Pessoal,

Estou tentando controlar a alimentação de um roteador 3G usando o circuito anexado. O Roteador funciona, acende os leds, mas não conecta na rede 3G. Quando eu uso um rele no lugar do transistor, o roteador funciona normalmente. Em principio eu estava usando um DB139, mas como a corrente de coletor dele é de 1 A, achei que podia ser isso, pois a fonte original do roteador é de 5 V x 1A. Então, troquei pelo TIP31, que tem corrente de 3A, mas mesmo assim não funciona. Estou alimentando o circuito com uma fonte de 5V x 3A, ou seja, não é falta de corrente. Alguém tem alguma idéia do que possa estar ocorrendo?

Agradeço Qualquer ajuda.

Zé Roberto 

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Bom dia J2R,

realmente o roteador não poderá funcionar com este seu esquema.

O TIP31 quando conduzindo em saturação, apresenta um VCE de 1,2 V.

Isto significa que alimentado o circuito com 5V, sobram somente 3,8 para o roteador.

Veja o datasheet do TPI31

https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=ht...

na pagina 4:

YVCE(sat)(1) Collector-emitter saturation   voltage  IC = 3A_ IB = 375mA.  = 1.2 V

Outra observação, parece que a IBE está muito baixa para levar o TIP31 à satuaração.

5V/330Ohms =15 mA.

O ganho (hfe) máximo deste transistor é de 10 à 50, dependendo de uma faixa de produto.

Se for no melhor caso 50, e assim  3A/50 = 0,060 A (60 mA).  R = ~ 83 Ohms.

Mesmo com esta corrente de base, ainda tem o problema da voltagem de VCE.

RV

Boa tarde Rui, obrigado por ajudar. Com base neste argumento e também na aula dada pelo Elcids, acho que vou manter o rele. Mais simples e funciona perfeito. 

Zé Roberto

olá Redigolo, faz tempo que não conversamos.

      Este parece ser um problema clássico de dimensionamento.  Mas existe a possibilidade de ser um outro problema que irei te mostrar bem no final do post.

      Primeiro vamos pelo mais óbvio que é a questão do dimensionamento.

      Se vc olhar o datasheet do TIP31 como o deste arquivo  TIP31.PDF,  na curva mostrada na Figura 1 (segunda página do datasheet), você verá que para uma Corrente de cerca de 1A (na figura está como 1000 mA), o Ganho DC do Transistor (o "HFE"), é cerca de 100.  Mas note vc que conforme a solicitação de corrente aumenta, o HFE  diminui num gradiente bem acentuado, mas este não deveria ser um problema no seu caso, já que a corrente do seu Roteador também é em torno de 1A. Mas há dois problemas aqui, e os dois estão relacionados ao HFE. Vou explicar, um de cada vez.

      Para o circuito driver que vc mostrou, está usando um Resistor de Base de 330 Ohms. Veja pela curva na Figura 2 do datasheet  que a tensão Base-Emissor (o "VBE") do TIP31, é cerca de 600mV para a corrente de 1A (nota:  na Figura 2, refere-se à condição "VBEsat", mas vc pode usar tranquilamente para o "VBE").  Vamos considerar que a tensão do Nível "1" do Arduino, fique em torno de 3.9V, que é um valor coerente para a provável corrente que será fornecida pelo pino de saída do Arduino (deve ficar entre 8 e 15mA). Com isso, é fácil calcular-se a Corrente de Base do TIP, que será:

                  IB =  ( 3.9V - 0.6V ) / 330 ohms  =   0.01 A   ,  ou seja:  10mA

      Com esta corrente conhecida, vamos calcular a Corrente de Coletor do TIP, usando o HFE aproximado de 100:

                  IC =  100 x 0.01 A =  1 A

      Pois é, como vc pode ver, o valor da corrente está coincidindo com duas coisas:  com o valor mostrado no gráfico para o HFE=100,  e com a corrente consumida pelo seu Roteador.

      Feitos os cálculos básicos,  vamos às análises que apontarão os problemas. Segue:

      1)  Seu Roteador, em teoria representa uma Impedância DC de cerca de 5 Ohms, uma vez que a tensão sobre o Roteador é 5V e a corrente é 1A:

                  Impedância DC Roteador =  5V / 1A  =  5 Ohms

      Este valor de impedância, pode ser usado como referência para uma comparação com a Impedância DC entre Coletor-Emissor do TIP. Mas este é um caminho não muito óbvio e que não revela as coisas mais facilmente.

