Trabalho

Trabalho de Eletrônica de Potência

Transistor de Potência

Introdução

        Um transistor é um dispositivo semicondutor PNP ou NPN de três camadas com duas junções. Os transistores têm dois tipos básicos de aplicação: amplificação e chaveamento. Em eletrônica de potência, em que o objetivo principal é o controle de potência, eles são invariavelmente usados como chaves. São empregadas principalmente em choppers e em aplicações para inversores.

        Dois tipos de transistores de potência são muito utilizados em circuitos eletrônicos: o transistor bipolar de junção (BJT) e o transistor de efeito de campo metal-óxido-semicondutor (MOSFET). A velocidade de chaveamento de um BJT é muitas vezes mais lenta do que a de um MOSFET. Um TBJ é um dispositivo controlado por corrente, e uma grande corrente de base é necessária para mantê-lo em estado ligado. Essas limitações aumentam a complexidade do projeto dos circuitos acionados da base do transistor, tornando-os mais caros que o MOSFET. Os MOSFETS de potência, por outro lado, são dispositivos controlados por tensão. Por outro lado a queda de tensão no MOSFET durante o estado ligado é mais alta do que no BJT. São preferíveis aos BJTs em aplicações com frequência alta, nas quais a potencia de chaveamento é o ponto importante.

TBJ Transistor bipolar de junção de potência

        Os transistores de potência que são encontrados no mercado são de dois tipos: NPN e PNP. Independente do tipo todos apresentam três terminais: base, emissor e coletor.

        Pegando com base para as explicações o transistor NPN também chamado de transistor bipolar de junção (BJT), pode-se ver sua simbologia e estrutura na figura abaixo:

[pic 1]

Curva Característica (para a configuração emissor comum)

Saturação [pic 2]Região ativa [pic 3][pic 4][pic 5]

Corte

        Todos os pontos de operação entre o corte e a saturação estão na região ativa do transistor. Nessa região, tanto Ic como Vce são relativamente altos, o que resulta em uma dissipação maior de potência no transistor.

Funcionamento como uma chave

        Região de Corte – Corrente de base aproximadamente igual a zero, a corrente do coletor será desprezível e o transistor estará em corte, no estado desligado. Ambas as junções estão reversamente polarizadas e o BJT se comporta como uma chave aberta.

        Região de Saturação – Corrente de base for suficiente para acionar o transistor até a saturação, tensão coletora - emissora aproximadamente igual a zero, ambas as junções estão diretamente polarizadas e o BJT se comporta como uma chave fechada.

        Região Ativa – junção base - emissor diretamente polarizada enquanto a junção base - coletor fica reversamente polarizada. Costuma se usada para a amplificação de sinas e é evidente em aplicações do tipo chaveamento.

        É importante observar que a curva característica VI não apresenta região reversa. O BJT não pode bloquear mais que 20 V na direção inversa. Por isso não são usados em CA, a menos que um diodo reverso seja ligado em paralelo ente CE para protegê-lo.

Curva Ideal        

[pic 6]

        O transistor está desligado, não há corrente no coletor, seja qual for o valor de Vce. Quando o transistor está ligado, a tensão Vce é zero, seja qual for o valor da corrente de coletor.

                                

Polarização emissor comum

[pic 7][pic 8]

        Quando um transistor é usado como chave, a corrente da base será fornecida pelo circuito de controle que estará conectado entre a base e o emissor. O coletor e o emissor atuam como terminais de potência da chave. A corrente Ib determina se o transistor estará desligado( sem corrente na carga Rc ) ou ligado ( permitindo o fluxo de corrente).

Perdas de Potência

        Há quatro fontes de perda de potência em um transistor: perdas na condução (ligado), perdas por fuga (desligado), perdas por passagem para o estado ligado e perdas por passagem para o estado desligado. As perdas de potência em um transistor, durante o chaveamento, quando ele está ligado ou desligado, são baixas, mais durante o chaveamento há perdas apreensíveis de potência, que  variam de acordo com a frequência.

Perdas no estado ligado: Pon=Pb+ Pc  [pic 9]

OBS: Como a perda de potência na base é pequena em alguns casos ela pode ser desconsiderada.

Perdas no estado desligado: [pic 10]

Perdas durante a ligação e o desligamento: [pic 11]

        

Teste de um transistor

[pic 12]

        O estado de um transistor pode ser testado com um ohmímetro. Essa analogia de um transistor NPN com diodos pode ser usada para visualizar como deve ser feito o teste.

        Quando diretamente polarizadas as junções base - emissor e base - coletor devem ter uma resistência relativamente pequena, enquanto devem registrar uma resistência muito maior na polarização inversa. A resistência entre o coletor e emissor nas duas direções é muito maior que a resistência direta de cada uma das junções. Nos transistores de silício Rce pode ter uma leitura infinita. Os transistores de potência com defeito apresenta muitas vezes um curto de coletor a emissor, mesmo quando ambas as junções passam no teste.

        

        O tipo do transistor pode ser determinado a partir da observação da polaridade dos terminais do ohmímetro, quando aplicadas na junção base – emissor.Se o terminal positivo for ligado a base e o negativo ao emissor, uma leitura de baixa resistência o transistor é tipo NPN, ao passo que se perceber uma resistência alta o transistor é tipo PNP.

Proteção de um BJT

Proteção de sobrecorrente - A elevação de temperatura devido ao aumento de corrente é muito rápida, assim os fusíveis não podem ser utilizados para proteger o BJT. Logo deve-se desligar o dispositivo sempre que a corrente ultrapassar os valores permitidos.