0 a 5V com ajuste Min e Max

[fabio_]

Mor_al,

Acabei de testar o circuito 1 com o LM324. Só tenho uma coisa a dizer: FICOU PERFEITO, pelo menos na bancada ... rsrsrs. Mas pelo que testei não tenho dúvidas que atende perfeitamente.

Você está certo sobre o resistor R4 ligado na saída. Com o trimpot de ganho no máximo para +VCC e o trimpot de offset no máximo para GND, a tensão de saída mínima ficou em 5mV. Sem ele a tensão é de 0,15V.

Sobre o resistor na base dos transistores, o valor que coloquei no diagrama é de 100 ohms mesmo. Só achei estranho e fiquei com dúvida porque no circuito 2 voce ligou as bases dos transistores direto na saída do operacional.

Amanhã vou testar o circuito com o LM358 para matar a curiosidade e como aprendizado, e por fim, vou testar o circuito 2.

Fábio.

[fabio_]

Mor_al,

Testei os outros circuito hoje e todos funcionaram muito bem.
Com o LM358 o funcionamento foi o mesmo do LM324.
A tensão de saída mínima ficou em 6,6mV.

Sobre o resistor ligado na base dos transistores:
Como "tira-teima" eu coloquei um amperímeto entre a saída do operacional e o resistor de 100 ohms ligado na base dos transistores. Então, o valor da corrente com Vout = Máx foi I=0,122mA. Não entendi porque um valor tão baixo. Voce sabe por que? Detalhe, sem o resistor a corrente é praticamente a mesma.

Sobre os transistores de saída:
Sei que a Ic max do BC337 e do BC327 é 500mA, mas a potência dissipada nele é P=VxI, onde V=Vce=1V, portanto, qual a corrente máxima que a saída poderá sem que os transistores possam aquecer e consequentemente queimar?

Fábio.

[MOR_AL]

Olá Fábio.

É bom saber que ambos os circuitos funcionaram como você desejava.

Como "tira-teima" eu coloquei um amperímeto entre a saída do operacional e o resistor de 100 ohms ligado na base dos transistores. Então, o valor da corrente com Vout = Máx foi I=0,122mA. Não entendi porque um valor tão baixo. Voce sabe por que? Detalhe, sem o resistor a corrente é praticamente a mesma.

1 - Vout = Máx = ? volts? 5V? Se forem 5V.
IR4 = 5 / 1k = 5mA
Beta (ganho cc de corrente do transistor bc337 @ Ic = 5mA) = Ic / Ib = 5mA / 0,122mA = 41. Sinceramente esperava entre 100 e 150.
2 - Há algo errado aí. Deve haver alguma carga pendurada além do resistor retirado. Sem ele a corrente deveria ser QUASE NULA.

Sobre os transistores de saída:
Sei que a Ic max do BC337 e do BC327 é 500mA, mas a potência dissipada nele é P=VxI, onde V=Vce=1V, portanto, qual a corrente máxima que a saída poderá sem que os transistores possam aquecer e consequentemente queimar?

O procedimento de cálculo da potência dissipada, e se o transistor vai aguentar ou não é um pouco diferente. Em outro tópico http://www.asm51.eng.br/phpbb/viewtopic ... 76&start=0 eu mostro como calcular o dissipador. A operação parte dos seguintes princípios:
1 - Qual é a temperatura ambiente máxima em que o dispositivo semicondutor (qualquer um, diodo, transistor, fet, mosfet, scr, triac, igbt, etc) deve funcionar?
2 - Qual é a condição de polarização que produz maior potência dissipada por ela (semicondutor).
3 - Deve haver uma folga de tensão entre a tensão máxima de trabalho do dispositivo e a sua tensão máxima suportável.
4 - Idem para a corrente.
5 - Os cálculos não devem ser feitos considerando-se a potência máxima do dispositivo semicondutor. Dê uma folga de aprox. 20 graus Célcius.

Procedendo-se assim, você vai chegar a resultados que sua potência dissipada é uma fração do valor máximo (chutando para um dissipador normal, cerca de 30%).

Estude os cálculos de minha postagem.

Em tempo. Para o seu caso, você deve considerar Vout = Vcc /2. É a maior dissipação sobre o transistor bc337. O outro nem vai esquentar.
Mas chutando, e fazendo um golaço, eu diria que até Ic = 10mA (contínuos) deve aguentar tranquilamente.