      Mas veja que pela lei de Kirchhoff ("a soma das tensões numa malha deve ser nula"),  a tensão VCE do TIP31 deveria ser praticamente zero Volts.  Mas sabemos de longa data, que isso é praticamente impossível de ocorrer.  Veja na Figura 2 do datasheet que para um IC de 1A, o "VCE" (na figura "VCEsat") é de cerca de 0,2V (ou 200mV). Assim,  com VCE em 0.2V, a real queda de tensão sobre o Roteador será:

                 V_Roteador =  5V - 0.2V  =  4.8V

      Onde os 5V da equação anterior, são fornecidos pela sua Fonte de alimentação. E veja: qualquer queda de tensão que exista no cabo da fonte até chegar ao circuito, deverá ser considerada, pois a tensão 5V acima considerada é a que chega ao circuito. Então se tiver uma queda de 0.1V ao longo do cabo da fonte,  o resultado sobre o Roteador já será 4.7V.

      Então acho que vc já percebeu um ponto:  terá que descontar o VCE do Transistor.  Note que não adianta diminuir o Resistor de Base (atualmente em 330 Ohms), tentando assim aumentar a Corrente de Coletor, pois se esta corrente aumenta, o VCE também aumenta.  E vc está numa "sinuca de bico", pois em teoria também não pode diminuir a corrente de Base, pois isto reduziria a Corrente que pode ser "drivada" pelo Roteador.

      Você pode estar pensando:  poxa vida, mas o povo usa este Transistor com correntes bem maiores (10A por exemplo), e eles não tem problema. Ocorre Redigolo, que estas aplicações que usam estas correntes muito maiores (por exemplo Amplificadores de Aúdio), são praticamente insensíveis à queda de tensão no VCE do Transistor,  e por isso funcionam muito bem. Mas este não é o seu caso Redigolo, pois certamente seu Roteador precisa dos 5V para funcionar adequadamente.

       Mas o problema não pára por aí. Veja o item 2, a seguir:

      2) A corrente especificada para seu Roteador, resulta do consumo médio.  Mas estes equipamentos tem picos de corrente. Quando eles não estão transmitindo ou recebendo dados, o consumo é "x", mas durante os períodos curtos (são curtos porque a taxa de dados é muito alta) esta corrente chega a dobrar e em casos extremos aumentar 10x. Não dá pra saber quais são os níveis de corrente de pico do seu Roteador, pois isto teria que ser meticulosamente medido (é uma medição bem chata de fazer, embora não seja difícil).  Mas é certo que tem picos de corrente, e certamente passa bem além do valor médio de 1A.

       Então  imagina o que vai acontecer quando o Roteador tentar puxar mais de 1A pra fazer a transmissão ou recepção de dados?  Ele não vai conseguir, pois a corrente estará limitada pela polarização DC do Transistor.  Ela pode aumentar sim um pouco além de 1A, mas não muito, pois haverá um "cabo de guerra" entre as Impedâncias do VCE e do Roteador, e o "juiz" deste "cabo de guerra" será a lei de Kirchhoff  (e ainda tem um complicador: se a solicitação de corrente aumenta, o HFE do Transistor diminui).  Mas mesmo que a Corrente aumente um pouco, certamente  ainda não será suficiente para as necessidades do Roteador.  E voltando ao item "1",  se a corrente no Coletor do TIP aumentar,  aumentará o VCE, reduzindo a tensão sobre o Roteador,  o que será desastroso para o funcionamento adequado deste.

      Então Redigolo,  deve ter ficado óbvio  porque funcionou com Relé.  Os contatos do Relé devem ter uma Impedância DC da ordem de uns 20 mili-Ohms (tipicamente),  e claro, nesta condição a queda de tensão nos contados a 1A será de apenas 20mV.  Além disso, quando ocorrerem os picos de corrente,  o aumento da queda nos contatos do Relé também será muito pequeno, diminuindo um mínimo a tensão sobre o Roteador, sem causar problemas para este.

      Solução:   use um MOSFET.  Os MOSFETs são polarizados por tensão (e não por correntes como é o caso dos BJTs).  Assim, se polarizado adequadamente,  sua impedância Dreno-Source, poderá ser de menos de 0.05 Ohms,  o que causará queda pequena de tensão. Claro, é preciso escolher o MOSFET adequado também, que no seu caso deverá ser do tipo "Canal N".  A série IRF5xx  é um bom ponto de partida.  Uma escolha óbvia é o IRF540, mas também é mais caro.

      Além disso, usando um MOSFET, vc não puxará Corrente DC da saida do Arduino, o que é ótimo.  Mesmo assim use um Resistor de por exemplo 1k  entre o pino do Arduino e o Gate do MOSFET,  pois existem Correntes AC ali (ocorrem durante curtos instantes de tempo quando o MOSFET é ligado ou desligado), e elas Correntes AC podem atingir picos muito altos (podem passar de 1A se vc não colocar o Resistor, acredite !!!).

