Dicas
Para quem está acostumado a mexer com eletrônica, é muito comum usar motores DC em aplicações que exigem inverter seu sentido de rotação. Para isso, geralmente usamos módulos com ponte H como o módulo com o L298N. Entretanto, às vezes realizamos aplicações que não requerem muita sofisticação, e comprar esse tipo de módulo acaba sendo uma despesa indesejada. Dessa forma, nesse artigo vamos trazer um projeto de uma ponte H simples e de baixo custo, usando apenas alguns componentes baratos.
Como funcionam as pontes H
Antes de irmos para o nosso projeto de uma ponte H, precisamos entender o funcionamento desse tipo de dispositivo. Para explicar isso, podemos pensar na ponte como um conjunto de quatro chaves dispostas como na imagem abaixo.
Olhando para o esquema entendemos o seu nome “ponte H”, já que as chaves estão ligados formando um H mesmo. Com essa ligação acionamos as chaves sempre duas a duas, conseguindo assim inverter a polaridade da tensão, e da corrente na carga. Para ilustrar isso, pense que as chaves 1 e 4 estão fechadas. Então, a tensão de alimentação será encontrada na carga, além disso, a corrente elétrica pode fluir pelo caminho abaixo.
Ao fluir por esse caminho, a corrente passara pela carga indo da direita para a esquerda (sentido convencional). Entretanto se fecharmos as chaves 2 e 3 abrindo as chaves 1 e 4 abertas, na carga, a corrente passará a ter o sentido oposto como na imagem abaixo.
Assim, conseguimos controlar a direção da corrente elétrica na carga, apenas acionando as chaves duas a duas. Essa é a ideia por trás de uma ponte H.
Agora que sabemos como a ponte H funciona, podemos partir para a construção de uma. Para isso, no lugar das chaves, usaremos transistores, já que assim conseguimos fazer o controle de forma eletrônica, usando um Arduino.
Montando uma ponte H com transistores
Para montarmos a nossa ponte, usaremos 2 BC327 e 2 BC337, que estarão ligados nos lugares das chaves, usando resistores de 1k em suas bases para a polarização, como no esquemático abaixo.
Com os transistores ligados dessa forma já temos nossa ponte, entretanto, podemos fazer algumas melhorias, para que a nossa ponte possa de fato ser usada.
Melhorando nossa ponte H
A primeira melhoria que faremos é adicionar 4 diodos em paralelo com os transistores, e polarizados inversamente. Esses diodos, são chamados de diodos de roda livre, e eles são de grande importância para o funcionamento continuo da ponte. Eles atuam na proteção dos transistores contra tensões reversas, uma vez que as cargas que serão usadas nesse circuito são, na sua grande maioria, de natureza indutiva. No nosso caso, os diodos usados form o 1N4148, já que esses diodos apresentam um tempo de resposta pequeno, e a nossa ponte é pensada para pequenos motores.
Após essa etapa, conectamos as bases dos transistores 1 com o 2 e 3 com o 4. Essa conexão é feita com dois objetivos em mente. Em primeiro lugar buscamos evitar que os pares de transistores 1 e 2 ou 3 e 4 sejam ativados simultaneamente, já que isso seria um curto entre a fonte de tensão e o terra. O segundo objetivo é facilitar o controle, uma vez que nessa nova configuração só é necessário dois sinais lógicos, ao invés de 4, como era o caso. Assim, obtemos o resultado fica como na imagem abaixo.
É importante ressaltar que fazer essa conexão só é possível pois teremos transistores PNP com a base conectada à base de transistores NPN. Isso porque os transistores PNP conduzirão quando a tensão na base for menor que VDC-0,7V, enquanto os transistores NPN conduzirão com uma tensão de base de 0,7V. Dessa forma, ao aplicarmos uma tensão de 0V teremos o transistor PNP em condução e o NPN em bloqueio, enquanto teremos o contrário quando a tensão aplicada for igual a VDC.
Limitações da nossa ponte H
Afim de garantir o funcionamento dessa ponte H, precisamos levar em conta algumas limitações que ela possuí em seu funcionamento. A primeira diz respeito as correntes e tensão máximas, que são de 800mA e 45V respectivamente, uma vez que esses são os maiores valores suportados pelos transistores selecionados.
A segunda e mais problemática limitação diz respeito ao nível de tensão usado para o controle lógico. A tensão da entrada lógica deve ser 0V para o nível baixo e igual a tensão de alimentação da ponte para nível alto. Isso porque se a tensão na entrada lógica entre o intervalo de 0,7V até VDC-0,7V, teremos que os transistores NPN e PNP conduzirão ao mesmo tempo. Então, se quisermos controlar um motor com um Arduino por exemplo, será necessário usar uma fonte de alimentação e um motor de 5V.
Uma segunda topologia
Uma maneira de contornar isso é utilizar apenas transistores NPN, o que foi implementado por nós em uma segunda topologia, que esta representada abaixo.
Nessa nova topologia, contornamos o problema de tensão pois agora nenhum transistor precisa se encontrar em uma tensão próxima a VDC para se encontrar bloqueado. Com essa topologia, teremos como níveis lógicos 0V e qualquer valor maior que 0,7V como nível alto. Para o funcionamento, colocamos dois transistores a mais, que estão conectados às bases dos transistores da parte de cima da ponte. Esses transistores atuam como duas portas inversoras,que fazem com que os transistores da parte superior conduzam e bloqueiem em momentos diferentes dos transistores inferiores.
Entretanto, para essa montagem deve-se tomar alguns cuidados. O primeiro deles é a escolha dos resistores, que deve garantir que para a tensão selecionada o transistor, quando conduzindo, se encontre na região saturada.
O segundo cuidado é que, diferente da montagem anterior, essa nova montagem não protege a ponte contra curtos caso as duas entradas se encontrem e nível alto, portando, essa combinação deve ser evitada.
Existem outras formas de construir pontes H com transistores, aqui apresentamos dois exemplos simples, que podem ser montados por menos de 5 reais, elas não são sofisticadas como as encontradas em módulos com circuitos integrados como o com o L298, mas já são o suficiente para usar pequenos motores. Você já conhecia essas pontes? Deixe no comentário. Lembrando sempre que todos esses componentes vocês podem encontrar no nosso site.
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