ELETROELETRNICA AVANADAApostila dos alunos do 2 eletroeletrnica
e 2 Mdulo eletroeletrnico.
Experimentos com:Diodo, Transistores, Circuitos Lgicos,
Tiristores entre outros.
PROFESSOR: ROBSON
ELETROELETRNICA AVANADAINDICEEXPERIMENTO 01 POLARIZAO DE
SEMICONDUTORES (DIODO SINAL, RETIFICADOR,ETC) EXPERIMENTO 02
CIRCUITOS RETIFICADORES EXPERIMENTO 03 POLARIZAO DE TRANSISTOR
EXPERIMENTO 04 FLIP-FLOP RS EXPERIMENTO 05 CIRCUITOS COM 555
EXPERIMENTO 06 CONTADOR DE DCADA EXPERIMENTO 07 SCR EM CORRENTE
CONTNUA EXPERIMENTO 08 CONTROLE DE FASE POR SCR EXPERIMENTO 09
TRIAC CONTROLE DE POTNCIA APNDICE 1 CIRCUITOS INTEGRADOS MAIS
UTILIZADOS APNDICE 2 AMPLIFICADOR OPERACIONAL BIBLIOGRFIA 3 7 10 14
16 20 22 24 27 29 30 40
2
EXPERINCIA
01OBJETIVOS:
DIODO Verificar experimentalmente o funcionamento do Diodo;
Verificar experimentalmente o funcionamento do LED; Verificar
experimentalmente o comportamento do Zener.
CONCEITOS TEORICOS ESSESNCIAISDiodo O diodo um componente
semicondutor de dois terminais anodo (A) e catodo (K), formado por
uma juno PN, onde o seu nome originado da juno das palavras duplas
(di) com eletrodo, isto um dispositivo formado por dois eletrodos.
O terminal do cristal tipo P, no qual se formam os nions, o anodo
(nion + eletrodo), e o terminal do cristal tipo N, no qual se
formam os ctions, o catodo (ction + eletrodo). Os diodos
normalmente so construdos de germnio ou de silcio onde a polarizao
de um diodo de germnio a partir de 0,3V e um de silcio a partir de
0,6V o que isto significa que o diodo s permite a passagem da
corrente eltrica quando atingir a tenso de polarizao. O diodo mais
utilizado o de silcio. Polarizao Direta Quando o diodo alimentado
positivamente no anodo e negativamente pelo catodo e a tenso de
alimentao do circuito maior ou igual tenso de polarizao do mesmo
(0,6V para diodo de silcio), faz com a resistncia do componente
diminua, aumentando assim o fluxo de corrente no circuito.
3
Smbolo Eltrico
Polarizao Reversa Quando o diodo alimentado positivamente no
catodo e negativamente no anodo, o componente se comporta como uma
chave aberta, que na realidade, existe uma corrente reversa que
desprezvel em relao corrente direta, portanto quando polarizamos um
diodo reversamente ele assumir a tenso de alimentao que indicamos
de tenso reversa que ao utilizarmos um diodo devemos consultar a
tabela do componente para sabermos qual a tenso reversa mxima que
podemos aplicar em um diodo. Portanto podemos concluir que o diodo
um componente que quando polarizado diretamente ele conduz a
corrente eltrica e que o diodo tambm no um componente linear como
um resistor Diodo Zener O diodo zener um componente semicondutor
que tem quase as mesmas caractersticas de um diodo normal, A
diferena est na forma como ele se comporta polarizado reversamente.
