3V 148V 148V Q1 Q1 verdade, caso houvesse uma alteração do resistor R2, mesmo para um valor bem alto, ainda haveria a tensão de 0,6V na base de Fica claro que o desvio de corrente está sendo feito através de Q2 fomos conferir sua polarização de base (figura onde encontramos a tensão de zero Volt. Com não havia polarização para este transistor, o desvio de corrente poderia estar sendo provocado por uma fuga de coletor para emissor de Q2, como mostramos na figura 2d. Ainda existiria outra possibilidade mais remota, que seria uma fuga de base e emissor de Q1, onde a corrente seria desviada para a massa, via própria junção. FIGURA 2c +B 148V FIGURA +B 148V R2 0,3V R2 0,3V Q2 FUGA Q2 COLETOR -EMISSOR DE Q2 R5 3) Neste terceiro vemos que circuito não indica pico de áudio, permanecendo o LED verde sempre Para que possamos analisar a contento o circuito, devemos deixar nível de áudio alto, tendo certeza de que iria excitar o LED de pico (vermelho). Começamos a análise medindo a tensão do coletor do Q3, que é o responsável direto pela exci- tação do LED e vimos que sua tensão de coletor estava com zero Volt (figura 3a). Podemos dizer assim que este transistor está cortado, mantendo o LED apagado. Logo em seguida partimos para a verificação da polarização de base do Q3 (figura 3b) onde encontramos a tensão de 12V. Como a tensão de emissor é a mesma da base, dizemos que este está cortado, o que ainda confirma o LED verme- lho apagado. Logo em seguida, chegamos até ao coletor do transistor Q4, que é o responsável pela excita- 8 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 ção de Q3 onde notamos que também está cortado. Até aqui, todas as tensões confirmavam o LED2 apagado. FIGURA 3a FIGURA 3b 3 12V +12V 12V +12V 12V 12V 12V R6 Q3 Q3 R10 Q4 R5 ov 5600 LED 2 LED 2 R5 R4 (VERM.) 5600 Fomos então verificar a excitação para o transistor Q4, como vemos na figura 3c, onde encontramos em sua base a tensão de proveniente do circuito de excitação de sinal. Como temos esta tensão na o transistor Q4 deveria estar respondendo com uma condução Como o transistor não respon- de a excitação da base, já podemos afirmar que ele está totalmente com falta de ganho. Lembramos ganho é a capacidade que o transistor tem de amplificar a corrente injetada entre base e emissor, refletindo no coletor e emissor. Assim neste caso, temos corrente circulante entre base e emissor, mas não temos corrente entre coletor emissor. FIGURA 3c FIGURA 3d +12V +12V 12V R6 R6 12V 0,7V 0,7V Q4 COM SINAL Q4 Q4 FALTA DE GANHO FIGURA 4a 4 +14V 14V 4) Neste quarto circuito, podemos ver que o motor não gira. Começamos a análise verificando a tensão no coletor do transistor Q1, responsável pela exci- tação do motor que apresenta seu coletor uma tensão de +14V. Isto indica M que este transistor está cortado, não circulando nenhuma corrente pelo motor (figura Podemos ver pela figura 4b, que o transistor Q1 comporta-se como 14V uma chave aberta. Verificamos na que o transistor Q2 é o responsável pela polarização R4 do transistor (figura 4c) e vemos que a tensão de base do transístor Q1 4,70 encontra-se com zero Volt. Assim podemos dizer que o transistor está se 14V comportando como uma chave aberta, o mesmo acontecendo para transistor Assim teremos uma tensão de coletor de Q1 em 14V (cortado) enquanto Q1 que em sua base teremos zero Volt. Como esta polarização depende do transistor Q2 ele também está cortado, tendo em seu emissor uma tensão de 14V e no 9 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 coletor uma tensão de zero Volt (figura 4d). FIGURA 4b +14V +14V FIGURA 4c +14V R1 M M 14V 14V 3900 D1 D2 14V R4 Q2 4,70 ov Q1 Q1 A análise agora, concentra-se em verificar porque o transistor Q2 não está conduzindo. Começamos por medir sua tensão de base, onde encontramos 14V, como podemos ver pela figura 4e. Como a tensão de emissor é a mesma de base, confirma que este está cortado. Visualizando a polarização para a base, sabemos que é feita via P1, R3 e coletor e emissor de Q1. Mas como também sabemos que o transístor Q1 está cortado, ficamos sem polarização para a base de Q2. FIGURA 4d FIGURA 4e +14V +14V +14V +14V +14V R1 R2 M 3900 M 3900 14V 14V 14V 14V 14V P1 Q2 Q2 4700 R3 Q1 Q1 14V C3 Visualizando melhor o circuito, sabemos que existe uma polarização de partida que é feita via diodo D3 e divisor resistivo R5 e R6 (figura 4f), onde encontrar uma tensão de aproximadamente 11V (no catodo do diodo D3); a tensão do divisor resistivo faria a tensão no cátodo e ânodo do diodo D3 cair e com isto acabaria por fazer circular uma corrente via emissor-base de Q2. Observando a tensão no cátodo do diodo D3, vemos que está com 13,5V, o que não é suficiente para abaixar a tensão de ânodo e iniciar a condução do transistor. Sendo assim, fica fácil concluir que o resistor R6 de 4,7k está alterado, não permi- tindo a partida do motor (figura 4g). 10 VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 FIGURA 4f FIGURA 4g +14V +14V +14V +14V 14V R1 R2 R5 3900 14V 14V 13,5V 14V 13,5V D3 D3 P1 R6 ALTERADO Q2 R6 R6 4700 5) Neste quinto defeito, vemos que a lâmpada permanece apagada, tanto de dia como de noite. Devemos lembrar que para esta análise, ter a lâmpada acesa, o que somente seria possível o LDR estivesse tampado. Assim consideramos todas as tensões medidas com o LDR "tampado". Como vemos, pela figura 5a, temos a tensão de rede em 110Vac e sobre a lâmpada uma tensão de Concluímos com isto que os contatos do relé estão Partimos então para a verificação da tensão de coletor de Q1, que está com 12V, significando que o transistor está cortado, trabalhando como uma chave aberta, como vemos a figura 5b. FIGURA 5b FIGURA 5a 5 +12V +12V RL 1 RL 1 LPf 12V REDE Q1 Q1 A partir daqui temos que verificar se há polarização para o FIGURA 5c transistor Q1, onde vemos que a tensão na base de zero Volt, +12V 12V +12V impede que este conduza. Logo em seguida vemos que é a par- RL 1 tir do transístor Q2 que vem a polarização para o transistor Q1 e medir a tensão de coletor deste encontramos zero Volt, que indica também que este transistor está cortado (veja a figura 5c). Q2 12V Passamos agora a conferir a figura 5d que mostra-nos que a tensão de base de Q2 está com 12V, mantendo o cor- R1 tado. Como esta polarização depende do Q3, vemos 1500 que ele também está cortado, pois em seu coletor temos uma Q1 tensão de +12V. Como Q3 está cortado, falta-nos verificar a R2 tensão de base deste, onde encontramos zero Volt, confirmando o corte de 11 ELÉTRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 FIGURA 5d FIGURA 5e +12V +12V +12V +12V 12V 12V R4 R4 R3 R3 C2 C2 Q2 2V ZD1 6V 12V Q3 LDR 1 R6 R6 C1 R2 Olhando agora o circuito da figura 5c, vemos que com o LDR coberto, haverá uma alta resistência que fará com que a tensão do divisor resistivo eleve-se. Com isto o diodo zener conduzirá permitindo a polarização para Q3 e o acendimento da Como temos apenas 2 Volts no divisor resistivo, significa que o diodo zener não pode polarizar a Q3 e assim, tanto estes como os outros ficam cortados. Podemos ter para este defeito, duas probabilidades, sendo a primeira o resistor R5 muito alterado, não permitindo que a tensão no divisor suba (figura Outra possibilidade é o capacitor C1 com fuga, desvi- ando corrente para a massa e impedindo que a tensão do divisor suba (figura 5g). +12V FIGURA 5f +12V R5 MUITO FIGURA 5g ALTERADO R5 R5 C1 COM FUGA LDR C1 C1 6) No sexto circuito, vemos que o detector automático de tensão está funcionando bem na rede de 110Vac, mas quando ligado em acontece o romper do fusível Para analisar o devemos provocar as condições que levam ao problema. Como o problema surge a partir da tensão da rede de deveremos ligar o circuito nesta rede, desligando o transformador de força, para que não haja circulação de corrente violenta por pois está comutado provavelmente para 110Vac. Verificando as primeiras tensões do circuito defeituoso (figura vemos que temos 300Vdc na entrada do circuito que é aplicada ao resistor e deste para o relé RL1 que apresenta sobre ele uma tensão de 94V. Com esta tensão o relé fica energizado (não deveria estar para a rede de 220Vac), mantendo o transformador de força chaveado para a rede de 110Vac. Verificando a tensão do coletor de vemos que ele está saturado (chave fechada) apresentando tensão de coletor de zero Volt. Como o Q1 está saturado, verificamos sua polarização de base, como mostramos na figura 6b, que apresenta-se com Mas notem que o transistor Q2 também está polarizado com 0,6V na base, o que poderia representar que este estaria totalmente sem ganho (figura 6b e 6c). Visualizando ainda o restante da malha, vemos que o zener ZD3 apresenta 33V sobre significando que está Para concluir falta de ganho em Q2, dissemos que o transistor Q2 está polarizado a con- 12 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 tento, mas não responde em corrente circulante de coletor para emissor. Mas poderia haver uma polariza- ção tão pequena para a base de Q2, que apesar de seu ganho estar bom não refletiria em corrente conside- rável de coletor. Uma alteração no resistor R3, como mostramos na figura 6d, poderia provocar isto, ou seja, poderia alcançar a tensão de zener e até chegar a tensão de 0,6V na base de Q2, mas indo para ela uma corrente insignificante. 300V 94V 6 FIGURA 6a FIGURA 6b +300V R1 R1 REDE +300V RL1 TRASF. R2 94V NA 0,6V 0,6V Q1 Q2 FIGURA 6d FIGURA 6c 300V 300V +300V +300V +300V R3 ALTERADO 300V R3 R2 R2 FALTA DE 0,6V 0,6V GANHO ZD3 R4 33V 0,6V Q1 1,7kg Q2 Q2 R5 ANOTAÇÕES 13 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 CARACTERÍSTICAS E SUBSTITUIÇÕES DE TRANSÍSTORES Abreviações utilizadas pelos frabricantes de componentes ACR = Acrian Inc. ITT = GmbH. ASI = Advanced Semiconductor Inc. IDI = International Devices Inc SAM = Sansung Eletronics AEG = AEG Telefunken IDC = International Devices Inc SAK = Sanken Eletric Co. Ltd AEI = AEI Semiconductors IRC = International Rectifier SAN = Sanyo (Tokyo) Eletric Co. AME = Amelco INS = Intersil Ltd AMS = American Microsemicon- IPR = IPRS Bancasa SML = Semelab ductor ITT = ITT Semiconductors SEI Semicoa Inc AMI = Amex Eletronics Inc KER = Kerton Inc SEC = Semiconductor Inc AMP = Amperex Eletronic Cor- LAM = Lambda Semiconductor STI = Semiconductor Tecnology Inc poration LAN Lansdale Semiconductors SMK = Semikron International ARS = ARS Eletronics LTT = LTT SA (Lignes Teelegra- GmbH AVA = Avantek Inc phiques et Telephoniques) SEO = Semitronics Corp BEL = Bharat Eletronics Ltd. LUC Lucas Semiconductors SER = Sensitron Semiconductor BBC = Brow, boveri & MAL Mallory Distributor Products SES = Sescosem CSC = Central Semicondutor Corp MED Marconi Eletronic Devices SGS = SGS- ATES COM Comunications Transistor Ltd SHI = shindengen Eletric Mfg.Co ltd. Corp MAT = Matsushita Eletronics Corp SIE = Siemens AG CON Continental Device India Ltd = M.B.L.E SIL = Silec Semiconductor CRI = Crismson Semicondutors Inc MCE = Micro Eletronics Ltd SLX Siliconix TLC = Crystalonics MIC = Microwaves Semicondutor SIT = Silicon Transistor Corpo- DEE = Delco Eletronics (Div G.M) Corp ration DTC = Diode Transistor Corp Inc MIS = Mistral SSD = Solid State Devices Inc. DNC = Dionics Inc MIT = Mitsubishi Eletric Corp SST = Solid State Inc. ELN = Eletronic transistors Corp MOT = Motorola Semiconductor SSI = Solid State Industries EIZ = Elektronska Industrija Zagreb MUL = Mullard Ltd SOT = Solitron Device Inc ELM = Elm State Electronics Inc NAT = National Semiconductor SOY = Sony Corporation ELO Elorg Corp SPE = Space Power Eletronics Inc. FAG = Fagor Electrotecnica, S Coop NEC = NEC Eletronics Ltd SPG = Sprague Eletric Co. FCD = Fairchild Semicondutor NEJ = New Jersey Semiconductor Syn = Syntar Industries Inc. FER = Ferranti Semicondutors Prods TAD = Tadiran Ltd. FUJ = Fujistsu Ltd NEM = Newmarket Transistors