Em meados da década de 1960, a Motorola Semiconductor registrou os transistores 2N3906 PNP e 2N3904 NPN em pacotes plásticos TO-92. Como esses transistores são amplamente disponíveis a baixo custo e são robustos, eles estão disponíveis em grandes quantidades para iniciantes e pesquisadores. Neste artigo, apresentaremos as especificações do transistor 2N3904, seu princípio de funcionamento, exemplo de circuito aplicado, transistor equivalente e aplicações.
Descrição dos transistores 2N3904
Os transistores 2N3904 são transistores bipolares de junção (BJT) do tipo NPN fabricados em silício. São normalmente utilizados em aplicações de circuitos eletrónicos como interruptores ou amplificadores.
Especificação 2N3904
- Corrente – Coletor (Ic) (máx.): 200 mA
- Ganho de corrente CC ou hFE (máx.): 300
- Ganho de corrente CC ou hFE (mín.): 100 @ 150 mA, 10 V
- Tensão coletor-emissor (Vce): 40 V
- Tensão base-emissor (Vbe): 6 V
- Tensão coletor-base (Vcb): 60 V
- Saturação Vce (máxima) sob condições Ib, Ic: 500mV @ 50mA, 500mA
- Potência – Máxima: 800 mW
- Frequência – Conversão: 100 MHz
- Embalagem/Caixa: TO-39-3, TO-205AD
Configuração da pinagem do 2N3904
O transistor 2N3904 é composto por três pinos:
- Pino 1 (emissor): a corrente fluirá através deste terminal.
- Pino 2 (Base): Este pino controla a polarização do transistor.
- Pino 3 (Coletor): Fornecimento de corrente para todo o terminal.
Princípio de funcionamento dos transistores 2n3904
Em um transistor 2N3904, a maioria dos portadores de carga são elétrons, portanto, eles estão sempre carregados negativamente. O estado desse transistor pode mudar de polarização reversa para polarização direta para conduzir, dependendo de uma pequena tensão no terminal base (como 0,7 V).
Condições normais de funcionamento:
- Tensão base (Vb) > tensão emissora (Ve).
- Tensão do coletor (Vc) > tensão da base (Vb).
Se o pino base estiver conectado ao terminal GND, os terminais emissor e coletor ficam polarizados reversamente ou abertos. Da mesma forma, quando um sinal é enviado ao pino base, ele fica polarizado diretamente.
O alto valor de ganho do transistor 2N3904 é 300, o que determina sua capacidade de amplificação. O fornecimento máximo de corrente no terminal coletor é de 200 mA, portanto, cargas que consomem mais de 200 mA não podem ser conectadas por meio desse transistor. Uma vez que o fornecimento de corrente é dado ao terminal base, o transistor pode ser polarizado. Essa corrente IB deve ser limitada a 5 mA.
Quando o transistor NPN 2N3904 está completamente polarizado, ele permite que um máximo de 200 mA flua através de dois terminais específicos, ou seja, o emissor e o coletor. Esse estágio específico é conhecido como região de saturação. Além disso, os terminais coletor-emissor/coletor-base são capazes de lidar com tensões típicas de 40 V e 60 V, respectivamente.
Quando a corrente da base se separa, o transistor desliga-se, pelo que esta fase é designada por região de corte, e o VBE pode ser de cerca de 600 mV.
Exemplo de circuito 2n3904
O circuito de flash LED que utiliza o transistor 2N3904 é mostrado na figura abaixo. O circuito pode ser construído utilizando componentes básicos, como uma placa de ensaio, fios de ligação, bateria de 9 V, condensador, LED de 5 mm, flash LED, resistências de 1 K, 10 K e 4,7 K.
Este circuito utiliza uma bateria de 6 V CC para alimentar o circuito. Como existe um transistor NPN neste circuito, assim que o pino base deste transistor é ligado ao GND, os terminais como o emissor e o coletor ficam polarizados em sentido inverso. Além disso, assim que um sinal é fornecido ao pino base deste transistor, ele é ligado para ficar polarizado em sentido direto. Este circuito simples de LED intermitente é utilizado em diferentes dispositivos, tais como campainhas, sistemas de alarme ou luzes estroboscópicas.
