Circuitos com Darlington de Potência (ART2299)

Os transistores Darlington, com ganhos de 700 a 10 000 e capacidade de corrente de até 4 ou 5 A, encontram uma ampla gama de aplicações, tanto na eletrônica recreativa como também em eletrônica industrial consistindo em verdadeiros integrados, que contam com dois transistores e resistores, estes componentes podem operar cargas de correntes elevadas a partir de pequenos sinais, como os obtidos na saída de circuitos TTL e CMOS e mesmo transdutores. Neste artigo focalizamos diversos circuitos práticos tomando como base os transistores TlP112 e TlP115.

Um transistor Darlington é um dispositivo semicondutor que equivale a, dois transistores ligados em acoplamento direto, conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1 – Darlingtons NPN e PNP
Figura 1 – Darlingtons NPN e PNP

 

 

Nestes dispositivos podemos obter ganhos que correspondem ao produto dos ganhos individuais dos transistores associados e uma impedância de entrada, na configuração de emissor comum, que equivale ao produto do ganho pela resistência de carga.

Isso significa que estas componentes podem excitar cargas de correntes relativamente elevadas a partir de tênues sinais, como os obtidos de integrados TTL e CMOS e até mesmo alguns transdutores como, por exemplo, LDRs, termistores, células de Efeito Hall e outros.

Nas aplicações domésticas e recreativas podemos utilizar tais transistores em substituição a etapas inteiras de amplificação, em circuitos de alarmes, chaves eletrônicas, sistemas de aviso, intercomunicadores, acionamento de relés para abertura e fechamento de portas de garagens etc.

Nas aplicações industriais podemos usar estes transistores na excitação direta de solenoides, contadores, relés e outros dispositivos eletromecânicos diretamente a partir de sensores ou interfaces usando lógica TTL ou CMOS.

Este artigo se baseia na série de Darlingtons de 4 ampères da que vai do TIP110 ao TIP117, constando de 6 tipos, 3 NPN e 3 PNP, com tensões de 60, 80 e 100V.

As características destes componentes são das na tabela.

 


 

 

Estes transistores são disponíveis em encapsulamentos TO-220 conforme mostra a figura 2.

 

Figura 2 - Encapsulamentos
Figura 2 - Encapsulamentos

 

 

Excitação de Cargas Indutivas a Partir de TTL e CMOS

A partir da corrente de saída de integrados TTL e CMOS podemos excitar diretamente cargas resistivas e indutivas de até 2A com tensão de alimentação de 12V ou mais.

Na figura 3 temos duas formas de fazer o acionamento de uma lâmpada de potência para 12 V x 1 A a partir de uma saída TTL ou CMOS usando um transistor TIP112, que deverá ser dotado de um radiador de calor.

 

Figura 3 – Acionamento de lâmpada e relé
Figura 3 – Acionamento de lâmpada e relé

 

 

Este circuito faz o acionamento da lâmpada quando a saída do circuito lógico estiver no nível 1.

Para excitação no nível baixo podemos usar o circuito da figura 4, que tem por base um transistor da mesma família porém PNP.

 

Figura 4 – Usando um PNP
Figura 4 – Usando um PNP

 

 

2. SIRENE BITONAL PARA AUTO

Uma aplicação que pode ter tanto finalidade recreativa como também equipar viaturas que precisem de um sinal de alerta forte é a sirene, cujo diagrama é mostrado na figura 5.

 

Figura 5 – Sirene bitonal
Figura 5 – Sirene bitonal

 

 

O tom básico é dado pelo capacitor C2, enquanto que a intermitência é dada pelo capacitor C1; ambos podem ser alterados numa ampla faixa de valores.

A potência de alguns watts é obtida de um Darlington TIP112 que excita diretamente um alto-falante de bom rendimento de 4 ohms x 10 watts.

O transistor Q1 deve ser montado num radiador de calor, e a alimentação para os integrados 7400 deve ser de 5 V, obtidos de um 7805.

O fusível F1 serve de proteção para a entrada do sistema, interrompendo a corrente em caso de curtos.