Ltd TEC = Teccor Eletronics Inc. GDC = General Diode Corp NUC = Nucleonic Products TEL = Teledyne Semiconductor GES = GE Semiconductor OBS = Obsolete (no Known Corp GIC = General Instrument Corp manufacturer) TLC = Teledyne Crystalonics Inc. GSI = General Semiconductor ORI = Origin Eletric Co. Ltd TFK = Telefunken Industries PHI = Philips (NV) Gloeilam- TIS = Texas Instruments Inc. GNT = General Transistor Corp penfabrieken = Thonson-CSF GPD = Germanium Power Devices P1H = Pilher SA TOS = Toshiba Corporation Corp PLS Plessey Semiconductors Ltd TRW TRW RF Device Division HRS = Harris Semiconductor PWX = Powerex Inc. TUM = Tungsran HEP = Hewlett Packard PPC = PPC Products Corp UNR = Unitra HVS = Hight Voltage Semicon- PMI = Precision Monolithics Inc UTD = Unitrode Corporation ductors Inc RAY = Raytheon Company UPI = UPI Semiconductor HIN Hindustan Conductors PVT. RCA = RCA Corp.,Solid State VAL = Valvo Gmbh Ltd Division VAR = Varo Semiconductor HIT = Hitachi Ltd RIZ = RIZ (radio Industric Zagreb/ WAL = Walbern Device Inc. HTN = Hiltron Semiconductor Corp Iskra) WES = Westcode Semiconductor HYB = Hybrid Semiconductors & ROM = Rohm Co. Ltd Ltd. Eletronics RSC = RS Components Ltd ZTX = Zetez 14 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 Existem hoje mais de cem mil transistores registrados com codificação diferente, e com a grande maioria possuindo dezenas de tipos equivalentes. Com a diversificação e venda cada vez maior de equipamento importados, torna-se fundamental que o técnico conheça não só o funcionamento de um equipamento, mas também as características dos utilizados nele, para que na falta do original, saiba substitui-lo por outro equivalente com a boa margem de segurança. se passaram muitos anos deste a invenção do transistor bipolar em 1948 pelo rios BELL, mas a busca por maiores informações deste componente, que desencadeou uma verdadeira revolução no consumismo eletrônico, ainda é grande não só pelos novos técnicos que surgem no mercado, como também pelos mais experientes, que constante atualização. Como já havíamos dito anteriormente, o TRANSÍSTOR recebendo este nome por apresentar a característica básica de alterar sua resistência interna (coletor-emissor) através de corrente aplicada entre base emissor, resultando em um componente chamado de TRANSFERENCE RESISTOR, ou simples- mente: TRANSÍSTOR. Este substituiu a válvula em quase todas as aplicações, com exceção do tão conhecido cinescópio (uma grande válvula que persiste até hoje) alguns casos de transmissão. Com respeito aos cinescópios, avan- cada vez maiores estão sendo feitos com o cristal líquido além do plasma, para conseguir-se imagens com mesmo brilho e definição do tubo de imagem, a um custo reduzido. Quanto aos sistemas de transmissão, os TRANSÍSTORES DE EFEITO DE CAMPO começam a desbancar as válvulas em áreas onde pareciam intocáveis. No Brasil, o começou a aparecer em equipamentos no final da década de 60, e na década de 70 já misturava aos circuitos integrados. Estes circuitos integrados, nada mais eram que circuitos comple- tos transistorizados, colocados em um fechado, com acesso ao mundo exterior através de termi- nais (pinos). Hoje, cada vez mais podemos ver dispositivos integrados chamados agora de SMD's (Surface Mounted Devices), ou dispositivos montados em superfície, que além de minúsculos não necessitam de furações na placa de circuito impresso, tornando sua fixação muito mais fácil e No Brasil, a evolução do para os SMD's ocorreu de mancira muito rápida (menos de vinte anos), deixando técnicos e engenheiros meio desnorteados. Notem que nos países do primeiro mundo essa evolução começou no início da década de 50, onde passa- ram-se quase quatro décadas até os recentes A grande maioria dos técnicos de manutenção em geral, passou da válvula para o de maneira bem rápida, caindo quase que simultaneamente nos circuitos integrados, o que resultou em uma má prepa- ração para este avanço desenfreado em novas tecnologias. Apesar da maioria dos equipamentos de hoje circuitos integrados (SMD's ou não), velho transistor, como componente discreto, ainda resiste, dando muita dor de cabeça ao técnico de manutenção no momento de sua A CODIFICAÇÃO PELO MUNDO Brasil obviamente, acabou recebendo não só tecnologia de fora, como também a quase totalidade dos códigos destes componentes, obedecendo as regras americanas, européias ou asiáticas (Japão). Nos Estados Unidos, são fabricados transistores com a codificação inicial de 2N (2N3055, 2N6512, etc.), 15 VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 ficando o código IN (IN5402, IN4007, etc.) reservado para a categoria de Na Europa, existe uma classificação do tipo de material usado no transistor bem como sua aplicação Normalmente são utilizadas duas ou três letras, seguidas por dois ou três A letra inicial indica o material usado: A = Germânio B = Silício C = Arseneto de gálio R = Materiais compostos A segunda letra indica o tipo de aplicação a que o transistor se presta: C = Baixa potência baixa utilizados na faixa de D = Média e alta potência e baixa utilizados na faixa de áudio F = Baixa potência e alta frequência; utilizados em seletores, moduladores, circuitos de ria (FI), etc. L = Alta potência e alta utilizados transmissores de RF, etc. S = Baixa potência; utilizados em circuitos de comutação U = Alta potência; utilizados em circuitos de comutação Portanto, BD 135 seria um transistor de silício de média ou alta potência, utilizado em baixa No Japão a norma de codificação é mais simples que a européia, e utiliza o código "2S" para a classificação dos sendo que a letra seguinte especifica sua polaridade aplicação: A = PNP de alta B = PNP de baixa C = NPN de alta D = NPN de baixa Em muitos transistores a inscrição 2S é omitida, ficando um 2SC930, especificado apenas como Nos equipamentos existentes no Brasil, ficou clara a influência européia devido a grande influência da Philips (originária da Holanda), não só na venda de produtos acabados como também na fabricação de componentes. A codificação japonesa (2S...), cada vez mais ganha seu espaço, visto que a importação é cada vez maior não só deste país, como também dos tigres asiáticos (Coréia, Taiwan, Hong Kong, Malásia, China, etc.), que utilizam a mesma codificação do Japão. CARACTERÍSTICAS DOS TRANSÍSTORES Os apresentam uma série de características, que dependendo da aplicação se tornam fundamentais ou de aspecto Primeiramente explanaremos o que são estas características, para depois definir quais os parâmetros a serem levados em consideração em uma a) TRANSÍSTOR NUMBER (NÚMERO DO TRANSÍSTOR) 16 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 É a codificação especificada para elc. Acima já havíamos falado, das letras iniciais, aparecendo logo em seguida uma série de números, que terão uma série de significados de acordo com o registro do fabricante. Na figura 7a, mostramos a codificação de um dos transistores mais utilizados no Brasil, o BC548, transistor de baixo sinal. Ainda na figura 7b e 7c mostramos um transistor de média potência, TIP 42 e de maior potência também muito conhecido, 2N3055. FIGURA 7b FIGURA 7a FIGURA 7c BC 548 2N3055 TIP 42 b) POLARITY/MATERIAL (POLARIDADE/MATERIAL) aspecto polaridade, define se é NPN ou PNP, sendo que na maioria dos manuais de substitui- ção de transistores esta característica está abreviada (N = NPN material empregado para a feitura do transistor será em geral especificada como = G ou o Silício = S. Notem que nos dias de hoje praticamente não existem transistores de devido ao silício ser encontrado mais abundantemente na natureza, resultando no barateamento da matéria c) PACKAGE (INVÓLUCRO) FIGURA 8 Muitos manuais de transistores não só oferecem as características elétricas dos mesmos como também fornecem o aspecto físico para projetos e dimensionamento de PCI's. 8mm Na figura 8, podemos ver o aspecto mecânico do 2N3055, que pos- sui o invólucro tipo 30mm d) LEAD (TERMINAIS) Mostra a disposição dos terminais do transistor (base, emissor e coletor), facilitando ao técnico a verifica- ção substituição correta por algum equivalente. Em uma substituição, deve ser dado preferência a um transistor cujos terminais se encontram na mesma posição do original, caso nem sempre Podemos citar exemplos de transistores europeus e japoneses que apesar de apresentarem características elétricas e mecânicas praticamente iguais, diferem na disposição dos terminais. Na figura 9, podemos ver a dispo- E B C FIGURA 10 sição dos terminais em um B transistor BC 548. Visto de baixo, FIGURA 9 a disposição dos componentes des- C E mesmo transistor seria a mos- trada na figura 10. Disposição de leads (terminais) 17 VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 e) Vcb MAX (TENSÃO MÁXIMA ENTRE COLETOR E BASE) Normalmente, a junção coletor-base não apresenta nenhuma condução em funcionamento normal, assim existe uma tensão máxima especificada que esta junção suporta sem sofrer danos. FIGURA 11 Na figura 11, mostramos um aspecto de como medir a tensão máxima Vcb entre coletor a base. Notem que esta tensão máxima deverá ser medi- Vcb = da com emissor em aberto, caso contrário poderá causar problemas entre a junção coletor-emissor. Nunca deveremos submeter o transístor a trabalhar em sua tensão Equivalência da junção máxima, mas em cerca de 3/4 desta, para que tenhamos alguma mar- gem de segurança. + Vcb f) Vce MAX (TENSÃO MÁXIMA ENTRE COLETOR E EMISSOR) Vcb É uma das principais características para a substituição direta de Na figura 12, mostramos um aspecto de como esta tensão deverá ser medida. Deverá manter-se no máximo em 3/4 da tensão total permitida mantendo assim uma tolerância aceitável para o bom funcionamento do transístor. Na Figura 13, mostramos um circuito de um amplificador de sinal. Podemos ver por esta figura que existem dois modos de encarar FIGURA 12 este circuito, sendo um deles o da tensão de polarização contínua e o outro com a atuação de um sinal sendo amplificado. Considerando que a tensão de alimentação é de 30V, podemos ver Vce Vce que a tensão de coletor será em torno de 18 V (um pouco a menos que 2/3 da tensão de Esta tensão de coletor será conseguida mediante polarização de base do transístor. Podemos dizer então, que a ten- FIGURA 13 são entre coletor e emissor é de +30V +30V V 18V, logo poderíamos colocar um 28V transístor que trabalhasse com 26V uma tensão máxima 25 Vce. Esta 18V 24V visualização está errada, pois de- 22V 20V vemos considerar também que o 18V transístor, sendo um amplificador 16V de tensão, deverá amplificar um 14V sinal de maneira uniforme, o seja, 12V 10V acima e abaixo dos 18V dados pela 8V polarização contínua. Na amplificação, o transístor não poderá chegar ao corte (coletor = 30V), nem na saturação (coletor e caso ocorresse, distorceria o sinal. Mas como estamos trabalhando com limites máximos, devemos cal- cular para valores próximos dos extremos. Podemos dizer que a tensão de coletor poderia subir cerca de 10 V, resultando em uma tensão de 28V (tensão do coletor em relação à massa). Vimos portanto que, na menor condução do transístor, a tensão entre o coletor e emissor chegaria a 28V máximo, o que acarretaria a utilização de um transístor que possuíssem uma tensão de Vce máxima de 35 ou 40V. 18 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 Para circuitos amplificadores, este cálculo deverá ser sempre seguido, e não apenas utilizando a tensão média indicada no esquema. maior problema com respeito à tensão máxima entre coletor e emissor é quando o transístor se encontra colocado em circuitos que possuem elementos indutivos, ou seja, bobinas ou transformadores. Na figura 14, podemos ver a disposição de um transístor e um relé que trabalha com uma tensão aplicada de 12V. Quando o transístor está saturado, produz