Aula_Circuitos_Eletronicos

5/17/2018 Aula_Circuitos_Eletronicos - slidepdf.com

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Circuitos EletrônicosCircuitos Eletrônicosaplicados àaplicados à MecatrônicaMecatrônica

Prof. Francisco [email protected]

Unisal



Plano de AulasPlano de Aulas 20 horas / aula total , 5 aulas (4 horas cada) dia 7/08 (aulas 1 e 2), dia 21/08 (aula 3 e 4) e dia 4/09

(aula 5) Avaliação: trabalho prático (montar e apresentar um

circuito, Avaliação Teórica) Livro: BOYLESTAD e NASHELSKY,“Dispositivos

Eletrônicos e Teoria de Circuitos”, Editora PrenticeHall, 8 Edição.



Conteúdo ProgramáticoConteúdo Programático Aula 1: Drivers DC Relês

Transistores BJT Projetos de drivers com

transistores

Transistores Mos-Fet -HexFet Exemplos de projetos

Aula 2: Drivers AC Tiristores, SCR e

TRIACs Controle dos tiristores Controlador On-Off

Controle PWM Aula Prática



ConteúdoConteúdo

Aula 3: Aplicações PPM (Pulse Position

Modulation);

Controle de Triac aMicrocontrolador; Aula Prática: dimmer

com Microcontrolador

acionando o TRIAC.

Aula 4: Condicionamento de

Sinais

AmplificadoresOperacionais Aplicações de Amp

Ops Aula Prática



ConteúdoConteúdo

Aula 5: Sinais - Conversor Tensão/

corrente Conversor AD Conversor

Tensão/frequência Avaliação Final.

Nota Final: Avaliação Escrita, em

dupla (não reprova) =P

Trabalho Prático=T Média = (P + T) / 2



AULA 1AULA 1

Drivers com Relês, transístores BJT,MOS-FETS e IGBTs O transistor como chave Corte a saturação



Fórmulas ImportantesFórmulas Importantes

Lei do Ohm: U=R.i Lei da Potência: P=U.i

Exemplo 1: Um chuveiro

possui uma

resistência quequando aquecidadissipa 5500 W, se

ligado em 220V. Qual é o valor da

resistência ?



Drivers de PotênciaDrivers de Potência Carga: É o elemento do circuito que

recebe Potência Energia: joules [J] Potência: watts [W] P = Energia / Tempo Fórmulas em Eletricidade:

Exemplos de cargas: motores, lâmpadas, leds, resistores,

etc.

2

2

.

.

I RP

R

U P

I U P

=

=

=



Potência na cargaPotência na carga

Exemplo 2: Lâmpada de lanterna de automóvel,12

volts, 21 watts, calcular:

(a) Corrente consumida pela lâmpada (em 12V)? (b) Resistência do filamento ? (nominal) (c) Potência na lâmpada se ligada em 6 volts?

(d) Energia (em joules) caso a lâmpada permaneçaligada durante 1 hora em 12 volts.



DriversDrivers Lâmpada é a carga (elemento que drena energia) A corrente consumida é muito alta para ser ligada

diretamente ao circuito Oscilador; Como ligar a lâmpada ao circuito oscilador ?



Solução:Solução: Usando um Driver !Usando um Driver !

Tipos de Drivers usados em CC:

a) driver a Relê eletromecânico

b) driver a transistor BJT (de junção bipolar) c)driver a transistor Mos-Fet. d) driver a IGBT.



Driver = transistor é como uma chave !Driver = transistor é como uma chave ! Controle “on-off” da carga; O “comando” da chave é a base do transístor.



