O documento descreve o funcionamento de uma chave eletrônica usando um transistor. Ele explica que um transistor pode ser usado como uma chave eletrônica controlada eletricamente, diferentemente de uma chave mecânica. Também discute como encontrar as regiões de saturação e corte do transistor para operá-lo como uma chave fechada ou aberta, e fornece exemplos de aplicações como acionar um relé ou sensor.
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Attribution Non-Commercial (BY-NC)
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O documento descreve o funcionamento de uma chave eletrônica usando um transistor. Ele explica que um transistor pode ser usado como uma chave eletrônica controlada eletricamente, diferentemente de uma chave mecânica. Também discute como encontrar as regiões de saturação e corte do transistor para operá-lo como uma chave fechada ou aberta, e fornece exemplos de aplicações como acionar um relé ou sensor.
O documento descreve o funcionamento de uma chave eletrônica usando um transistor. Ele explica que um transistor pode ser usado como uma chave eletrônica controlada eletricamente, diferentemente de uma chave mecânica. Também discute como encontrar as regiões de saturação e corte do transistor para operá-lo como uma chave fechada ou aberta, e fornece exemplos de aplicações como acionar um relé ou sensor.
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O documento descreve o funcionamento de uma chave eletrônica usando um transistor. Ele explica que um transistor pode ser usado como uma chave eletrônica controlada eletricamente, diferentemente de uma chave mecânica. Também discute como encontrar as regiões de saturação e corte do transistor para operá-lo como uma chave fechada ou aberta, e fornece exemplos de aplicações como acionar um relé ou sensor.
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CLUBE DA ELETRNI CA ELETRNI CA GERAL
A chave eletrnica e suas aplicaes Autor: Clodoaldo Silva - Atualizao: 17Ago2006
1 Chave eletrnica
Introduo
O transistor, em sua aplicao mais simples, usado como uma chave eletrnica, ou seja, pode ser usado para acionar cargas eltricas. A principal diferena entre o transistor e as chaves manuais que pode ser acionado eletricamente e no manualmente como nas as chaves mecnicas.
Vantagens e desvantagens
Quando comparado com uma chave mecnica , uma chave eletrnica apresenta vantagens e desvantagens.
Vantagens : no apresenta desgastes; no apresenta arco voltaico; e alta velocidade de comutao.
Desvantagens: apresenta uma pequena queda de tenso pois tem uma pequena resistncia ao conduzir; apresenta uma pequena corrente de fuga (nA) quando aberta; e dissipa potncia ao conduzir, necessitando de dissipador.
Reta de carga
A reta de carga corta as curvas caractersticas do coletor e mostra dois extremos de operao do transistor. A esses extremos denominamos de regio corte e regio de saturao. Veja ilustrao:
A chave eletrnica
Para que o transistor opere como chave deve-se encontrar os pontos extremos da reta de carga, para encontrar esses pontos tomaremos, como referncia, o circuito tpico mostrado ao lado.
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A chave eletrnica e suas aplicaes Autor: Clodoaldo Silva - Atualizao: 17Ago2006
2 Encontrando a corrente de saturao (Icsat)
Em um transistor, se aumentar a corrente de base a corrente de coletor tambm 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 prticos, considera-se VCE =0 o que resulta em uma nova equao:
Quando o transistor chega a esta situao, VCE 0, sua corrente de coletor no aumenta mais e diz que, o transistor esta operando na regio de saturao e funciona como uma chave fechada.
Encontrando a VCE corte
O recproco tambm verdadeiro, uma vez diminuindo a corrente de base diminui-se a corrente de coletor para prximo de zero, aumentando a queda de tenso sobre VCE (juno coletor-emissor) para um valor mximo.
Continuamos analisando a malha (I)
VCC =VRC +VCE
VCC =IC.RC +VCE
Para fins prticos, considera-se IC =0 o que resulta em uma nova equao:
VCC VCE corte
Assim, quando VCE estiver prximo ao valor da fonte VCC o transistor opera na regio de corte e funciona como chave aberta.
Resumindo podemos dizer que quando um transistor est saturado, comporta-se como uma chave fechada e quando est em corte, como uma chave aberta.
A corrente de base controla a corrente de coletor
A corrente de base usada como elemento de controle, podendo levar o transistor a saturao ou ao corte. Isso pode ser facilmente observado atravs das curvas de coletor Ic x VCE.
A relao entre a corrente que entra no circuito IB, e a corrente que sai IC ganho de corrente (DC).
Veja as ilustraes:
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Note que quando a corrente de entrada IB foi 10A a corrente de sada foi 2mA, ou seja aumentou 200 vezes, medida que houve o aumento de corrente de base (90A) a corrente de coletor aumentou para 18mA. A relao entre IC e IB permaneceu. A essa relao damos o nome de DC, e pode ser encontrada nos manuais como HFE.
Como conseguir descobrir a corrente de base ?