uma circulação de corrente no enrolamento do relé, resultando na criação de um campo eletromagnético, gerando uma em um bastão de ferro que atrairá uma haste, fechando os contatos deste. Com o relé "atracado" o campo eletromagnético se estabiliza.em um determinado nível, através da corren- te circulante interna no relé. Para que o relé volte ao repouso, a polarização para o transístor deverá ser retirada, resultando em seu corte e conseqüentemente também o corte da corrente circulante internamente no indutor, como mostramos na figura 15. FIGURA 14 +12V FIGURA 15 +12V O grande problema que ocorre aqui, é que o campo eletromagnético que aparentemente deveria desaparecer no corte do transístor, começa a contrair-se, induzindo uma tensão reversa no próprio enrolamento do relé. A análise do circuito pode ser vista na figu- ra 16, onde temos o relé atracado produzin- do um campo eletromagnético fixo. Notem que a tensão de 12V será nosso pon- to de referência. O potencial do lado de baixo do relé é levado a uma tensão de aproximadamente zero Volt. Na figura 17, com o corte do transístor, continuamos com o lado de cima do relé preso em 12V, mas a contração do campo eletromagnético acaba causando indução reversa, ou seja, no ponto de baixo acaba aparecendo uma tensão positiva acima da referência de 12V, que poderá ser muitas vezes superior aos próprios 12V de alimentação (já mencionamos sobre este efeito ao verificar a necessidade do diodo na montagem com relé da edição anterior). Sendo assim, o que aparentemente seria um transístor que deve- FIGURA 16 FIGURA 17 ria suportar apenas 12V de Vce, necessita possuir uma tensão de +12V +12V coletor e emissor muitas vezes superior. A solução mais prática para este problema, foi a colocação de um diodo polarizado in- versamente, como indica a figura 18, que tem como objetivo con- duzir quando for gerada uma tensão reversa na bobina do relé (corte do transístor). Ele permitirá uma tensão máxima de 0,6 V acima da tensão de alimentação, o que não prejudicará o transístor, resultando na possibilidade de utilização do mesmo com Vce de apenas Mas o caso mais clássico e também mais crítico que podemos citar é a Saída Horizontal de um televisor, onde o Transformador de Saída Horizontal ou simplesmente Fly-back, acaba gerando (propositalmente) tensões reversas de quase dez vezes a tensão de entrada, como mostramos na figura 19. O objetivo disto é conseguir, a partir do primário do transformador, tensões elevadas reduzindo assim a quantidade de espiras no secundário deste. Para estas aplicações, existem transístores que suportam uma tensão entre coletor e emissor acima de 700V, onde podemos citar tipos já conhecidos como o BUY71, etc. ELETRÔNICA VOLUME 5/99 19CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 FIGURA 18 +120V FIGURA 19 +12V 700Vpp de saída horizontal +12,6V (tensão máxima de coletor no corte do g) Veb MAX (TENSÃO MÁXIMA ENTRE EMISSOR E BASE) Esta também é uma das características das mais importantes, dependendo da aplicação a que se presta um transístor, pois expressa quando suportará uma junção base e emissor INVERSAMENTE polarizada, ou seja, com o transístor no Na figura 20, podemos ver como esta tensão é medida. Nos circuitos que utilizam somente resistores e transístores, este item de tensão reversa não terá grande importância; mas em circuitos que apresentam componentes reativos, ou seja, apresentam na base do transístor indutores e principalmente capacitores de acoplamento, o problema se tornará mais crítico. Na figura 21 apresentamos um circuito diferenciador, ou seja, um FIGURA 20 circuito que deixará passar apenas variações rápidas do sinal (vari- ações rápidas de tensões). Nesta figura, podemos ver o instante em Veb que uma tensão de 12V aparecerá do lado esquerdo do capacitor, produzindo sua carga, e com isto, produzindo uma circulação de corrente pela malha e conseqüentemente também pelo transístor. Veb Quando a carga do capacitor é completada, cessa a corrente circulante pela malha (base do transístor), voltando a tensão do FIGURA 21 lado direito do capacitor à zero Volt. Podemos concluir a partir 12V disto, que o capacitor está carregado com uma tensão aproximada de 12V. Na figura 22, verificamos que ao voltar a zero a tensão do lado 0V esquerdo do capacitor, ainda manterá momentaneamente a tensão armazenada no capacitor, que força a tensão de base do transístor a cair para 12V (potencial de 12 Volts abaixo da massa). Esta ten- são apesar de existir por um curto espaço de tempo, destruiria a junção base e emissor. Para evitar este problema, podem ser colocados dispositivos de proteção para o transístor baseados em diodos, que eliminam a atu- ação desta tensão reversa, como mostramos na figura 23. Quando a tensão de entrada voltar a zero, a tendência é que a tensão do lado direito do capacitor fique negativa, mas com a atuação do diodo, ficará apenas 0,6V abaixo da referência negativa, evitando problemas de tensão reversa na junção base emissor. Um outro exemplo muito interessante que podemos usar, respeito ao circuito reforçador da tensão 20 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 FIGURA 22 FIGURA 23 12V 0V -12V de sintonia de um televisor, como mostrado na figura 24. Considerando agora que a tensão do de ajuste da tensão de sintonia esteja com seu máximo valor, o transístor estará saturado; sua tensão de emissor também estará alta. Na mudança de uma memória para a outra, poderemos optar por um canal em que a ten- +33V +33V +33V +33V FIGURA 24 são de sintonia é baixa (canal 2 na banda bai- xa ou 7 na banda alta), obrigando a tensão da base do transístor a cair bruscamente. Consi- derando que no emissor existe um capacitor V Sintonia de valor relativamente alto, a tensão de base 0 a 33V cairia de uma forma bem mais rápida do que a do emissor, ultrapassando os 5 ou 6V limites de tensão reversa, destruindo o transístor. Mas o indutor que está em série com a base vai se opor à variação de corren- VT te (queda brusca na tensão de base), permitindo que a tensão na base do SELETOR DE CANAIS transístor caia paulatinamente, no mesmo ritmo do emissor. h) Ic MAX (CORRENTE MÁXIMA DE COLETOR) Especifica o máximo de corrente permissível circulando do coletor para o emissor, desconsiderando a corrente que vem de base para o emissor (que geralmente é muitas vezes menor). Na figura 25, podemos observar como será verificada, sendo que a corrente proveniente do coletor irá somar-se à corrente entre base e emissor. Em geral a corrente de coletor poderá variar de alguns mili- amperes até dezenas de amperes, dependendo da aplicação a que o transístor se destina. Na figura 26, notamos que a corrente po- FIGURA 26 derá ser calculada facilmente, se levarmos 100V em conta a queda de tensão sobre o resistor de coletor. FIGURA 25 V RC Temos uma tensão de alimentação de cer- ca de 100V e o transístor se encontra cor- C tado (figura 26). Assim sabemos que a cor- rente circulante é Para a figura 27, temos a saturação do Ic transístor (tensão de coletor em relação ao C negativo em zero volt); o que provocará ELETRÔNICA VOLUME 5/99 21CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 toda a queda de tensão da fonte sobre o resistor (100ohms) resultando em uma corrente de 1A (100V aplicados em um resistor de 100ohms = 1A). Notem que o transístor deverá su- FIGURA 27 FIGURA 28 portar um pouco mais do que essa cor- 100V +B +B rente resultante da sua saturação. De modo geral, deveremos calcular a cor- Ic V RC R1 R1 rente máxima que circulará pela malha, 1000 a partir da saturação do transístor. Caso exista um resistor de coletor e outro de Imáx = Vcc = R1 + R2 emissor como mostrado na figura 28, o cálculo deverá ser feito com a saturação do transístor e a conseqüente soma dos R2 R2 valores dos resistores para saber a cor- rente máxima final. Maiores detalhes do dimensionamento destas correntes poderão ser vistos no volume 3 deste curso. i) Tj MAX (TEMPERATURA MÁXIMA DA JUNÇÃO) A temperatura máxima da junção semicondutora deverá ficar entre 60° e 100° para os transístores de germânio e entre 125° e 200° para os de silício. Apesar destas indicações máximas, deve-se obedecer o limite de 3/4 do valor máximo para um trabalho seguro. Além disto, deve-se notar que a temperatura da junção de em geral só será permissível em encapsulamentos metálicos, ficando em 150° para encapsulamentos plásticos. j) Ptot (POTÊNCIA MÁXIMA PERMISSÍVEL DE DISSIPAÇÃO DE CALOR). Esta é também uma das características das mais importantes consideradas para substituição de transístores e permitirá saber de quanto será a máxima tensão ou corrente aplicada para manter a potência especificada. Como exemplo podemos citar o transístor BU208, que no manual apresenta as seguintes características: Vce = 700V Vcb = 1500V Ic =7,5A Ptot = 12w Sabemos que o produto da tensão pela corrente resultará em dissipação de potência. Logo, teríamos para este transístor: Vce = 700V x Ic 7,5A = Ptot 5.250w FIGURA 29 Vce = 40Vdc Apesar do transístor ter apresentado uma potência teórica altíssima, ela não é real, pois o transístor foi projetado para co- 110Vdc mutar ou chavear (trabalhando apenas no corte e na saturação). Na figura 29, apresentamos um circuito regulador de uma fonte de alimentação que trabalha com uma tensão de entrada de 150 Vin = 150V RL = V, que está bem abaixo da característica de tensão máxima (Vce) Ptot = para o transístor especificado (BU 208) que é de 700 V, sendo Ptot = Ptot = 40W que na saída estabilizada teríamos cerca de 110 Vdc, circulando 22 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 uma corrente máxima de 1 A, que pelos parâmetros especificados é uma corrente muito menor do que a máxima que o transístor suporta. cálculo da corrente circulante está baseado no consumo da carga ou simplesmente no valor de sua resistência, que é de aproximadamente 110 ohms: Ic 110V (tensão de saída) 110ohms (resistência da carga) (corrente geral circulante). Considerando que a tensão de entrada do circuito é de 150 V e que a tensão de saída e de 110 V, teríamos uma queda de tensão sobre o transístor de 40 V, o que geraria uma dissipação de potência em torno de 40 W (P = 40V X 1A), o que excederia a potência admissível em cerca de quatro vezes, levando-o à queima. Podemos notar que apesar do transístor utilizado no exemplo ser aparentemente de "grande potência" (invólucro metálico TO-3), possui uma dissipação de potência muito baixa, o que o coloca na categoria de transístores chaveadores, que não podem ser utilizados em fontes de alimentação reguladas (com circula- ção de correntes constantes). k) FT MIN DE TRANSIÇÃO MÍNIMA) É a mínina em que o sinal começa a ter o seu ganho diminuído, sendo que a de transição típica seria aquela em que o ganho chega à unidade. Normalmente a de transição típica é cerca de duas vezes maior que a de transição mínima. Podemos dizer que um transístor BC 548 apresenta urna de transição mínima em torno de 200 MHz, o que o colocaria inclusive como oscilador em algumas aplicações. Apesar disto ele e instável quando trabalha em altas, sendo recomendado apenas para mais baixas (até 10MHz). COB MAX (CAPACITÂNCIA MÁXIMA ENTRE COLETOR E BASE) Considerando que pela junção coletor-base não há circulação de corrente (em aplicações convencionais de transístores), podemos di- FIGURA 30 zer que essa junção apre- FIGURA 31 senta uma capacitância ca- racterística, que acaba de- + CAP. finindo uma de PARASITA COLETOR transição para o transístor JUNÇÃO POLARIZADA INVERSAMENTE NÃO BASE (figura 30 e 31). HÁ CIRCULAÇÃO DE Quanto menor for a CORRENTE capacitância, que podemos chamar de parasita, maior será a possibilidade de trabalhos do transístor em alta Normalmente esta capacitância é dada em nanofarads (n) ou picofarads (p). Podemos notar que os transístores