Circuito de driver de relé de transistor com fórmula e cálculos

Neste artigo, estudaremos de forma abrangente um circuito acionador de relé de transistor e aprenderemos como projetar sua configuração calculando os parâmetros por meio de fórmulas.

Importância do Relé

Os relés são um dos componentes mais importantes dos circuitos eletrônicos. Especialmente em circuitos onde a transferência de alta potência ou comutação de carga CA da rede elétrica está envolvida, os relés desempenham o papel principal na implementação das operações.

Aqui aprenderemos como operar corretamente um relé usando um transistor e aplicar o projeto no sistema eletrônico para chavear uma carga conectada sem problemas.

Para um estudo aprofundado sobre como funciona um relé por favor leia este artigo

Um relé, como todos sabemos, é um dispositivo eletromecânico utilizado na forma de uma chave.

Ele é responsável por comutar uma carga externa conectada a seus contatos em resposta a uma energia elétrica relativamente menor aplicada em uma bobina associada.

Basicamente, a bobina é enrolada sobre um núcleo de ferro, quando uma pequena CC é aplicada à bobina, ela se energiza e se comporta como um eletroímã.

Um mecanismo de contato com mola colocado próximo à bobina responde imediatamente e é atraído pela força do eletroímã da bobina energizada. No curso, o contato conecta um de seus pares e desconecta um par complementar associado a ele.

O inverso ocorre quando a CC é desligada para a bobina e os contatos retornam à sua posição original, conectando o conjunto anterior de contatos complementares e o ciclo pode ser repetido tantas vezes quanto possível.

Um circuito eletrônico normalmente precisará de um driver de relé usando um estágio de circuito de transistor para converter sua saída de chaveamento CC de baixa potência em uma saída de chaveamento CA de alta potência.

No entanto, os sinais de baixo nível de um eletrônico que podem ser derivados de um estágio IC ou um estágio de transistor de baixa corrente podem ser bastante incapazes de acionar um relé diretamente. Porque, um relé requer correntes relativamente mais altas que podem normalmente não estar disponíveis a partir de uma fonte IC ou um estágio de transistor de baixa corrente.

A fim de superar o problema acima, um estágio de controle de relé torna-se obrigatório para todos os circuitos eletrônicos que precisam deste serviço.

Um driver de relé nada mais é que um estágio de transistor adicional conectado com o relé que precisa ser operado. O transistor é tipicamente e exclusivamente empregado para operar o relé em resposta aos comandos recebidos do estágio de controle anterior.

Diagrama de circuito

Referindo-se ao diagrama de circuito acima, vemos que a configuração envolve apenas um transistor, um resistor de base e o relé com um diodo flyback.

No entanto, existem algumas complexidades que precisam ser resolvidas antes que o projeto possa ser usado para as funções necessárias:

Uma vez que a tensão básica da unidade para o transistor é a principal fonte para controlar as operações do relé, ela precisa ser perfeitamente calculada para resultados ideais.

O valor do resistor de base id diretamente proporcional à corrente através do coletor / emissor do transistor ou em outras palavras, a corrente da bobina do relé, que é a carga do coletor do transistor, torna-se um dos principais fatores e influencia diretamente o valor do resistor de base do transistor.

Fórmula de cálculo

A fórmula básica para calcular o resistor de base do transistor é dada pela expressão:

R = (Us - 0,6) hFE / Corrente da bobina do relé,

• Onde R = resistor de base do transistor,
• Us = Fonte ou a tensão de disparo para o resistor de base,
• hFE = Ganho de corrente direta do transistor,

A última expressão que é a 'corrente de relé' pode ser encontrada resolvendo a seguinte lei de Ohm:

I = Us / R, onde I é a corrente necessária do relé, Us é a tensão de alimentação do relé.

Aplicação prática

A resistência da bobina do relé pode ser facilmente identificada usando um multímetro.

Us também será um parâmetro conhecido.

Suponha que a fonte Us é = 12 V, a resistência da bobina é 400 Ohms, então

Corrente de relé I = 12/400 = 0,03 ou 30 mA.