MOR_AL

[fabio_]

Mor_al,

Corrente Ib dos transistores:
Você estava certo. Além de ter um led ligado na saída, Vout=10V. Estava querendo testar o ponto mais crítico.
Refazendo os cálculos com as novas medições:
IR4 = Ic = 5 / 1K = 5mA
Ib = 0,019mA
Beta = Ic / Ib = 5mA / 0,019mA = 263
Pelo datasheet do BC337-25 o Hfe é Min = 160 e Máx = 400.
Para completar, leitura no multimetro => Hfe = 258.
Acho que aprendi esta lição.

Veja se estou correto.
Pelo que li e entendi até agora a função da realimentação do operacional é dar uma referência da tensão na saída para que ele (o operacional) mantenha a tensão constante com a variação da carga. Para isso ele aumenta ou diminui a corrente na base. É isso?

E voltando ao ponto onde voce citou que com o resistor de 100 ohms limitaria a corrente em 50mA, eu acho que este valor nunca será alcançado pois se Ib = 50mA, Hfe = 263 então Ic = Ib X Hfe = 13,15A.
Com este valor o BC337 já teria "explodido" mas a saída do operacinal não seria danificada. Estou correto?

Estude os cálculos de minha postagem.

Eu li e procurei entender a equação porém não consegui entender direito os dados sobre a resistência térmica e como pegar os valores correspondentes do componente que estou usando.

Em tempo. Para o seu caso, você deve considerar Vout = Vcc /2. É a maior dissipação sobre o transistor bc337. O outro nem vai esquentar.
Mas chutando, e fazendo um golaço, eu diria que até Ic = 10mA (contínuos) deve aguentar tranquilamente.

Acho que voce chutou muito forte sobre o Ic = 10mA.
Assim é melhor a saída de 20 a 40mA do operacional.
Só com o resistor de 1K e o led com resistor de 330 ohms => Ic = 13,7 mA e o BC337 nem começou a esquentar.

Fábio.

[MOR_AL]

Olá Fábio.

Vamos procurar responder todas as suas questões:

Corrente Ib dos transistores:
Você estava certo. Além ...

Ok! Mas há condições especiais em que o ganho de corrente cc cai abaixo do mínimo informado pelo manual.

Veja se estou correto.
Pelo que li e entendi até agora a função da realimentação do operacional é dar uma (amostra) referência da tensão na saída para que ele (o operacional) mantenha a tensão constante com a variação da carga. Para isso ele aumenta ou diminui a corrente na base. É isso?

É uma maneira simples e imediata (e correta, porém limitada) de mostrar.

E voltando ao ponto onde voce citou que com o resistor de 100 ohms limitaria a corrente em 50mA, eu acho que este valor nunca será alcançado pois se Ib = 50mA, Hfe = 263 então Ic = Ib X Hfe = 13,15A.
Com este valor o BC337 já teria "explodido" mas a saída do operacinal não seria danificada. Estou correto?

Em parte.
Com o bc337 "explodindo", ele deixa de se comportar como transistor e quase sempre vira um curto, colocando o operacional quase em curto também. Só limitado pelo resistor. Pode até aguentar a corrente, porém vai queimar por excesso de calor.

Eu li e procurei entender a equação porém não consegui entender direito os dados sobre a resistência térmica e como pegar os valores correspondentes do componente que estou usando.

Estes valores se encontram no manual do fabricante.
Há um "Handbook" da National, o "Voltage Regulator" (eu tenho a edição de 1978, mas agora acho que você já encontra na net) que apresenta no capítulo 4 "Heat Flow & Termal Resistance" os cálculos mostrados por mim.

Acho que voce chutou muito forte sobre o Ic = 10mA.
Assim é melhor a saída de 20 a 40mA do operacional.
Só com o resistor de 1K e o led com resistor de 330 ohms => Ic = 13,7 mA e o BC337 nem começou a esquentar.

