Quando comparado com uma chave mecânica, uma chave eletrônica apresenta vantagens e desvantagens.

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1 Chave eletrônica Introdução O transistor, em sua aplicação mais simples, é usado como uma chave eletrônica, ou seja, pode ser usado para acionar cargas elétricas. A principal diferença entre o transistor e as chaves manuais é que pode ser acionado eletricamente e não manualmente como nas as chaves mecânicas. Vantagens e desvantagens Quando comparado com uma chave mecânica, uma chave eletrônica apresenta vantagens e desvantagens. Vantagens : não apresenta desgastes; não apresenta arco voltaico; e alta velocidade de comutação. Desvantagens: apresenta uma pequena queda de tensão pois tem uma pequena resistência ao conduzir; apresenta uma pequena corrente de fuga (na) quando aberta; e dissipa potência ao conduzir, necessitando de dissipador. Reta de carga A reta de carga corta as curvas características do coletor e mostra dois extremos de operação do transistor. A esses extremos denominamos de região corte e região de saturação. Veja ilustração: A chave eletrônica Para que o transistor opere como chave deve-se encontrar os pontos extremos da reta de carga, para encontrar esses pontos tomaremos, como referência, o circuito típico mostrado ao lado. A chave eletrônica e suas aplicações Autor: Clodoaldo Silva - Atualização: 17Ago2006 1

2 Encontrando a corrente de saturação (Icsat) Em um transistor, se aumentar a corrente de base a corrente de coletor também aumenta e com isso, VCE se aproxima da zero. Analisando a malha (I) VCC = VRC + VCE VCC = IC.RC + VCE VCC VCE = IC.RC Para fins práticos, considera-se VCE = 0 o que resulta em uma nova equação: Quando o transistor chega a esta situação, VCE 0, sua corrente de coletor não aumenta mais e diz que, o transistor esta operando na região de saturação e funciona como uma chave fechada. Encontrando a VCE corte O recíproco também é verdadeiro, uma vez diminuindo a corrente de base diminui-se a corrente de coletor para próximo de zero, aumentando a queda de tensão sobre VCE (junção coletor-emissor) para um valor máximo. Continuamos analisando a malha (I) VCC = VRC + VCE VCC = IC.RC + VCE Para fins práticos, considera-se IC = 0 o que resulta em uma nova equação: VCC VCE corte Assim, quando VCE estiver próximo ao valor da fonte VCC o transistor opera na região de corte e funciona como chave aberta. Resumindo podemos dizer que quando um transistor está saturado, comporta-se como uma chave fechada e quando está em corte, como uma chave aberta. A corrente de base controla a corrente de coletor A corrente de base é usada como elemento de controle, podendo levar o transistor a saturação ou ao corte. Isso pode ser facilmente observado através das curvas de coletor Ic x VCE. A relação entre a corrente que entra no circuito IB, e a corrente que sai IC é ganho de corrente (βdc). Veja as ilustrações: A chave eletrônica e suas aplicações Autor: Clodoaldo Silva - Atualização: 17Ago2006 2

3 Note que quando a corrente de entrada IB foi 10µA a corrente de saída foi 2mA, ou seja aumentou 200 vezes, á medida que houve o aumento de corrente de base (90µA) a corrente de coletor aumentou para 18mA. A relação entre IC e IB permaneceu. A essa relação damos o nome de βdc, e pode ser encontrada nos manuais como HFE. Como conseguir descobrir a corrente de base? Voltamos ao nosso circuito inicial e através da malha (II) encontraremos IB. Pela lei de kirchhoff temos: VBB = VRB + VBE VBB= IB.RB + VBE Saturação forte e Fraca Saturação fraca significa dispor corrente de base suficiente para levar o transistor à saturação. Tal procedimento porém não é aconselhável visto que pode haver uma variação de βdc além de variações na própria corrente de base de saturação. Saturação forte Significa manter a saturação em situações extremas de corrente e temperatura. Para transistores silício (baixa potência) nota-se que mesmo em situações extremas haverá um ganho de corrente superior a 10, ou seja, o βdc em situações práticas não será menor que 10. Como regra de projeto utiliza-se a corrente de base como 1/10 da corrente de coletor, isso assegura a condição de saturação forte para todos os valores de βdc. Chave eletrônica simples Circuito 1 Conhecendo o transistor e seu comportamento nas regiões de corte e saturação, pode-se então construir um circuito de comutação simples, a chave eletrônica, e analisar alguns resultados que serão úteis em diversas aplicações. Material utilizado Fonte de Alimentação 12 V; Transistor BC 548 NPN ou similar; Resistores 470Ω e 5,6kΩ; e Um LED padrão que indicará se há ou não corrente no coletor. A chave eletrônica e suas aplicações Autor: Clodoaldo Silva - Atualização: 17Ago2006 3