No diodo normal, quando ele est polarizado reversamente, se a tenso
reversa muito grande, os portadores minoritrios so acelerados pelo
campo eltrico at atingirem uma velocidade to alta que, colidindo
com outros causam energia suficiente para gerar nos pares de
eltron-lacuna, este fenmeno denominado de efeito avalanche ou
efeito zener. O diodo zener construdo com uma rea de dissipao de
potncia suficiente para suporta o efeito avalanche. Assim na qual
este efeito ocorre denominada tenso de zener (VZ) e pode variar em
funo do tamanho do nvel de dopagem da juno PN. Comercialmente, so
encontrados diodos zener com VZ de 2V at 200V. O diodo zener tem a
capacidade de manter constante a tenso de VZ quando a corrente de
operao (reversa) fica entre IZm (Corrente zener mnima) e IZM
(corrente zener mxima). Nesta regio o diodo zener dissipa uma
potncia PZ que pode ser calculada por: PZ = VZ x IZ Um diodo zener
especificado de acordo com a tenso de VZ e sua potncia mxima
suportada. Ex.: 5,6V/1W Normalmente usamos diodo zener para
estabilizar tenso de sada de fontes de alimentao no qual
estudaremos mais adiante. LED O LED um tipo especial de diodo, pois
emite luz quando polarizado diretamente. Por isso, ele classificado
como um dispositivo optoeletrnico. Neste experimento o LED ser
analisado com o objetivo de ser utilizado na sua aplicao mais bsica
que a de indicador luminoso. 4
O nome LED a sigla de light emitting diode, que significa diodo
emissor de luz. Trata-se de um dispositivo optoeletrnico, cuja
principal caracterstica a converso de sinal eltrico em ptico. Na
polarizao direta, quando os eltrons do lado N cruzam a juno, eles
se recombinam com as lacunas do lado P. A recombinao produz uma
irradiao de energia. Nos diodos comuns, a energia irradiada a
trmica, produzindo calor. Nos LEDs, a energia irradiada na forma de
onda eletromagntica, produzindo luz. A irradiao da energia luminosa
possvel pela utilizao de elementos como o glio (Ga), arsnico (As) e
o fsforo (P) na fabricao da juno PN. Os principais LEDs de luz
visvel so feitos a partir de GaAs acrescidos de fsforo que,
dependendo da quantidade, podem irradiar luzes vermelha, laranja,
amarela, verde ou azul e so muito utilizados como sinalizadores em
instrumentos eletrnicos ou na fabricao de displays (indicadores
numricos de sete segmentos onde cada segmento um LED). Os LEDs tm
as mesmas caractersticas dos diodos comuns, ou seja, s conduzem
quando polarizados diretamente com tenso maior ou igual tenso de
polarizao. Comercialmente, eles trabalham normalmente com correntes
na faixa de 10mA 50mA e tenses na faixa de 1,5V a 2,5V. Todo LED
por segurana deve sempre vir acompanhado por um resistor limitador
de corrente que tem a finalidade de garantir que a corrente do LED
no seja ultrapassada.
EQUIPAMENTOS E MATERIAIS A SEREM UTILIZADOSQtde. 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 Descrio Fonte de Alimentao Multmetro Diodo Retificador Diodo
Zener LED Resistor Resistor Resistor Resistor Resistor Especificao
FCC3005 Analgico ou Digital 1N4007 1N4742 Vermelho 33/ W 100/ 5W
270/ W 470/ W 1K/ W
CIRCUITOS PROCEDIMENTOS MEDIDAS E ANLISESCPMA1 Montar o circuito
1.
5
CPMA2 Conectar o multmetro como ampermetro para medir a corrente
de circuito e o multmetro analgico para medir a tenso do diodo e
ajuste a fonte para os valores pedidos na tabela Tenso da Tenso no
Diodo Corrente no Diodo Resistncia do Diodo Fonte VD ID RD 0,0 0,2
0,4 0,6 0,8 1,0 CPMA3 A resistncia do diodo foi ___________
conforme a tenso de alimentao foi aumentando. Completar a frase com
a alternativa correta: Aumentando Diminuindo CPMA4 Montar o
circuito 2 (Desligar a fonte e inverter a posio do diodo) CPMA5
Para cada valor de tenso listado, medir e anotar na tabela abaixo a
tenso e a corrente do diodo mostrada pelos multmetros. Tenso da
Tenso no Diodo Corrente no Diodo Fonte VD ID 1,0 2,0
CPMA6 Um diodo age como uma resistncia de alto valor quando: Est
diretamente polarizado Est reversamente polarizado CPMA7 Montar o
circuito 3 (Antes determinando qual a tenso da fonte para o
circuito sabendo que a corrente no LED de 20mA e a tenso de 2V) e
verifique o funcionamento do LED.