É. Porém você deve estar aí com uma temperatura ambiente de cerca de 27 graus. Agora imagine este circuito funcionando em um ambiente, que pode chegar até 45 graus. Pior. Imagine que ele (o circuito) se encontra dentro de uma caixa fechada, onde a temperatura é superior à ambiente.
Além disso, quando o fabricante informa a temperatura máxima do dispositivo, mão quer dizer que ele pode funcionar constantemente nestas condições. Há o termo MTBF (Mean Time Between Fails), ou tempo médio entre falhas. Há uma expressão que calcula este termo. Significa que acontecerão mais falhas do componente, a medida que ficar exposto a condições mais próximas dos seus limites.
Não basta saber os limites dos componentes e "concluir que dá". Tem que fazer os cálculos da dissipação e garantir que fique abaixo do máximo. Isso também é válido para a corrente máxima e a tensão máxima.
Altere o valor da corrente sobre o led para 10mA. Já fica bem aceso.

Em tempo. Mesmo assim acho que você tem razão. Eu exagerei. É que quando eu trabalhava em um centro de pesquisas (agora estou aposentado, mas ainda correm elétrons na minha circulação sanguínea), as condições de funcionamento eram bem críticas, tal como funcionar com temperatura de 50 graus ambiente e o MTBF ser alto.

MOR_AL

[fabio_]

Mor_al,

Acho que agora só falta resolver o valor da corrente de saída.

Minhas aplicaçãos são na maioria para ambientes industriais e este é um dos casos. A placa vai ficar numa caixa de aço, totalmente fechada e com certeza numa temperatura acima da ambiente. Acredito que a temperatura deve ficar em torno dos 40 a 45 graus, porque a caixa provavelmente deve ficar próxima ao motor diesel.

Coloquei alguns leds com resistores variados entre 220 ohms e 1K2 ligados ao GND por um dipswitch. Assim consegui variar a Iout de 5 a 40mA. O resultado foi o seguinte:

Com os transistores na saída, o BC337 começou a apresentar maior variação de temperatura com aprox. 40mA. Em temperatura de 25 graus, acredito que não precisaria me preocupar com uma Iout de 30mA.
Para uma boa eficiência nas condições ambientes mais severas citadas acima, acho podemos garantir no máximo uns 20mA.

Com a saída direta do operacional estou com Iout = 38,9mA a mais de uma hora e o LM358 está com uma temperatura de 35 graus celsius (com o toque quase nem dá para sentir diferença de temperatura). A temperatura da sala onde estou está em 24 graus por causa do ar condicionado.
Um detalhe que achei muito interessante é a limitação da Iout do LM358. Ele não passa dos 40 mA. A partir daí, a tensão vai sofrendo uma queda gradativa à medida em que aumentamos a carga. Foi fácil verificar pois a luminosidade dos leds reduziu bastante.

Diante disso, já estou praticamente decidido a não utilizar os transistores e colocar a saída direta do operacional (como voce fez no primeito circuito) porque obviamente ficou muito melhor. Agora vem as perguntas só para não perder o costume:

1 - Até qual valor da Iout voce acha que posso ficar tranquilo nas condições ambientes citadas da aplicação?

2 - Caso seja necessário uma Iout maior (0,5A ou até mesmo 1A, por exemplo), basta colocar transistores complementares com maior capacidade no lugar do BC337 e BC327?

Voto de apreciação:
Quero parabenizá-lo por está usando a sua experiência dos anos de estudos e práticas para ajudar pessoas que voce nem mesmo conhece.
É de exemplos assim que precisamos e devemos sempre seguir!
Meu pai também já é aposentado e continua na atividade (ele é meu pai-sócio). Ele também sempre está preocupado em ajudar, não pensando somente em nós.
Desejo que voce tenha uma ótima aposentadoria, com muita saúde, Deus no coração e alegria.

Fábio.

[MOR_AL]

Caro Fábio. Obrigado por suas gentis palavras. Saiba que para mim está sendo um prazer ser-lhe útil.

Você deve conhecer qual é o valor de corrente que seu circuito vai fornecer.

1 - Vai mesmo ter um led? Você vai colocar um led neste ponto em que a tensão é analógica? Com uma corrente de 10mA o led já dá uma boa luminosidade. Seu ambiente é tão iluminado assim, que é necessário mais que isso? Será que seu led duraria muito com 40mA passando nele?

2 - Qual é a impedância (resistência) de entrada do circuito que vai receber esta saída? Tem algum manual que forneça este valor? Você saberia medir e calcular esta resistência de entrada, caso não haja esta informação?

Eu deixaria os transistores na saída. O transitor é mais robusto que o operacional, e se esquentar um pouco, não afetaria o operacional. Este esquentando um pouco, o calor atua em todos transistores, resistores e capacitores que constituem os operacionais, alterando um pouco as características.

