O open collector (coletor aberto) é um tipo de saída muito usada, pois nos circuitos de mudanças de níveis de sinais (TTL / MOS ou MOS / TTL, etc,) é esse o circuito que está  presente.

Estamos falando de um circuito de saída intermediária e poderemos chamar alguns circuitos desse tipo de pré-amplificador. A configuração dele é emissor comum.

Emissor comum porquê? O sinal de entrada está entre a base e o emissor e o sinal de saída está entre o coletor e o emissor e o ponto comum entre a entrada e saída é o emissor.

FIG 1

No esquema acima (Circuito 1 da FIG. 1), podemos observar que temos somente um resistor (R1) colocado entre a base e o sinal de entrada do circuito.

Esse resistor limita a corrente entre o circuito que fornece o sinal, e a base do transistor T1. Para calcular esse resistor dependeremos: corrente de saída, Ganho (HFE) do transistor e nível de tensão de entrada. Mas para facilitar o assunto vou tomar a liberdade de abordar um artigo que foi postado por mim. “O Transistor na prática pelo professor Albertino Pivato”, o qual comenta a resistência de transferência. Analisando por esse lado, vai ficar mais prático nosso cálculo. Podemos então analisar porque determinamos um valor de 10K em R1.

Analisando o circuito pelo lado prático: a tensão de entrada dividida pela resistência de entrada (R1) = corrente de entrada.

TABELA 1

Exemplo de sinal de entrada

Tensão de entrada

Resistor de base

Corrente de entrada

3V

10K

300uA

5V

10K

500uA

12V

10K

1,2mA

No cálculo acima não consideramos o valor da baixa resistência entre base e emissor, porque a mesma é menor que 10R (veja fig 10 do artigo citado), e por isso a consideramos um curto circuito.

Nesse tipo de circuito normalmente usaremos transistores de ganho muito alto. A maior parte desses transistores tem um ganho que variam entre 100x chegando ate 400x (HFE).

Com uma corrente de entrada de 300uA como visto na primeira linha da tabela 1, a saída pode ter uma corrente de 30mA. Como chegamos a esse valor?

Chegamos assim: IC = HFE x ib. (30mA  = 0.03 A = 100x300uA). Logicamente consideramos a menor amplificação possível.

Caso eu refaça esse calculo, com outros valores da tabela acima, eu conseguiria uma corrente maior que 30mA na saída (coletor).

Pois é justamente isso que eu espero desse circuito. Como podemos observar no circuito 2, eu tenho um resistor de 1K (R2) no coletor do transistor. Esse resistor é chamado de carga de coletor e é o nosso limite de corrente entre coletor e fonte. Mesmo o transistor estando com a base polarizada para circular uma corrente maior que 30mA, o coletor nunca poderá atingir essa corrente, pois o resistor de carga de coletor limita essa corrente. Todo circuito coletor aberto, (open collector) externamente tem esse resistor como carga de saída, isso realmente é a mágica do circuito mudança de nível.

TABELA 2

Exemplo de sinal de saída

Tensão da fonte

Resistor de coletor

Corrente de saída

3V

1K

3mA

5V

1K

5mA

12V

1K

12mA

Como podemos observar na tabela 2, eu estou considerando que entre emissor e coletor tenha um curto circuito, resistência de transferência 0R (veja figuras 17 e 19 do artigo citado).

Mas visto pela tabela 2 o máximo que poderemos conseguir na saída é 12mA, pois o resistor de 1K esta limitando a corrente de saída. Na realidade o funcionamento do circuito é cortado e saturado. A tabela 2 mostra somente quando o transistor está saturado. Pois quando o transistor estiver aberto sua resistência entre coletor e emissor, será infinita, e a tensão de saída será a mesma da fonte.

Devemos lembrar que esse circuito estará entregando um sinal de saída inverso ao  sinal de entrada. (+) na entrada resulta em (0) na saída, (0) na entrada resulta em (+) na saída, e o nível do sinal de saída depende da fonte onde é ligado o resistor de carga (R2).

 OPERACIONAL / TTL 5V

FIG 2

 

Esse circuito mostra uma conversão de  fonte simétrica de 15V para 5V.

Vamos agora por em prática um circuito de conversão: entrada de 3Vpp 1KHz e saída de 5Vpp 1KHz.

