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Eletrônica - REE IIIEletrotécnica - Teoria Circuitos temporizadores

Circuitos temporizadores

Circuitos temporizadores © SENAI-SP, 2003

Trabalho editorado pela Gerência de Educação da Diretoria Técnica do SENAI-SP, a partir dos conteúdos extraídos da apostila SENAI-SP. DMD. Eletrotécnica - Teoria. São Paulo, 1990 (Reparador de Equipamentos Eletrônicos I).

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Sumário

Apresentação 5 Relés em circuitos eletrônicos com retardo de tempo7 Transistor de unijunção - UJT23 Multivibrador biestável controlado por UJT33 CI 5 como multivibrador monoestável, astável e gerador de rampa43 Referências bibliográficas 5

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Apresentação

O objetivo que norteou a elaboração do material didático Circuito temporizador foi o de apresentar, de uma forma organizada, clara e objetiva, os aspectos fundamentais da eletrônica e da eletrotécnica.

Esperamos que esse manual sirva como instrumento de apoio ao estudo de uma matéria essencial para os que se iniciam ao campo da eletrônica.

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Relés em circuitos eletrônicos com retardo de tempo

Introdução

O relé é um dispositivo de controle amplamente utilizado na indústria.

É empregado na partida de motores e geradores, no processamento de solda de ponto, no comando de laminadores e prensas e no controle da iluminação de edifícios.

Neste capítulo serão estudadas as características dos relés, suas aplicações e seu funcionamento, principalmente em circuitos com retardo de tempo.

O objetivo principal desse estudo é fazer com que você aprenda como fazer a manutenção desse tipo de circuito.

Após o estudo desse capítulo você deverá saber: • Identificar os parâmetros da bobina de um relé;

• Montar u circuito de acionamento de luz de emergência com auxílio de um relé;

• Observar o comportamento de um relé com ação retardada pela carga ou descarga de um capacitor; • Dimensionar e montar um circuito de retardo de tempo.

Para alcançar o objetivo proposto, você deverá ter conhecimento relativos a: • Magnetismo;

• Carga e descarga de capacitores;

• Corte e saturação de transistores;

• Constante RC.

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Relé

Relé é um componente eletromecânico que efetua a comutação de seus contatos pela ação de um campo magnético.

Nos dispositivos eletrônicos, os relés representam o estágio de saída e podem também assumir funções particulares como componentes fotoelétricos e temporizadores. Na figura a seguir mostramos um relé e os elementos que o compõem.

O relé é composto basicamente de três elementos: • Bobina;

• Contatos;

• Circuito magnético.

A bobina é responsável pela formação do campo eletromagnético.

A figura a seguir mostra uma bobina e o símbolo a ela correspondente. Observe também a sua localização no relé.

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Os contatos são mecanismos que efetuam a abertura ou o fechamento do circuito.

Contatos de fechamento (NA, normalmente aberto)

Contatos de abertura

(NF, normalmente fechado) Reversores (S)

Nas figuras que seguem, podemos observar a localização dos contatos, e como são representados simbolicamente os contatos de fechamento, de abertura e os reversores.

Por fim, o último elemento de que se compõe um relé é o circuito magnético. O circuito magnético é formado por uma parte fixa chamada núcleo e por uma parte móvel chamada balancim que se move com o auxílio da mola de chamada.

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Funcionamento do relé

Quando uma tensão de excitação é aplicada à bobina do relé, uma corrente circula pela bobina. Forma-se, então, no núcleo um campo magnético que atrai o balancim. Esse, por sua vez, fecha ou abre os contatos.

Quando cessa a corrente que excita a bobina, o fluxo magnético que atraía o balancim também cessa. Por isso, o balancim retorna à posição de repouso pela ação da mola de chamada, abrindo os contatos.

O fechamento dos contatos do relé é chamado de atracação. A tensão mínima sob a qual a atracação acontece corresponde a mais ou menos 60% da tensão nominal do relé.

Por outro lado, a abertura dos contatos (ou atracação) ocorre sob uma tensão de 10 a 20% da tensão nominal do relé.

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Num relé de 12V, por exemplo, a tensão de atracação será aproximadamente igual a:

A tensão de desatracação será aproximadamente igual a:

Observação Todo relé é considerado um dispositivo lógico porque só admite duas condições: ligado ou desligado.

Especificação técnica dos relés

Os relés são especificados tecnicamente por meio de: • Tensão nominal da bobina;

• Corrente máxima dos contatos;

• Tensão máxima de comutação;

• Número de contatos;

• Resistência da bobina.

Esses dados, juntamente com o código do fabricante, vêm expressos no corpo do relé. Conforme figura a seguir, a especificação 12V corresponde à tensão nominal da bobina; 5A refere-se à corrente máxima dos contatos e 250V corresponde à tensão máxima de comutação.

