Tricky Circuit

Bobina de relé e díodo de roda livre

A bobina continua depois de desligar

Um relé usa uma bobina magnética para mover contactos. Um díodo de roda livre oferece caminho à corrente depois de abrir o interruptor de comando. Observe a energia magnética diminuir em vez de desaparecer instantaneamente.

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BANCADA DE EXPERIÊNCIAS

Muda as definições do circuito, prevê as leituras e verifica um desafio. São modelos educativos; cada lição explica os pressupostos.

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Por que funciona

Bobina estabilizada representada por resistência R e indutância L. Libertar amostra a queda através de um díodo ideal sempre presente de 0.7 V; o laboratório continua ligado. Não se simulam tensão sem proteção, movimento, ressalto ou tempo real de libertação.

Vs é alimentação da bobina, R resistência do enrolamento, L indutância, I corrente e t tempo depois de abrir. Vsw é tensão do nó do interruptor relativa a 0 V; D indica o díodo. mH é um milésimo de henry, ms um milésimo de segundo e µJ um milionésimo de joule de energia. Antes de libertar I0 = Vs/R. A fórmula usa exp, queda exponencial, e max para evitar corrente negativa. Enquanto há corrente Vsw = Vs + 0.7 V; a zero Vsw = Vs.

Dificuldade
  1. Monte · Monte o circuito

    Ligue com alimentação 5 V, resistência do enrolamento 100 Ω e indutância 100 mH. Mantenha a bobina alimentada: leia 50 mA e 125 µJ.

    Precisa de uma dica?

    Vs = 5 V; R = 100 Ω; L = 100 mH → I = 50 mA; E = 125 µJ

  2. Explore · Explore o limite

    Com os mesmos 5 V, 100 Ω e 100 mH, liberte a bobina e meça 1 ms depois de desligar o interruptor. Leia cerca de 13.969 mA e tensão do nó 5.7 V.

    Precisa de uma dica?

    Vs = 5 V; R = 100 Ω; L = 100 mH; t = 1 ms → I ≈ 13.969 mA; Vsw = 5.7 V

  3. Resolva · Resolva o desafio

    Mantenha 5 V, 100 Ω e 100 mH; meça a bobina libertada em 3 ms. Chegue a corrente zero e energia armazenada zero.

    Precisa de uma dica?

    Vs = 5 V; R = 100 Ω; L = 100 mH; t = 3 ms → I = 0 mA; E = 0 µJ

Leituras adicionais e receitas de circuitos

A bobina continua depois de desligar

O interruptor abre, mas a corrente não pode parar instantaneamente. O campo magnético entrega energia e conduz corrente por um novo laço: enrolamento e díodo. A orientação do díodo bloqueia corrente da alimentação normal e permite a queda de corrente.

I0 = Vs/R; I(t) = max((I0 + 0.7/R) × exp(−Rt/L) − 0.7/R, 0); E = ½LI²

A energia inicial E = ½LI² dissipa-se no enrolamento e no díodo. A queda fixa do díodo acrescenta tensão contra a corrente. O modelo termina a queda quando a corrente chega a zero.

Um padrão útil

Com 5 V, 100 Ω e 100 mH, a corrente chega a zero por volta de 2.097 ms. A queda fixa de 0.7 V do díodo dá um tempo finito; uma exponencial pura aproximar-se-ia de zero para sempre.

Além do modelo

O caminho de roda livre de baixa tensão limita o esforço, mas mantém a corrente a circular. Contactos reais podem libertar-se mais tarde do que com um limite de tensão maior; o modelo elétrico não prevê o seu tempo.

Um erro que vale evitar

A libertação começa numa bobina já estabilizada, não numa bobina ligada brevemente. Corrente calculada zero não mede quando contactos reais se moveram.

Só a indutância duplica; alimentação, resistência e instante 1 ms mantêm-se. A corrente restante…

  1. é maior
  2. é igual
  3. fica zero imediatamente
Saiba mais

A corrente inicial Vs/R é igual, mas maior indutância abranda a queda, deixando mais corrente no mesmo instante.

Monte o circuito

Use 5 V, 100 Ω e 100 mH com bobina alimentada. Os 50 mA estáveis guardam 125 µJ; o interruptor ideal fechado está em 0 V.

I = 50 mA; Vsw = 0 V; E = 125 µJ

Explore o limite

Mantenha esses valores, liberte a bobina e escolha 1 ms. Leia aproximadamente 13.969 mA, 5.7 V no nó e 9.757 µJ ainda armazenados.

I ≈ 13.969 mA; Vsw = 5.7 V; E ≈ 9.757 µJ

Mude uma variável

Com 5 V e 100 Ω, compare 100 mH e 200 mH em 1 ms após libertar. A corrente inicial é igual, mas maior indutância guarda mais energia e conserva mais corrente.

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