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Eletrônica

Transistor

Este é sem dúvida o mais importante componente eletrônico já criado. Ele deu origem aos chips que temos hoje nos computadores. Um processador, por exemplo, tem no seu interior, vários milhões de microscópicos transistores. Inventado nos laboratórios Bell nos anos 40, o transistor é um substituto das velhas válvulas eletrônicas, com grandes vantagens: tamanho minúsculo e pequeno consumo de energia. Quanto ao sentido da corrente elétrica, os transistores são classificados como NPN e PNP.

Os transistores realizam inúmeras funções, sendo que as mais importantes são como amplificadores de tensão e amplificadores de corrente. Por exemplo, o sinal elétrico gerado por um microfone é tão fraco que não tem condições de gerar som quando é aplicado a um alto falante. Usamos então um transistor para elevar a tensão do sinal sonoro, de alguns milésimos de volts até alguns volts. Seria tensão suficiente para alimentar um alto falante, mas ainda sem condições de fornecer a potência adequada (a tensão está correta mas a corrente é baixa). Usamos então um segundo transistor atuando como amplificador de corrente. Teremos então a tensão igual à gerada pelo primeiro transistor, mas com maior capacidade de fornecer corrente.

O dispositivo libera o fluxo de corrente em uma via, quando detecta a presença de uma segunda corrente, ou seja, o componente tem que ser excitado com uma corrente menor em um de seus terminais para que seja liberado o fluxo de uma corrente maior ainda nos outros terminais.

Simbologia

Figura 4 – Simbologia

O componente tem 3 pernas como mostra a figura sendo que a corrente que queremos chavear deve entrar pelo Coletor e sair pelo Emissor, mas só haverá fluxo quando uma corrente estiver entrando pela Base do transistor.

Ligando Transistor

Figura 4.1 – Ligando Transistor

No circuito acima, o led só irá acender se houver uma corrente na base do transistor, no caso Sinal. Enquanto isso não acontecer o led permanecerá desligado.

Podemos utilizar o microcontrolador Arduino para enviar o “sinal” para o transistor, assim teríamos um circuito totalmente automático. Bastaria ligar a base do transistor, associado a um resistor na porta de saída do microcontrolador, e fazer a programação correta do Arduino para essa tarefa.

Arduino acionando Transistor

Figura 4.2 – Arduino acionando Transistor

As portas de  do microcontrolador tem como tensão de saída  e uma corrente máxima de , sabendo disso podemos fazer o calculo do resistor da seguinte maneira. Admitindo que utilizem uma corrente de , para não “forçar” o microcontrolador, temos pela lei de Ohm:

R = V/i                       R = 5/0,02

R = 5/20mA             R = 250Ω

Mosfet

Dispositivo que libera o fluxo de corrente em uma via, quando detectada a presença de uma tensão em um dos terminais, ou seja, ao contrario do transistor que liberava o circuito com uma corrente, o Mosfet libera a passagem com uma tensão no terminal.

Simbologia

Figura 4.3 – Simbologia

O componente, assim como o transistor, tem 3 pernas. Sendo que a queda de tensão tem que entrar pelo GATE e a carga têm que estar ligada entre o DRENO e SORCE.

Acionando Mosfet

Figura 4.4 – Acionando Mosfet

No circuito acima, o motor só irá ligar quando houver uma queda de tensão no resistor  já que este esta ligado no pino GATE do MOSFET. Assim, haverá corrente passando pelo DRENO E SORCE do MOSFET.

Para determinar o valor da queda de tensão para acionar o MOSFET basta olhar no dadasheet do componente o valor de VGS (Gate threshold voltage).

Exemplos de circuitos com MOSFET

  • Circuito temporizador de lâmpada.
Temporizador com Mosfet

Figura 4.5 – Temporizador com Mosfet

Como mostra no datasheet do MOSFET a tensão para condução é de 2V ~ 4V, então a queda de tensão no resistor R2 tem que estar acima disso para que a lâmpada acenda. Quando pressionarmos o botão, o capacitor vai ser carregado com a tensão da bateria, assim como ele esta em paralelo com o resistor automaticamente sua tensão será também a da bateria, ligando o MOSFET. Quando soltar o botão, o capacitor levará um tempo para descarregar obedecendo à equação:

t = R . C . ln(V/VGS)

t = > Tempo de descarga do capacitor ou tempo que a lâmpada permanece acesa.

R => Valor do resistor em ohms.