menores, independente de serem ou não de alta apresentam capacitâncias menores na junção coletor-base se comparados aos transístores de potência, que podem apresentar capacitâncias próximas a 1.000 pF (1nF). ELETRÔNICA VOLUME 5/99 23CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 m) Hfe (GANHO NO TRANSÍSTOR NA MONTAGEM EMISSOR COMUM) É a relação existente entre a corrente resultante de coletor e a corrente aplicada entre base e emissor (que originou a corrente de coletor), normalmente especificada como um número Se dissermos que o ganho de um transístor é de 100, significa fazer circular uma corrente de 1mA entre a junção base e emissor, gerando como resultante uma corrente de coletor de 100mA. Podemos dizer que o ganho mínimo do BC548 seria de 110MN (MN = mínimo). A linha européia de transístores apresenta uma característica interessante de classificação do ganho de alguns utilizando letras para tal. Assim um BC548C, teria um ganho mínimo de 420. A característica de ganho apresenta grande importância quando o circuito é de altíssima impedância, com amplificação apenas de tensão (maiores detalhes veremos mais adiante). n) Hfe BIAS (POLARIZAÇÃO PARA DETERMINADO Especifica qual a corrente de polarização utilizada (entre base e emissor), para a obtenção dos dados de ganho final. Esta medição normalmente é dada em mili-amperes (mA). USE (USO OU APLICAÇÃO) Alguns manuais sugerem a aplicação específica de cada transístor, possuindo um código específico para tal. p) MFR (FABRICANTE) Indicação, em alguns casos, do fabricante original do componente. As características acima, bem como a de abordagem das mesmas foram baseadas no manual TOWER'S INTERNATIONAL TRANSISTOR SELECTOR. SUBSTITUIÇÃO DE TRANSISTORES A seguir, veremos as características mais importantes para encontrar um transístor Podemos dizer que para determinado circuito, o GANHO teria um papel fundamental na polarização geral, sendo que em outros este parâmetro não faria diferença. Veremos em que circuitos a POTÊNCIA MÁXIMA seria um item fundamental. Em um amplificador RGB, qual a importância da capacitância parasita entre coletor/base? Como existe uma diversificação muito grande nas áreas de aplicação, baseamos nossa análise para as áreas de áudio e envolvendo tambem fontes chaveadas. Um dos principais problemas encontrados pelo técnico de hoje em dia, é a enorme quantidade de modelos diferentes de equipamentos na área de áudio e vídeo, e a quantidade ainda maior nos códigos de transístores utilizados nestes, que em caso de necessidade de substituição, fatalmente não serão encontrados no merca- do. Uma das saídas que o técnico encontra é a disponibilidade de alguns transistores que são fabricados no Brasil, onde podemos destacar a linha européia (BC, BD, BU... etc. ). Quando pensa-se em substituição, muitas características devem ser levadas em consideração, o que deixa o 24 técnico meio confuso... VCE, IC, ganho, Ptot, Cob, FTmin, etc. Na substituição de um transístor por ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 outro equivalente, deverá ser considerada em primeiro lugar sua aplicação, pois isso definirá quais as caracterís- ticas mais importantes para àquela determinada tarefa, ficando as outras em um segundo plano. Assim cada área de aplicação será analisada separadamente. AMPLIFICADORES EM GERAL 1.1 PRÉ-AMPLIFICADORES O objetivo destes circuitos será a partir de um pequeno sinal, torna-lo maior (em tensão), para excitação de etapas posteriores, como podemos observar na figura 31. Podemos notar que os mesmos trabalham em classe A de amplificação, ou seja, o transístor será responsável pela amplificação (sem distorção) de todo o ciclo do sinal. Podemos encarar ainda como pré-amplificador, o estágio inicial de um amplificador de potencial, pois também tem como objetivo uma grande amplificação de tensão. A principal característica que deverá ser observada nestes transístores é: *hFE (ganho na configuração de emissor comum) Esta característica exprime a relação da corrente aplicada entre base e emissor e a resultante circulante pelo coletor. O ganho é uma característica tão importante para pré-amplificadores, que não obedecida, introduzirá distorções de sinal; se o transístor compor o início de um amplificador de potência, poderá até levar a saída de som a uma alteração muito grande na tensão de 1/2Vcc e em casos extremos à queima das etapas de saída. Como exemplo, podemos citar o circuito apresentado na figura 31. Ele compõe-se de um transístor BC548C, que apresenta em sua base uma tensão de 4,5V; no emissor 3,9V e no coletor 11,8V. Para este circuito, podemos dizer que a corrente circulante de base para emissor seria de 2,5uA, que resultaria em 1mA de corrente de coletor, gerando uma queda de tensão de 8,2 V sobre o resistor de coletor, equivalente a 11,8 V medida em relação à massa. Notem que nestas características, o ganho é fundamental, pois o transístor BC548C, apresenta um ganho de 420, resultando em: * 2,5 X 420 = 1.050uA ou aproximadamente 1mA. Esta corrente resultante de coletor gerará a queda de tensão no resistor de coletor e também no resistor de emissor. Um grande problema que ocorre no meio técnico é o desprezo à característica ganho, resultando em situações catastróficas. No circuito mostrado na figura 31, se substituirmos o transístor BC548C (original), por um outro BC 548, mas que possua a letra A no final, a corrente de polarização na base será a mesma ou até levemente maior (pois a tensão da base cairá), mas o ganho, que será de 100, produzirá menor corrente FIGURA 31 FIGURA 32 de coletor no transístor (aumentando sua resistên- +20V +20V cia interna), diminuindo a queda de tensão tanto no resistor de coletor como no de emissor e, produzin- do as tensões aproximadas da figura 32. Se o circuito que utiliza polarização contínua for 11,8V 17V apenas o mostrado na figura, o efeito produziria 4,5V 1,8V BC 548 C BC 548 A distorção no sinal de áudio amplificado. Mas se este circuito polarizar outras malhas, o efeito da 1,2V falta de polarização será em cascata, produzindo 1MO 1MO uma variação de tensão elevada, talvez suficien- HFE 420 HFE 100 te para queimar uma saída de som. 1mA 0,3mA ELETRÔNICA VOLUME 5/99 25CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 Outras características importantes para os pré-amplificadores, são: máxima * VCE (tensão entre entre coletor-emissor): deverá ser utilizado sempre um transístor que suporte uma tensão coletor e emissor em 50% maior que a própria Outras características praticamente dispensáveis são: muito * Ic (corrente de coletor): pois considerando que temos um pré-amplificador, a corrente em geral fica abaixo da especificada para o transístor. transístor fica em * Vcb (tensão coletor/base): Característica importante em circuitos de comutação, em que o emissor do especificação de potência do transístor. * Ptot (potência Total): considerando que a corrente é muito baixa, não haverá problemas com a tica * FTmin de transição mínima): considerando que estamos na faixa audível, esta caracterís- não é importante, pois a maioria dos transístores de baixo sinal, alcançam 10 MHz. * Cob (capacitância parasita entre coletor e base): o mesmo de cima. 1.2 AMPLIFICADORES DE ÁUDIO-VERTICAL FIGURA 33 Existem vários tipos de amplificadores de áudio e deflexão vertical, +B sendo que aqui nos deteremos com a etapa de potência destes ampli- +B A figura 33, mostra uma saída de som do tipo classe A com que atualmente não e mais utilizada, apesar de ainda existirem aparelhos em uso no mercado. Em caso de uma subs- tituição de um transístor amplificador Classe A, as principais carac- terísticas que deverão ser observadas, são: * Vce (tensão entre coletor e emissor) * Ic (corrente de coletor) * Ptot (potência total) A tensão máxima entre coletor e emissor deve ser observada FIGURA 34 com muito carinho, principalmente em circuitos de saída verti- Transformador cal, pois considerando que a carga é um transformador de gran- saída vertical de indutância, o mesmo induzirá em si mesmo, tensões muito mais altas que a fonte de alimentação vindo a prejudicar o Na figura 34, podemos ver que durante o retomo ver- BDV tical será necessária a geração do pulso de retorno e apagamen- to vertical, que deverá forçar uma rápida variação de corrente BDV pela bobina de deflexão durante o retorno, bem como inibir o circuito de luminância do aparelho de TV; assim, o transístor 90Vpp que estava em um processo de condução (campo do transfor- 26 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 mador em expansão), é levado ao corte rápido, gerando uma contração no campo da bobina e temente uma auto-indução nesta, criando uma tensão maior que a fonte de alimentação. Assim no dimensionamento do deverá ser utilizada uma tensão de Vce no mínimo do dobro da alimenta- ção, para que tenhamos segurança de trabalho. Além disto, tornar-se indispensável a utilização de um VDR em paralelo com o transformador, evitando qualquer pico de tensão acima do normal, protegendo obviamente o transístor. Outras características praticamente indispensáveis do transístor são: * Hfe (ganho na configuração emissor comum): não é uma característica muito importante, tanto que na fabricação, os transístores para etapas de potência, podem apresentar variação de ganho de algumas deze- nas a algumas centenas. * FTmin de transição mínima): considerando que o circuito amplificador trabalhará com fre- até 20 kHz, esta característica não será importante. * Cob (capacitância parasita coletor-base): o mesmo acima. 1.3 AMPLIFICADORES DE FI A FI nada mais é que Intermediária, ou seja, fixa, para qual todas as emissoras são convertidas, evitando-se assim a troca constante dos circuitos tanques (bobinas-capacitores), como vemos pela figura 35. FIGURA 35 SELETOR OU SINTONIZADOR ATUAÇÃO DO CAG Considerando-se a área de temos basicamente 4 a serem consideradas: * = FI de rádio AM, funcionando para as Ondas Médias, Tropicais e Curtas. * 10,7 MHz: FI de rádio FM (88 a 108 MHz). * 45,75 MHz e 41,25 MHz: FI de vídeo e de som respectivamente para televisores nacionais. * 4,5 MHz: Interpretadora de som, que nada mais e do que um segundo batimento antes da demodulação final. Baseado nestes dados de de trabalho, podemos dizer que a característica mais importante a ser levada em consideração é: * FTmin de transição mínima). ELETRÔNICA VOLUME 5/99 27CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 * HFE (ganho na configuração emissor comum). A de transição determinará a em que o ganho do transístor cairá para apenas duas vezes (Ib X Ic), o que prejudicará seu trabalho em altas Como os circuitos de Intermediária diferem muito em (455kHz até 45MHz), deverão ser utilizados transístores pró- prios para trabalhos em RF, e que tenham uma de transição 3 vezes maior que o valor especifi- cado de trabalho. O interessante é notar que alguns fabricantes utilizam transístor BC 548 para trabalhar em FI's de rádio AM (455 kHz), pois em algumas funções de alta trabalha bem. Com respeito ao ganho, o mesmo se tornará de grande importância à medida que os valores dos resistores de polarização aumentarem. Outras características de menor importância, mas que devem ser levadas em consideração: * VCE (tensão máxima entre coletor e emissor): apesar dos circuitos de FI apresentarem tensões de ali- mentação relativamente baixas, devemos considerar que os transístores trabalham com circuitos reativos (indutores e capacitores), logo, podem ser geradas tensões acima da alimentação. Deveremos na substitui- ção optar por um transístor que suporte, no mínimo, 1,5 vezes a tensão de alimentação. * Ic (corrente de coletor): Deve-se conferir também esta característica, pois os estágios de FI mudam muito de polarização. A característica de Ptot (potência total) pode ser desconsiderada para estes estágios. 