Este artigo é da primeira edição da Revista Saber de 1976, mas é ainda atual, encontrando principalmente aplicações em mecatrônica. Transistores equivalentes mais modernos podem ser usados no projeto.
A variação de tensão de alimentação de um trem elétrico, ou autorama é feita normalmente por dois processos: através de uma chave de diversas posições que seleciona tomadas do enrolamento secundário do transformador de alimentação, ou através de um potenciômetro ou reostato que então atua como divisor de tensão.
No primeiro caso, temos a desvantagem de só podermos variar a tensão e consequentemente a velocidade do modelo em saltos, o que significa uma considerável perda de realismo no seu comportamento, enquanto que no segundo caso necessitamos de reostatos capazes de manejar altas correntes dissipando grande quantidade de calor quando em funcionamento.
O modelista ainda pouco familiarizado com a eletrônica pode partir deste artigo para a realização de seu primeiro controle eletrônico de velocidade para modelos, se bem que, nada mais seja do que um reostato eletrônico servindo, no entanto, para ilustrar as muitas possibilidades que a eletrônica oferece nesse campo.
Ensinaremos, portanto, como podemos usar um transistor de potência na variação continua da tensão de alimentação de um modelo, empregando reostatos ou potenciômetros de pequena dissipação.
COMO FUNCIONA
Quando usamos um reostato num controle de velocidade para um modelo (autorama ou trem) ou ainda um potenciômetro (figura 1), este atua como um divisor de tensão, ou seja, um circuito e que a tensão de entrada se divide entre o modelo e o próprio componente (reostato ou potenciômetro).
Conforme a posição do cursor do reostato, poderemos fazer com que mais ou menos tensão seja aplicada ao modelo e assim variar sua velocidade.
Entretanto, devemos observar que a corrente que circula pelo reostato é a mesma que circula pelo modelo, pois passa através de ambos; essa corrente fará com que uma certa quantidade de energia seja transformada em calor no reostato o qual se aquecerá.
Podemos dizer que a energia que não é entregue ao modelo transforma-se em calor nesse componente (reostato). Nos autoramas de competição em que as correntes de operação podem ascender a 10 ampères, essa potência pode ser de dezenas de Watts, o que exige o emprego de aceleradores especiais com resistores variáveis (reostatos) de altas dissipações.
De qualquer modo, isso apresenta um inconveniente. O cursor do reostato (figura 2) devendo operar com altas correntes queima-se facilmente, ou seja, tem seus contactos desgastados ou oxidados com facilidade o que em pouco tempo pode resultar em falhas de operação e a necessidade de limpeza ou mesmo de troca do acelerador.
Em lugar do reostato, entretanto, é possível ligar em série com o circuito um componente que se comporta como tal e que não apresenta os mesmos inconvenientes.
Podemos, para esta finalidade, usar em lugar do reostato do acelerador um transistor, controlando-o por meio de um reostato ou potenciômetro muito menor, que trabalhando com correntes muito “mais fracas", oferecerá segurança ao circuito e não terá praticamente nenhum desgaste durante a operação.
O transistor nas condições da figura 3 opera como um reostato em que a resistência que ele representa é variada em função da corrente que fazemos circular através de seu terminal de base.
Assim, a corrente que circula entre o emissor e o coletor do transistor, pode ser controlada por uma corrente de base muito "mais fraca”.
A corrente no modelo é, pois, determinada pela corrente de base do transistor.
As vantagens desse tipo de circuito são:
1) A corrente de base que controla a corrente do modelo é muito menor que ela, dependendo do fator de amplificação do transistor. Se for usado o transistor 2N3055, seu fator de amplificação é de 50 vezes o que significa que podemos controlar uma corrente de 5 ampères num modelo fazendo circular pela base do transistor uma corrente variável que, no máximo, deve ter 0,1 ampère. Com isso, o reostato usado pode ser pequeno.
2) A outra vantagem reside no fato de que o transistor não possui um cursor móvel real, mas opera pelas propriedades intrínsecas de cristais semicondutores não havendo portanto nenhum perigo de desgaste de contactos ou coisas parecidas.
Entretanto, como agora é o transistor que vai dissipar o calor gerado no processo, sua escolha e instalação deve ser cuidadosa.
Para o caso do transistor 2N3055 sua corrente máxima de coletor é de 15 ampères, de modo que, por medida de segurança, podemos controlar modelos cujas correntes sejam de até 10 ampères, mas para isso o transistor tem de ser montado num irradiador (figura 4) que deve ser adquirido juntamente .com o restante material de instalação, ou seja, isoladores de mica ou fibra, separadores de plástico e eventualmente um pouco de pasta de silicone para facilitar a transmissão do calor gerado no transistor para o irradiador.
O isolamento entre o transistor e o irradiador é necessário porque existe uma corrente elétrica entre o coletor e seu invólucro metálico. Se essa isolação não for feita, podem ocorrer curto-circuitos que danificarão o transistor ou até mesmo o transformador de alimentação.
A MONTAGEM
Além das preocupações que devem ser tomadas com a fixação do transistor no seu irradiador, cuja figura 6 ilustra pormenorizadamente, de modo a não deixar dúvidas, o máximo de cuidado deve ser observado em relação aos seus terminais.
Com relação ao potenciômetro deve ser usado um de fio 500 ou 1 000 Ohms, conforme a corrente de carga. O resistor ligado em série com o potenciômetro é de 150 Ohms © 2 Watts, podendo ser de carbono.
Na figura, 5: damos pormenores do circuito e ,na figura 6 a sugestão para a montagem do conjunto numa caixa metálica que temo irradiador em seu exterior (onde é montado o transistor).
Um fusível de proteção de 15 ampères é acrescentado ao circuito sendo, entretanto, optativo.
RELAÇÃO DE COMPONENTES
Q1 - Transistor 2N3055 (ver texto)
R1 - potenciômetro de fio de 500 Ohms (470 ohms x 5 W) (ver texto)
R2 - resistor de carvão de 150 Ohms x 1 W
Obs. O leitor poderá encontrar este projetos em várias versões e textos publicada ao longos dos anos no site.
