Prática 3 – Acionamento de um LED com transistor seguidor de emissor

O objetivo desta prática é analisar a aplicação de um transistor bipolar no modo ativo para amplificação de corrente. Primeiro um circuito será dimensionado com base em uma especificação de desempenho e as folhas de dados dos dispositivos escolhidos. Em seguida, um circuito semelhante deverá ser montado no ambiente de simulação e alguns de seus parâmetros medidos.

Tópicos:

• Circuito
• Atividade para entrega: Dimensionamento
• Atividade para entrega: Simulação

Circuito

O circuito desta prática é um amplificador de corrente na topologia seguidor de emissor, cujo diagrama está mostrado na figura abaixo. Esse circuito é utilizado para acionamento de um LED com o Arduino, e sua função é diminuir a corrente fornecida pelos pinos digitais do microcontrolador. Assim é possível, por exemplo, comandar um LED de alta potência utilizando o Arduino e um circuito relativamente simples.

Diagrama de circuito para acionamento de um LED com o Arduino utilizando um transistor NPN na configuração de seguidor de emissor.

Uma característica interessante desta topologia é que o transitor não satura, pois a tensão do coletor é sempre maior ou igual que a da base. Isso significa que o ganho de corrente do transistor é sempre alto, apesar da desvantagem que a tensão coletor–emissor não é tão baixa. Por causa disso, esse circuito é recomendado para cargas de potência baixa a média, como LEDs, por exemplo.

Atividade para entrega: Dimensionamento

Considere agora o dimensionamento do resistor \(R\) para acionamento de um LED de potência modelo VLWR9632, da Vishay, cuja corrente nominal é de 70 mA, bem acima do máximo que o Arduino pode suprir por seus pinos de saída digital, 20 mA. Utilize as informações do transistor NPN de uso geral BC549 para o dimensionamento e análise.

Para esse circuito:

1. Escolha o valor de \(R\) para acionar o LED com sua corrente nominal de 70 mA quando a saída do Arduino estiver em nível lógico alto, 5 V. Para tal, utilize a tensão direta típica do LED da tabela de características ópticas e elétricas, e a tensão base–emissor da Figura 2 das características de desempenho típico do transistor.
2. Estime a corrente de base \(i_B\) quando o LED estiver aceso. Para tal, utilize o ganho de corrente CC típico do modo ativo, mostrado na Figura 3 da folha de dados do transistor.
3. Estime a potência dissipada no transistor. Esse valor está abaixo do máximo aceitável, de acordo com as informações da folha de dados?

Atividade para entrega: Simulação

Simule agora esse circuito no tinkercad com \(R=120\,\Omega\). Acione o LED com a saída digital e meça as seguintes grandezas:

1. a corrente de base no transistor;
2. a corrente no LED;
3. a tensão base–emissor do transistor.

Inclua no relatório a imagem da montagem do circuito e o valor das grandezas medidas. Lembre-se que o amperímetro deve ser ligado em série com o circuito de interesse. Já o voltímetro, por outro lado, deve ser ligado em paralelo. Coloque os valores medidos no relatório. Observe que tanto o LED quanto o transistor NPN do Tinkercad são um pouco diferentes dos dispositivos analisados na atividade anterior, mas seu comportamento qualitativo é muito parecido.