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Autor Tópico: Onde está o erro? - Calculo resistência para transistor  (Lida 8674 vezes)

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Offline Kristey

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Onde está o erro? - Calculo resistência para transistor
« em: 04 de Janeiro de 2015, 00:06 »
Segundo os meus calculos a resistencia deveris ser 10Kohm mas a mesma não está a produzir um efeito satisfatório na abertura do rele.

RELÉ - PCH-109D2H - 9V - datasheet: http://www.farnell.com/datasheets/1717894.pdf
Transistor: 2N2222A

Pelas especificações do rele de 9V:
9V, Rated coil power = 400mW

Fazendo as contas para a corrente necessária para abrir o rele:
Icoil=400mW/9 =0,45mA

Como eu tenho apenas 5V de sinal
Icoil=400mW/5=80mA

Tanto um valor como outro diferem do quadro inicial da datasheet:
Min. recommended contact load - 100mA, 5VDC

Qual o meu erro?

É que mesmo usando o valor de R para 100mA, 5VDC, não consigo que o rele acione decentemente (O barulho de comutação é muito reduzido)



Para o calculo de R:
Icolector=Ic
Ibase=Ib

Ic=Ib x hfe
Ic=100mA
hfe=207 (medido)
Ib=100mA/207=0.49mA

Ib=(5 - 0.7)/R <=> R=4.3/0.49mA <=> R=8.9k ohm

Experimentei com uma resistencia de 8.2kohm e não funcionou.
Onde me enganei.


Offline senso

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Re: Onde está o erro? - Calculo resistência para transistor
« Responder #1 em: 04 de Janeiro de 2015, 00:10 »
Precisas de mais voltagem, simplesmente com 5v não tens corrente suficiente.
Avr fanboy

Offline Kristey

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Re: Onde está o erro? - Calculo resistência para transistor
« Responder #2 em: 04 de Janeiro de 2015, 01:19 »
Eu andei a testar com outras resistencias, ia baixando, cheguei a uma resistência de 2.2k ohm está a funcionar.
Gostava era de perceber porque.
Tendo menos tenção teria de ter mais corrente.
Mesmo assim está longe do que eles pedem 100mA @5VDC, eu por calculos não consigo chegar a estes valor. Chego apenas aos 80mA.
A questão é que fazendo também os cálculos para 100mA@ 5VDC a resistencia que me dá é muito alta. (se isto: 100mA@ 5VDC, está na datasheet é porque funcionam a 5V certo?)

Online jm_araujo

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Re: Onde está o erro? - Calculo resistência para transistor
« Responder #3 em: 04 de Janeiro de 2015, 01:34 »
Estas a usar o ganho (hfe) do transístor mal.

Para conseguires uma boa saturação e obter um VCE baixo quando usas um transístor como interruptor tens de considerar um ganho muito mais baixo do que na zona de condução linear. 10 a 20 é um bom valor, mas na datasheet também deve indicar de referência hfeSat.

Vamos ver para o 2222: Na datasheet em https://www.fairchildsemi.com/datasheets/PN/PN2222A.pdf tens que para obter um VCEsat de 0.3V com uma corrente Ic de 150mA precisas de 15mA de Ib, o que dá um hfeSat de 10.
Está na 3ª página onde diz "VCE(sat) Collector-Emitter Saturation Voltage"

Se não o fizeres o Vce vai ter um valor muito elevado, vai estar a dissipar a energia que devia estar a ir para o relé, que vai ver uma tensão muito menor.

StarRider

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Re: Onde está o erro? - Calculo resistência para transistor
« Responder #4 em: 04 de Janeiro de 2015, 01:52 »
Boas,

Mete um Mosfet nisso e esquece o transístor ...  em especial se o sinal que ataca R1 vier de uma porta de
um MCU ...

Offline Kristey

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Re: Onde está o erro? - Calculo resistência para transistor
« Responder #5 em: 04 de Janeiro de 2015, 01:55 »
Muito obrigado jm_araujo.