CPMA8 Calcular o resistor para um LED vermelho de 5mm sabendo
que a tenso de alimentao de 15V. 550 600 650 700
6
CPMA9 Montar o circuito 4
CPMA10 Medir a tenso no resistor Resistor de limitador, tenso do
zener, tenso da Carga (RL) carga, corrente do resistor limitador,
1k corrente do zener e corrente da carga 470 para os valores de
resistores de carga 33 relacionados na tabela ao lado:
VRS
Medidas VZ OU VRL IRS
IZ
IRL
EXPERINCIA
02OBJETIVOS:
RETIFICADOR ONDA COMPLETA- Conhecer a caractersticas do diodo
retificador; - Analisar o comportamento dos componentes do
retificador de onda completa; - Verificar a atuao do filtro
capacitivo na transformao de tenso pulsante para tenso contnua.
CONCEITOS TEORICOS ESSESNCIAISCircuitos Retificadores A gerao e
distribuio de energia eltrica so feitas na forma de tenses
senoidais, porm muitos aparelhos eletrnicos so alimentados por
tenses contnuas. Sendo assim, necessitam de circuitos que
transformam tenses alternadas em tenses contnuas. Estes circuitos
so chamados de retificadores. 7
Porm a tenso alternada na entrada de um circuito retificador
deve ser adequada ao padro de tenso, ou seja, a tenso da rede
eltrica, antes de ser ligada ao retificar, precisa de reduzida,
trabalho este realizado pelo transformador. Ainda, aps o
retificador, necessrio eliminar as variaes da tenso contnua para
que a mesma se torne constante, o que feito atravs de filtros ou
circuitos reguladores de tenso. A este conjunto de circuitos d-se o
nome de fonte de tenso ou fonte de alimentao. Vejamos a seguir um
diagrama de blocos de um retificador:
AC
Transformao
Retificao
Filtrao
DC
Transformao Componente responsvel transformador, tem a
finalidade de rebaixar a tenso deixando num valor apropriado para
ser retificada. Retificao Componente responsvel diodo, tem a
finalidade de transformar a tenso rebaixada e alternada do
transformador em contnua pulsante. Filtrao Componente responsvel
Capacitor, tem a finalidade de fazer com que a tenso contnua
pulsante se torne em contnua constante podendo chegar num
percentual de 90% de tenso contnua pura. Existem dois tipos de
retificadores que so: Retificador de Meia Onda Retificador de Onda
Completa Retificador de Meia Onda O mais simples dos retificadores
o retificador de meia onda. A sua constituio bsica um diodo em srie
com uma carga RL. Retificador de Onda Completa com Derivao Central
O retificador de onda completa faz com que tanto o semiciclo
positivo quanto o negativo caiam sobre a carga sempre com a mesma
polaridade. Filtro Capacitivo Para que a fonte de alimentao esteja
completa, falta ainda fazer a filtragem do sinal retificado e a
utilizao do filtro capacitivo muito comum nas fontes que no
necessitam de boa regulao. No intervalo entre um ciclo e outro a
descarga do capacitor faz com que apaream pequenas ondulaes que so
denominadas Ripple. Porm mesmo com o ripple a filtragem tem a
capacidade de aumentar o valor da tenso de sada da fonte deixando a
bem prxima da tenso do secundrio do transformador.