Transistores 2N3904 vs. 2N2222A
Aqui está uma comparação entre os transistores 2N3904 e 2N2222A:
| Specification | 2N3904 | 2N2222A |
|---|---|---|
| Transistors Type | NPN | NPN |
| Maximum Collector Current | 200 mA | 800 mA |
| Maximum Collector-Emitter Voltage | 40V | 40V |
| Maximum Collector-Base Voltage | 50V | 50V |
| Maximum Emitter-Base Voltage | 5V | 6V |
| Maximum Frequency | 300 MHz | 500 MHz |
| Package Type | TO-92 | TO-18, TO-92 |
Transistores equivalentes 2n3904
Alguns transistores equivalentes ao 2N3904 são:
BC636, BC547, BC549, BC639, 2N2222 TO-18, 2N2222 TO-92, 2N2369, 2N3906, 2N3055, 2SC5200, etc.
2N3904 Aplicação
- Amplificadores
- Módulos de drivers (LED, motor ou drivers de relé)
- Interruptores
- Reguladores de tensão
- Conversores
- Temporizadores
- Moduladores de frequência
- PWM (Modulação por Largura de Pulso)
- Circuitos de processamento de sinal
- Circuitos de áudio
- Circuitos de alimentação
- Comparadores
Teste de frequência característica do transistor 2N3904
Equipamento necessário:
- Osciloscópio Tektronix MSO34-BW500
- Gerador de sinais Tektronix AFG31251
- Multímetro digital
- Medidores digitais de fonte *2
- Placa experimental abrangente para parâmetros DC/AC de transistores
A frequência característica do transistor 2N3904 pode ser medida usando osciloscópios Tektronix, geradores de sinal e medidores de fonte Keithley para testes de parâmetros CA de dispositivos transistores. Como a frequência operacional real do transistor é muito maior do que a frequência de corte do ganho de corrente de baixa frequência fβ, o ganho de corrente CA é inversamente proporcional à frequência operacional, e o "produto ganho-largura de banda" do transistor é constante, aproximadamente igual à frequência de trabalho quando o módulo do ganho de corrente do emissor comum é 1.
A medição da frequência característica dos transistores bipolares consiste em acoplar um pequeno sinal de entrada CA de alta frequência de uma frequência específica à base através de um capacitor, alterar as condições de polarização CC do transistor de configuração emissor comum e, assim, alterar o ganho de corrente CA para estudar a relação entre a frequência característica do transistor e o ponto de operação CC.
Definição e teste do ponto de operação estático
A faixa de trabalho do 2N3904 é mostrada na figura a seguir:
Para garantir que o transistor opere na região de amplificação, o ponto de operação CC do transistor é definido como IC=1mA. Quando nenhum sinal CA está conectado, o diagrama do circuito de trabalho estático do transistor é mostrado na figura a seguir:
Ajuste a saída IB do SMU1 e observe que o valor da corrente IC do SMU2 é de aproximadamente 1 mA para garantir que o transistor opere na região de amplificação. O IB é de aproximadamente 2,8 uA e a tensão BE VBE é de 0,636 V, conforme medido por um multímetro.
Testando os parâmetros H do transistor 2N3904: HIE e HFE
Com uma configuração razoável do ponto de operação estático e uma entrada de sinal pequeno CA, o transistor pode ser equivalente a um circuito linear de duas portas, representado por componentes CA de corrente e tensão. Onde Ib e Vbe são as variáveis de entrada do transistor, e Ic e Vce são as variáveis de saída. Os parâmetros h do transistor refletem as características CA de sinal pequeno do transistor sob certas condições estáticas fixas.