"VCEsat de 0.3V com uma corrente Ic de 150mA precisas de 15mA de Ib, o que dá um hfeSat de 10."
"Vce vai ter um valor muito elevado, vai estar a dissipar a energia que devia estar a ir para o relé,"

Podes explicar-me ou dizer-me onde posso ler teoria sobre estes conceitos. Percebi o que tenho de fazer mas não percebi a teoria por tras. E como o meu objectivo não é so fazer quero aprender como calculaste esse hfeSat = 10.

Boas,

Mete um Mosfet nisso e esquece o transístor ...  em especial se o sinal que ataca R1 vier de uma porta de
um MCU ...

StarRider, para o que é não posso usar mosfests devido à sua susceptibilidade a interferências eletromagnéticas.

Offline senso

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Re: Onde está o erro? - Calculo resistência para transistor
« Responder #6 em: 04 de Janeiro de 2015, 02:09 »
Eles são sensiveis quando não soldados e sem proteção nenhuma na gate em que ESD lhe frita a gate, agora numa pcb, são tudo menos susceptiveis a ESD, comutar 20 ou 30A com um mosfet de 50 centimos directamente de um micro sem qualquer gate driver é childs play actualmente.
Avr fanboy

Offline vicardosof

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Re: Onde está o erro? - Calculo resistência para transistor
« Responder #7 em: 04 de Janeiro de 2015, 02:10 »
Concordo! A zona linear é melhor para amplificações. E o próprio HFE muda muito facilmente.

Para calcular com bastante teoria o valor mínimo do resistor:
Vb (em saturação) = 0.9 (uma média para estimar)
Ib para saturação (Ic de 150mA) = 15mA
Rb = 5 - 0,9 / 0,015 = 273 ohms

Esses são os cálculos para o máximo do relé. Na "prática" fazemos assim:
Corrente para ativar o relé: 25mA
Transistor = BC548
HFE do transistor para saturar: 10
Vbe = 0.7
Ib = 2.5
Rb = 5 - 0,7 / 2.5 = 1720 ohms (pode usar 1k7, 2k, 2k2 etc pois o HFe geralmente é um pouco maior)


Online jm_araujo

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Re: Onde está o erro? - Calculo resistência para transistor
« Responder #8 em: 04 de Janeiro de 2015, 02:13 »
Então , hfe=Ic/Ib. Se Ic=150mA e Ib=15mA  o hfe é de 10 . Como estamos em saturação, é o hfesat.


Eu aprendi com uns dos melhores professores que apanhei na FEUP  (Franquelim Fortunato Ferreira e Pedro Guedes de Oliveira) com o Sedra&Smith de apoio, e ficou-me porque já andava curioso há muito tempo e na altura ainda não havia net. Se navegares um pouco não deves ter dificuldade em encontrar a informação.

Offline Njay

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Re: Onde está o erro? - Calculo resistência para transistor
« Responder #9 em: 04 de Janeiro de 2015, 02:25 »
Na verdade, em saturação, deixa de haver a relação IC = IB x hFE, é uma das "características" da saturação.

Com correntes "altas", tanto a VCE(sat) como a VBE são mais altas também, o que ajuda ao teu "problema" de cálculo. ("altas" é sempre um termo relativo à capacidade nominal do próprio dispositivo).

Citar
Pelas especificações do rele de 9V:
9V, Rated coil power = 400mW

Fazendo as contas para a corrente necessária para abrir o rele:
Icoil=400mW/9 =0,45mA

Como eu tenho apenas 5V de sinal
Icoil=400mW/5=80mA

Não podes fazer isto (além de que tens mal a 1ª conta: 0.4/9 = 45mA). Se a datasheet diz 9V 400mW, isto implica logo que a resistência da bobina é 9 / (0.4 / 9) ~ 202 Ohm, e esta é a característica fisica do dispositivo, que não podes mudar. Ora, 5V em cima de 202 Ohm ~ 25mA, que é menor que os 45mA. O que interessa à bobina é a corrente que a atravessa, o campo magnético (e logo, a força com que o electroiman puxa o contacto) criado é proporcional à corrente. Portanto, usar 5V para a bobina é logo à partida mais fraco do que o especificado para o relé (só lhe estás a dar 25/45 = 55% da corrente para o qual está especificado).