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Observação Outros dados são apresentados por meio de códigos dos respectivos fabricantes. Para familiarizar-se com os códigos, é necessário consultar os catálogos de fabricação.

Tipos de relés

Os tipos de relés mais comumente empregados são os: • Térmicos;

• Fotoelétricos;

• Temporizadores.

Relé térmico Este tipo de relé aproveita e efeito térmico da corrente elétrica. Consiste numa lâmina bimetálica que se curva e abre os contatos quando aquecida. A figura abaixo mostra o relé térmico e o símbolo que o representa.

Normalmente esses relés são usados para proteger equipamentos elétricos contra sobrecargas.

Relés especiais Existem vários tipos de relés especiais. Dentre eles podem-se citar o: • Relé polarizado;

• Relé de remanência;

• Relé reed.

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Relé polarizado Este tipo de relé reage ao impulso de comando somente se a tensão tiver uma polaridade determinada. Em geral, o balancim tem um magnetismo permanente. Dessa forma, ele é atraído ou repelido, conforme a polaridade da corrente de comando.

Um relé polarizado com três posições estáveis e seu símbolo estão apresentados na figura abaixo.

O relé polarizado é empregado nas instalações de sinalização, alarme e telecomunicação.

Relé de remanência Este relé é magnetizado por um impulso de corrente contínua e é mantido atracado por efeito do magnetismo residual do núcleo. O balancim retorna à posição inicial quando o núcleo é desmagnetizado por meio de uma corrente alternada.

Os relés de remanência são empregados em equipamentos que executam operações seqüenciais. Na a baixo seguir estão representados o relé de remanência e seu respectivo símbolo.

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Relé reed Neste tipo de relé, os contatos ficam dentro duma ampola de vidro selado com um gás inerte. A bobina envolve a ampola e não existem outras peças móveis além dos contatos. O relé reed e seu símbolo estão representados na figura abaixo.

Os relés reed são empregados em equipamentos eletrônicos operados em locais onde não pode haver faísca elétrica, como nas indústrias químicas e refinarias de petróleo.

São próprios para comandar pequenas potências, a partir de tensões reduzidas.

Relé fotoelétrico A figura a seguir mostra o esquema eletrônico de um relé fotoelétrico. Esse tipo de relé eletrônico funciona com elementos fotossensíveis.

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Como todo relé elétrico, ele necessita de um transistor que forneça a corrente de excitação da bobina.

A função do elemento fotossensível é polarizar o transistor para que o relé seja ligado em presença da luz.

Um exemplo do emprego do relé fotoelétrico é o seu uso no controle, da iluminação pública onde liga ou desliga as lâmpadas, dependendo do nível da iluminação natural.

Relés temporizadores Nos relés temporizadores, a comutação dos contatos não ocorre instantaneamente. O período de tempo (ou retardo) entre a excitação ou a desexcitação da bobina e a comutação pode ser ajustado.

Os relés temporizadores podem ser de dois tipos: relé de ação retardada à atração ou excitação, conhecido também como relé de excitação e relé de ação retardada à repulsão ou de desexcitação. Veja no quadro abaixo como esses relés são simbolizados.

O retardo pode ser obtido por meio de: • Relé de retardo eletropneumático;

• Relé de retardo mecânico;

• Relé eletrônico de tempo.

Relé de retardo eletropneumático Neste tipo de relé, o retardo e determinado pela passagem de certa quantidade de ar através de um orifício regulável.

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O ar entra no dispositivo pneumático que puxa o balancim para cima, fornecendo corrente para ao contatos.

Este tipo de relé é indicado para períodos de um a sessenta segundos, mas não é muito preciso.

Relé de retardo mecânico No relé de retardo mecânico, um came regulável é acionado pelo redutor de um motor. Após um tempo determinado, o came abre ou fecha um contato.

Esse tipo de relé pode ser construído para controlar retardos que variam de poucos segundos até algumas horas.

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Relés eletrônicos de tempo Os relés eletrônicos de tempo são acionados por meio de circuitos eletrônicos. O retardo é determinado pela constante de tempo RC e pode variar de frações de segundos até alguns minutos. Esse relé será objeto de estudo posterior.

Excitação do relé

Geralmente os circuitos eletrônicos têm sinais de potência muito limitada, e por isso não conseguem acionar diretamente os relés.

Para que isso aconteça, é preciso empregar transistores que amplificam os sinais. Esse tipo de transistor é conhecido como “driver”.

Nesse circuito, faz-se a excitação do relé por esse meio do transistor PNP. A tensão de polarização entre base e emissor (VBE) é fornecida pelo divisor de tensão constituído por R1 e R2.