1.4 AMPLIFICADORES DE RF As considerações para os amplificadores de RF serão as mesmas que para os amplificadores de FI, ressaltando as seguintes características: * FTmin de transição mínima): os transístores deverão ter uma de transição em torno de 1 GHz ou mais (considerando transístores amplificadores de RF e osciladores locais de seletores de canais de televisão). * Cob (capacitância parasita entre coletor e base): deverá ser a menor possível, para evitar a atenuação do sinal na configuração emissor comum. A maioria dos transístores utilizados como amplificadores de RF e osciladores locais, se apresentam na configuração de base comum, para fugir desta capacitância parasita, como mostrado na figura 36. FIGURA 36 28 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 * Hfe (ganho na configuração emissor comum): deverá ser mantido o mesmo ganho do transístor original, para não alterar o ponto de polarização contínua da malha. 1.5 AMPLIFICADOR DE VÍDEO É um dos circuitos mais críticos em termos de substituição, pois está intimamente ligado a qualidade final da imagem. Na figura 37, podemos ver um diagrama básico de um dos amplificadores RGB utilizados para a televisão. Apesar das saídas RGB de monitores de computador serem mais complexas, são semelhantes às caracte- rísticas principais abordadas abaixo: FIGURA 37 +120V *Cob (capacitância parasita entre coletor-base): É funda- CINESCÓPIO mental que esta característica seja observada, pois quanto menor for esta capacitância, maior será a resposta de fre- do sinal e conseqüentemente melhor será a quali- dade final da imagem. Caso utilize-se na substituição so- mente um dos transístores com "Cob" maior, haverá a cria- ção de pequenas listas na cor do amplificador respectivo substituído, aparentando erro de convergência. *VCE (tensão máxima entre coletor-emissor): em geral, para televisores em cores ou monitores de computador, esta ten- são deverá ser em torno de 250V, considerando que o transístor deverá trabalhar com uma tensão máxima de circuito em 180V. Para tensões de alimentação maiores, faz-se necessário aumentar também a tensão máxima suportada pelo transístor. * Ic (corrente máxima de coletor): apesar de ser baixa (via cinescópio), o transístor deverá ser capaz de suportar o corrente proveniente da alimentação principal, bem como a que circula pelo cinescópio. *Ptot (potência total de dissipação): também é outra característica que deverá ser respeitada, pois como dissemos acima, a tensão de trabalho é relativamente alta (180V ou mais); apesar da corrente ser baixa, gera uma potência dissipada que dependendo do projeto do televisor, necessita até de dissipador. Características menos importantes: * Hfe (ganho em configuração emissor comum): como é um circuito amplificador, que utiliza correntes consideradas médias, o ganho passa a ser uma característica secundária. 2 FONTES DE ALIMENTAÇÃO. O objetivo da fonte de alimentação é gerar urna tensão estável para a carga, que pode ser desde um simples rádio até um videocassete. No mundo das fontes de alimentação estabilizadas existem dois segmentos até certo ponto distintos: a fonte regulada e a fonte chaveada. A fonte chaveada tornou-se absoluta, quase acabando com as fontes reguladas (subsistindo apenas na maioria dos aparelhos de som), como se tornou patente em televisores e videocassetes, devido não só a economia de energia, mas também pela redução do custo de grandes transformadores de rede elétrica, substituídos por choppers, ou simplesmente transformadores comutados, muitos menores que seus antecessores. ELETRÔNICA VOLUME 5/99 29CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 2.1 FONTE DE ALIMENTAÇÃO REGULADA Na figura 38, podemos ver o diagrama de uma fonte regulada, que recebe em sua entrada uma tensão de 110 ou 220Vac, estabilizando para a saída uma tensão de 220Vdc. A tensão de 300Vdc é uma tensão retificada e filtrada diretamente da rede elétrica de 220Vac ou através de circuito dobrador de tensão da rede de 110 Vac. FIGURA 38 +300Vdc +220Vdc CIRCUITO DE ESTABILIZAÇÃO E CONTROLE 2.1.1 - TRANSÍSTOR REGULADOR Tomando como exemplo um equipamento qualquer que apresenta um consumo de 110w, se aplicarmos a carga uma tensão de 220Vdc, resultará em uma corrente circulante pela carga e também pelo transístor regulador de 0,5A. Levando ainda em consideração que, a tensão de queda no transístor é de 80 V (300 Vdc 220 Vdc) e por ele circula 0,5 A, resulta em uma potência de dissipação em torno de 40w (dissipação de calor). Disto, conclui-se que as especificações de funcionamento do circuito para o transístor seriam: Vce = 80V Ic = 0,5A Pot = 40 W Mas, devemos levar em consideração que apesar das condições de trabalho, podem ainda ocorrer condi- ções adversas provocadas por defeitos. Na figura 39, mostramos a condição de curto da carga, fazendo com que o transístor receba uma tensão de 300V entre coletor-emissor, sem considerar a circulação de FIGURA 39 corrente, que também seria alta. Nestes casos, o fabricante =300Vdc FORTE pensa em um circuito de proteção, que evita a circulação de corrente excessiva no caso de curto. Mesmo com o circuito de 300Vdc CURTO NA proteção, a junção coletor e emissor do transístor deverá su- CARGA portar uma tensão de 300 V. Assim, para um transístor regulador, cuja tensão de entrada seja alta, deverá ser levada em conta toda tensão de entrada e uma sobra de 50%, o que nos daria um transístor com especificação de 400Vce, e com corrente 3 vezes maior que a especificada, para os casos de curtos na carga. A potência de dissipação total, deverá ser em torno de 3 vezes a potência de trabalho normal (40w) resul- tando em 120w aproximadamente. Assim, podemos destacar as características principais de um transístor em uma fonte regulada: 30 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 * Vce (tensão máxima entre coletor e emissor): que seria baseada para cerca de 40% a mais que a tensão de entrada do próprio regulador. * Ic (corrente máxima de coletor): cerca de 3 vezes a máxima corrente calculada para funcionamento normal. * Ptot (potência total): cerca de 3 vezes a máxima potência calculada para funcionamento normal. Outras características poderão ser praticamente ignoradas: * FTmin de transição mínima): considerando que o transístor regulador drena praticamente uma corrente constante, esta característica pode ser desprezada. * Hfe (ganho na configuração emissor comum): transístor de corrente alta, logo o ganho pode ser também desconsiderado. FIGURA 40 300Vdc 220Vdc OBS: muitas vezes, o transístor regulador não tem ganho suficiente para fornecer toda a corrente re- R2 R1 quisitada pela carga. Neste caso, é utilizado um transístor reforçador de corrente como mostrado na figura 40. As características deste transístor são semelhantes as do regulador principal, reduzindo- se a corrente circulante direta (coletor e emissor limitada por R1) e a potência total dissipada no CONTROLE E mesmo. ESTABILIZAÇÃO 2.1.2 TRANSÍSTOR DETECTOR OU AMPLIFICADOR DE ERRO. O objetivo deste transístor é controlar a condução do regulador principal, para que a tensão de saída da fonte mantenha-se estabilizada, como mostramos na figura 41. Dependendo da fonte de alimentação, este trabalhará com uma tensão entre coletor e emissor relativamente alta, pois o coletor está praticamente ligado à base do regulador, enquanto seu emis- FIGURA 41 sor vai à massa através de um zener. A corrente circulante por este é pequena, mas apesar disto, sua dissipação de potência deve ser considera- da. Como estabiliza a fonte através da amplificação da variação que ocorre em sua base, podemos dizer que o GANHO é a característica mais im- portante. Sendo assim, ficamos com as seguin- tes características mais importantes para este transístor amplificador de erro: *Hfe (ganho na configuração emissor comum): Detector ou determinará a condução final do mesmo, poden- amplificador de erro do inclusive modificar a tensão da fonte. Para a figura anterior, podemos dizer que se o ganho for menor, a tensão de saída da fonte aumentará, e se o ganho for maior, diminuirá. 31 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 * Vee (tensão máxima coletor-emissor): deverá ser calculada considerando a máxima tensão retificada e filtrada que entra na fonte estabilizada. * (corrente máxima de coletor): deverá ser calculada tomando como base o resistor do coletor (conside- rando o transistor saturado) * (potência de dissipação total): produto da tensão média sobre emissor-coletor pela corrente circulante pelo resistor de coletor. Outras características praticamente sem importância são: FTmin de transição considerando que o transistor trabalhará em corrente contínua, praticamente seu trabalho em alta poderá ser desconsiderado. 2.2 FONTE DE ALIMENTAÇÃO CHAVEADA 2.2.1 TRANSÍSTORES CHAVEADORES Os transistores utilizados nas fontes chaveadas apresentam características peculiares, pois trabalham como chaves, abrindo e fechando seus contatos de forma muito rápida. Na figura 42, podemos ver uma diagramação básica de uma fonte chaveada série. Alertamos aos alunos deste curso, que o ob- FIGURA 42 jetivo aqui não é explicar detalhadamente o funcionamento da fonte chaveada e sim pas- sar as características básicas dos para que possa ser encontrado um substituto em caso de necessidade (fontes chaveadas serão explanadas detalhadamente no volume 12 deste Notem que quando o transistor satura, a cor- rente não aumentará e sim aos poucos, pois o transformador em série com o CONTROLE transistor apresentará uma alta resistência. E ESTABILIZAÇÃO o capacitor de saída acaba se carregan- do com uma tensão contínua através da saturação pulsada do transistor chaveador. Na análise dos parâmetros de substituição, deveremos levar em consideração a saturação e o corte do Como a tensão de saída gira em torno de e o emissor do está ligado a mesma, podemos dizer que sua saturação gerará no coletor praticamente a mesma Com isto a corrente circulante irá aumentando até chegar a determinado valor (figura Podemos dizer que no caso da saturação, não existirá tensão entre coletor e emissor, apesar de haver corrente, logo, não haverá potência Quando o entrar em corte, o campo eletro- FIGURA 43 magnético do transformador tenderá a se contrair o +300Vdc Ic induzir uma tensão reversa no próprio primário, pro- duzindo uma tensão positiva maior que da fonte (fi- C1 SATURADO C2 gura Assim, o transistor apesar de cortado, deverá supor- 32 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 tar uma tensão de coletor com cerca de 300 Volts de pico (100Vdc no emissor e 400 Vp no coletor). Para o corte do podemos dizer que haverá 300V sobre o mesmo, mas não haverá circulação de corrente, logo, não haverá dissipação de potência. Aparentemente as características já estariam FIGURA 44 Vce = MÁX formadas, pois necessitaríamos de um +300Vdc Ic = 0A que suportasse uma alta corrente (3A ou mais) e uma tensão entre coletor e emissor TRANSISTOR C1 C2 também alta (mais de 400 V). Apesar disso, SATURADO teoricamente o transistor não precisaria ter nenhum potencial de dissipação. NO CORTE DO Isto não é verdade, pois na passagem do corte A TENSÃO para a saturação ou vice-versa, existirá o pro- NESTE PONTO SERÁ duto tensão corrente que produzirá uma dis- MAIOR QUE A FONTE sipação tão maior quanto o tempo desta tran- sição do transistor. Assim, teremos que ter obrigatoriamente uma margem de potência dissipada, que poderá de alguns até perto de uma centena de watts. Outro dado muito importante para o transistor chaveador é a sua de transição mínima, que também deverá ser alta, pois quando passa do corte para a saturação ou vice-versa, tem que realizar esta função no tempo mais curto possível. A tensão máxima Veb, ou seja, a tensão máxima reversa aplicada entre