C => Valor da capacitância em Farads

ln(V/VC) => Logaritmo neperiano da relação VDD/VC

V => é a tensão da bateria (VDD) e VC é a tensão mínima (VT) que mantêm o MOSFET ligado (conduzindo)

VGS => Para o MOSFET IRF630 é de 4 volts. Então, o tempo de descarga a considerar é o tempo para que o capacitor descarregue de 12 volts até 4 volts.

Para os valores dados no circuito tem-se:

t = R . C . ln(V/VGS)                              t = 100 . 10‾3 . 100 . 10‾6 . ln(3)

t = 100K . 100uF . ln(12/4)                  t = 10 . 1,1 = 11 segundos

Relé

Tendo o surgimento em torno do século XIX o Relê é um dispositivo eletromecânico, formado por um magneto móvel, que se desloca unindo dois contatos metálicos. O Relê podemos dizer que foi muito utilizado nos sistemas telefônicos no tempo das centrais analógicas nas localidades mais remotas. Os Relês são considerados grandes membros, e até mesmo uma espécie de antepassados dos transistores, onde eram considerados que suas aplicações eram muito limitadas, caras e lentas (ex: o relê demora mais de milésimo de segundo para fechar um circuito). Mesmo tendo estas desvantagens ainda encontramos alguns dispositivos que utilizam os relês.

Funcionamento dos Relês

Podemos considerar o funcionamento dos Relés bem simples, eles trabalham da seguinte forma: quando uma corrente circula pela bobina, esta cria um campo magnético que atrai um ou uma série de contatos fechando ou abrindo circuitos.

Ao cessar a corrente da bobina o campo magnético também cessa, fazendo com que os contatos voltem para a posição original. Os relés podem ter diversas configurações quanto aos seus contatos: podem ter contatos NA, NF ou ambos, neste caso com um contato comum ou central (C). Os contatos NA (normalmente aberto) são os que estão abertos enquanto a bobina não está energizada e que fecham, quando a bobina recebe corrente.

Os NF (normalmente fechado) abrem-se quando a bobina recebe corrente, ao contrário dos NA. O contato central ou C é o comum, ou seja, quando o contato NA fecha é com o C que se estabelece a condução e o contrário com o NF.

Existem relés simples com apenas um contato, mas também os de múltiplos contatos, ou seja, múltiplas chaves dentro de um mesmo encapsulamento.

Exemplo Relé

Figura 4.6 – Exemplo Relé

Relés suportam correntes a níveis de Amperes entre seus terminais, enquanto transistores não passam dos Miliamperes, exceções dos MOSFETs.

Para ligar um relé temos que usar um transistor para acionar a bobina em seu interior e mudar o contato da ligação.

Usamos também um diodo ligado contrario ao sentido da corrente que o alimenta, para evitar que a tensão reversa danifique o circuito.

Circuito com Arduino e Relé

Figura 4.7 – Circuito com Arduino e Relé

Exemplos de circuitos com relé

  • Circuito para acender uma lâmpada através de um SINAL, que pode vir do Arduino.
Acendendo Lâmpada com Relé

Figura 4.8 – Acendendo Lâmpada com Relé

  • Circuito para alterar o sentido de um motor de rotação continua.
Alterando sentido de rotação do Motor

Figura 4.9 – Alterando sentido de rotação do Motor

4.2 Analógicas

São dispositivos que liberam a passagem de corrente quando pressionadas mecanicamente, ou seja, o usuário vai lá e aperta, muda de posição a alavanca da chave.

Push Button

Exemplo de Push Button

Figura 4.1.1 – Exemplo de Push Button

Alavanca

Exemplo de Alavanca

Figura 4.1.2 – Exemplo de Alavanca

Ligando uma chave

Figura 4.1.3 – Ligando uma chave

Esses tipos de chaves são as mais simples de se usar, quando usamos as que contem 2 terminais a corrente passa de um lado para o outro quando a chave é comutada.

ch4

Se usarmos uma chave de 3 terminais podemos utiliza-la para ligar 2 circuitos distintos da seguinte maneira.

Ligando chave de 3 terminais

Figura 4.1.4 – Ligando chave de 3 terminais

Para isso ligamos nossa fonte de tensão no terminal do meio e os 2 circuitos em cada terminal, assim, quando comutarmos a chave para um lado acionaremos um circuito, deixando passar corrente para ele e assim para o outro circuito quando mudarmos novamente a posição da chave.

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1 comment

  1. Reginaldo Campos de Oliveira

    olá boa tarde suponha que vc tenha um conjunto de arduino uno, cnc shield com drivers A4988 cujo o limite de corrente é 2 amperes (não recordo o valor correto), e quizesse operar motores de passo de 5 amperes ou até mais (hipotéticamente falando) como seria a ligação destes transistores à placa?
    grato pela atenção

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