Podes usar um MOSFET mas tens que ver se o que escolhes tem uma resistência de ON apropriada ao relé quando "ligado" pelos "apenas" 5V do micro. Se quiseres fazer a coisa bem feita, tanto no caso com BJT como no caso com MOSFET metes uma resistência alta entre a base/gate e emissor/fonte para garantir que o transistor está desligado quando não está a ser controlado activamente (quando o pino do CPU está configurado como input; acontece por exemplo durante reset e no startup até configurares o pino com output; a importância disto depende da aplicação). E se quiseres fazer a coisa ainda "mais bem feita", no caso do mosfet metes uma resistência em série com a gate, para evitar "picos brutos" de corrente através do micro ao ligar/desligar e possíveis transientes/oscilações temporárias do MOSFET.
« Última modificação: 04 de Janeiro de 2015, 02:45 por Njay »

Offline Njay

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Re: Onde está o erro? - Calculo resistência para transistor
« Responder #10 em: 04 de Janeiro de 2015, 03:02 »
Tava agora a olhar pá datasheet do relé, tens lá a informação escarrapachada, 202 Ohm de resistência na bobina. E também lá diz, para o modelo que 9V, que a tensão minima que o fabricante te garante que faz o relé atracar e dentro das specs todas é de 6.3V. Portanto usar isso a 5V é estar "a pedi-las".

Offline Kristey

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Re: Onde está o erro? - Calculo resistência para transistor
« Responder #11 em: 04 de Janeiro de 2015, 03:19 »
Peço desculpa pelo post extenso mas tentei responder a todos sem fazer double post.

A aplicação disto vai ser para o meu controlo de ignição pirotecnico.
E eu em vez de andar a copiar o circuito queria perceber esta questão da bobina e do transistor.
Ja tínhamos discutido aqui no fórum que para esta aplicação seria mais indicado o uso do BJT (quando eu no inicio tinha Mosfets).

Concordo! A zona linear é melhor para amplificações. E o próprio HFE muda muito facilmente.

Para calcular com bastante teoria o valor mínimo do resistor:
Vb (em saturação) = 0.9 (uma média para estimar)
Ib para saturação (Ic de 150mA) = 15mA
Rb = 5 - 0,9 / 0,015 = 273 ohms

Esses são os cálculos para o máximo do relé. Na "prática" fazemos assim:
Corrente para ativar o relé: 25mA
Transistor = BC548
HFE do transistor para saturar: 10
Vbe = 0.7
Ib = 2.5
Rb = 5 - 0,7 / 2.5 = 1720 ohms (pode usar 1k7, 2k, 2k2 etc pois o HFe geralmente é um pouco maior)
Gostei da tua abordagem, mas não consegui perceber de onde vais buscar o valor de 25mA para activar o rele, podes-me elucidar? :D
Bem como este valor: Vb (em saturação) = 0.9 (uma média para estimar), supostamente não se considera 0.7V

Se quiseres fazer a coisa bem feita, tanto no caso com BJT (...) metes uma resistência alta entre (...) emissor/fonte para garantir que o transistor está desligado quando não está a ser controlado activamente (quando o pino do CPU está configurado como input; acontece por exemplo durante reset e no startup até configurares o pino com output; a importância disto depende da aplicação).
Dada a circunstancia vou já implementar isso, percebi o conceito. É como forçar um pull down no transistor certo? So não percebi mesmo "onde meter a resistencia" e o "alta" é tipo 1 Mohm?
Pesquisei entretanto a ver se encontrava algo identico não encontrei.


