Em artigos anteriores exploramos uma boa quantidade de aplicações práticas para os transistores de efeito de campo de potência (Power FETs). No entanto, naquelas oportunidades não demos todos os circuitos possíveis. Isso não significa que numa nova série de aplicações possamos dar os que faltam, já que as possibilidades de uso para estes componentes são ilimitadas. No entanto, podemos dar mais uma série de circuitos que tanto podem servir para aplicações imediatas como podem servir de ponto de partida para novos projetos envolvendo aplicações mais complexas.
Os transistores de efeito de campo de potência possuem características elétricas que os tornam ideais para o controle de correntes intensas a partir de tensões. Como não há praticamente necessidade de uma corrente de controle, pois eles são dispositivos de altíssima impedância de entrada isso implica na possibilidade de termos ganhos de potência muito altos.
Podemos então controlar cargas de alta potência a partir de sinais muito fraco bastando para isso que tenham a tensão mínima para polarizar a comporta de um transistor de efeito de campo.
Por outro lado, a resistência extremamente baixa que estes dispositivos apresentam no estado de condução fazem com que, mesmo conduzindo correntes intensas, eles dissipem potências baixas e além disso não consumo boa parte da energia que deva ser aplicada à carga.
Os circuitos dados a seguir são configurações básicas que podem (e devem) ser aperfeiçoadas conforme a aplicação e fazem uso de transistores de efeito de campo de potência capazes de controlar a corrente exigida pela carga.
Tipos com correntes acima de 2 ampères e com tensões de pelo menos 100 V servem para a maioria dos casos, substituindo o modelo básico indicado.
1. ELETROSCÓPIO
O circuito apresentado na figura 1 pode indicar a presença de cargas estáticas pelo acendimento de uma lâmpada indicadora de 6 ou 12 V conforme a tensão usada na alimentação.
Agitando-se diante do sensor (um elo de metal ou uma esfera) um objeto carregado de eletricidade estática como um pente atritado, temos a variação da corrente no transistor de efeito de campo de junção (BF245 ou equivalente) e com isso a polarização da comporta do transistor de efeito de campo de potência, acendendo a lâmpada.
Não devemos encostar o objeto carregado no sensor, pois uma carga excessiva pode causar a queima do transistor de efeito de campo de baixa potência.
O aparelho pode ser usado em aulas de física para demonstrar como objetos podem ser carregados por atrito, indução e contacto.
A lâmpada indicadora pode ser substituída por outros dispositivos como, por exemplo, um oscilador ou mesmo um relé.
TERMO SENSOR
A corrente de fuga num diodo polarizado inversamente, e que depende da temperatura ambiente, pode polarizar um FET de potência a ponto de haver o acionamento de um relé.
Dentre as aplicações práticas podemos citar um alarme de superaquecimento ou mesmo um detector de incêndios.
O circuito da figura 2 mostra como isso pode ser feito.
O resistor de 10 MΩ na verdade, deve ser obtido experimentalmente em função da temperatura em que deve ocorrer seu acionamento e dependendo do diodo. Seu valor estará entre 2,2 MΩ e 47 MΩ tipicamente.
O circuito pode ser alimentado com tensões de 6 a 24 volts dependendo apenas do relé utilizado.
Se o diodo for instalado longe do circuito de acionamento o cabo utilizado deve ser blindado para que ruídos captados não provoquem o acionamento errático do circuito ou mesmo a oscilação dos contactos do relé.
O circuito pode ser convertido num sensor de luz fazendo o acionamento do relé no aumento da luz incidente, se o diodo comum for trocado por um foto-diodo.
AMOSTRAGEM E RETENÇÃO
A altíssima resistência de entrada de um Power-FET possibilita a elaboração de um circuito de amostragem e retenção para sinais analógicos, bastante simples.
Na figura 3 temos o circuito básico para esta aplicação que funciona da seguinte maneira.