 

3. ACIONADOR POR PULSOS LOGICOS

Uma aplicação industrial interessante é mostrada na figura 6.

 

Figura 6 – Acionador por pulsos
Figura 6 – Acionador por pulsos

 

 

Temos um flip-flop formado por duas das quatro portas NAND de um 4011, que serve para ativar uma carga indutiva que tanto pode ser um relé, um solenoide ou mesmo um contador eletromecânico.

Os pulsos podem vir de transdutores diversos tais como sensores de passagem, magnéticos ou mesma de contato momentâneo, com um circuito anti-repique.

O pulso na entrada E1 ativa a carga, enquanto que o pulso na entrada E2 desativa.

A alimentação do 4011 deve ser feita com tensões na faixa de 5 a 15 V.

 

4. SISTEMA SENSOR HALL

Os sensores de Efeito Hall são sensíveis a campos magnéticos como, por exemplo, os produzidos pela passagem de um ímã.

Tais sensores podem ser usados em sistemas de ignição para provocar o disparo do SCR (descarga capacitiva) no ponto de certo, conforme sugere a figura 7.

 

Figura 7 – Sensor Hall
Figura 7 – Sensor Hall

 

Outra aplicação, envolvendo eletrônica industrial, é no controle de velocidade de máquinas, nos sistemas de alarme de parada ou posição de mecanismos, e até mesmo como sensor de vibrações.

Basicamente os sensores Hall são componentes de 3 terminais que devem ser posicionados de modo a sofrer a ação do campo magnético externo num certo sentido (figura 8).

 

Figura 8 – Um sensor Hall
Figura 8 – Um sensor Hall

 

Um dos terminais é a alimentação, o outro é o terra e finalmente o terceiro e a saída de sinal.

O circuito de aviso, que também pode servir para outras aplicações e que usa um sensor de efeito Hall, é mostrado na figura 9.

 

Figura 9 – Circuito de aviso
Figura 9 – Circuito de aviso

 

 

A passagem de um ímã pelas proximidades do sensor gera o sinal que faz o 555 entrar em oscilação.

O sinal de áudio é então amplificado por um Darlington de potência e aplicado ao alto-falante.

O circuito só permanece ativado enquanto o ímã estiver perto do sensor, o que significa que, para um sistema de detecção de passagem rápida, devemos usar o 555 na configuração monoestáveL

 

5. SENSOR DE LUZ

O circuito da figura 10 pode ser usado em aplicações recreativas ou industriais.

 

Figura 10 – Sensor de luz
Figura 10 – Sensor de luz

 

 

Trata-se de um sistema que pode ativar um solenoide ou relé a partir do corte da luz que incide no LDR.

O solenoide ou relé podem ter bobinas com correntes relativamente altas (até 2 A), o que significa a possibilidade de controle de cargas elevadas para o caso do relé ou a ação mecânica intensa para o solenoide.

O potenciômetro de 100 k permite que se ajuste o ponto de disparo do circuito em função da intensidade de luz incidente.

Com a inversão de posição (LDR x Potenciômetro) passamos a ter um circuito com ação inversa, isto é, que ativa a carga com a incidência da luz no LDR.

Para maior diretividade, em ambos os casos, o LDR deve ser montado num tubo opaco dirigido para o lado de onde procede a luz. Uma lente convergente pode melhorar a ação do sistema.

Dentre as aplicações industriais possíveis, podemos citar a ativação de dispositivos mecânicos, através do solenoide, pela passagem de um objeto numa linha de montagem ou uma marca (furo) num volante em determinada posição.

Um contador de voltas de uma máquina pode ser implementado com a disposição mostrada na figura 11.

 

Figura 11 – Usando um contador
Figura 11 – Usando um contador

 

 

O contador é do tipo eletromecânico e a cada pulso produzido pela passagem da marca do volante se faz o acionamento do sistema com a contagem de uma unidade.

É importante observar que este circuito é do tipo amplificador, o que significa que temos de aplicar níveis bem definidos de excitação para que ocorra a comutação.

Níveis intermediários aos estabelecidos podem provocar funcionamento errático.

 

 


Opinião

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