Conecte a saída do gerador de sinal à interface BNC no lado esquerdo da placa experimental AC IN e conecte o canal 1 do osciloscópio à interface BNC no lado direito da placa experimental AC OUT.
Defina a saída da fonte de sinal para uma onda senoidal de 1 kHz, ajuste a amplitude do sinal de saída da fonte de sinal e use o canal 2 do osciloscópio para testar a forma de onda de tensão entre os dois terminais de R1 (conecte a interface com cabeça banana marcada como Entrada). Calcule o valor efetivo da corrente Ib de modo que Ib seja aproximadamente igual a 0,5 uA.
Defina a saída da fonte de sinal para uma onda senoidal de 1 kHz e altere a amplitude de saída. Quando o valor efetivo da tensão entre os dois terminais de R1 medido pelo osciloscópio é 50 mVrms, e como R1 = 100 kohms, Ib é aproximadamente igual a 0,5 uA.
Ele
“hie” é a resistência de entrada quando a saída está em curto-circuito e reflete a capacidade da tensão da base de controlar a corrente da base com a tensão de saída Vce inalterada.
ℎ𝑖𝑒 = 𝑣𝑏𝑒/𝑖𝑏 = 𝑣𝑏𝑒/𝑣𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡∗ 𝑅1
Sob a condição de que as condições de teste acima permaneçam inalteradas, o valor efetivo de Vbe medido por 2 canais do osciloscópio é 5,7 mVrms.
hie = Vbe/ib = Vbe/Vib * R1 = 5,7/50 * 100K = 11400, onde Vbe é o valor efetivo do Vbe e Vib é o valor efetivo da tensão de entrada nas condições de teste acima.
Hemocromatose
HFE é um termo comumente usado para se referir ao "ganho de corrente contínua" de um transistor de junção bipolar (BJT). Ele reflete a capacidade da corrente base ib de controlar a corrente coletora ic. Abaixo está a fórmula do HFE:
ℎ𝑓𝑒 = 𝑖𝑐/𝑖𝑏
𝑖𝑐= voutput / R2
onde "𝑖𝑐" representa a corrente do coletor e "𝑖𝑏" representa a corrente da base, "voutput" é o valor efetivo da tensão de saída e "R2" é a resistência da carga conectada entre o coletor e a fonte de alimentação.
Resultado:
𝑖𝑐= voutput / R2 = 17,3 mV / 100 ohms = 0,173 mA
Cálculo da frequência característica (fT)
Meça a frequência de corte do transistor fβ e calcule sua frequência característica fT usando o método "produto ganho-largura de banda".
Aumente gradualmente a frequência de saída da fonte de sinal a partir de 1 kHz e observe a amplitude do sinal AC OUT no lado direito da placa experimental usando o osciloscópio. Quando a amplitude do sinal de saída cair 3 dB (o valor pico a pico cair pela metade), registre a frequência de saída fβ da fonte de sinal, indicando a frequência de corte do transistor no ponto de trabalho atual.
A 1 kHz, o valor pico a pico da saída AC OUT é de aproximadamente 38 mV e, a 1,4 MHz, o valor pico a pico da saída AC OUT é de aproximadamente 19,2 mV.
Calcule a frequência característica fT do transistor usando a fórmula do produto ganho-largura de banda:
fT = hfe × fβ
fT = 228 * 1,4 = 319,2 MHz
onde fβ é aproximadamente igual a 1,4 MHz.
Verifique a frequência característica fT do transistor usando uma fonte de sinal de alta frequência e um osciloscópio com largura de banda de 500 MHz. Se a largura de banda do osciloscópio e da fonte de sinal for superior a 200 MHz, você pode usar a fonte de sinal para varrer o sinal de entrada na faixa de frequência acima de DC-200 MHz, testar as características de amplitude-frequência do sinal de saída (AC OUT) no osciloscópio e calcular a ampliação de corrente até 1 manualmente para encontrar o ponto de frequência característica fT. Verifique se os valores de frequência própria calculados pelo método do produto ganho-largura de banda estão corretos.