Quando o FET de junção (Q1) é habilitado o sinal a ser amostrado carrega o capacitor C com a tensão que ele apresenta naquele instante.
Uma vez desabilitado, a tensão no capacitor pode ser mantida por um bom tempo até a amostragem seguinte.
Esta tensão amostrada que está no capacitor determina a condução do transistor de efeito de campo de potência e, portanto, a corrente na carga.
MOLA MÁGICA
Eis um circuito interessante para ser usado em demonstrações de física envolvendo transformação de energia e campos magnéticos.
Na figura 4 temos o diagrama de uma "mola mágica" que funciona da seguinte maneira:
Quando o circuito é energizado a molda se encontra distendida com a ponta encostando num sensor de metal. Nestas condições o capacitor C carrega-se e o transistor é polarizado no sentido de conduzir uma forte corrente que circula pela molda.
O resultado é que a mola se contrai, desfazendo o contacto com o sensor. Depois de algum tempo, o capacitor que retém a carga e polariza o transistor se descarrega cortando a corrente no transistor. A mola se distende novamente e com isso um novo contacto é estabelecido com nova contração.
Dimensionando bem o capacitor e a mola podemos fazê-la contrair e distender num movimento contínuo. Uma mola típica terá de 100 a 200 espiras de fio 28.
Um resistor limitador de corrente pode ser interessante para evitar o aquecimento tanto do transistor como da própria molda.
MÚSCULO ELETRÔNICO
MSA (Memory Shape Alloy) é o nome de certas ligas que mudam de forma de acordo com a corrente que nelas circula. Fios deste material podem ser usados como verdadeiros músculos eletrônicos, distendendo e contraindo-se pela corrente circulante. Robôs já utilizam este tipo de material para sua movimentação. Mais informações podem ser obtidas na própria internet.
Na figura 5 temos o diagrama de um controle para este tipo de músculo que pode ser usado para movimentar um braço mecânico de um robô.
Para as ligas típicas disponíveis no mercado as correntes podem variar entre 250 mA e alguns ampères de acordo com o tipo e força desejada.
MOTOR TEMPORIZADO
O circuito mostrado na figura 6 pode acionar um motor (ou outro tipo de carga) por um intervalo de tempo que depende do capacitor C.
Para capacitores de boa qualidade (poliéster ou eletrolíticos) os tempos podem chegar a alguns minutos. A corrente máxima, da ordem de alguns ampères depende do Power FET usado.
Pressionando S por um instante o capacitor carrega-se mantendo o FET em condução. Com a descarga do capacitor o transistor vai ao corte desligando o motor. Observamos que existe uma faixa de tempos em que o transistor opera na região linear de sua curva característica e a corrente cai gradualmente na carga. Em outras palavras, o corte da corrente na carga não se faz de maneira abrupta.
GEIGER EXPERIMENTAL
Diodos de grande superfície e mesmo lâmpadas neon podem funcionar como sensores de radiação.
O circuito apresentado na figura 7 opera com uma tensão próxima da ionização de uma lâmpada neon comum que então torna-se sensível à radiações ionizantes.
Quando uma partícula ionizante passa por entre os eletrodos da lâmpada neon ela conduz um pulso de corrente que aparece na comporta do transistor de efeito de campo de potência. Amplificado, este pulso resulta num pulso audível no alto-falante.
Um ponto importante a ser observado é que o vidro da lâmpada neon bloqueia radiações menos penetrantes como as partículas alfa e que as reduzidas dimensões da lâmpada a tornam pouco eficientes na detecção de radiações de fontes pouco intensas.
CONCLUSÃO
As aplicações possíveis para os transistores de efeito de campo de potência dependem apenas da imaginação dos leitores. As características destes componentes oferecem ao projetista imaginoso soluções bastante interessantes em projetos que normalmente precisariam de configurações mais complexas se usando outros tipos de semicondutores.