4 Chave ON/OFF aberta Pressionando a chave ON/OFF, tem-se: Circuito 2 Para que não haja dúvidas sobre o funcionamento da chave eletrônica, mude a posição do LED e analise os resultados. Chave ON/OFF aberta Se a chave on/off estiver aberta então VBB = 0, então o transistor estará em corte ou seja chave aberta e o led estará ligado. A chave eletrônica e suas aplicações Autor: Clodoaldo Silva - Atualização: 17Ago2006 4

5 Chave ON/OFF fechada Se a chave on/off estiver fechada então VBB = 12V, então o transistor estará saturado ou seja chave fechada e o led estará desligado. A chave eletrônica e o relé Os relés são dispositivos de manobra, são mecânicos e seus contatos acionados por um campo eletromagnético. Seu funcionamento é bastante simples, energizando os terminais de sua bobina, cria-se um campo eletromagnético, atraindo sua parte móvel fechando assim os contatos e permitindo a passagem da corrente elétrica. NC = Normal close (fechado) NC = Normal open (aberto) Comum Os transistores são precedentes naturais dos relés, onde através de uma corrente de base baixa podemos acionar grandes cargas. Os relés mais simples possuem 5 terminais: Dois deles são destinados a energizar a bobina e deve ser ligado a uma fonte de alimentação, no transistor NPN deve ser ligado ao coletor. Existem reles para baixas, médias e altas tensões disponíveis no mercado. O terminal comum será ligado a fonte de energia e os outros dependem da sua aplicação. O acionamento de uma carga Pressionando tem-se corrente na base que se 10 vezes menor que a corrente de coletor satura o transistor para piores condições, assim funciona como chave fechada permitindo a circulação da corrente e energizando a bobina do relé, que cria um campo eletromagnético e o contato muda de posição, nesse caso NF para NA e a lâmpada acende. A chave eletrônica e suas aplicações Autor: Clodoaldo Silva - Atualização: 17Ago2006 5

6 Cargas indutivas tendem a criar um pico de corrente reversa no momento do desligamento. Um diodo deve ser conectado contra paralelo à bobina do relé, assim caso a corrente retorne, haverá uma baixa resistência no diodo e alta no transistor, então a corrente volta para a bobina o ciclo permanece até que ela seja dissipada naturalmente. A chave eletrônica e o sensor reed switch A alta versatilidade das chaves eletrônicas, aliada a dispositivos sensores é sem dúvida o braço direito da automação industrial. O reed switch é um sensor bastante simples muito utilizado em alarmes. Seu funcionamento é muito simples, com o imã próximo o contato NA, fecha, com o imã distante e contato abre. Veja ilustração: O circuito A chave eletrônica e o LDR O LDR (Resistor Dependente de Luz) é um transdutor, isto é, converte a grandeza física (intensidade luminosa) em grandeza elétrica (resistência). Seu funcionamento é bastante simples: A chave eletrônica e suas aplicações Autor: Clodoaldo Silva - Atualização: 17Ago2006 6

7 Uma aplicação simples Funcionamento do circuito Com luz o LDR tem baixa resistência e a maior parte da corrente elétrica é drenada pela terra e temse uma baixa corrente na base (insuficiente para saturar o transistor) e o transistor funciona como chave aberta. Sem luz o LDR tem alta resistência e a maior parte da corrente elétrica será desviada para base (suficiente para satura-lo) e o transistor funciona como chave fechada. Amigos são os que nas prosperidades aparecem se receberem convite, e nas adversidades aparecem sem serem chamados. Referências bibliográficas: Malvino, A.P. Eletrônica - volume I. São Paulo: McGraw Hill, Boylestad, R. e Nashelsky, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria dos Circuitos. Rio de Janeiro: Prentice- Hall, Marcus, O. Circuitos com diodos e Transistores. São Paulo: Érica, 2000 Lalond, D.E. e Ross, J.A. Princípios de dispositivos e circuitos eletrônicos. São Paulo: Makron Books, Site: Site: Site: A chave eletrônica e suas aplicações Autor: Clodoaldo Silva - Atualização: 17Ago2006 7