Chave eletronica

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CL U B E D A E L E T R ÔN I C A EL E T R ÔN I C A GE R A L 
 
A chave eletrônica e suas aplicações – Autor: Clodoaldo Silva - Atualização: 17Ago2006 
 
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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. 
 
 
 
 
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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: 
 
 
 
 
 
 
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Note que quando a corrente de entrada IB foi 10µA a corrente de saída foi 2mA, ou seja aumentou 200 
vezes, á medida que houve o aumento de corrente de base (90µA) a corrente de coletor aumentou para 
18mA. A relação entre IC e IB permaneceu. A essa relação damos o nome de βDC, e pode ser encontrada 
nos manuais como HFE. 
 
Como conseguir descobrir a corrente de base ? 
 
Voltamos ao nosso circuito inicial e através da malha (II) encontraremos IB. Pela lei de kirchhoff temos: 
 
VBB = VRB + VBE 
 
VBB= IB.RB + VBE 
 
 
 
Saturação forte e Fraca 
 
 
‰ Saturação fraca ⇒ significa dispor corrente de base suficiente para levar o transistor à saturação. Tal 
procedimento porém não é aconselhável visto que pode haver uma variação de βDC além de 
variações na própria corrente de base de saturação. 
 
‰ Saturação forte ⇒ Significa manter a saturação em situações extremas de corrente e temperatura. Para 
transistores silício (baixa potência) nota-se que mesmo em situações extremas haverá um ganho de 
corrente superior a 10, ou seja, o βDC em situações práticas não será menor que 10. 
 
Como regra de projeto utiliza-se a corrente de base como 1/10 da corrente de coletor, isso assegura a 
condição de saturação forte para todos os valores de βDC. 
 
Chave eletrônica simples 
 
Circuito 1 ⇒ Conhecendo o transistor e seu comportamento nas regiões de corte e saturação, pode-se 
então construir um circuito de comutação simples, a chave eletrônica, e analisar alguns resultados que 
serão úteis em diversas aplicações. 
 
Material utilizado 
 
‰ Fonte de Alimentação 12 V; 
‰ Transistor BC 548 NPN ou similar; 
‰ Resistores 470Ω e 5,6kΩ; e 
‰ Um LED padrão que indicará se há ou não corrente no coletor. 
 
 
 
 
 
 
 
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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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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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. 
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Cargas indutivas tendem a criar um pico de corrente reversa no momento do desligamento. Um diodo deve 
ser conectado contra paralelo à bobina do relé, assim caso a corrente retorne, haverá uma baixa resistência 
no diodo e alta no transistor, entãoa corrente volta para a bobina o ciclo permanece até que ela seja 
dissipada naturalmente. 
 
A chave eletrônica e o sensor reed switch 
 
A alta versatilidade das chaves eletrônicas, aliada a dispositivos sensores é sem dúvida o braço direito da 
automação industrial. 
 
O reed switch é um sensor bastante simples muito utilizado em alarmes. Seu funcionamento é muito 
simples, com o imã próximo o contato NA, fecha, com o imã distante e contato abre. Veja ilustração: 
 
 
 
 
O circuito 
 
 
A chave eletrônica e o LDR 
 
O LDR (Resistor Dependente de Luz) é um transdutor, isto é, converte a grandeza física (intensidade 
luminosa) em grandeza elétrica (resistência). Seu funcionamento é bastante simples: 
 
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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. 
 
Amigos são os que nas prosperidades aparecem se receberem convite, e nas adversidades aparecem sem 
serem chamados. 
 
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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, 
1999. 
‰ Site: http://www.uoguelph.ca/~antoon/index.htm 
‰ Site: http://paginas.terra.com.br/educacao/almeida 
‰ Site: http://personales.com/brasil/saopaulo/EzeWebsite