EQUIPAMENTOS E MATERIAIS A SEREM UTILIZADOSQtde. 1 1 1 2 1 1
Descrio Osciloscpio Multmetro Transformador Diodo Capacitor
Eletroltico Resistor Especificao 40MHz Analgico ou Digital 110/220V
12 + 12 1A Famlia 1N4000 470F/25V 470 / 5W 8
CIRCUITOS PROCEDIMENTOS MEDIDAS E ANLISESCPMA1 Montar o circuito
1
CPMA2 Colocar o canal 1 do osciloscpio no secundrio do
transformador e o canal 2 na carga RL. CPMA3 Com a chave S1
desligada Desenhar nos quadros abaixo as formas de onda encontradas
no canal 1 e no canal 2, Ligar a chave S1 e sobreponha sobre o
desenho do canal 2 o sinal do capacitor. Canal 1 Secundrio Canal 2
Sinal Retificado
CPMA 4 Realizar as medidas abaixo com o osciloscpio e chave
desligada 9
Tenso de pico no secundrio Tenso de pico na carga Perodo da
carga CPMA5 Realizar as medidas abaixo com o multmetro e chave
desligada Tenso de eficaz no secundrio Tenso na carga Corrente na
carga CPMA6 Realizar as medidas abaixo com o multmetro e chave
ligada Tenso na carga Corrente na carga CPMA7 Comprovando a teoria
temos que a tenso na sada ou na carga a razo entre o valor da tenso
de pico na carga medido no item 8 pelo valor da constante . Ento:
VCARGA = 2 x VPMAX VCARGA = VCARGA =
CPMA8 A tenso do secundrio do transformador : Contnua
Alternada
EXPERINCIA
03OBJETIVOS:
TRANSISTOR- Verificar experimentalmente o transistor trabalhando
com chave analgica; - Conhecer os estados de funcionamentos; -
Calcular os ganho de corrente; - Caractersticas de projetos usando
transistor
CONCEITOS TEORICOS ESSENCIAISHistrico A eletrnica marca
registrada desde o sculo XX, teve seu maior desenvolvimento a
partir de 1904 com o cientista John Ambrose Fleming da University
College, em Londres, com a criao da primeira vlvula diodo. Essa
vlvula formada por duas placas denominada anodo e catodo, e por um
filamento, cuja funo aquecer o catodo para produzir uma nuvem de
eltrons que, em movimento, constitui-se na corrente eltrica. A
propriedade principal da vlvula diodo permitir a conduo da corrente
eltrica em um nico sentido, tal como um diodo semicondutor. 10
Dois anos depois em 1906 o cientista DeForest acrescentou uma
grade ao redor do anodo, criando a vlvula triodo. A funo da grade
controlar o fluxo de eltrons que segue internamente do catodo ao
anodo, possibilitando o efeito de amplificao de sinais variveis.
Foi quando a eletrnica realmente engrenou produzindo as vlvulas com
melhor qualidade (tetrodo e pentodo) diversos tipos de equipamentos
comearam a ser projetados, como os transmissores e receptores de
rdio e televiso, amplificadores de udio, radares e os primeiros
computadores, ainda na dcada de 40. Exatamente nesta poca comearam
os estudos sobre os semicondutores e puderam desenvolver com base j
nas teorias qunticas e atmicas. O diodo semicondutor, feito base de
germnio, j tinha sido criado no inicio da dcada de 40, substituindo
a vlvula diodo. A principal tarefa foi criar um dispositivo que
pudesse controlar corrente entre dois plos e em ambos os sentidos,
podendo a corrente ser controlada por um terminal a mais. Esse
dispositivo s foi criado em 1947, nos laboratrios da Bell
Telephones (EUA) por Walter Bratain e John Bardeen. Ele foi
denominado de transistor, com propriedades similares s das vlvulas
triodos, tetrodos e pentodos, com a vantagem de consumir bem menos
energia. Transistor Bipolar O principio do transistor tambm de
poder controlar a corrente. Ele montado numa estrutura de cristais
semicondutores, de modo a formar duas camadas de cristais do mesmo
tipo intercaladas por uma camada de cristal do tipo oposto, que
controla a passagem de corrente entre as outras duas.Cada uma
dessas camadas recebe um nome em relao sua funo na operao do
transistor. As extremidades so chamadas de emissor, e coletor, e a
camada central dos transistores chamada de base. Efeito Amplificao
Analisando o fenmeno que ocorre com a polarizao completa do
transistor NPN sob o aspecto da variao das correntes, tem-se o
seguinte: - Um aumento na corrente de base iB provoca um nmero
maior de recombinaes, aumentando a corrente de coletor iC. Da mesma
forma a diminuio na corrente de coletor. Isto significa que a
corrente de base controla a corrente entre emissor e coletor. - A
corrente de base, sendo bem menor que a corrente de coletor, faz
com que uma pequena variao iB provoque um grande variao iC. Isto
significa que a variao da corrente de coletor um reflexo
amplificado da variao da corrente da base. - O fato de o transistor
possibilitar a amplificao e um sinal faz com que ele seja
considerado um dispositivo ativo. Esse efeito amplificao,
denominado ganho de corrente, pode ser expresso matematicamente
pela relao entre a variao da corrente de coletor iC e a variao da
corrente iB, isto : iC Ganho de Corrente = iB Este efeito de
amplificao ocorre tambm no PNP, s que as correntes fluem no sentido
contrrio. As caractersticas de sada, ou de coletor, pode ser
dividida em trs regies distintas, pois cada transistor tem um
comportamento especifico.