FIG 3 Esquema Elétrico do conversor de nível 3Vpp para 5Vpp

 

 

FIG 4 O osciloscópio mostra o sinal de entrada canal A de 3Vpp 1KHz

Saída no canal B de 5Vpp 1KHz sinal invertido

 

Vamos agora por em prática um circuito de conversão: entrada de 12Vpp 1KHz e saída de 5Vpp 1KHz.

FIG 5 Esquema elétrico do conversor de nível 12Vpp para 5Vpp

 

FIG 6 O osciloscópio mostra o sinal de entrada canal A de 12Vpp 1KHz

Saída no canal B de 5Vpp 1KHz sinal invertido

 

Funcionamento do circuito inversor

O sinal de entrada nos fornece níveis alto e baixo (1 e 0).

Quando o sinal é zero na entrada, o transistor Q1 está em corte, (resistência infinita entre coletor e emissor) e nesse caso a carga R2 não tem corrente, mas para o sinal de saída, a carga R2 será como um curto circuito e o sinal de saída estará com nível alto (nível da fonte de alimentação).

Quando o sinal de entrada for nível 1 o transistor Q1 estará saturado, (praticamente teremos um curto entre coletor e emissor) e nesse caso a corrente na carga R2 será total e nossa saída será zero.

 

Circuito de mudanças de níveis de sinais sem inversão

FIG 7 Esquema elétrico do conversor de nível sem inversão de sinal

 

FIG 8 O osciloscópio mostra o sinal de entrada canal A de 12Vpp 1KHz

Saída no canal B de 5Vpp 1KHz sem inversão

 

Funcionamento do circuito não inversor FIG 7

 

O sinal de entrada nos fornece nível alto e baixo (1 e 0).

Quando o sinal é zero na entrada, o transistor Q1 está em corte, (resistência infinita entre coletor e emissor) e nesse caso a carga R2 e R3 não tem corrente, mantendo o Q2 em corte, mas para o sinal de saída a carga R4 será como um curto circuito e o sinal de saída estará com nível zero (nível de aterramento).

Quando o sinal de entrada for nível 1 o transistor Q1 estará saturado, (praticamente teremos um curto entre coletor e emissor) e nesse caso a corrente na carga R2 e R3 será total e a base de Q2 será polarizada negativamente, fazendo então Q2 saturar, pois esse transistor é do tipo PNP seu funcionamento é inverso ao do Q1 que é NPN e nossa saída terá nível alto.

Dicas para calcular corrente de transistor uso geral

 

FIG 9 DATA SHEET

 

No data sheet (documento do fabricante) acima poderemos observar que a corrente de coletor possui o limite máximo de 800mA e o HFE = 100, mas na prática nunca trabalharemos com esses valores.

Logicamente, polarizando a base com 8mA eu poderia ter uma corrente de coletor de 800mA, porém isso nunca é usado.

Quando iremos calcular qualquer circuito nesse nível perguntaremos a nós mesmos: o que eu quero?

Quero um circuito que converta um nível de áudio, onda quadrada, ou um nível DC / DC. Qual será a potência desse estágio?

Então, determinando o que eu quero partirei para o projeto do circuito.

Normalmente, a corrente dos circuitos de acoplamentos de sinais, giram em torno de 1mA a 10mA, com potência de, no máximo, 200mW.

Por esse motivo, tornará muito prático o uso de um transistor de uso geral como o BC337.

Nos circuitos acima a nossa saída foi limitada em 5mA, mas nós poderíamos mudar o resistor de carga para uma corrente menor ou maior mudando assim a potência de nossa saída. Normalmente, nesse tipo de circuito, não se usa uma corrente de saída maior que 10mA.

 

Conclusão

 

Como foi visto acima, é possível calcular de forma muito prática, o circuito de conversão de nível do seu próximo projeto.

Exibições: 5247

Comentar

Você precisa ser um membro de Laboratorio de Garagem (arduino, eletrônica, robotica, hacking) para adicionar comentários!

Entrar em Laboratorio de Garagem (arduino, eletrônica, robotica, hacking)

Destaques

Registre-se no
Lab de Garagem
Clicando aqui

Convide um
amigo para fazer
parte

curso gratis de arduino

© 2017   Criado por Marcelo Rodrigues.   Ativado por

Badges  |  Relatar um incidente  |  Termos de serviço