Voltamos ao nosso circuito inicial e atravs da malha (II) encontraremos IB. Pela lei de kirchhoff temos:
VBB =VRB +VBE
VBB=IB.RB +VBE
Saturao forte e Fraca
Saturao fraca significa dispor corrente de base suficiente para levar o transistor saturao. Tal procedimento porm no aconselhvel visto que pode haver uma variao de DC
alm de variaes na prpria corrente de base de saturao.
Saturao forte Significa manter a saturao em situaes extremas de corrente e temperatura. Para transistores silcio (baixa potncia) nota-se que mesmo em situaes extremas haver um ganho de corrente superior a 10, ou seja, o DC em situaes prticas no ser menor que 10.
Como regra de projeto utiliza-se a corrente de base como 1/10 da corrente de coletor, isso assegura a condio de saturao forte para todos os valores de DC.
Chave eletrnica simples
Circuito 1 Conhecendo o transistor e seu comportamento nas regies de corte e saturao, pode-se ento construir um circuito de comutao simples, a chave eletrnica, e analisar alguns resultados que sero teis em diversas aplicaes.
Material utilizado
Fonte de Alimentao 12 V; Transistor BC 548 NPN ou similar; Resistores 470 e 5,6k; e Um LED padro que indicar se h ou no corrente no coletor.
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4 Chave ON/OFF aberta
Pressionando a chave ON/OFF, tem-se:
Circuito 2 Para que no haja dvidas sobre o funcionamento da chave eletrnica, mude a posio do LED e analise os resultados.
Chave ON/OFF aberta
Se a chave on/off estiver aberta ento VBB =0, ento o transistor estar em corte ou seja chave aberta e o led estar ligado.
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Chave ON/OFF fechada
Se a chave on/off estiver fechada ento VBB =12V, ento o transistor estar saturado ou seja chave fechada e o led estar desligado.
A chave eletrnica e o rel
Os rels so dispositivos de manobra, so mecnicos e seus contatos acionados por um campo eletromagntico.
Seu funcionamento bastante simples, energizando os terminais de sua bobina, cria-se um campo eletromagntico, atraindo sua parte mvel fechando assim os contatos e permitindo a passagem da corrente eltrica.
NC =Normal close (fechado) NC =Normal open (aberto) Comum
Os transistores so precedentes naturais dos rels, onde atravs de uma corrente de base baixa podemos acionar grandes cargas.
Existem reles para baixas, mdias e altas tenses disponveis no mercado. Os rels mais simples possuem 5 terminais:
Dois deles so destinados a energizar a bobina e deve ser ligado a uma fonte de alimentao, no transistor NPN deve ser ligado ao coletor.
O terminal comum ser ligado a fonte de energia e os outros dependem da sua aplicao.
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 condies, assim funciona como chave fechada permitindo a circulao da corrente e energizando a bobina do rel, que cria um campo eletromagntico e o contato muda de posio, nesse caso NF para NA e a lmpada acende. CLUBE DA ELETRNI CA ELETRNI CA GERAL
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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 bobina do rel, assim caso a corrente retorne, haver uma baixa resistncia no diodo e alta no transistor, ento a corrente volta para a bobina o ciclo permanece at que ela seja dissipada naturalmente.
A chave eletrnica e o sensor reed switch
A alta versatilidade das chaves eletrnicas, aliada a dispositivos sensores sem dvida o brao direito da automao industrial.
O reed switch um sensor bastante simples muito utilizado em alarmes. Seu funcionamento muito simples, com o im prximo o contato NA, fecha, com o im distante e contato abre. Veja ilustrao:
O circuito
A chave eletrnica e o LDR
O LDR (Resistor Dependente de Luz) um transdutor, isto , converte a grandeza fsica (intensidade luminosa) em grandeza eltrica (resistncia). Seu funcionamento bastante simples:
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Uma aplicao simples
Funcionamento do circuito
Com luz o LDR tem baixa resistncia e a maior parte da corrente eltrica drenada pela terra e tem- se uma baixa corrente na base (insuficiente para saturar o transistor) e o transistor funciona como chave aberta.
Sem luz o LDR tem alta resistncia e a maior parte da corrente eltrica ser desviada para base (suficiente para satura-lo) e o transistor funciona como chave fechada.
Amigos so os que nas prosperidades aparecem se receberem convite, e nas adversidades aparecem sem serem chamados.
www.clubedaeletronica.com.br
Referncias bibliogrficas: Malvino, A.P. Eletrnica - volume I. So Paulo: McGraw Hill , 1987. Boylestad, R. e Nashelsky, L. Dispositivos Eletrnicos e Teoria dos Circuitos. Rio de J aneiro: Prentice- Hall, 1994. Marcus, O. Circuitos com diodos e Transistores. So Paulo: rica, 2000 Lalond, D.E. e Ross, J .A. Princpios de dispositivos e circuitos eletrnicos. So 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