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Eletronica Basica 2
Aula 01:  Transistor com Chave
1.  Comparação com chave mecânica
  Quando comparada com uma chave  mecânica, uma chave eletrônica apresenta vantagens e desvantagens.

  Vantagens:
  • Não apresenta desgastes;        
  • Dissipa potência ao conduzir, necessitando de dissipador;        
  • Não  apresenta arco voltaico;        
  • Velocidade de comutação muito alta.


    Desvantagens:
  • Apresenta uma pequena queda de tensão pois tem uma pequena resistência ao conduzir;          
  • Apresenta uma pequena corrente de fuga (nA) quando aberta;       
  • Dissipa potência ao conduzir, necessitando de dissipador.
OBS:  Os principais dispositivos semicondutores usados como chave são o transistor  e os tiristores.

A  Figura  1 mostra os dois tipos de transistores com os seus símbolos .Um transistor  pode operar em uma das seguintes regiões de operação :  
    • Região ativa ou de amplificação;  
    • Região  de Corte;  
    • Região  de Saturação.
     


    Transistor   NPN                                                                      Transistor   PNP
     
    Figura  1 - Tipos de transistores bipolares
     

        Quando operando na região  ativa ou região de amplificação o transistor opera como  amplificador, isto é , existe linearidade entre as suas correntes valendo  a seguinte relação    IC = b.IB, isto é, a corrente  de coletor é diretamente proporcional à corrente de base, se IB dobrar de valor IC também dobra.  A constante de proporcionalidade b (beta) é um dos  parâmetros do transistor muitas vezes   encontrado nos manuais como hFE, sendo que o seu valor não  é o mesmo para um determinado tipo de transistor podendo variar numa  razão de 1:5 para um mesmo tipo de transistor.  

    2. Região de corte
        Na  região de corte todas as correntes são aproximadamente nulas (nA  para transistor de Sí e mA   para transistor  de Ge) e o transistor comportará como uma chave aberta.
    Para  cortar um transistor basta fazer   VBE £ 0 para transistor de Sí ou   VBE£  -0,4V  para transistor de Ge (caso orientação em contrário neste  livro usaremos sempre transistor de Sí ).A Figura 2 mostra um transistor  polarizado no corte e o modelo equivalente simplificado (chave aberta).


                                  ( a )                                                                                                                          ( b )
    Figura 2 - Transistor no corte ( a ) Circuito     ( b ) Circuito equivalente


    3. Região de saturaçãosigni
    Quando  saturado o transistor simula um chave fechada. A corrente de coletor é  constante  valendo a seguinte  relação entre IC e IB em um transistor saturado:   IC £ b.IB.    Leia-se: Ic deve ser menor ou igual a beta vezes  IB
    Para  saturar um transistor a corrente de base deve ser maior   ou  pelo menos igual à  um determinado valor especificado pelas curvas características de coletor.  A Figura 3  mostra um transistor saturado  e o circuito equivalente (chave fechada).



                       
                         ( a )                                                                                       ( b )
    Figura 3 - Transistor na saturação ( a ) Circuitp   ( b ) Circuito equivalente


    Para  compreenderemos melhor como um transistor passa do corte para a saturação  ou vice-versa, consideremos a configuração emissor comum e as  curvas  características de coletor  mostradas na Figura 4.


                                                                     ( a )                                                                                                                        ( b )

    Figura 4 -   ( a )  Curvas caracteristicas de coletor com reta de carga     ( b ) circuito emissor comum

    Inicialmente  com VBB=0 e como  IB=(VBB - VBE)/RB = VBB/RB (se VBB>>>VBE) o transistor estará cortado,  isto é, IB=0 e IC = 0 o ponto de operação  estará localizado abaixo da reta de carga, ponto B, e nestas condições  VCE=VCC o transistor se comportará como uma chave  aberta, existirá apenas uma pequena corrente de fuga da ordem de nA,  caso o transistor seja de Sí.  Aumentando VBB, aumenta   IB (não esqueça IB = VBB/RB)  e o transistor entra na   região ativa, onde . Se IB aumentar, IC aumenta na mesma proporção,  porém existe um valor de IB para o qual um aumento  adicional em IB não provocará  aumento em IC, dizemos que o transistor  saturou. No gráfico da Figura 4 essa corrente é IBsat.  A saturação  é portanto caracterizada por  , onde
    ICsat =VCC/RC é a corrente  de coletor na saturação (estamos admitindo que VCEsat=0). Para o transistor saturar deve  ser observada a condição     

    Como o valor de pode variar muito de transistor para transistor,  de um mínimo (bmin) até um máximo  (bMáx), para garantir a saturação  do transistor deve ser usado o .