base e emissor, também é outro item importante, pois em geral o transistor chaveador é excitado por um dispositivo reativo (indutor), produzindo portanto, um potencial positivo para satura-lo e um potencial negativo para corta-lo, como mostra a figura 45. TRANSISTOR nível negativo, normalmente tem mai- FIGURA 45 CORTADO or intensidade que o positivo, pois não 120Vdc há carga, ou seja, o estará despolarizado, podendo surgir tensões que ultrapassariam o patamar normal dos 6V máximos aplicados de forma reversa entre base e emissor, destruindo a jun- ção. Para que isto seja evitado, coloca-se diodos de proteção entre base e emissor, evitando que a tensão da base demasiadamente, protegendo assim o transistor. Ficamos então com as seguintes características mais importantes: * VCE (tensão máxima coletor e emissor): deverá ser maior que a tensão de entrada DC da fonte. * (corrente máxima de coletor): deverá ser no mínimo 4 vezes o consumo médio do equipamento. Como exemplo, um aparelho que consuma 0,5 A, o transistor deverá ter no mínimo 2 A de corrente máxima. Ptot (potência total de dissipação): deverá ser a mínima pois o transistor teoricamente não deveria estar dissipando potência. Na substituição, deverá ser levado em consideração a potência do transistor original. * FTmin de transição mínima): considerando que o transistor deverá comutar muito rapida- mente (saturação para o corte e vice-versa), sua frequência de trabalho, deverá ser muito * Cob (capacitância parasita entre coletor e base): deverá ser a menor possível. ELETRÔNICA VOLUME 5/99 33CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 Características sem grande importância: * Hfe (ganho na montagem emissor comum): como o circuito trabalha com polarizações relativamente altas, o ganho específico do transístor não é muito importante. * Veb (tensão máxima reversa emissor-base): apesar de anteriormente já havermos falado que esta carac- terística é importante, os circuitos que rodeiam o transístor chaveador já possuem circuitos de proteção que evitam que a tensão de base caia abaixo da especificada. 2.2.2 TRANSÍSTOR DETECTOR OU AMPLIFICADOR DE ERRO Apesar de ser uma fonte chaveada, a saturação ou o corte do transístor precisam ser controlados para obter- se uma tensão estável na saída, e neste aspecto, o circuito de controle do transístor chaveador é muito semelhante ao circuito usado para controlar o transístor regulador de uma fonte comum, como podemos ver pela figura 46. FIGURA 46 Assim, os aspectos principais abordados para este transístor, na 300Vdc 120Vdc fonte regulada, deverão também ser respeitados aqui: * Hfe (ganho na montagem emissor comum): de- terminará a condução final do mesmo, podendo inclusive modificar a tensão da fonte. Para a figura anterior, com ganho menor, a tensão de saída da fonte aumentará, e no caso de ganho maior, dimi- nuirá. * Vce (tensão máxima coletor-emissor): deverá ser calcula- da, considerando a máxima tensão retificada e filtrada. * Ic (corrente máxima de coletor): deverá ser calculada, to- mando-se como base o resistor de seu coletor (considerando o transístor saturado). * Ptot (potência de dissipação total): produto da tensão mé- dia sobre emissor-coletor pela corrente circulante pelo resistor AMPLI. de coletor. DE ERRO Características praticamente sem importância: * FTmin de transição mínima): considerando que o transístor trabalhará em uma corrente contínua, praticamente seu trabalho em alta poderá ser desconsiderado. OBS: em algumas fontes chaveadas, existem transístores que comutam da mesma forma que o transístor chaveador, sendo estes considerados transístores drivers (veja figura 47), tendo as mesmas características dos transístores chaveadores, com menor corrente e potência final. Apesar de existirem vários tipos de fontes chaveadas, como a série com controle fixo a saída, série com controle flutuante, paralela com auto-transformador; paralela isolada, empregando técnicas de funciona- mento relativamente diferentes, as características dos transístores chaveadores e detectores de erro, deve- rão estar dentro das especificações citadas acima. 34 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 3 CIRCUITO HORIZONTAL. FIGURA 47 300Vdc 120Vdc Apesar do circuito horizontal ser um circuito de comutação, apresenta características especiais, quanto a geração de tensões reversas. Podemos dividir o processamento horizontal em três áreas distintas: oscilador, driver e saída. 3.1 OSCILADOR HORIZONTAL Nos dias de hoje, o oscilador horizontal de televi- CIRCUITO DE ESTABILIZAÇÃO sores somente é encontrado dentro de Integrados E CONTROLE sendo um multivibrador astável que poderá ter sua modificada de acordo com a tensão introduzida no seu controle de tempo (veja figura 48). O objetivo básico deste oscilador é gerar uma onda quadrada, sendo que os transístores desta área não apre- sentam características especiais. Estes transístores possuem baixa tensão (Vce), pouca corrente (Ic) e tam- bém pouca dissipação de potência (Ptot). Ganho deverá ser levado em consideração, pois é um circuito que possui pouca polarização. FIGURA 48 3.2 - DRIVER HORIZONTAL O transístor driver horizontal já apresenta características um pouco mais críticas que os transístores utilizados no circuito oscilador, pois trabalham com uma tensão de ali- mentação alta (+B principal), possuindo além disto um SAÍDA DO circuito reativo em seu coletor (veja figura 49). OSCILADOR Considerando que o transformador driver é capaz de ge- rar uma tensão mais positiva que da alimentação, já pode- TENSÃO mos afirmar que a tensão máxima aplicada entre coletor e P/ CONTROLE DO OSCILADOR emissor deverá ser de pelo menos 50% a mais que a ten- são de +B, ou seja, caso a alimentação fosse de 100 Vdc, o transístor deveria suportar uma tensão mínima de 150V entre coletor e emissor. Outra característica importante é quanto à corrente circulante +B PRINCIPAL máxima, que será limitada pelo primário do transformador em FIGURA 49 condições normais de trabalho, e pelo resistor situado acima do SAÍDA transformador, quando houver inoperância do conjunto (transístor HORIZONTAL driver saturado). A potência de dissipação total também é um dado importante, apesar do transístor driver trabalhar chaveando. Podemos consi- derar que de uma forma geral a potência dissipada ficará abaixo de 1w. OSCILADOR A de transição mínima também é um fator importante HORIZONTAL para transístores drivers que trabalham com tensões de alimenta- ção acima de 60 Vdc. Para tensões menores (abaixo de 50 V), esta característica já não é tão importante. O problema da de transição está relacionado direta- mente com a capacitância parasita entre coletor e base, e quanto 35 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 maior for a diferença de tensão entre coletor e emissor mais influência terá: Assim, podemos resumir as características principais de um transístor driver por ordem de importância: VCE (tensão máxima entre coletor e emissor): deverá ser no mínimo 50% a mais que a alimentação. * Ic (corrente máxima de coletor): deverá ser calculada baseado na saturação do transístor e na resultante de corrente circulante pelo resistor de coletor. * Ptot (potência dissipada total): deverá ser calculada na inoperância do circuito, ou seja, com o transístor driver em meia condução, verificando a corrente circulante pelo circuito, a queda de tensão sobre o transístor e finalmente chegando a potência total dissipada. * FTmin de transição mínima): será um fator muito importante quando o transístor trabalhar com grandes tensões (acima de 60V). 3 SAÍDA É um transístor cuja substituição por outro equivalente é crítica, pois trabalha com um circuito altamente reativo no coletor. Para que tenhamos uma melhor idéia, vamos observar a figura 50. Podemos ver que o circuito de saída horizontal é formado pelo TSH (Transformador de Saída Horizontal), cujo primário forma um circuito ressonante na harmônica do horizontal, produzindo variações positivas no coletor do transístor que chegam a 6 vezes o valor da fonte de alimentação. Portanto, podemos verificar que o transístor neces- FIGURA 50 sitará de uma tensão de coletor e emissor com no TSH (TRANSF. DE SAÍDA HORIZONTAL) mínimo 7 vezes a tensão de + B (tensão que entra +B PRINCIPAL +120V no primário do TSH). Quanto à corrente, podemos dizer que durante a saturação do transístor, poderá chegar a cerca de 4A um pouco antes de seu corte (considerando que o consumo médio de corrente antes do TSH esteja em torno de Para televi- sores atuais, esta corrente de consumo médio fica entre 0,5 e 1A. Como o transístor de saída horizontal é um 600Vp chaveador, poderíamos dizer que não haveria dissi- pação de potência neste, mas como já foi discutido anteriormente, durante seu corte, ocorrerá a dissi- pação interna de potência, devendo o mesmo ter algum lastro de dissipação. As especificações de potência poderão variar muito, indo desde 10w até cerca de 100w (transístores mais conhecidos). ANOTAÇÕES 36 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 TRANSFORMADOR DE FORÇA Há muitos e muitos anos que o transformador de força tem feito parte de nosso cotidiano, em geral sendo usado para diminuir a tensão de rede e a partir disto, conseguir-se tensões contínuas para alimentação de diversos aparelhos eletrônicos. Podemos dizer que este componente caracteriza-se por possuir um primário que receberá a tensão de entrada (neste caso da rede elétrica), induzindo para o secundário uma tensão que poderá ser maior ou menor de acordo com as necessidades do aparelho. O transformador trabalha induzindo tensões conforme sua relação de espiras; caso o primário possua o dobro de espiras do secundário, haverá uma indução da metade da tensão de entrada. A bitola do fio utilizado pelo transformador dependerá de sua corrente final. Em geral, teremos no secun- dário do transformador de rede uma menor tensão, mas com poder de fornecimento de corrente maior, necessitando assim de um fio de bitola maior. Na figura 51, temos o aspecto do transformador de força, onde na representação esquemática, vemos que há mais enrolamentos no primário do que no secundário. Em muitas diagramações não há relação da quantidade de espiras primário-secundário do desenho esquemático comparada a quantidade real do trans- formador. Na figura 52, temos o aspecto físico do transformador, apresentando um transformador comum de baixa tensão no secundário. FIGURA 52 FIGURA 51 TRANSFORMADOR PRIMÁRIO SECUNDÁRIO TENSÕES PRIMÁRIAS DOS TRANSFORMADORES Muitos transformadores de força trabalham somente na rede de 110Vac (ou 127Vac), como foi mostrado na figura 51. Mas, com o aparecimento de cidades que trabalham com 220Vac de rede, tornaram-se co- muns aparelhos com a seleção de tensão 110/220Vac A forma de seleção pode ser manual ou automática (feita com transformador de rede), como foi mostrado no volume anterior. a) Transformador 110 + 110 Vac: esse transformador como podemos ver na figura 53 possui dois enrolamentos idênticos em seu primário, possibilitando-o trabalhar nas duas tensões de rede. Sua ligação para seleção de tensão é um pouco complexa, como veremos mais adiante. b) Transformador 0/110/220Vac: este transformador como pode ser visto na figura 54 possui um enrolamento de tensão de rede de 110vac, utilizando um fio de bitola mais grossa se comparada ao outro enrolamento para 220Vac. Isto se deve ao fato de que na rede de 110Vac, necessitaremos de uma maior corrente circulante (menor para a rede de objetivando a mesma potência final. 