A estabilização térmica do transistor é garantida por R3.

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Ao se fechar a chave S1, a corrente que flui através de R1 e R2 fornece a polarização para a junção base-emissor do transistor.

Essa polarização permite que a corrente (IC) circule pelo circuito de coletor, energizando o relé. O pico de tensão inversa que ocorre ao se interromper a corrente

(IC) é neutralizado pelo diodo de proteção V2. Isso evita que o transistor fique danificado.

Observação Considerando-se a queda de tensão de saturação entre coletor e emissor do transistor

(VCE), a tensão de alimentação deve ser um pouco maior do que a tensão da bobina do relé.

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A excitação do relé também pode ser feita através de um transistor NPN; basta inverter a polaridade da fonte (VCC) e do diodo de proteção (V2).

Circuito com relé de ação retardada

Como já foi visto, nos relés eletrônicos de ação retardada, o retardo é determinado pela constante RC, isto é, o tempo de carga ou descarga do capacitador.

Circuito de retardo por carga do capacitor A figura abaixo mostra um circuito básico de retardo que utiliza o tempo de carga do capacitor.

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Quando a chave S2, é fechada, a corrente circula através do circuito base-emissor. Com o capacitor descarregado, a corrente inicial deverá ter carga suficiente para polarizar o transistor que aciona o relé.

Uma vez acionado, o relé permanecerá atracado durante um espaço de tempo que depende da constante de tempo RC, da tensão de alimentação e do relé utilizado.

Enquanto ele estiver atracado, a corrente de base decrescerá de forma progressiva, reduzindo a corrente do coletor (IC) até a desatracação do relé.

Quando o capacitor estiver completamente carregado, IB e IC cessarão, e a tensão nas armaduras do capacitor será igual a VCC.

Para reiniciar o ciclo de trabalho do relé temporizador, basta pressionar S1 para descarregar o capacitor.

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Observação O ajuste do tempo de retardo pelo potenciômetro não ocorre de forma linear, pois existe uma dependência com a corrente de base do transistor que também não é linear (ponto de trabalho do transistor).

Circuito de retardo por descarga do capacitor Na figura abaixo, pode-se observar um outro circuito no qual o tempo de acionamento do relé ocorre por descarga do capacitor.

Quando S1 é fechada, o relé fica desenergizado, pois não há corrente de polarização do circuito base-emissor. Ao se conectar a chave S2 na posição A, o capacitor será carregado quase instantaneamente, e o relé continuará desatracado.

Comutando-se S2 para a posição B, o capacitor será descarregado através de R1 + R2, que estão associados em paralelo com R4 + RBE + R3.

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A tensão desenvolvida em RBE fará com que a corrente circule através do transistor que, por sua vez, excitará o relé.

À medida que o capacitor se descarrega, a corrente de base decresce progressivamente até que não haja corrente suficiente no coletor de transistor para manter o relé atracado.

O tempo de descarga é fornecido pela constante de tempo do capacitor C e a resistência efetiva entre o ponto B e a massa. Isto é, t = REF . C, onde: • t = constante de tempo

• REF = resistência efetiva em ohms entre o ponto B e a massa • C = capacitância (em farad) do capacitor.

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Transistor de unijunção - UJT

Introdução

A sigla UJT vem da expressão inglesa “unijunction transistor” e quer dizer transistor de unijunção. O UJT é um tipo de transistor muito usado porque simplifica consideravelmente os circuitos osciladores, disparadores e temporizadores.

Neste capítulo, você vai estudar as características e o funcionamento do UJT num circuito oscilador de relaxação.

Para tirar bom proveito do que aqui for ensinado, é necessário que você já esteja familiarizado com os seguintes elementos: • Estrutura cristalina;

• Junção PN;

• Constante RC.

Transistor de unijunção (UJT)

O UJT é feito de uma barra de silício do tipo N, fracamente dopada, com uma junção PN. Apresenta ele três terminais: emissor (E), base 1 (B1) e base 2 (B2).

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As bases B1 e B2 são ligadas nas extremidades da barra e o terminal do emissor, por sua vez, liga-se ao cristal P. Veja anteriormente o esquema de construção de um UJT e sua representação simbólica.

O UJT é encapsulado e tem a forma de um transistor comum. Entretanto, suas características elétricas são completamente diferentes, como veremos mais adiante.

É interessante notar que o UJT é um gerador de pulsos estreitos de alta potência e de curta duração. Assim sendo, pode ser usado tanto em circuitos de chaveamento como em osciladores.

Constituição e características do UJT

Na figura baixo, mostramos o esquema de um circuito equivalente simplificado do UJT. Esse circuito é usado somente para mostrar as características e o funcionamento do UJT. Portanto, você não pode usá-lo para substituir um UJT.

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