Transistores: O Que São, Como Funcionam e Para Que Servem — Eletrônica do Zero #8

Na parte 7 da série vimos o diodo: o componente que decide para que lado a corrente vai. Agora chegamos ao componente que decide quanta corrente passa — e essa diferença é tão grande que ela separa a eletricidade da eletrônica.

O transistor é a peça que mudou o século. Todo processador é feito de bilhões deles, todo amplificador de som depende deles, toda fonte moderna chaveia com eles. E o mais importante para quem conserta: ele é, de longe, o componente ativo que você mais vai testar na bancada. Nesta parte 8 você vai entender como ele funciona, o que significam base, coletor e emissor, as duas funções que ele exerce e como identificar um transistor queimado.

O que é um transistor, na prática

Um transistor é um componente de três terminais em que um deles comanda os outros dois. Uma corrente pequena entrando por um terminal libera uma corrente muito maior entre os outros dois.

A analogia certa é a torneira. A água da rede tem pressão de sobra; o que decide se ela sai e com que vazão é o registro. O esforço da sua mão no registro é ridículo perto da força da água que passa — mas é a sua mão que manda. No transistor, a corrente de comando é o registro, a corrente de trabalho é a água.

Os três terminais têm nome: base (o registro), coletor (por onde a corrente principal entra) e emissor (por onde ela sai). Guarde essa frase: uma corrente miúda na base autoriza uma corrente grande do coletor para o emissor. É isso o tempo todo.

NPN e PNP: os dois sabores

Transistores bipolares existem em duas versões, e a diferença é só o sentido em que tudo acontece:

• NPN — conduz quando a base recebe tensão positiva em relação ao emissor. O emissor costuma ir para o negativo/terra. É o mais comum na bancada.
• PNP — funciona espelhado: conduz quando a base é puxada para baixo em relação ao emissor. O emissor costuma ir para o positivo.

No símbolo do esquema, a seta fica sempre no emissor e ela aponta no sentido convencional da corrente. Seta apontando para fora do componente = NPN. Seta apontando para dentro = PNP. Essa é a leitura mais rápida que existe.

Eletricamente, um transistor bipolar se comporta como dois diodos costas com costas, com a base no meio. É por isso que a escala de diodo do multímetro consegue testá-lo — e é o mesmo motivo pelo qual os 0,7 V de pedágio que estudamos no diodo reaparecem aqui.

As duas funções: chave e amplificador

Todo transistor faz uma dessas duas coisas, e saber qual delas o circuito está pedindo muda completamente o diagnóstico.

Como chave (o uso mais comum em reparo). Aqui só existem dois estados. Base sem corrente = corte: nada passa entre coletor e emissor, é como um interruptor aberto. Base com corrente de sobra = saturação: passa tudo o que o circuito permitir, e sobra apenas 0,1 a 0,3 V entre coletor e emissor. É assim que um pino de 3,3 V de um microcontrolador liga um relé de 12 V, um motor, uma lâmpada ou uma linha de alimentação inteira.

Como amplificador. Aqui o transistor trabalha no meio do caminho, na chamada região ativa: a corrente de coletor acompanha proporcionalmente a corrente de base. Um sinalzinho fraco de microfone entra pela base e sai ampliado no coletor, com a mesma forma e mais energia. Áudio, rádio e instrumentação vivem disso.

Regra prática de bancada: se você mede a base de um transistor e encontra uma tensão parada em 0 V ou colada na alimentação, ele está trabalhando como chave. Se encontra um valor intermediário e estável, é amplificador.

O ganho e o resistor de base

A relação entre a corrente grande e a corrente de comando se chama ganho, escrito como hFE ou β. Um transistor com hFE de 200 entrega 200 mA de coletor para cada 1 mA de base. Parece mágica, mas tem preço: esse ganho varia muito de peça para peça, com a temperatura e com a corrente — dois transistores do mesmo lote podem ter hFE de 150 e 400.

Por isso todo projeto sério não conta com o ganho exato. Quando o transistor é usado como chave, o projetista simplesmente joga na base o dobro ou o triplo da corrente necessária, garantindo saturação mesmo no pior transistor da caixa.

E aqui entra um componente que você vai ver sempre junto: o resistor de base. A junção base-emissor é um diodo — se você ligar a base direto numa saída de 5 V, a corrente dispara e o transistor morre. O resistor limita essa corrente, exatamente como o resistor de LED que calculamos na parte 2. A conta é a mesma: subtraia os 0,7 V da junção da tensão de comando e divida pela corrente de base desejada. Com 5 V de comando e 1 mA na base, dá cerca de 4,3 kΩ — e é por isso que 4,7 kΩ e 10 kΩ são os valores que mais aparecem grudados na base de transistores em placas reais.

Os que você vai encontrar na bancada

BC547 / BC548 / 2N3904 (NPN) e BC557 / 2N3906 (PNP). Corpinho preto meia-lua TO-92, três perninhas. Corrente baixa, até uns 100 mA. São os transistores de sinal e de chaveamento leve — acionam LEDs, optoacopladores e outros transistores.

BD139 / BD140. Encapsulamento TO-126, com abinha metálica. Potência média, até 1,5 A. Vivem em fontes lineares e drivers.

TIP41 / TIP42, TIP122 (darlington). TO-220, aba metálica grande para dissipador. Vários amperes. O darlington é um par de transistores no mesmo corpo: ganho gigantesco, mas a queda de saturação sobe para cerca de 1,2 V e ele esquenta mais.