37 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 FIGURA 53 FIGURA 54 TRANSFORMADOR DE 110+110V TRANSFORMADOR DE 0/110/220V 220Vac 220Vac 110Vac 110Vac Enrolamento de 110Vac usa fio mais grosso Na figura 55, mostramos como é feita a seleção de voltagem para a rede de 110 e 220Vac. A chave utiliza- da é uma chave inversora simples, com maior capacidade de corrente de seus contatos do que exigido pelo circuito. Quando ligamos a chave na posição de 110Vac, haverá uma indução geral no transformador, onde além das tensões induzidas no secundário, haverá também uma indução de 220Vac no ponto de cima do trans- formador (entrada da chave de 220Vac). A ligação de seleção de tensão do transformador 110+110Vac é mais complexa, como mostramos na figura 56. Vemos nesta figura que necessitaremos de uma chave inversora dupla, e que haverá certas regras a serem seguidas em sua ligação. A figura 57 mostra-nos aspectos de como devem ser ligados os enrolamentos do transformador. FIGURA 55 FIGURA 56 TR1 220Vac 110Vac SW1 FU1 110Vac 220Vac Como vemos na figura 57a, temos a ligação para a rede de 220Vac, onde a rede é lançada diretamente aos pontos extremos do transformador (pontos "a" e "d"); assim já teríamos a tensão da rede aplicada aos extremos, faltando ainda ligar os pontos centrais, que é feita mediante um curto circuito de pontos da chave, interligando os pontos "b" ao "c". Na figura 57b, vemos que o transformador ficou ligado em série, significando que cada enrolamento suporta uma tensão de 110Vac, suportando os dois em série uma tensão de 220Vac. FIGURA 57a FIGURA 57b a a TR1 TR1 220Vac b b 220Vac c SW1 d 38 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 Na figura 57c, temos a chave de seleção de tensão da rede posicionada para 110Vac, o que garante a entrada de tensão para o ponto "a" e "C" no mesmo ponto da rede e "b" e "d" para o outro pólo da rede A figura 57d mostra-nos como ficaria a ligação de forma simplificada do transformador de força. Notem na figura que os enrolamentos estão em paralelo, o que permite uma maior corrente circulante, se compa- rado com a ligação para 220Vac. Uma observação prática importante é quanto a ligação da fase, na rede de 110Vac, pois se houver inversão dos enrolamentos (ligados em paralelo, mas com campos eletromagnéticos em haverá um aque- cimento excessivo do transformador, levando-o à queima. FIGURA 57c FIGURA a a TR1 TR1 110Vac 110Vac SW1 FASES DE EXCITAÇÃO DE UM TRANSFORMADOR O transformador de rede recebe uma excitação simétrica, ou seja, ora circulará corrente em um sentido pelo transformador e ora em outro sentido e com mesma intensidade. Assim podemos definir as diversas fases de excitação como mostramos na figura 58: a) Não há no momento tensão da rede elétrica sendo aplicada ao transformador, não havendo temente campo eletromagnético. Assim também não no secundário deste, ficando a tensão de saída sem diferença de potencial. b) Começa a aparecer um potencial sobre os enrolamentos do transformador, sendo positivo do lado de cima e negativo do lado de baixo. Isto criará um campo eletromagnético que induzirá no secundário do transformador uma tensão proporcional. Se considerarmos que os enrolamentos estão na mesma fase ("pon- to" no desenho definindo a fase do transformador), haverá um início de indução no secundário. c) A tensão aplicada ao transformador chega ao seu ponto máximo, resultando no secundário em uma tensão proporcional. d) Começa agora a haver uma diminuição de tensão aplicada ao transformador, o mesmo acontecendo para o secundário. e) A tensão de rede chega ao seu ponto de neutralidade, ou seja, não haverá tensão aplicada, nem corrente circulante pelo transformador, não havendo também nenhuma tensão induzida. f) Começa nova aplicação de tensão sobre o transformador, agora de forma invertida, que fará com que a corrente circule em sentido inverso, criando conseqüentemente um campo com linhas de força circulando em sentido inverso também. Este campo eletromagnético induzirá no secundário uma tensão proporcional com polaridade também invertida. g) Podemos ver o aumento da tensão sobre o transformador, induzindo no secundário o mesmo efeito. h) Com o início da diminuição da tensão haverá menor corrente circulante e menor campo eletromagnéti- co, refletindo isto no i) A tensão de rede chegará novamente a zero Volt, não havendo tensão no secundário do transformador. Recomeça aqui novo ciclo, onde passaríamos novamente a figura 58b. ELETRÔNICA VOLUME 5/99 39CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 FIGURA 58a FIGURA 58b FIGURA 58c TR1 + TR1 + TR1 + + 0 FIGURA 58d FIGURA 58e FIGURA 58f + TR1 TR1 TR1 + 0 0 + 0 FIGURA 58g FIGURA 58h FIGURA 58i TR1 TR1 TR1 0 + + + 0 PONTOS DE REFERÊNCIA PARA TRANSFORMADOR Um dos grandes problemas na análise de um transformador são seus pontos de referência, que acabam causando erros de interpretação, prejudicando seu entendimento e posterior análise de defeitos. Com respeito a rede elétrica, podemos dizer que haverá constante inversão da polaridade, ora gerando um potencial de 150Vp (rede de 110Vac) em um sentido e ora a mesma tensão aplicada inversamente. Mas o secundário do transformador de força, apesar de receber uma indução proporcional no secundário, tem um dos seus pontos aterrados, como mostramos na figura 59a. Apesar deste ponto do secundário do transformador estar aterrado, continuará havendo uma indução no secundário proporcional ao primário. Consideraremos para análise uma tensão induzida de 20V de pico, como mostramos na figura 59b. Vemos no instante t0, que a tensão induzida é de zero Volt, subindo rapidamente no instante t1 para 10V e no instante t3 já atinge o máximo de tensão positiva que é de 20V. Do instante t4 até o instante t6 a tensão declina até atingir a zero Volt. Começa então a aparecer uma tensão negativa de 10V (ou 10V) no instante t7, que chega ao máximo de variação negativa (-10V) no instante t9. Podemos visualizar as várias fases da variação da tensão da figura 59b, acompanhando a figura 60: a) Como não há tensão induzida, não haverá nenhum potencial também no secundário. b) No instante t1, haverá uma tensão de rede de cerca de 75V (positivo do lado de cima do transformador), induzindo no secundário uma tensão de +10V (tensão naquele instante). 40 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 FIGURA 59a FIGURA 59b TR1 20 15 10 REDE 110 + 5 220Vac t7 t8 t10 t11 t12 0 t2 t3 t4 t5 t14 t15 t16 t17 -5 -10 -15 -20 FIGURA 60a FIGURA 60b FIGURA 60c INSTANTE to INSTANTE t1 INSTANTE t2 + + +10Vp +17,5Vp 75Vp 131Vp FIGURA 60d FIGURA 60e FIGURA 60f INSTANTE t3 INSTANTE t4 INSTANTE t5 + + + +20Vp +17,5Vp +10Vp 150Vp 131Vp 75Vp FIGURA 60g FIGURA 60h FIGURA 60i INSTANTE t6 INSTANTE t7 INSTANTE t8 -10Vp -17,5Vp 0Vac 75Vp 131Vp + + c) No instante t2, com a tensão de rede em elevação, chegamos a tensão de 131Vp (rede) que acaba induzindo um potencial no secundário de 17,5V. d) No instante t3, chegamos ao ponto de máxima tensão de rede (150V), havendo no secundário do trans- formador uma tensão de +20V. e) No instante t4, começa o declínio da tensão aplicada pela rede caindo para 131V, o que reflete no secundário com uma tensão (ainda positiva) de 17,5V. ELETRÔNICA VOLUME 5/99 41CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 f) No instante t5, chegamos a uma tensão de rede de 75V, abaixando ainda mais a tensão do secundário (apesar de ainda positiva) em 10V. g) No instante t6, não existe potencial sendo induzido, o que reflete no secundário também na ausência de potencial. h) No instante t7, há a inversão de polaridade da rede elétrica e com isto começa a surgir um potencial de 75V (note a polaridade invertida). Com esta inversão, haverá a criação de um potencial abaixo da massa (referência) com um valor de 10V (-10V). i) No instante t8, a tensão de rede chega a 131Vp (com polaridade invertida), resultando no secundário em uma tensão abaixo da massa de 17,5V (-17,5V). As variações aplicadas pela rede chegam até 150V e após declinam até chegar novamente ao zero Volt, reiniciando o ciclo. RETIFICAÇÃO DA TENSÃO DO TRANSFORMADOR RETIFICAÇÃO é a capacidade de transformar uma tensão alternada em uma contínua (que circula em um mesmo sentido), que em geral será pulsante (quando não utilizamos capacitor de saída). Existem várias formas de retificar a tensão de um transformador, sendo utilizado a MEIA-ONDA (para cargas de consumo menor) ou ONDA COMPLETA (para consumos maiores). a) RETIFICAÇÃO EM MEIA-ONDA A figura 61 mostra-nos uma forma clássica de retificação em meia-onda. O diodo D1 da figura terá como objetivo manter uma corrente em um único sentido pela carga Como o transformador de força induz uma tensão máxima de 20Vp, analisaremos o que acontecerá com a tensão no ponto [A] e [B], pela figura 61 a e 61b. FIGURA 61a +20 15 10 + + 5 t7 t8 t10 t11 t12 FIGURA 61 A 0 to t1 t2 t3 t4 t5 t14 t15 t16 t17 -5 TR1 -10 A D1 B -15 -20 RL1 FIGURA 61b +20 + + t7 t8 t10 t12 B 0 to t2 t3 t4 t5 t13 t14 t15 t17 -20 42 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 Primeiramente devemos considerar o instante onde não temos tensão aplicada ao transformador. Isto resultará tanto em uma tensão zerada no ponto [A] como no ponto [B]. Já para o instante de tempo t1, haverá uma tensão no transformador de +10V (acima da massa), o que permite a polarização do diodo D1, transferindo para a carga RL1, uma tensão de 9,4V (figura 61b). Existe uma diferença de 0,6V entre a tensão gerada pelo transformador e a tensão levada a carga, que para as análises gerais será desconsiderada, onde diremos simplesmente que a tensão do transformador foi passa- da para a saída. diodo D1 manter-se-a em condução praticamente até o instante t6, onde a tensão do seu ânodo será a mesma da massa (zero Volt), não mais conduzindo. Logo em seguida começa novamente a aparecer tensão no secundário do transformador (instante t7 ao t11), só que negativa em relação a massa, impedindo que o diodo conduza. Assim não manifesta-se corren- te pela carga RL1, mantendo-se em zero Volt, como mostramos do instante t7 ao t11, da figura 61b. Assim teremos sobre a carga somente picos de potencial positivo (corrente contínua pulsante), sendo rejeitados os picos de potencial negativo. Esta retificação é chamada de MEIA-ONDA, porque trabalha apenas com metade do ciclo completo (no caso os semi-ciclos positivos). Na figura 62, retiramos um dos pontos do transformador diretamente da massa, colocando o resistor R2 entre este ponto e a massa. Apesar disto, o técnico deverá ter como certo que o transformador continuará recebendo uma tensão de 20Vp induzida (ora com uma polaridade, ora com outra), como mostramos na figura 62a. FIGURA 62 FIGURA 62a TR1 TR1 A D1 C A D1 C R1 R1 1ks B B R2 R2 No instante t3, temos uma tensão de apenas +10V no ponto [A], e não de 20 Volts como vimos anterior- mente. Mas se notarmos, a forma de onda do ponto [B] no mesmo instante (t3), veremos que está com 10V, ou seja, continuaremos a ter 20V induzidos no secundário do transformador. Antes tínhamos 20Volts positivos no ponto [A] e zero Volt no ponto [B] que estava aterrado; agora na verdade os dois enrolamentos do transformador apresentam a mesma "impedância" (ou resistência equi- valente) em relação à massa. Podemos definir melhor o que seria isto, observando a figura 62a, que mos- tra-nos o circuito equivalente com dois resistores, tendo seu ponto comum ligado à massa. Ainda outro fato interessante acontece, no meio-ciclo seguinte da rede elétrica, pois com o potencial negativo no ponto [A] e positivo no ponto [B], não haverá a circulação de corrente pela malha e em disto, a impedância criada pelo diodo D1 será altíssima. Assim o transformador não transfe- rirá sua tensão para o circuito, apesar de continuar recebendo indução de 20V do primário. O instante t7, tanto para a figura 62a como 62b, define bem como seria manifestada a tensão de saída. O diodo D1 está cortado e o circuito de menor resistência será via R2 que prenderá o ponto de baixo do transformador à massa (ponto [B]) não havendo manifestação de tensão neste ponto (figura 62c). Já no ponto [A], a tensão ficará com -20V, criando uma forma de onda desbalanceada em tensão. O meio-ciclo seguinte será uma manifestação do primeiro e voltará a tensão a manifestar-se como antes. A resultante na saída [C], será de uma tensão pulsante positiva, com retificação em meia onda. A diferença ELETRÔNICA VOLUME 5/99 43CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 em relação a figura 61b, será que lá teremos semi-ciclos positivos com 20V de amplitude e aqui so- FIGURA 62b mente 10V (devido a queda de ten- +10 são em R2). Na figura 63, temos outra forma de A 0 t3 ligar o diodo D1, permitindo que para a carga (R1) vão somente os -10 semi-ciclos positivos do transfor- mador. A figura 63a, mostra que no ponto [A] surgem apenas semi- ciclos de tensão positivos, pois Neste instante Neste instante quando o ponto [A] ficar positivo a tensão do ponto a tensão do ponto "A" é de 10V, "A" é de -20V, e o ponto [B] negativo, conduzirá enquanto no ponto enquanto no ponto o diodo, mantendo este ponto à "B" é de -10V "B" é de no total no total massa, permitindo o aparecimento temos 20V temos 20V do potencial positivo no ponto [A]. +10 FIGURA 62c Quando a polaridade do transfor- t3 mador se inverter, haverá o B 0 surgimento de um potencial nega- tivo no ponto [A] e positivo no -10 ponto [B] cortando o diodo. Com isto o diodo terá uma alta resistên- cia a manifestação da tensão, fican- FIGURA 62d do o ponto de cima do transforma- dor preso ao resistor R1 e à massa, Passarão para o ponto "C" somente as variações positivas permanecendo em zero volt, da tensão induzida, devido ao diodo D1 gindo agora o potencial positivo do +10 transformador no ponto [B] (figu- ra 63b). C 0 A figura 64 mostra-nos uma resul- tante de retificação e filtragem -10 muito interessante, quando coloca- mos o capacitor C1 diretamente li- gado ao ponto [A] do transforma- dor. A primeira vista pode parecer que este circuito não seria possível devido ao transformador gerar AC, mas na verdade o diodo D1, permi- tirá somente semi-ciclos positivos atuantes para este capacitor. Assim teremos na figura 64a, a representação dos semi-ciclos positivos sendo retificados e filtrados, ge- rando uma tensão aproximada de 20V com um leve ripple. Neste mesmo instante, podemos ver que em [B] a tensão estará zerada devido a condução do diodo D1, fixando este ponto na referência terra. Quando a polaridade de tensão deste transformador inverter, será mantida a tensão sobre o capacitor C1 em aproximadamente 20V, enquanto que o ponto [B] tornar-se-a positivo (+20V). Como o diodo D1 fica completamente cortado neste meio tempo, haverá uma elevação de potencial neste ponto para aproxima- damente 40V positivos em relação a massa. Apesar de parecer que o transformador gerou esta tensão, ela é resultado da somatória entre a tensão de 20V armazenada no capacitor C1, mais a tensão induzida no transformador de 20V. 44 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 FIGURA 63a +20 A 0 FIGURA 63 o TR1 A Com o ponto "A" Ficando o ponto "B" -20 ficando positivo e o positivo o diodo D1 ponto "B" negativo cortará ficando o teremos a condução ponto "A" preso em do diodo D1, mantendo zero volt, aparecendo o seu catodo em 0,6V 20V no ponto "B". B e criando no ponto "A" a tensão de +20V +20 FIGURA 63b B 0 -20 FIGURA 64a +20 A FIGURA 64 Temos no ponto A TR1 uma tensão armaze- nada de +20V ficando A agora o ponto B -20 C1 20V mais positivo que o ponto A gerando uma R1 tensão de +40V Podemos ver que D1 o ponto A recebe um B potencial positivo, enquanto +40 o ponto B fica FIGURA 64b preso ao potencial massa via diodo D1 + B 45 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 Este tipo de circuito pode ser utilizado para criar tensões ou variações rápidas de tensões maiores, desde que o consumo seja baixo, não vindo a prejudicar ao armazenamento de tensão feito em C1. Na figura 65, vemos uma retificação e filtragem das mais utilizadas, onde o diodo D1 retificará os semi- ciclos positivos para a carga do capacitor C1, criando assim uma tensão contínua para a polarização da resistência de carga R1. A figura 65a, mostra-nos a senóide de 40Vpp, que aparecerá no ponto [A] do transformador. Já no ponto [B] aparecerá somente a tensão contínua com um leve ripple (ondulação), como mostramos na figura 65b. ripple é uma variação da tensão da fonte que será maior ou menor dependendo da carga do capacitor ou ainda do consumo da resistência de carga. Na figura 65c vemos detalhes de como o ripple se manifesta. Este ripple é definido como uma variação de tensão pico-a-pico, devendo ser a menor possível conforme a necessidade do equipamento alimentado. Nesta figura, vemos que o ripple varia de 15V até 20V, em uma variação de 5Vpp (25% da tensão total da fonte). +20 FIGURA 65a + + A FIGURA 65 TR1 A D1 B -20 C1 R1 FIGURA 65b +20 B PERÍODO DE TEMPO EM QUE o CAPACITOR C1 VAI FORNECENDO CARGAS PARA QUE o CIRCUITO POSSA FUNCIONAR -20 PERÍODO EM QUE A CARGA DE C1 FIGURA 65c RIPPLE DE 5Vpp +20 +15 46 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 Em fontes de alimentação convencionais (apenas com retificação e filtragem), o ripple deverá ficar em torno de 10% da tensão máxima de alimentação. No caso de uma fonte de 12V, seria aceitável encontrar uma variação que iria de 11,4V até 12,6V. O ripple sempre deverá ser visualizado com o consumo máximo especificado para determinada fonte, pois fica claro que sem consumo, não haverá descarga do capacitor da fonte e conseqüentemente não haverá ripple. b) RETIFICAÇÃO EM ONDA COMPLETA A retificação em onda completa é a capacidade de levar para a carga os dois semi-ciclos de tensão gerados pelo transformador, mas de forma retificada, ou seja, estes ciclos sempre positivos ou sempre negativos. A figura 66, mostra-nos um transformador de rede, que possui em seu secundário um enrolamento com center-tape, gerando uma tensão de 20V+20V, ou 40V considerando os extremos do transformador. Podemos dizer que enquanto o ponto [A] do transformador cria uma tensão de +20V positivos, o ponto [B] do mesmo transformador estará recebendo uma tensão de -20V em relação a massa. No total teríamos induzido no secundário uma tensão de 40V, mas sendo aproveitados somente +20V que serão retificados pelo diodo D1 e levados à resistência de carga R1. No semi-ciclo seguinte, podemos ver que em [B] (figura 66b) surge um potencial positivo (enquanto que em [A] negativo), fazendo o diodo D1 cortar e o diodo D2 conduzir levando novo semi-ciclo positivo à resistência de carga. +20 FIGURA 66a + A FIGURA 66 TR1 A D1 C -20 D2 +20 B R1 + FIGURA 66b B - -20 FIGURA 66c +20 + + + C S/ CAPACITOR -20 ELETRÔNICA VOLUME 5/99 47CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 Ficamos assim, com os dois semi-ciclos gerados pelo transformador levados a carga, resultando no que é mostrado na figura 66c. Com a repetição dos semi-ciclos positivos, haverá pequena interrupção na tensão de alimentação para a resistência de carga. Colocando agora um capacitor de filtro a este circuito como vemos na figura 67, teremos também uma tensão contínua já com ripple menor, pois logo que um dos semi-ciclos termina, outro já começa (veja figura 67a). Na figura 67b, temos a representação detalhada de como ficaria o ripple para uma retificação em onda completa. O ripple para este circuito chega a ser quase 3 vezes menor do que para a retificação em meia- onda. FIGURA 67 FIGURA 67a TR1 A D1 C +20 C1 + D2 C C/ CAPACITOR Período de tempo B em que o capaci- R1 tor C1 vai forne- cendo cargas para que o circuito -20 possa funcionar. Período que há carga de C1 FIGURA 67b RIPPLE DE 2,5Vpp +20 +15 Na figura 68, temos mais um circuito de fonte com retificação em onda completa, onde vemos que o transformador deverá gerar uma tensão de pico de 20V, onde obteremos na saída (através do arranjo dos diodos) em uma retificação em onda completa. Consideraremos em primeiro lugar que o ponto [A] do transformador fique com um potencial positivo (figura 68a) e o ponto [B] com potencial negativo, como mostramos na figura 68b, haverá uma circulação de corrente pelo diodo D1, passando pela resistência de carga e retornando pelo diodo D4 ao ponto [B] do transformador. Quando houver a inversão da polaridade do transformador ficando o ponto [A] negativo e o ponto [B] positivo, haverá uma circulação de corrente via D3 que passará pela resistência de carga no mesmo sentido anterior, retornando pelo diodo D2 ao transformador no ponto [A]. Assim teremos uma retificação em onda completa dos semi-ciclos para a carga. Analisando agora as formas de onda da figura 68a e 68b vemos que haverá no instante t3, um potencial positivo de +20V, enquanto que no ponto [B] o potencial fica zerado devido a condução do diodo D4 que prende este ponto a massa. Já no instante t9, vemos o ponto [A] negativo, enquanto o ponto [B] fica positivo. Assim, o diodo D2 não 48 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 permitirá que o potencial do ponto [A] caia abaixo da massa, ficando então o ponto [B] com um potencial de +20V. A figura 68c, mostra-nos como ficaria a forma de onda sobre a carga com a retificação dos semi-ciclos positivos do transformador. +20 FIGURA 68a FIGURA 68 A t3 t9 A o TR1 o ponto "A" fica agora D2 D1 grampeado a massa via C -20 diodo D2 enquanto no Enquanto o ponto "A" ponto "B" aparecer um fica com tensão positi- potencial positivo va, o ponto "B" é gram- D4 D3 peado a massa via R1 diodo D4. +20 B FIGURA 68b B t3 -20 FIGURA 68c +20 A A C SEM CAPACITOR -20 Na figura 69 podemos ver a fonte de alimentação com retificação em onda-completa e com capacitor de filtro, que resulta na forma de onda sobre a resistência de carga indicada na figura 69a. Se o consumo da carga for muito alto, o ripple gerado poderá gerar problemas de distorções de sinal e daí tornar-se necessário uma melhor filtragem da tensão da fonte. Uma das melhores saídas para a filtragem é a utilização do choque de filtro que é um transformador que bloqueará variações de baixa (ripples) diminuindo-os consideravelmente. 49 ELETRÔNICA VOLUME 5/99CURSO DE ANÁLISE DE DEFEITOS VOLUME 5 FIGURA 69 FIGURA 69a A TR1 +20 D2 D1 C A B A C1 C D4 D3 R1 COM CAPACITOR B -20 FIGURA 69b FIGURA 69c D1 D2 + A A R1 R1 D4 D3 B + B A figura 70 mostra-nos este circuito onde em C1 haverá determinado ripple (em torno de 10% da tensão de alimentação). Como o indutor tende a se opor as variações de corrente, estas variações da tensão da fonte para a saída deste, serão razoavelmente barradas, resultando sobre C2 em um ripple de aproximadamente 2% da tensão da fonte. FIGURA 70 TR1 D2 D1 L1 C1 C2 D4 D3 FONTES ESTABILIZADAS O choque de filtro apesar de eliminar consideravelmente o ripple, possui grande dimensão e não estabiliza a tensão de saída da fonte. Assim a melhor saída para a solução de problemas de ripple e de estabilização foi utilizar fontes estabilizadas. A figura 71 nos dá um exemplo de resistência de carga, que poderá ser um auto-rádio-toca-fitas, cuja alimentação é especificada em 12 Volts e sua corrente máxima em 2 amperes. Este aparelho será simplifi- cado como RL1 (Resistence Load) ou resistência de carga. Na figura 72, vemos o circuito elétrico simples criado para polarizar nossa resistência de carga. Devemos ter uma tensão de alimentação de 12V, capaz de fornecer uma corrente máxima de 2A. De posse de uma chave de mudança de tensão, um fusível, um transformador de 12V de tensão de secun- dário, 4 diodos para 2 amperes e um capacitor (em torno de 1.000uF), podemos fazer facilmente o circuito mostrado na figura 73, que servirá para alimentar nosso auto-rádio toca-fitas. Retificando e filtrando a tensão de 12Vac, acabamos gerando uma tensão de 16Vdc que é relativamente alta para que possamos alimentar diretamente o aparelho. 50 ELETRÔNICA VOLUME 5/99