    Exemplo 1: calcular RBB e RC no circuito para  que o transistor sature com IC=10 mA. Considerar transistor de Si com = 100     VBEsat=0,7 V e VCEsat=0.


    Figura 5 - Circuito para exercicio 1


    Solução:
    ICsat=10 mA =VCC/RC          logo        RC =12V/10mA =1k2
    Para saturar  IB >ICsat / =10mA /100 = 0,1 mA          adotando   IB=0,2 mA        e    como
    RBB=(VBB - VBE)/IB = (5 – 0,7)/0,2mA  = 21,5 k    adotamos o  valor comercial imediatamente abaixo (aumenta mais ainda a garantia se saturação  ) no caso  RBB = 18 k

    .Exemplo 2:  Dimensionar RBB para o transistor acionar o relê . Dados: Relê 12V/40 mA      =100          VBEsat= 0,7 V.


    Figura 6 - Circuito para exercicio 2


    Solução: ICsat=40 mA      para saturar o transistor         IB³ ICsat/   = 40mA/100 = 0,4 mA.
    Por  outro lado   RBB £ (5 – 0,7)V/0,4mA = 4,3 V/0,4 mA  = 10,75 k              para  uma garantia adicional adotamos  RBB=10 k.
    Obs: a finalidade do diodo em paralelo com a bobina do diodo é eliminar  a fcem gerada na bobina quando o transistor corta, protegendo o transistor.


    4. Experiência:Transistor como chave
    4.1. Abra o arquivo   ExpEN2_01  Transistor como chave   e  identifique o circuito da  figura 7. Para cada posição da chave S1 (A  e B) meça todas as correntes e tensões indicadas na tabela 1.

    Figura 7 - Circuito para a experiencia 01

    Tabela 1 - Transistor na saturação e corte
    Chave    em A
    Chave    em B
    ICIBVCE
    Região  de Operação
    ICIBVCE
    Região de Operação



    4.2. Abra o arquivo   ExpEN2_02  O Rele  e  identifique o circuito da  figura 8. Com Rv (100%) no maximo ligue a chave (SPACE no teclado)   e inicie a simulação. Abra o amperimetro e meça a corrente com Rv no maximo. Observe o contato NA e  o LED.  Diminua a resistencia gradativamente observando o contato. Anote o valor da corrente que acende o LED  (Ion). Volte a aumentar Rv, e anote o valor da corrente que desliga o LED (Ioff).

    Ion=________      Ioff=_________

              
                                           ( a )                                                                                        ( b )
    Figura 8 - Relé ( a ) Condição normal   ( b )  Energizado
    4.3. Abra o arquivo   ExpEN2_03  Alarme 1 e  identifique o circuito da  figura 9. Para cada posição da chave S1 (aberta e fechada )  verifique o funcionamento do circuito1 explicando-o. Considere que S1 é um reed switch que pode ser colocado em uma porta ou janela para proteção.


                                   ( a )                                                                                                    ( b )
    Figura 9 - Alarme usando sensor Reed  Switch, rele, e transistor como chave ( a )  Condição normal (lampada acesa)   ( b ) Alarme acionado (Lampada apagada)

    4.4. Abra o arquivo   ExpEN2_04 Alarme 2 e  identifique o circuito da  figura 10. Para cada posição da chave S1 (aberta e fechada )  verifique o funcionamento do circuito1 explicando-o. Considere que S1 é um reed switch que pode ser colocado em uma porta ou janela para proteção. Qual a principal diferença entre esse circuito e o do item 4.3? Para que é usado o segundo contato?


    Figura 9 - Alarme com selo ( a ) Condição normal (lampada acesa)  ( b )Alarme acionado (Lampada apagada)

    4.5. Conclusões.
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