Além disso, o Hfe de qualquer transistor de sinal baixo padrão pode ser considerado em torno de 150.

Aplicando os valores acima na equação real, obtemos,

R = (Ub - 0,6) × Hfe ÷ Corrente de relé

R = (12 - 0,6) 150 / 0,03

= 57.000 Ohms ou 57 K, o valor mais próximo sendo 56 K.

O diodo conectado através da bobina do relé, embora não esteja relacionado com o cálculo acima, ainda não pode ser ignorado.

O diodo certifica-se de que o EMF reverso gerado pela bobina do relé é curto-circuitado através dele, e não despejado no transistor. Sem esse diodo, o EMF traseiro tentaria encontrar um caminho através do coletor emissor do transistor e, no curso, danificaria o transistor permanentemente, em segundos.

Circuito de driver de relé usando PNP BJT

Um transistor funciona melhor como uma chave quando está conectado com uma configuração de emissor comum, o que significa que o emissor do BJT deve estar sempre conectado diretamente com a linha 'terra'. Aqui, o 'solo' se refere à linha negativa para um NPN e a linha positiva para um PNP BJT.

Se um NPN for usado no circuito, a carga deve ser conectada ao coletor, o que permitirá que seja ligada / desligada ligando / desligando sua linha negativa. Isso já foi explicado nas discussões acima.

Se você deseja ligar / desligar a linha positiva, nesse caso você terá que usar um PNP BJT para acionar o relé. Aqui, o relé pode ser conectado através da linha negativa da alimentação e do coletor do PNP. Por favor, veja a figura abaixo para a configuração exata.

No entanto, um PNP precisará de um acionador negativo em sua base para o acionamento, portanto, caso você deseje implementar o sistema com um acionador positivo, pode ser necessário usar uma combinação de NPN e PNP BJTs, conforme mostrado na figura a seguir:

Se você tiver alguma dúvida específica sobre o conceito acima, sinta-se à vontade para expressá-la por meio dos comentários para obter respostas rápidas.

Driver de relé de economia de energia

Normalmente, a tensão de alimentação para a operação de um relé é dimensionada para garantir que o relé seja puxado de maneira ideal. No entanto, a tensão de retenção necessária é normalmente muito mais baixa.

Isso geralmente não é nem metade da tensão de pull-in. Como resultado, a maioria dos relés pode funcionar sem problemas mesmo com esta tensão reduzida, mas somente quando é garantido que na ativação inicial, a tensão é suficientemente alta para o pull-in.

O circuito apresentado abaixo pode ser ideal para relés especificados para trabalhar com 100 mA ou menos, e com tensão de alimentação abaixo de 25 V. Ao usar este circuito, duas vantagens são garantidas: primeiro de todas as funções de relé usando corrente substancialmente baixa a 50% menor que a tensão de alimentação nominal e a corrente reduzida para cerca de 1/4 da classificação real do relé! Em segundo lugar, relés com classificação de tensão mais alta podem ser usados ​​com faixas de alimentação mais baixas. (Por exemplo, um relé de 9 V que é necessário para operar com 5 V de uma fonte TTL).

O circuito pode ser visto conectado a uma tensão de alimentação capaz de manter o relé perfeitamente. Durante o tempo em que S1 está aberto, C1 é carregado por meio de R2 até a tensão de alimentação. R1 é acoplado ao terminal + e T1 permanece desligado. No momento em que S1 é pressionado, a base T1 é conectada ao comum de alimentação através de R1, de forma que ela liga e aciona o relé.

O terminal positivo de C1 se conecta ao aterramento comum por meio da chave S1. Considerando que este capacitor foi inicialmente carregado com a tensão de alimentação, seu terminal neste ponto torna-se negativo. A tensão na bobina do relé, portanto, atinge duas vezes mais do que a tensão de alimentação, e isso puxa o relé. A chave S1 poderia ser, certamente, substituída por qualquer transistor de uso geral que pode ser ligado ou desligado conforme necessário.