Transistor de Potência TIP 107: Guia Completo de Funcionamento

Transistor de Potência TIP 107: Guia Completo de Funcionamento,  "902"

O transistor TIP 107 é um componente de potência robusto e versátil, um clássico da eletrônica de potência que equilibra um ganho de corrente massivo com desafios inerentes de gerenciamento térmico. Sua capacidade de controlar altas correntes o tornou uma escolha padrão em aplicações exigentes, como o acionamento de motores, solenoides e até mesmo em placas de máquinas de pinball, consolidando sua reputação como uma verdadeira "mula de carga". No entanto, apesar de sua popularidade, existe uma confusão comum que o associa ao número "902", levando muitos a procurarem por informações incorretas. Este artigo servirá como um guia definitivo, explicando seu funcionamento interno, como realizar testes passo a passo para diagnosticar falhas e as causas de seus problemas mais comuns, como o temido curto-circuito.

1. O que é o Transistor TIP 107? Uma Análise Interna

Nesta seção, explicamos em detalhes a arquitetura e as características fundamentais do TIP 107.

1.1. Arquitetura Darlington: Mais do que Apenas um Transistor

O TIP 107 é um transistor de potência PNP com uma configuração Darlington monolítica. Essa estrutura não é apenas um transistor, mas um circuito integrado em um único cristal de silício que integra dois transistores em cascata, um diodo antiparalelo e resistores internos. Cada um desses componentes tem uma função crucial:

• Configuração Darlington: A conexão em cascata de dois transistores BJT (Bipolar Junction Transistor) resulta em um ganho de corrente (hFE) excepcionalmente alto. Isso permite que uma corrente muito pequena na base controle uma corrente muito grande entre o coletor e o emissor.

• Resistores Internos (R1 e R2): Dois resistores internos otimizam o desempenho. R1 (com valores típicos entre 8 e 10 kΩ) fornece um caminho para a corrente de fuga do primeiro transistor, melhorando a estabilidade térmica e evitando acionamentos indesejados. R2 (com valores típicos entre 120 Ω e 0,6 kΩ) acelera o tempo de desligamento, mitigando o efeito de "cauda de corrente" comum em Darlingtons.

• Diodo Antiparalelo (Coletor-Emissor): Integrado entre os pinos do coletor e do emissor, este diodo é crucial para proteger o transistor contra picos de tensão reversa. Esses picos são gerados por cargas indutivas (como motores e solenoides) no momento em que são desligadas, e o diodo os dissipa de forma segura.

1.2. Principais Características Elétricas

As especificações do TIP 107 o definem como um componente de alta potência. A tabela abaixo resume seus valores máximos nominais.

Parâmetro	Valor Máximo
Tensão Coletor-Emissor ($V_{CEO}$)	100 V
Corrente de Coletor Contínua ($I_C$)	8 A
Corrente de Coletor de Pico ($I_{CM}$)	15 A
Ganho de Corrente DC ($h_{FE}$)	Mínimo de 1000 (para $I_C$ de 3 A)
Dissipação de Potência Total ($T_C\le 25^{\circ }\text{C}$)	80 W
Tensão de Saturação ($V_{CE(sat)}$)	2,5 V (para $I_C$ de 8 A)

Apesar do ganho de corrente ($h_{FE}$) ser muito alto, uma desvantagem da arquitetura Darlington é a tensão de saturação ($V_{CE(sat)}$) elevada. Com 2,5V de queda de tensão ao conduzir 8A, o transistor dissipa 20W de potência desperdiçada (P = V x I) na forma de calor, energia que não contribui para o trabalho realizado pela carga. Isso reforça a necessidade crítica de um bom gerenciamento térmico, geralmente com o uso de um dissipador de calor.

2. Decifrando a Conexão com o "902": Um Erro Comum

Muitos técnicos e hobbistas buscam por "TIP 107 902", mas essa associação é baseada em uma confusão. Vamos esclarecer de onde ela vem.

2.1. O "902" Não Faz Parte do Nome

O número "902" não faz parte da designação oficial do transistor TIP 107. A associação surge de três fontes prováveis:

• O Equivalente Europeu (BD 902): O transistor BD 902 é um Darlington PNP com características elétricas muito similares às do TIP 107, sendo funcionalmente intercambiável em muitas aplicações. A necessidade de substituir um BD 902 por um TIP 107 em equipamentos antigos é uma das principais causas da confusão.

• O Transistor Incompatível (NZT902): O NZT902 é um transistor NPN (polaridade oposta), não possui configuração Darlington e vem em um encapsulamento de montagem em superfície (SMT). Ele é totalmente incompatível com o TIP 107. O número "902" neste caso é o seu código de dispositivo.

• Códigos de Lote e Fabricação: Em muitos componentes eletrônicos, números como "902" são impressos para indicar a data de fabricação ou o lote de produção, não fazendo parte do nome do modelo.

2.2. Tabela Comparativa: TIP 107 vs. BD 902 vs. NZT902

Para ilustrar as diferenças, a tabela abaixo compara os três componentes.

