A chave eletrônica e suas aplicações

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DA ELETRÔNICA
ELETRÔNICA GERAL
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
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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:
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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.
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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.
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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.
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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:
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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.
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Referências bibliográficas:
Malvino, A.P. Eletrônica - volume I. São Paulo: McGraw Hill , 1987.
Boylestad, R. e Nashelsky, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria dos Circuitos. Rio de Janeiro: PrenticeHall, 1994.
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,
1999.
Site: http://www.uoguelph.ca/~antoon/index.htm
Site: http://paginas.terra.com.br/educacao/almeida
Site: http://personales.com/brasil/saopaulo/EzeWebsite
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