Sistema de alarme com fonte de corrente constante

Rodrigo Daniel da Silva & Matheus Budin18 de Maro de 2015

ResumoSistemas de alarmes so responsveis, por exemplo, por alertar automaticamente a entrada indevida de um indivduo em uma propriedade privada. Para o desenvolvimento de um sistema de alarme seguro e que no apresente disparos indevidos a manuteno das correntes do dispositivo fundamental, de forma que, as correntes que so comparadas devem permanecer o mais constante possvel. Nesse trabalho apresentamos um sistema utilizando transistor que estabelece uma corrente que no sofre grandes variaes. Palavras-chave: Alarme, transistor, fonte de corrente.

1. Introduo Tomando a curva caracterstica ideal de um transistor e a configurao simples da Erro! Fonte de referncia no encontrada. podemos criar uma excelente fonte de corrente, uma vez que, independente da resistncia da carga, a corrente do coletor ou da carga permanecer a mesma conforme ilustrado na Erro! Fonte de referncia no encontrada..

Figura 1 CircuitoA corrente de base fixa e, no importa onde se localize a reta, a corrente do coletor permanecer a mesma. Em outras palavras, a corrente do coletor independe da carga ligada ao circuito coletor. No entanto, devido ao fato de as caractersticas serem similares reta de carga real (sabemos que IB no sempre constante, ou seja, beta varia de ponto a ponto) isso faz com que no seja caractersticas que uma boa fonte de corrente.

Figura 2 - IC constanteLembramos, porm, que a configurao por divisor de tenso resulta em um baixo nvel de sensibilidade a beta; assim, se essa estrutura de polarizao for utilizada, talvez a fonte de corrente equivalente esteja prxima da realidade. Na verdade, isso realmente ocorre. Se uma estrutura conforme essa for empregada, a sensibilidade a mudanas no ponto de operao devido variao das cargas ser muito menor e a corrente de coletor se manter relativamente constante para modificaes na resistncia de carga do ramo coletor. Na verdade, a tenso do emissor determinada por:

e a corrente da carga ou do coletor determinada por:

A estabilidade melhorada por ser descrita pelo circuito da Figura 3:

Figura 3 Circuito estabelecendo uma fonte de corrente relativamente constanteExaminando-se o caso em que IC pode estar tentando aumentar por vrias razes, o resultado que IE = IC tambm subir, assim como a tenso VRE = IERE. No entanto, se presumirmos que VB seja fixo (uma boa suposio, j que seu valor determinado por dois resistores fixos e uma fonte de tenso), a tenso base-emissor VBE = VB VRE cair. A queda em VBE far com que IB e consequentemente IC (=IB) caia. O resultado uma situao em que qualquer tendncia de IC aumentar ocorrer com uma reao do circuito que trabalhar contra a mudana, para estabilizar o sistema. Uma fonte de corrente constante possui diversas aplicaes, veremos a seguir um modelo de sistema de alarme utilizando esse recurso. 2. Modelo TericoUm sistema de alarme com uma fonte de corrente constante apresentado na Figura 4. Como RE = (100)(1 k) = 100 k muito maior que R1, pode-se utilizar o mtodo de aproximao e descobrir a tenso VR1:

e ento a tenso em RE:

e finalmente a corrente do emissor e do coletor:

Como a corrente do coletor a corrente atravs do circuito, a corrente de 4mA se manter relativamente constante para pequenas variaes na carga do circuito. Observe que essa corrente passa por uma srie de elementos sensores e finalmente por um amp-op (CI LM2900) projetado para comparar o valor de 4mA com o valor de referncia de 2mA. A corrente de 2mA no terminal 3 do amp-op uma corrente de referncia estabelecida pela fonte de 16V e Rref conectado na entrada negativa do amp-op. A corrente de 2mA necessria, j que o valor com o qual a corrente de 4mA do circuito ser comparado. Enquanto a corrente de 4mA na entrada positiva do amp-op permanecer constante, o dispositivo oferecer uma sada de tenso alta que excede 13,5V, com um valor tpico de 14,2V (de acordo com o datasheet do amp-op). No entanto, se a corrente do sensor cair de 4mA para um nvel abaixo de 2mA, o amp-op responder com uma tenso baixa de sada de aproximadamente 0,1V. A sada do amp-op sinalizar ento o circuito de alarme a respeito da irregularidade. Observe que no necessrio que a corrente do sensor caia a 0mA para sinalizar o circuito do alarme. Apenas uma variao em torno do valor de referncia que parece incomum suficiente uma boa caracterstica para um alarme.Uma importante caracterstica desse amp-op em particular a baixa impedncia de entrada. Ela importante porque no se deseja ter circuitos de alarme que reajam a cada pulso de tenso ou turbulncia na linha devido a chaveamentos externos ou foras eternas, como no caso de relmpagos.

Figura 4 Circuito do sistema de alarme com fonte de corrente constante.

3. ConclusoO sistema de alarme com fonte de corrente constante e utilizando-se o recurso de comparador do amp-op mostrou-se eficaz, uma vez que a construo do circuito relativamente simples e de baixo custo. Esse dispositivo tambm mostra-se eficiente uma vez que no apresenta mal funcionamento com picos de tenso e foras externas, caractersticas essenciais para um dispositivo de alarme.

4. RefernciasRobert L. Boylestad; Louis Nashelsky. 2005. Dispositivos Eletrnicos e Teoria de Circuitos. So Paulo: Pearson, 2005. pp. 157-158.