Não podes fazer isto (além de que tens mal a 1ª conta: 0.4/9 = 45mA). Se a datasheet diz 9V 400mW, isto implica logo que a resistência da bobina é 9 / (0.4 / 9) ~ 202 Ohm, e esta é a característica fisica do dispositivo, que não podes mudar. Ora, 5V em cima de 202 Ohm ~ 25mA, que é menor que os 45mA. O que interessa à bobina é a corrente que a atravessa(...)
Ja dei conta do erro 0.4/9 = 0,45mA
O meu raciocínio foi, se tenho de garantir uma potência de 400mW na bobina, e tenho menos tenção, a corrente que tem de passar la terá de ser superior. E dai calculei 0.4mW/5V = 0,08mA

Contudo entendi que o meu erro, resistencia mantem-se fisicamente com o mesmo valor.
E sendo assim como forço a passar mais corrente pela bobine? e como calculo essa corrente?

Tava agora a olhar pá datasheet do relé, tens lá a informação escarrapachada, 202 Ohm de resistência na bobina. E também lá diz, para o modelo que 9V, que a tensão minima que o fabricante te garante que faz o relé atracar e dentro das specs todas é de 6.3V. Portanto usar isso a 5V é estar "a pedi-las".
Foi isso que escrevi no primeiro post eles têm esse "valor minimo".
Mas no quadro anterior têm [Min. recommended contact load - 100mA, 5VDC] confeço que ainda tenho dificuldades em interpretar os dados das datasheets, parece-me sempre tudo "ambiguo"...
E isto era para usar com um regulador de 9V, mas como nos testes com um regulador de 5 funcionou, decidi deixar estar. Agora eu quero é perceber "porque é que funciona" e supostamente não deveria funcionar. Eu ainda não consegui na verdade ter completa certeza sobre qual a corrente que preciso para que o rele active, é os tais 0,045mA (400W @ 9VDC), é que la na data sheet tem outros valores de 200W [Sensitive type (for form A type only)] e não tem nenhuma explicação sobre esse A type...

Offline vicardosof

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Re: Onde está o erro? - Calculo resistência para transistor
« Responder #12 em: 04 de Janeiro de 2015, 06:04 »
"Gostei da tua abordagem, mas não consegui perceber de onde vais buscar o valor de 25mA para activar o rele, podes-me elucidar? :D
Bem como este valor: Vb (em saturação) = 0.9 (uma média para estimar), supostamente não se considera 0.7V"

Estes são valores bem típicos. Um relé fácil de ser encontrado, que pode ser usado com um bc548, também fácil de ser encontrado, que seja de uns 5/10A para 110~240V (rede de casa) ou 30Vdc geralmente precisa de uma corrente desta. O valor de 0.9 veio do datasheet. O Vbe varia de 0.6 a 1.2V em saturação com este Ic, logo a média 0.9 parece-me boa.

Vais perceber que na electrónica existem muitos valores típicos. Um muito usado é para saturar o transistor. Se queres saturar quase qualquer BJT, metes 10% do Ic no Ib que já faz. O transistor varia muito o Vbe (0.5~1.0, principalmente com a temperatura) e colocar como 0.7 não mudará quase nada. Já puxamos o HFe, iremos puxar o resistor para valor comercial então  o Vbe como 0.7 ou 0.9 não faz grande diferença no final.

Existem formas de polarizar o transistor para ter certa "precisão", mas usamos em amplificadores e coisas que precisam disto. Uma corrente de 100mA como chave não terá grandes diferenças com 2 ou 3 mA a mais ou a menos, não achas?
« Última modificação: 04 de Janeiro de 2015, 21:33 por vicardosof »

StarRider

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Re: Onde está o erro? - Calculo resistência para transistor
« Responder #13 em: 04 de Janeiro de 2015, 10:49 »
Boas,

Vais comutar corrente alternada com o rele ?

Abraços,
PA

Offline senso

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Re: Onde está o erro? - Calculo resistência para transistor
« Responder #14 em: 04 de Janeiro de 2015, 22:37 »
Aconselhava-te a procurares um relé feito para 5v e não abusar de uma parte que pode ou não funcionar a 5v.

Se é para ignição dos foguetes, porque não usar directamente MOSFETS para ligar/disparar os mesmos?
Era a tal cantiga de várias voltagens, não estou a ver onde está o problema nisso.
Avr fanboy