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Rele

Rele

Um rele é um dispositivo eletromecânico que atua como um interruptor elétrico, permitindo abrir ou fechar contatos em resposta a uma tensão aplicada em sua bobina interna. Ele é essencialmente um solenoide que opera mecanicamente um interruptor.

Funcionamento Básico

  • Bobina e Campo Magnético: Quando uma corrente elétrica percorre a bobina do relé, ela gera um campo magnético que atrai uma armadura metálica, provocando o movimento físico dos contatos do interruptor.
  • Isolação Elétrica: Uma das características mais importantes é que o circuito de controle (entrada) é eletricamente isolado do circuito de carga (saída), o que protege o controlador.
  • Mediação de Potência: O relé permite que um circuito de baixa potência (como um microcontrolador) controle dispositivos que operam com tensões ou correntes muito mais elevadas, como motores ou lâmpadas.

Terminais e Configurações

Em um relé típico, o interruptor pode apresentar diferentes terminais:

  • Comum (COM): O ponto de conexão principal do interruptor.
  • Normalmente Aberto (NA ou NO): O contato permanece aberto enquanto a bobina não estiver energizada.
  • Normalmente Fechado (NF ou NC): O contato permanece fechado até que a bobina seja ativada.
  • Configurações de Polos: Os relés podem ser classificados pelo número de interruptores que controlam simultaneamente, como SPST - Single Pole Single Throw (um interruptor simples) ou DPDT - Double Pole - Double Throw (dois interruptores de duas vias).

Tipos de Relés

  1. Eletromagnético (EM): Utiliza uma bobina e contatos físicos móveis para realizar o chaveamento.
  2. Estado Sólido (SSR): Não possui partes móveis; utiliza componentes semicondutores (transistores) para permitir ou bloquear a corrente, sendo ideal para situações com muitos ciclos de acionamento.
  3. Reed Relay: Um tipo menor de relé eletromagnético usado para chavear sinais eletrônicos de baixo nível.

Necessidade de Interface

Como a maioria das bobinas de relés exige uma corrente superior àquela que os pinos de um microcontrolador (como o Arduino) podem fornecer com segurança (geralmente acima de 40 mA), é necessário utilizar um transistor como driver para acioná-los. Além disso, devido à natureza indutiva da bobina, o uso de um diodo de proteção é fundamental para suprimir picos de tensão (força contra-eletromotriz) que ocorrem no desligamento.

Interface de Acionamento Recomendada

A interface padrão consiste no uso de um transistor funcionando como chave. A configuração típica envolve os seguintes componentes:

  1. Transistor (NPN ou MOSFET): Atua como um interruptor eletrônico. Quando o pino do microcontrolador vai para nível lógico alto (HIGH), o transistor entra em saturação, permitindo que a corrente flua através da bobina do relé para o terra (GND). Modelos comuns para essa finalidade são o 2N2222, BC547 ou BC548.
  2. Resistor de Base: Deve ser colocado entre o pino do microcontrolador e a base do transistor para limitar a corrente e proteger o pino de saída. Um valor comum e seguro é 1 kΩ.
  3. Diodo de Proteção (Flyback ou Roda Livre): É essencial conectar um diodo (como o 1N4007, 1N4148 ou 1N914) em paralelo com a bobina do relé, com a polaridade invertida em relação à alimentação.
    • Por que usar: Cargas indutivas, como bobinas de relés, geram uma força contra-eletromotriz (back EMF) de alta tensão quando a corrente é interrompida subitamente. Sem o diodo para curto-circuitar esse pico de tensão, o transistor pode ser danificado permanentemente.

ReleInterface

Esquema de Ligação

  • VCC (Alimentação externa): Conectado a um dos terminais da bobina do relé e ao catodo do diodo.
  • Pino do Microcontrolador: Conectado ao resistor de base.
  • Base do Transistor: Conectada à outra extremidade do resistor de base.
  • Coletor do Transistor: Conectado ao outro terminal da bobina do relé e ao anodo do diodo.
  • Emissor do Transistor: Conectado ao GND comum do circuito e da fonte externa.

Alternativas de Interface

  • Relés de Estado Sólido (SSR): Estes podem, por vezes, ser acionados diretamente pelo pino do microcontrolador, pois sua entrada funciona de forma semelhante a um LED, consumindo baixa corrente (ex: 10 mA).
  • Circuitos Integrados (Drivers): Se houver necessidade de acionar múltiplos relés, podem ser usados CIs como o ULN2003 ou ULN2803, que já possuem transistores Darlington e diodos de proteção integrados.

Referências

  • LIMA, C. B. VILLAÇA, M. V. M. AVR e Arduino: Técnicas de Projeto. 2. ed. Florianópolis: Ed. dos autores, 2012.

  • MARGOLIS, M. Arduino Cookbook. 2. ed. Sebastopol: O'Reilly Media, 2012.

  • PEREA, F. P. Arduino Essentials. Birmingham: Packt Publishing, 2015.

  • RUSSELL, D. J. Introduction to Embedded Systems: Using ANSI C and the Arduino Development Environment. [S.l.]: Morgan & Claypool, 2010.

  • VALVANO, J. W. Embedded Systems: Introduction to ARM Cortex M Microcontrollers. 5. ed. [S.l.: s.n.], 2012.