Driver aDriver a transístortransístor BJTBJT Um transístor BJT pode ser PNP ou NPN terminais: Coletor, Base, Emissor

diversos encapsulamentos



Equações mais importantes sobreEquações mais importantes sobreTransistores BJT (para NPN)Transistores BJT (para NPN)

Ie = Ib + Ic (Lei dos Nós) Vce = Vcb + Vbe (Lei das Malhas)

Vbe = 0,7 volts (aprox.) Hfe = Beta = Ic / Ib Aproximação: Ic = Ie (a corrente de base

é desprezível, muito pequena)



Encapsulamento deEncapsulamento de TransístoresTransístores



Exemplos de modelos comerciaisExemplos de modelos comerciais Baixa Potência: BC548, BC337, BC558, BC238,2N2222, 2SC936, 2SA1176, 2N

Média Potência: BD135, BD136, BD140, TIP31,TIP32, TIP41, TIP42 Alta potência: 2N3055, MJ802, 2N2776 para Rádio Frequência: 2N3866, 2N3553, etc. Existem milhares de modelos de transistores BJT !!



Testando um TransistorTestando um Transistor Identificar a B (Base)

testar os “2 diodos internos” Identificar o Coletor e o Emissor



Teste com oTeste com o MultímetroMultímetro

Analógico é melhor;



Driver comDriver com transístortransístor BJTBJT Com transístor NPN



Driver com BJTDriver com BJT O Transístor é usado na região de corte e

saturação (fora da região ativa);

No caso de carga indutiva, usar o diodo de proteçãoem anti-paralelo com a carga. Driver com transistor PNP, observe o ERRO no desenho abaixo:



Drivers com BJTDrivers com BJTDiferenças com transistor PNP e NPNDiferenças com transistor PNP e NPN



Observação Importante!Observação Importante! A carga deve ser sempre ligada ao COLETOR

transístor, nunca ao emissor. Veja o ERRADO:



Explicação:Explicação:

Ligar a carga ao emissor (ao invés de ligar aocoletor) produz outra configuração, chamadaSEGUIDOR DE EMISSOR.

Nesta configuração, a tensão de emissor seguirá

fielmente a tensão de base, a menos de umaconstante Vbe=0,7 V.

Dessa forma, perdemos a desejada característica

de “corte e saturação” necessária para que otransistor funcione como chave “on-off”.



Equação da RetaEquação da Reta

Na geometria analítica: Dado 2 pontos P(xo,yo) e Q(x1,y1) pertencente à

reta “r” e m = (y1 - yo) / (x1 - xo) Eq. Da Reta: y - yo = m ( x - xo)



Reta de carga doReta de carga do

TransístorTransístor

É uma curva Vce versus Ic



Reta de cargaReta de carga



Ponto de Operação (Ponto de Operação (

QuiescenteQuiescente

))

Os transístores são utilizados como elementos deamplificação de corrente e tensão, ou comoelementos de controle ON-OFF. Tanto para estas

como para outras aplicações, o transístor deveestar polarizado corretamente.

Polarizar um transístor é fixá-lo num ponto de

operação em corrente contínua, dentro de suascurvas características.

Ótimo site: www.arvm.org/exames/trasistor.htm



PontoPonto QuiescenteQuiescente

Também chamado de polarização DC, este ponto de operação(ou quiescente) pode estar localizado nas regiões de corte,saturação ou altiva da curva característica de saída.

Qa = Região ativa

Qb = Região de saturação Qc = Região de corte



Notar que:Notar que:

Na região de corte, a tensão Vce é máxima (iguala Vcc) e a corrente de coletor é zero;

Na região de saturação, a corrente de coletor é

máxima (depende da carga) e Vce é mínima(aprox. 0,3 V).

A Potência dissipada na junção coletor-emissor éPce = Vce.Ic

Boylestad, p. 155 até 157



Cálculos dosCálculos dos resistoresresistores dedeColetor e de baseColetor e de base

Rc = [ Vcc - Vce(sat) ] / Ic (sat) Rb = ( Ve - Vbe) / Ib (sat) OBS: Um BJT, quando saturado, apresenta um

Vce aproximado de 0,3 v e um valor mínimo deBeta entre 10 e 50, de modo geral (para o valorexato deve-se olhar o datasheet de cadatransistor).



Exemplo 3:Exemplo 3:

O circuito abaixo é um driver para um LED. Deseja-se que oled seja acionado quando a chave estiver na posição ON edesacionado quando a chave estiver na posição OFF.

