Sensor de Luminosidade com LDR e Transistor: Análise e Cálculos

Este artigo explora o funcionamento de um circuito fundamental na eletrônica: o sensor de luminosidade que utiliza um LDR (Resistor Dependente de Luz) e um Transistor Bipolar de Junção (TBJ), configurado como uma chave eletrônica.

Vamos analisar duas configurações possíveis, calcular os valores teóricos para o modo “Luz Noturna” e verificar a segurança dos componentes.

1. O Princípio de Funcionamento: Divisor de Tensão e Chaveamento

O coração deste circuito reside em duas partes:

1. O LDR e o Divisor de Tensão: O LDR é o sensor. Sua resistência é inversamente proporcional à luz.
   • Luz: RLDR​ é baixa.
   • Escuro: RLDR​ é alta.
   • Ele forma um divisor de tensão com um resistor fixo, criando uma tensão de controle (VB​) para a base do transistor.
2. O Transistor (NPN) como Chave: O transistor (assumido ser um BC548) atua como uma chave controlada por tensão.
   • Se VB​ for maior que ≈0,7V, o transistor liga (satura), permitindo a passagem de corrente para o LED.
   • Se VB​ for menor que ≈0,7V, o transistor desliga (corta), e o LED apaga.

2. Análise da Configuração Original: “Sensor de Dia”

No Circuito 1 (LDR no topo), o LDR está conectado entre o VCC​ (positivo) e o ponto de leitura da base.

I_C = \frac{V_{CC} - V_{LED} - V_{CE(sat)}}{R_C}

Funcionamento: O LED acende quando há luz. Esta configuração pode ser usada em alarmes ou para indicar que a luz ambiente está presente.

3. Análise e Cálculos para a Configuração Invertida: “Luz Noturna”

No Circuito 2 (LDR embaixo), o LDR está conectado entre o ponto de leitura da base e o terra. Essa inversão inverte a função.

Funcionamento: O LED acende quando está escuro. É o princípio da fotocélula ou da luz noturna automática.

A. Cálculo Teórico na Condição de Chaveamento (Escuro)

Vamos assumir os seguintes parâmetros para um cálculo prático (com o LED aceso no escuro):

• Tensão de Alimentação (VCC​): 5V
• Transistor: BC548 NPN (VBE(on)​=0,7V; VCE(sat)​=0,2V; β≥100)
• LED: Queda de Tensão (VLED​=2V)
• Resistores: RC​=1kΩ; R1​=1kΩ (topo); RB​=1kΩ (base).
• LDR no Escuro: RLDR​=6kΩ

1. Corrente no LED (IC​)

Assumindo saturação (transistor ligado):

I_C = \frac{V_{CC} - V_{LED} - V_{CE(sat)}}{R_C}

I_C = \frac{{5} - {2} - {0,2}}{1000}

IC​​≈2,8mA

2. Corrente de Base (IB​)

Primeiro, calculamos a Tensão de Base (VB​):

V_B = V_{CC} \times \frac{R_{LDR}}{R_1 + R_{LDR}}

V_B =5 \times \frac{6000}{1000 + 6000}

VB​=≈4,28V

Em seguida, a Corrente de Base (IB​):

I_B = \frac{V_B - V_{BE(on)}}{R_B}

I_B = \frac{4,28 - 0,7}{1000}

IB​=≈3,58mA

3. Verificação da Saturação

A Corrente de Base Necessária para a Saturação (IB(sat)​) é:

I_{B(sat)} = \frac{I_C}{\beta}

I_{B(sat)} = \frac{2,8}{100}

Assumindo β=100: IB(sat)​=0,028mA

Como a corrente fornecida (3,58mA) é muito maior que a corrente necessária (0,028mA), o transistor está fortemente saturado e atuando perfeitamente como chave.

4. Segurança e Limites dos Componentes

O circuito é considerado seguro e eficiente, pois todos os valores estão bem abaixo dos limites máximos dos componentes:

A corrente baixa (2,8mA) resulta em um brilho moderado no LED, o que é ideal para prolongar sua vida útil e manter o consumo de energia baixo.

Este artigo fornece a base teórica para entender como sensores analógicos, como o LDR, são integrados a chaves digitais (transistores) para criar sistemas de automação simples e eficazes.

Qual dos circuitos você montaria primeiro, e por quê?