SMD (S8050, S8550, MMBT3904). Três terminais num corpo minúsculo SOT-23, marcados com um código de duas ou três letras em vez do nome completo — J3Y, 2TY, 1AM. Você precisa consultar a tabela de códigos SMD para saber o que é.

Um detalhe que engana muita gente: a pinagem não é padronizada. Um BC547 tem coletor-base-emissor visto de frente; um 2N3904 é emissor-base-coletor. Errar a pinagem na troca é a causa número um de “troquei e não funcionou”. Na dúvida, use o testador de componentes ou o datasheet.

Transistor bipolar × MOSFET

Você vai ouvir muito que “o MOSFET substituiu o transistor”. Não é bem isso — são primos com filosofias diferentes. O transistor bipolar é comandado por corrente na base; o MOSFET é comandado por tensão no gate, praticamente sem consumir corrente.

Na prática isso significa que o MOSFET chaveia correntes altas com muito menos perda, e por isso domina fontes chaveadas, placas de notebook e conversores. O bipolar continua imbatível em sinais pequenos, circuitos analógicos e comando simples. Se você já quiser se adiantar, o guia de como testar MOSFET com multímetro mostra as armadilhas específicas dele.

Onde o transistor aparece numa placa real

Acionamento de relé. O clássico: um NPN pequeno recebe o sinal do microcontrolador pela base e fecha o circuito da bobina. Sempre acompanhado do diodo de roda livre em paralelo com a bobina — sem ele, o pico da bobina desligando fura o transistor. Transistor de relé queimando repetidamente quase sempre significa diodo de roda livre aberto.

Chaveamento de linhas de alimentação. Em placas de notebook e TV, transistores (e MOSFETs) ligam e desligam trilhos inteiros de 3,3 V e 5 V conforme a sequência de energização. Linha que não sobe muitas vezes é o transistor de comando dela, não o regulador.

Amplificação de áudio. Nos estágios de saída, pares de transistores de potência entregam corrente ao alto-falante. Costumam morrer em curto e levar junto o fusível.

Proteção e realimentação em fontes. Um transistor lendo a tensão de um shunt e cortando a saída ao ultrapassar um limite é o coração da proteção contra sobrecorrente.

Como testar um transistor

Use a escala de diodo, nunca a de resistência, e lembre que ele é dois diodos com a base no meio. Para um NPN, com a ponta vermelha fixa na base:

• Vermelha na base, preta no coletor: deve ler entre 0,450 e 0,750;
• Vermelha na base, preta no emissor: deve ler valor parecido, geralmente um pouco maior;
• Invertendo as pontas nos dois casos: deve dar OL (nada passa);
• Entre coletor e emissor, nos dois sentidos: deve dar OL.

Num PNP é tudo igual, só que com a ponta preta fixa na base. Os vereditos: leitura baixa ou zero em qualquer par nos dois sentidos = transistor em curto, condena. OL em todos os testes = aberto, condena. Condução entre coletor e emissor sem nada na base também condena.

Vale sempre a regra de ouro do teste em placa: fora do circuito o resultado é definitivo; dentro do circuito, resistores e junções em paralelo podem mascarar a leitura. O procedimento completo, com as armadilhas de medir em circuito, está no guia de como testar resistores, diodos e transistores na placa.

Perguntas frequentes

Como sei qual perna é a base?
Pelo teste: a base é a única perna que apresenta condução (0,4 a 0,8) para as outras duas no mesmo sentido. Achou essa perna, achou a base — e o sentido em que ela conduz já diz se é NPN (conduz com a vermelha na base) ou PNP (conduz com a preta). Um testador de componentes faz isso e ainda mostra o hFE.

Posso trocar um transistor por outro parecido?
Pode, desde que o substituto tenha o mesmo tipo (NPN por NPN), tensão e corrente máximas iguais ou maiores, e ganho na mesma faixa. Mas confira a pinagem, que muda entre famílias, e nunca troque um transistor comum por darlington: a queda de saturação maior desregula o circuito.

Por que o transistor esquenta?
Porque o calor é tensão vezes corrente, como vimos na parte 3. Bem saturado, ele tem só 0,2 V de queda e esquenta pouco. Trabalhando na região ativa com corrente alta, pode dissipar vários watts. Transistor de chaveamento muito quente é sinal de que ele não está saturando — geralmente por resistor de base alterado ou sinal de comando fraco.

Transistor queimado dá curto ou abre?
Curto é bem mais comum, normalmente entre coletor e emissor, e o sintoma é a linha que ele alimentava indo para o valor cheio ou a fonte entrando em proteção. Aberto acontece principalmente nos de sinal.

Qual a diferença entre transistor e chip?
Nenhuma, em essência: um chip é uma pastilha com transistores integrados — de algumas dezenas num regulador a dezenas de bilhões num processador moderno. Entender um transistor é entender o tijolo de tudo o que existe dentro de qualquer circuito integrado.

Conclusão

O transistor é o primeiro componente da série que faz algo que nenhum outro faz: controlar. Resistor limita, capacitor guarda, diodo direciona — o transistor decide. Guarde três frases e você lê qualquer transistor numa placa: uma corrente pequena na base comanda uma corrente grande do coletor para o emissor; ele é dois diodos com a base no meio; e ele trabalha ou como chave ou como amplificador, nunca dos dois jeitos ao mesmo tempo.

Na parte 9 fechamos a fase de componentes com o MOSFET: o primo comandado por tensão que domina toda placa moderna, tem um diodo escondido dentro e é o campeão absoluto de defeito em fontes chaveadas e notebooks.