Parâmetros do transistor BC548: Vbe (sat) = 0,7 V Vce (sat) = 0,3 V Beta (sat) = 20 Ic(max) = 200 mA Vce(máx)=25 V Parametros do LED: Vd = 1,8 V (led vermelho) Id = 15 mA

Calcule os resistores Rb e Rc.



Exemplo 4:Exemplo 4:

Um microcontrolador PIC16F877 precisa acionar um motor de 127volts/60Hz. Para tanto, é necessário que um transístor como chaveatue sobre um relê, já que nem o PIC, nem o transístor podem acionardiretamente este motor. A bobina do relê tem resistência DC de 80ohms.A corrente na bobina do relê, para um acionamento perfeito é

de 50mA.(a) Calcule o valor do resistor Rc de modo que o transistorfuncione com segurança; (b) Explique a função do resistor Rc;

(C) Explique a função do diodo D1; (d) calcule o valor do resistor Rb (na base);

Parâmetros do transistor 2N2222 Vbe(sat)=0,7V

Vce(sat)=0,3V Beta(sat)=10

Ic(max)=500mA Vce(max)=80V



RelêRelê eletromecânicoeletromecânico

É um comutador mecânico,composto por uma bobina que, aoser percorrida por uma corrente, cria

um campo magnético que atrai aarmadura. Possui no mínimo 5terminais: 2 da bobina, um contato

comum, 1 contato NA (normalaberto) e um NF (normal fechado).



Driver a RelêDriver a Relê



Ligação do RelêLigação do Relê



RelêRelê



Driver a relêDriver a relêExemplo de esquema de driverExemplo de esquema de driverBoylestadBoylestad, p. 155, p. 155



Transístor MosTransístor Mos--FetFet



MosMos--FetFet tipo N e tipo Ptipo N e tipo P(intensificação ou HEX-FET)(intensificação ou HEX-FET)



Diferença entre BJT eDiferença entre BJT e MosMos--FetFet

Qual é a principal diferença entre otransístor BJT e o transístor MOSFET ?



Principal diferença é que...Principal diferença é que...

Um transistor BJT é controlado pelacorrente na base e um mos-fet écontrolado pela Tensão no gate !



Transístores Mos FetTransístores Mos FetBoylestadBoylestad, p. 174 até p.204, p. 174 até p.204



Tipos de MOS-FETTipos de MOS-FET

Em mecatrônica, para controle dechaveamento (ON-OFF) o mos-fetusado é o do tipo “intensificação”

também chamado HEX-fet. Ver livro: Boylestad, p. 190

Exemplos: IRF630, IRF640, IRLZ34N,IRLZ44, IRF720, IRZ34



Tipos de transistoresTipos de transistores



EmEm mecatrônicamecatrônica......

Nós usamos os transistores MOS-fet dotipo HEX-fet (ou “intensificação” )

Existem muitos outros tipos de

transístores mos-fet. Por exemplo: mos-fet de depleção, de porta-dupla,

JFET,etc. (ver Boylestad, p.174 até 204)

Entretanto,os outros tipos não se usampara corte e saturação (on-off).



Associações de transistoresAssociações de transistores BoylestadBoylestad, p.431, p.431

Associação Darlington (“Super transistor”) O ganho (Hfe ou Beta) da associação é igual ao

produto do ganho de cada transistor



Associação deAssociação de transístorestransístores

Associação par-realimentado Os dois transistores atuam como se fossem um

único PNP Multiplicam-se os Hfe Boylestad, p.431



Transistor IGBTTransistor IGBT

Insulated Gate Bipolar Transistor Em português: transistor bipolar de

porta isolada - é um componente

semicondutor de potência, quepossui como principaiscaracterísticas: alta eficiência, rápidacomutação e facilidade deacionamento.