Responda as perguntas para que possamos continuar.

MOR_AL

[fabio_]

Mor_al,

Vamos por partes:

1 - Não haverá nenhum led ligado na saída. Eu coloquei os leds somente para testar a capacidade de saída do circuito com os transistores e sem os transistores. E não liguei também nenhum led com corrente de 40mA. Para chegar em 39 mA eu liguei 3 leds com resistor de 220 Ohms + o resistor de 1K. Para passar de 40 mA eu liguei mais 1 ou 2 leds simulando um aumento na carga.

2 - Eu não sei a impedância de entrada do circuito que vai receber a saída do circuito que estamos projetando. Verifiquei todo o manual do equipamento e ele mostra que a entrada que receberá a saída do nosso circuito é controlada por um potênciômetro com os pinos de alimentação +5V, GND e a saída central do potenciômetro que é o ponto que precisamos controlar. Pelo que já vi em equipamentos parecidos, este potenciômetro é de precisão e normalmente é montado numa estrutura mecânica tipo joystick ou em pedais. Portanto, não acredito que vamos precisar de muita corrente na saída. O nosso circuito vai entrar exatamente entre este potenciômetro e a central que controla o motor.

Eu ainda não tive acesso ao equipamento, pois estamos juntando todas as informações e dúvidas para fazermos uma visita técnica e checarmos o equipamento. Além dessa modificação ainda faremos outras no circuito hidráulico mas não tem nada a ver com este circuito.

Voltando a impedância de entrada, eu pensei em medir a corrente que alimenta o circuito do potenciômetro e a corrente na saída do potenciômetro. Já que até agora não consegui esta informação.
Pelo que percebi, você tem um cálculo e/ou mais alguma informação para conseguirmos este valor. Ficaria agradecido por mais essa ajuda.

Eu deixaria os transistores na saída ......, alterando um pouco as características.

Concordo com voce que o transistor é mais robusto. Porém, o que seria necessário se precisarmos de mais corrente na saída?

Tenha uma boa noite!

[MOR_AL]

Olá Fábio.

Li e reli a sua última postagem e, a medida que avanço, aparecem algumas dúvidas.

Com relação ao potenciômetro.

Eu entendi que (por favor confirme ou não):

a) Você ainda não tem o equipamento que ficará conectado à saída do nosso circuito?
b) Normalmente este equipamento é controlado por um potenciômetro em uma caixa preta, que pelo que parece, possui apenas o potenciômetro, e que deve ser do tipo multivoltas para ter maior precisão?
c) Você disse que pretende medir a caixa que contém o potenciômetro. Você já tem em mãos esta caixa do potenciômetro?
d) Você quer conhecer a impedância de entrada da caixa preta que contém o potenciômetro?
e) Você quer substituir o potenciômetro pelo nosso circuito?


Com relação ao aumento da corrente de saída.

Se for o que eu estou pensando, o nosso circuito substituiria o potenciômetro, para poder ser incluído um controle realimentado automático, ao invés do processo manual alterando o cursor do potenciômetro. Neste caso estes circuitos não exigem grandes correntes, pois ainda fazem parte de sinais de controle.
Mas respondendo à sua pergunta. Há duas opções para o aumento da corrente:
a) Com transistores em configuração Darlington.
b) Com mosfets de potência.

Em ambas as opções é necessário conhecer a maior corrente da carga do nosso circuito, pois haverá a necessidade de se fazer um estudo da dissipação dos mesmos para que agüentem o tranco.

Com relação à medida da impedância de entrada do seu equipamento.

Neste caso, como o sinal pode ser constante, bastaria aplicar 5V com o nosso circuito (ou mesmo uma fonte com o 7805) na entrada do equipamento e medir a corrente que passa neste ponto. A resistência de entrada seria R(Ohms) = 5V / I(A), ou R(kOhms) = 5V / I(mA). O procedimento que eu havia pensado na minha postagem anterior, não valeria o esforço. Este é o mais simples.

Em tempo: Acho que estamos entrando em detalhes que talvez não seja mais interessante para os participantes do fórum. Talvez fosse melhor continuarmos por meio de mensagens privadas (pm do fórum).

MOR_AL

[fabio_]

Mor_al,

já respondi por e-mail.

Se alguém tiver interesse no assunto, estiver acompanhando o tópico e tiver alguma dúvida é só mandar um recado.

Fábio.