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Ponte H - Como funciona um circuito de ponte H?
Cada vez mais existem circuitos e projetos que utilizam microcontroladores no seu interior. Desde o Arduino ao Raspberry Pi, todos nós conhecemos as mais variadas aplicações para estes pequenos computadores. Normalmente utilizamos estes pequenos computadores como dispositivos de controlo em sistemas mais complexos constituídos pelos mais variados componentes ou mecanismos. No entanto, quando precisamos de controlar dispositivos que necessitam de uma tensão ou corrente de alimentação superior, os microcontroladores não podem fornecê-la, como é o caso do controlo e interface com motores ou atuadores. Normalmente quando precisamos de controlar dispositivos que requerem mais voltagem ou corrente do que a que o microcontrolador pode fornecer, utilizamos um transístor para efetuar esta ligação. Por exemplo, se necessitarmos de controlar uma lâmpada que funciona a 12V com um Arduino que funciona a 5V, utilizamos um dos circuitos à direita.
Este tipo de circuito permite controlar uma lâmpada ou um motor que necessita de uma tensão e voltagem claramente superior à que um Arduíno (5V a 40mA) não pode fornecer. O circuito funciona de uma forma muito simples, ao ser aplicada uma tensão de 5V no pino 11 do Arduino, irá produzir uma corrente que flui através da resistência ligada à base do transístor e o seu emissor ligado ao GND. Esta corrente irá levar o transístor a conduzir, provocando a saturação (ligação direta) entre o coletor e o emissor do transístor, ficando o coletor praticamente a 0V e a lâmpada acende (ou o motor começa a rodar).
Observando com maior atenção o circuito do motor, podemos verificar que o motor apenas pode rodar numa direção. E se quiséssemos alterar o sentido de rotação do motor? A forma mais fácil é obviamente trocando a polaridade do motor e nesse caso o motor rodaria no sentido inverso. Mas num sistema que tenha de efetuar esta mudança automaticamente e de forma controlada, terá de ter um circuito adicional que provoque a alteração de polaridade aos terminais do motor. Existe um circuito muito prático chamado de ponte H que permite efetuar esta alteração de direção. Observemos o circuito seguinte em baixo à esquerda. É explicado de forma muito simples este conceito. Se o interruptor A for ativado em conjunto com o interruptor D, o motor roda numa direção. Se o interruptor C for ativado em conjunto com o B, o motor roda na direção oposta. Repare que o circuito tem uma forma semelhante à letra H, dai o seu nome Ponte H.
E se quisermos controlar os interruptores com um Arduino por exemplo? Basta observar o circuito em cima à direita e temos a implementação do circuito à esquerda com transístores. Os transístores TIP120 e TIP125 são transístores Darlington complementares, o TIP120 é um transístor NPN e o TIP125 um transístor PNP. Ao ser aplicada uma tensão positiva (neste caso 5V) no pino 11 e 0V no pino 10, o transístor T2 conduz juntamente com o T3. O transístor T1 não irá conduzir, bem como o T4, ficando em alta-impedância (circuito-aberto) e assim o motor roda numa direção. Ao aplicarmos a situação inversa, 5V no pino 10 e 0V no pino 11, o
transístor T1 conduz juntamente com o transístor T4 e o motor roda no sentido inverso. Se utilizarmos uma tensão modulada PWM, conseguimos ainda regular a velocidade. Este circuito é uma simplificação de pontes H mais completas e complexas como o L293, L298, SN754410, entre outros. A série de transístores TIP120 e TIP125 permitem tensões até 60V e correntes até 5A. Existem modelos de maior capacidade, o TIP121 permite tensões até 80V e o TIP122 tensões até 100V. Se utilizarmos os transístores com correntes superiores a 1A, devemos dotar os transístores de dissipador de calor pois poderão aquecer e ficar destruídos.
Os díodos D1 a D4 tem como objetivo proteger os transístores de picos provocados pelos motores. Apesar de serem utilizados transístores standard para efeitos didáticos, estes deverão ser díodos com uma comutação mais rápida – díodos Schottky.
Este circuito pretende ser um precioso interface para os seus dispositivos e microcontroladores. Com estes componentes poderá não só construir uma ponte H para controlar os seus motores, mas poderá também utilizar os transístores de forma individual para o controlo de lâmpadas, led’s, ventoinhas, motores, etc. Leve sempre em consideração as limitações de cada transístor, tensão, corrente e potência dissipada.
Divirta-se com este circuito, esperamos que lhe seja útil nas suas montagens e projetos!