IGBTIGBTAtenção: O símbolo à esquerda mostra o IGBT PNP e aAtenção: O símbolo à esquerda mostra o IGBT PNP e a

direita esta simbolizado um IGBT do tipo NPNdireita esta simbolizado um IGBT do tipo NPN



IGBTIGBT

Trata-se de uma associação que inclui na entradaum mos-fet e na saída um transistor BJT;



Curva típica IGBTCurva típica IGBT



IGBT usado emIGBT usado em InversoresInversores dede FrequenciaFrequencia



Aplicação típica de IGBTAplicação típica de IGBT

Controle de motores AC (inversor de frequência)



IGBTIGBT

O IGBT alia as características de chaveamento dos

transistores bipolares com a alta impedância dos Mosfets. Assim, ele apresenta as facilidades de chaveamento dos

Fets, por ser acionado por tensão e não ter a dependênciade uma alta corrente de base para sua polarização;

Suporta maiores potências que os fets, assim comoapresenta uma baixa tensão de saturação.

Basicamente, o IGBT pode ser analizado como um mos-fetacionando um transistor bipolar.



AULA 2AULA 2 - Drivers para Corrente- Drivers para CorrenteAlternadaAlternada

Em corrente alternada (AC)geralmente usam-se SCRs e Triacs. Transistores BJT, FETs e IGBTs não

são usados para controlar cargas emAC;

Os Tiristores (SCR e TRIAC) sãodiodos disparados pelo gate.



SCR (SCR (Silicon Controlled RectifierSilicon Controlled Rectifier))

Retificador Controlado de Silício É um diodo cujo disparo é comandado pelo gate retifica apenas meia senóide Circuito equivalente com transistores:

SCR em corrente continua (DC)SCR em corrente continua (DC)



( )( )Uma vez disparado, assim permanece, até que a tensão entre A eUma vez disparado, assim permanece, até que a tensão entre A e

K sejaK seja zeradazerada..



SCR em corrente alternada (AC)SCR em corrente alternada (AC)

Usa-se para controlar o ângulo de disparo da

senóide Muito usado em ciruitos de “dimmer”, porém só

consegue meia senóide no máximo.

TRIAC (TRIAC (TiristorTiristor para Corrente Alternada)para Corrente Alternada)



TRIAC (TRIAC (TiristorTiristor para Corrente Alternada)para Corrente Alternada)

Quase igual ao SCR, porém é bidirecional, conduzos dois semi-ciclos da senóide

Num “dimmer”, consegue de 0 até a Potência total

da carga; Usa-se o “diac” para se efetuar o disparo do triac.

DIAC (disparador para TRIAC)DIAC (disparador para TRIAC)



DIAC (disparador para TRIAC)DIAC (disparador para TRIAC)

DiacDiac ((DiodeDiode forfor Alternating CurrentAlternating Current))



(( gg ))

O DIAC é um disparador bidirecional, ou diodo queconduz corrente apenas após a tensão de disparoser atingida, e pára de conduzir quando a corrente

elétrica cai abaixo de um valor característico,chamada de corrente de corte. Este comportamento é o mesmo nas duas direções

de condução de corrente. A tensão de disparo é por volta dos 30 volts para a

maioria dos DIACs. Este comportamento é de certa forma similar,

porém mais precisamente controlado e ocorrendoem menor valor, ao comportamento de umalâmpada de neon.

O DIAC é normalmente usado para disparar TRIACse SCRs.

SenóideSenóide recortada pelorecortada pelo dimmerdimmer



SenóideSenóide recortada pelorecortada pelo dimmer dimmer

TRIAC: Usado em relês de estado sólidoTRIAC: Usado em relês de estado sólido



Para acionar o TRIAC, usa-se o opto-diac (exemplo:MOC3083)

Opto-Opto-diacdiac



pp Elemento que serve para isolar eletricamente o Triac do

circuito de baixa tensão; De um lado tem um led, de outro tem um DIAC que é acionado

pela luz do led.

Exemplos: MOC3020, MOC3042, MOC3081, MOC3011, etc. Existem alguns modelos com “zero-crossing”

ReleRele de estado Sólidode estado Sólido



Internamente, tem um TRIAC e um opto-diac



Thank’sThank’s !!

FIM

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