11
Regio de Corte Dizemos que um transistor est em corte quando as
duas junes PN esto polarizadas reversamente, ou seja, a corrente de
coletor praticamente nula, nesta condio como se o transistor
estivesse sido desconectado. Regio de Saturao Dizemos que um
transistor est saturado quando as duas junes PN esto polarizadas
diretamente, fazendo com que uma pequena variao em VCB (Sada)
resulte numa enorme variao de corrente de coletor (sada). Neste
caso como se o transistor estivesse em curto-circuito (VCB = 0)
Regio Ativa Um transistor est na regio ativa quando a juno
emissor-base est polarizada diretamente e a juno coletor-base
reversamente. Esta a regio central do grfico da curva de um
transistor onde as curvas so lineares. Portanto esta a regio usada
na maioria das aplicaes, principalmente na amplificao de sinais,
para que a distoro seja mnima. Polarizao de Transistor Polarizar um
transistor fix-lo num ponto de operao em corrente contnua, dentro
das suas curvas caractersticas. Isto , escolher valores de
correntes e tenses adequadas para o circuito do qual o transistor
faz parte. Por isso, a polarizao tambm chamada de polarizao DC,
pois fixa, atravs de resistores externos, valores de corrente e
tenses contnuas no transistor. Este ponto de trabalho do
transistor, determinado pela polarizao chamado de ponto de operao
esttica ou ponto quiescente (Q). A escolha do ponto quiescente
feita em funo da aplicao que se deseja para o transistor, ou seja,
ele pode estar localizado nas regies de corte, saturao ou ativa da
curva caracterstica de sada. Transistor como chave Um transistor
operando nas regies de corte e saturao funciona como uma chave
eletrnica, ou seja, um elemento de controle liga-desliga (on/off),
conduzindo corrente ou no.
BFigura 1 Representa a analogia transistor chave A polarizao
utilizada para esta aplicao a de base constante com duas fontes de
alimentao, sendo que a fonte de polarizao da base , na realidade, o
sinal de entrada que controla o transistor, cortando-o (chave
aberta) ou saturando-o (chave fechada). Veja no circuito ao lado do
transistor operando como chave Para que o transistor opere na regio
de corte, necessrio que a tenso de entrada VE seja menor que VBE de
conduo. Nesta situao, no circula corrente pelo coletor (ICORTE ~ 0)
e a tenso de sada mxima (VS = VCE-CORTE ~ VCC). Para que o
transistor opere na regio de saturao, necessrio que a tenso de
entrada VE Ve seja maior que VBE de conduo. Nesta situao, a
corrente de coletor mxima (ICSAT), dentro de um limite imposto pela
polarizao, e a tenso de sada mnima. 12
Para dimensionar RC e RB, utiliza-se a anlise das malhas de
entrada e de sada. Malha de entrada: VRB = VE - VBE Malha de sada:
VRC = VCC - VCE Assim, tem-se: RB = VE - VBE iB e RC = VCC VCE
iC
Como o corte do transistor depende apenas da tenso de entrada
VE, o clculo dos resistores de polarizao feito baseando-se apenas
nos parmetros de saturao. Um transistor comum, quando saturado,
apresenta um VCESat de aproximadamente 0,3V e um determinado valor
mnimo de (entre 10 e 50), para garantir a saturao. A corrente de
coletor de saturao ICsat depende da resistncia acoplada ao coletor
ou da corrente de saturao imposta pelo projeto. Assim, as equaes
ficam: RC = VCC VCEsat ICsat e RB = VE VBE IBsat
EQUIPAMENTOS E MATERIAIS A SEREM UTILIZADOSQtde. 1 1 1 1 1 1 1
Descrio Fonte de alimentao Multmetro Transistor NPN Rel Reversvel
Resistor Resistor Resistor Especificao FCC 3005 Analgico ou Digital
BC337 12V 1,2k/W 2,2K/W 220K/W
CIRCUITOS PROCEDIMENTOS MEDIDAS E ANLISESCPMA1 Com o multmetro
digital medir o (CC) ou hFE do transistor BC337 e anotar na tabela
abaixo: ( CC) ou hFE
CPMA2 Montar o circuito ao lado.