      Pode ser importante:   circuitos transmissores/receptores de RF,  como é o caso do Roteador,  podem precisar de uma baixa Impedância AC entre os pinos de alimentação. Em geral, se o Projeto do Roteador está Ok,  o Fabricante já colocou esta baixa Impedância AC  lá dentro do próprio Roteador (isto é feito com Capacitores com baixo ESR e baixo ESI).  Mas ele pode ter feito isso na própria fonte, embora extremamente improvável, pois neste caso a eficiência desta impedância pode ser muito ruim.  Assim caso desconfie que existe este problema,  vc pode contornar isso colocando em paralelo com a alimentação do Roteador (seria em paralelo com o Diodo no circuito que vc mostrou aqui e o mais junto possível dos terminais de alimentação do Roteador),  um Capacitor com baixa impedância para sinais de RF, que seria um bom Capacitor Cerâmico (por exemplo, entre 100 kpF e 1uF)  com baixo ESR e baixo ESI.  Pode ser de Tântalo também, embora menos eficiente que os de Cerâmico (e bem mais caros).  Já os Eletrolíticos de Alumínio, esqueça:  sem chance.   Mas a princípio, eu não me preocuparia com esta questão da necessidade de uma baixa impedãncia AC.

      Espero ter elucidado e ajudado.

      Abrçs,

      Elcids

ainda a tempo:

      Note que li incorretamente o valor do VBE na Figura 2 do datasheet. O Valor que usei acima foi de 0.6V,  mas o valor correto seria 0.9V,  conforme pode ser visto na figura a seguir (veja onde marquei na área em verde, apontado pela seta rosa).

(clique na figura para "zoom").

      Assim, com o valor do VBE  em 0.9V,  a Corrente IB será um pouco menor que os 10mA que calculei.  Refazendo os cálculos, dará o valor de 9.1 mA. Não mudou praticamente nada, já que a mudança foi mínima, e sabemos que o valor 3.9V para o Nível "1" do Arduino pode variar dentro de uma faixa.

      E claro, a Figura 2 é uma condição mais extrema, já que trata da "saturação física" do Transistor, o que pode ser evidenciado pelo baixo HFE de 10 mostrado na figura (Ic/Ib  = 10).   E cuidado: em BJTs existe "saturação física" e "saturação funcional" (esta última é a que usamos em Circuitos Digitais, onde a tensão VCE está próxima do nível de saturação física, mas o HFE ainda é alto).

      Então atualizei isto apenas por motivos ordinários.

      Abrçs,

      Elcids

Olá Elcids, 

Obrigado pela aula. Eu tinha pensado no TIP exatamente por causa do custo. Acho que vou manter o rele, que se equipara ao MOSFET em custo.

Abraços,

Zé Roberto

Boa tarde José Roberto,

Como os amigos do Lab já esclareceram, não dá para usar um BJT. (transistor Bipolar de unijunção). 

Mas poderá usar um MOSFET como chave. 

Isso é muito usado em Laptops. Existe um circuito bem interessante para controlar a carga da bateria. 

E a bateria é desligada ou não através de um MOSFET. A queda de tensão sobre o MOSFET quando ligado, é desprezível. Funciona como se fosse um relé. 

https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1273331

Veja alguns exemplos:

https://learn.sparkfun.com/tutorials/constant-innovation-in-quality...

http://www.mosaic-industries.com/embedded-systems/microcontroller-p...

https://jgamblog.wordpress.com/2017/01/05/projeto-carregador-de-bat...

https://br.mouser.com/new/microchip/micrel-mic5019/

Caro José,

Obrigado pela ajuda. A minha intenção de usar um transistor era para reduzir custos, pois com um TIP31 eu evitaria 1 relé, 1 bc548 e um diodo 1N4148. Mas vi que o custo do MOSFET é praticamente o mesmo do circuito com rele. Dessa forma, vou optar por um circuito com rele mesmo.

Agradeço a atenção

Legal esse integrado, não conhecia.

Aqui uso o FPF2123 para controlar. Ele alem do pino de controle tem um isense programável por resistor.

Ligo direto a carga nele, mas não um roteador. Em geral ligo sensores. Coisa leve.

Para um roteador acho o rele a melhor coisa mesmo.

Esse cisco ao lado da seta amarela:

Boa tarde Eduardo Henrique Marcondes,

o que significa as letras e números na parte inferior direita da placa. " EHM 1019 LVD " ?

RV

Deve ser Eduardo Henrique Marcondes Industries...

Brincadeira...

Acertou...

EHM=Eduardo Henrique Marcondes

1019=Outubro de 2019.

LDV = Cliente. É um condomínio. 

GFF = Empresa que fez a PCB.

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