Atributo	TIP 107 (Referência)	BD 902 (Equivalente)	NZT902 (Incompatível)
Polaridade	PNP	PNP	NPN
Configuração	Darlington	Darlington	BJT Simples
Encapsulamento	TO-220	TO-220	SOT-223 (SMT)
$V_{CEO}$	100 V	100 V	90 V
$I_C$ (Contínuo)	8 A	8 A	3 A
Dissipação de Potência	80 W	70 W	1 W

3. Guia Prático: Como Testar um Transistor TIP 107

Diagnosticar um TIP 107 fora do circuito é um processo simples que ajuda a identificar rapidamente se o componente está funcional ou danificado.

Ferramenta Necessária: Multímetro Digital (Modo Diodo/Continuidade)

Siga estes passos com o multímetro configurado no modo de teste de diodo:

1. Teste da Junção Base-Emissor:

    ◦ Ação: Coloque a ponta de prova negativa (-) no pino da Base (pino 1) e a ponta de prova positiva (+) no pino do Emissor (pino 3).

    ◦ Resultado Esperado: O multímetro deve exibir uma queda de tensão entre 1,1V e 1,6V. Este valor é mais alto que o de um transistor BJT simples (~0,7V) porque representa a soma da queda de tensão das duas junções base-emissor em cascata (VBE1 + VBE2) na estrutura Darlington, além da influência da rede de resistores internos.

2. Teste da Junção Base-Coletor:

    ◦ Ação: Mantenha a ponta de prova negativa (-) na Base (pino 1) e mova a ponta de prova positiva (+) para o pino do Coletor (pino 2 e aba metálica).

    ◦ Resultado Esperado: O multímetro deve indicar condução, mostrando uma queda de tensão dentro da mesma faixa esperada para a junção base-emissor, confirmando a integridade da segunda junção.

3. Teste do Diodo de Proteção Interno:

    ◦ Ação: Coloque a ponta de prova negativa (-) no pino do Coletor (pino 2) e a ponta de prova positiva (+) no pino do Emissor (pino 3).

    ◦ Resultado Esperado: Deve-se observar uma leitura entre 0,5V e 0,8V. Este valor corresponde à medição do diodo antiparalelo integrado.

4. Verificação Final de Curto-Circuito:

    ◦ Ação: Teste a resistência entre o Coletor (pino 2) e o Emissor (pino 3) em ambas as direções (invertendo as pontas de prova).

    ◦ Resultado Esperado: Com exceção da medição do diodo interno no passo 3, qualquer outra leitura de baixa resistência ou um apito de continuidade do multímetro indica que o transistor está em curto-circuito e deve ser substituído.

Interpretando Resultados Anormais

• Leitura "OL" (Open Loop) em Todas as Junções: Indica uma falha interna, provavelmente uma ligação de fio rompida por estresse mecânico ou térmico. O transistor está aberto e inutilizável.

• Queda de Tensão Anormalmente Baixa (e.g., < 0.4V) no Diodo Interno: Sugere que o diodo de proteção foi danificado por um pico de tensão severo, comprometendo a capacidade do transistor de lidar com cargas indutivas.

• Queda de Tensão Invertida nas Junções: Se qualquer junção (B-E ou B-C) conduzir com as pontas de prova invertidas (positivo na base e negativo no emissor/coletor), o transistor está danificado e não deve ser utilizado.

4. Análise de Falha: Onde e Por Que o TIP 107 Entra em Curto?

A falha catastrófica mais comum do TIP 107 é um curto-circuito permanente entre o coletor e o emissor. A causa raiz é, quase invariavelmente, a sobrecarga térmica que leva a um evento chamado Segunda Ruptura (Secondary Breakdown).

Este fenômeno ocorre quando os limites da Área de Operação Segura (SOA - Safe Operating Area) do transistor são excedidos. A SOA define as combinações de tensão e corrente que o componente pode suportar simultaneamente sem se autodestruir. Operar fora da SOA — por exemplo, ao aplicar alta tensão e alta corrente ao mesmo tempo — força a corrente a se concentrar em um ponto minúsculo do cristal de silício.

Essa concentração cria um "ponto quente" (hotspot) que superaquece quase instantaneamente e derrete o material semicondutor, formando um caminho de baixa resistência permanente entre o coletor e o emissor. O resultado é um curto-circuito irreversível.

É aqui que o dissipador de calor se torna absolutamente crítico. O seu único propósito é extrair calor da junção de silício rápido o suficiente para manter o transistor dentro da sua SOA em condições de alta potência, prevenindo a segunda ruptura. Os números são claros:

• Com um dissipador ideal (mantendo a carcaça a 25°C), o TIP 107 pode dissipar 80 W.

• Sem dissipador, em temperatura ambiente, sua capacidade de dissipação cai para apenas 2 W.

Qualquer aplicação que exija mais de 2W de dissipação obrigatoriamente necessita de um dissipador de calor para evitar a falha do componente.

Conclusão: O Legado do TIP 107 na Eletrônica de Potência

O TIP 107 continua a ser um componente poderoso e confiável, cuja longevidade em um projeto depende fundamentalmente de um bom gerenciamento térmico. A confusão com o número "902" é facilmente esclarecida ao entender que se refere a componentes diferentes, sejam eles equivalentes como o BD 902 ou incompatíveis como o NZT902. Ao seguir as diretrizes de teste para garantir seu bom funcionamento e, mais importante, ao respeitar seus limites operacionais, o TIP 107 continuará a ser uma solução de eleição para engenheiros, técnicos e hobbistas, graças à sua inigualável combinação de baixo custo, robustez e facilidade de acionamento.