Questão nº 30
Questão de Engenharia Elétrica · FCC TRT23 2022 (nº 30)
Um microcontrolador, cuja porta de saída opera com 5 V e corrente máxima de 40 mA, deve acionar um motor CC de 12 V que opera com corrente de 500 mA. Para realizar a interface entre o microcontrolador e o motor será usado um transistor NPN com Ic(máx) = 1 A, hfe(sat) = 40 e Pc(máx) = 40 W, em cujo coletor será conectado o motor.
Sobre o circuito da interface, tem-se que:
- ADeve-se conectar um diodo reversamente polarizado em paralelo com o motor, por ser este uma carga indutiva. (alternativa correta)
- BÉ importante que a potência do resistor seja da mesma ordem de grandeza da potência do transistor, para que ele não sofra danos por efeito Joule.
- CÉ possível substituir o transistor NPN por seu par complementar PNP sem alterar a configuração do circuito.
- DComo a tensão do motor é de 12 V e a do microcontrolador é de 5 V, é necessário conectar um diodo Zener de 5V1 entre o coletor do transistor e a porta de saída do microcontrolador.
- EA operação do circuito com duas tensões diferentes, 5 e 12 V, só é possível pelo fato do transistor ser do tipo MOSFET.
Resposta comentada
Gabarito Alternativa A
Cargas indutivas, como motores, armazenam energia em um campo magnético. Ao desligar a corrente, essa energia é liberada rapidamente, gerando um pico de alta tensão (chamado de "back EMF" ou "flyback voltage") que pode danificar o componente que está ligando/desligando a carga, como um transistor.
- (A) Correta: Conectar um diodo reversamente polarizado em paralelo com o motor (diodo de flyback ou roda livre) cria um caminho para a corrente indutiva circular quando o transistor desliga, dissipando a energia armazenada de forma segura e protegendo o transistor contra picos de tensão.
- (B) Incorreta: A potência dissipada no resistor de base é geralmente muito menor que a potência dissipada no transistor (que chaveia a carga principal). Não é necessário que sejam da mesma ordem de grandeza para proteção.
- (C) Incorreta: Substituir um transistor NPN por um PNP requer alterar a configuração do circuito, incluindo a forma como a carga é conectada e como a base é polarizada, pois operam de maneiras complementares.
- (D) Incorreta: A conexão de um diodo Zener de 5V1 entre o coletor do transistor e a porta de saída do microcontrolador está incorreta. A porta de saída do microcontrolador deve acionar a base do transistor (via resistor), não o coletor. O coletor opera com a tensão do motor (12V). Um Zener nessa posição não faria sentido para a interface e poderia até danificar o microcontrolador. Armadilha: A menção de tensões diferentes (5V e 12V) e um diodo Zener (componente de proteção/regulação) pode levar a crer que é uma solução para a diferença de tensão, mas a aplicação proposta é errada.
- (E) Incorreta: Transistores BJT (como o NPN especificado) são perfeitamente capazes de operar como interface entre diferentes níveis de tensão (5V do microcontrolador e 12V do motor). Não é uma capacidade exclusiva dos MOSFETs.
Fonte: FCC TRT23 2022 Analista Judiciário - Área Apoio Especializado - Especialidade Engenharia (Elétrica) (Caderno Tipo 1). Reproduzida para fins de estudo.