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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.
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:
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.
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.
Existem reles para baixas, médias e altas tensões disponíveis no mercado.
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.
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.
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 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 resistência e a maior parte da corrente elétrica será desviada para base (suficiente para satura-lo) e o transistor funciona como chave fechada.
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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: Prentice- Hall, 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,
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