EX 14.3 - Transistor como chave em driver de relé

Muitas vezes é necessário ligar uma carga maior como uma lâmpada ou um motor a um circuito de baixa potência, por isso, dependendo da aplicação podemos empregar o uso de um rele para “chavear” esta carga com a alimentação correta que além de isolar estágios.

Para calcular um resistor para acionar um transistor (driver) e então através dele acionar um rele o qual alimentará uma carga muito maior. Primeiramente precisamos definir o que iremos ligar, feito isto definimos qual será a corrente de coletor (Ic), ou seja, a corrente da carga: No exemplo temos um rele 12Vdc. Em média o consumo de corrente de um componente deste fica em torno de 20mA.

Com este dado podemos calcular a corrente de base (Ib), que é a corrente que o transistor precisa para conduzir e então acionar a carga desejada (o rele). A fórmula é: Ib=Ic/hfe

Este novo dado apresentado (hfe) é um dado de datasheet, porém o mesmo pode ser adquirido efetuando a medida em multímetros digitais, esta medida é o ganho do transistor.

Sabendo-se o consumo da carga, procuramos por um transistor que suporte a corrente exigida, com isso encontramos o código do respectivo componente, em nosso caso um BC548 é mais do que suficiente. Observando os dados do fabricante podemos concluir que: O transistor suporta uma tensão de no máximo 30V, e uma corrente de coletor de no máximo 500mA. É visível que ele servirá em nossa aplicação e poderá “trabalhar” com folga.

Calculamos agora a corrente de base. Voltando a fórmula anterior, preenchemos os valores e em hfe inserimos o mínimo valor (menor ganho) que ele pode oferecer (ou seja, na pior das hipóteses). Portanto:

Fig.1 - Projeto de driver relé

Ib=20mA/110 temos Ib=181µA

Notamos então que são necessários apenas 181µA para fazer o transistor saturar (conduzir 12V/20mA), como a tensão de base e emissor fica em média em torno de 0,7V podemos calcular o resistor, para isso a tensão que deve ficar em cima do resistor é tudo além do necessário na base, então: Vrb=Vcc-0,7V=11,3V. Seguindo o princípio da lei de ohm: R=V/I temos: R=11,3V/181µA=62KΩ.

Para garantir a saturação, na prática admitimos uma corrente cerca de duas vezes maior na base, utilizamos portanto um resistor cerca de duas vezes menor.

Por fim, concluímos que comercialmente podemos usar um resistor de 56KΩ. Não faria questão de calcular a potência do resistor afinal a corrente é muito pequena e qualquer resistor padrão de 1/8W(125mW) serviria. De qualquer forma, segue: Pr=Vr*Ib=2mW

A função de D1 é proteger o transistor do pico tensão ocorrido quando desligamos o solenóide do rele, assim evitará que o transistor queime quando o mesmo ocorrer.

Driver com transistor NPN - Este circuito permite a multiplicação por 100 da sensibilidade de um relé em termos de corrente (fig. 2).

Fig.2 - Driver relé com transistor NPN

O que temos é um circuito seguidor de emissor, onde os valores dos resistores empregados dependem das características do relé e do transistor. Este circuito pode operar com relés tanto de 6 como de 12V para correntes de acionamento de até 100 mA. A resistência R2 deve ser 100 vezes a resistência da bobina do relé para um ganho de 50 vezes.

R1 funciona como limitador da corrente de entrada. A resistência da entrada deste circuito ficará multiplicada pelo ganho. Assim, se o relé tem uma resistência de 100 ohms em um acionamento com 6V, com este circuito, ele passará a representar uma resistência de 5 000 ohms.

Podemos usar qualquer transistor de silício de uso geral com o ganho superior a 50 e corrente de coletor máxima de 100 mA ou mais. Tipos recomendados são os BC547 e equivalentes.

Driver com transistor PNP - As características do circuito dado a seguir são as mesmas do anterior, com a diferença que usamos um transistor PNP. Temos então uma mudança de todas as polaridades. (figura 3). Como exemplos de transistores que podem ser usados nesta aplicação temos os seguintes: BC557, BC558, BC559, BC177.

Fig.3 - Driver relé com transistor PNP

Observe a utilização de um diodo de proteção em paralelo como relé. A capacidade de corrente do circuito controlado vai depender das características de contato do relé empregado.

O que ocorre neste caso é que o diodo está polarizado inversamente em relação a tensão que dispara o relé. Assim, quando ocorre a indução de uma alta tensão nos extremos da bobina no momento da interrupção da corrente, o diodo polarizado no sentido direto passa a ter uma baixa resistência absorvendo assim a energia que, de outra forma, poderia afetar o componente de disparo.

O diagrama utilizado em aula estará disponível em: 24_05_02 Driver á relé com transistor SRG.

O relatório da atividade prática está disponível em: 24_10_11 R11 Transistor em corte e saturação - Driver Relé.

A folha de dados do transistor NPN BC548 está disponível em: 24_05_01 Transistor NPN BC546 a BC550.

A folha de dados do transistor PNP BC558 está disponível em: 24_05_02 Transistor PNP BC556 a BC560.

Referência e circuito: Instituto Newton C. Braga. 

© Direitos de autor. 2018: Gomes, Sinésio R. Última atualização: 30/05/2024