CPMA3 Medir o que est relacionado e calcular o valor do beta
(CC) e anotar tabela abaixo. Polarizao EC com base constante
Transisto VRC VRB VCE VBE IC IB IC CC= CC= CC= r 13
BC337 CPMA4 Montar o circuito abaixo
IB
CPMA5 Com a chave S desligada medir o que se pede na tabela
abaixo: Transistor VCARGA BC337 VCE VBE IC
CPMA6 O transistor sem corrente na base se comporta na regio de
____________. Completar a frase com a alternativa correta: Corte
Saturao CPMA7 Acionar a chave S e Transistor VRC verificar se o rel
foi BC337 energizado e medir o que se pede ao lado: VREL VCE VBE IC
IB
CPMA8 De acordo com as medidas realizadas acima podemos dizer
que o transistor est operando na regio de ___________. Completar a
frase com a alternativa correta: Corte Saturao EXPERINCIA
04OBJETIVOS:
FLIP-FLOP RS- Conhecer o funcionamento do flip-flop RS, sua
tabela verdade e suas particularidades.
CONCEITOS TEORICOS ESSENCIAISO campo da Eletrnica Digital
basicamente dividido em duas reas: lgica combinacional e lgica
seqencial. Os circuitos de lgica combinacional (j estudados),
apresentam as sadas, nica e exclusivamente, quando as entradas
sofrem alguma variao. Os circuitos seqenciais tm as sadas
dependentes das variveis de entrada e ou de seus estados anteriores
que permanecem armazenados, sendo, geralmente, sistemas pulsados,
ou seja, operam sob o comando de uma seqncia de pulsos denominada
clock. Flip-Flop Flip-Flop um circuito que tem como funo armazenar
nveis lgicos temporariamente, ou seja, funciona como um elemento de
memria. De forma geral os flip-flop podem ter vrios tipos de
configuraes, porm, todos eles apresentam duas sadas complementares
chamadas de Q e Q . In1 In2 Q Q 14
Este dispositivo possui basicamente dois estados de sada. Para o
flip-flop assumir um desses estados necessrio que haja uma combinao
das variveis e de pulso de controle (clock). Aps este pulso, o
flip-flop permanecer neste estado at a chegada de um novo pulso de
clock e, ento de acordo com as variveis de entrada, mudar ou no o
estado. Flip-Flop RS O flip-flop RS possui duas entradas
denominadas de R (Reset = levar a 0) e S (Set = levar a 1) e duas
sadas Q e Q. R Q S Q
EQUIPAMENTOS E MATERIAIS A SEREM UTILIZADOSQtde. 1 1 1 2 2
Descrio Fonte de Alimentao Multmetro Circuito Integrado 7402 LED
Resistor Especificao FCC 3005 D Analgico ou Digital Porta NOR de
duas entradas Qualquer Cor 100
CIRCUITOS PROCEDIMENTOS MEDIDAS ANLISESCPMA1 Montar o circuito
proposto
QQ
CPMA2 Completar a tabela verdade ao lado com os dados de
Entradas sada para cada situao R S 0 0 1 1 0 1 0 1
Sadas Q Q 15Erro Lgico
CPMA3 Para verificar o funcionamento do flip-flop RS com portas
NOR, variando-se os valores nas entradas R e S conforme as indicaes
na tabela, foram medidos os nveis lgicos correspondentes nas sadas
Q e Q . Passos 1 Passo 2 Passo 3 Passo 4 Passo 5 Passo 6 Passo
Entradas R S 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 Sadas Q Q V V V V V V
V V V V V V
EXPERINCIA
05OBJETIVOS:
CIRCUITOS COM 555- Verificar o funcionamento do circuito
integrado 555 em circuitos osciladores; - Verificar
experimentalmente o funcionamento do multivibrador monoestvel; -
Verificar experimentalmente o funcionamento do 555 como
multivibrador astvel;
CONCEITOS TEORICOS ESSESNCIAISCircuito Integrado 555 O single
timer 555 associa um oscilador de relaxao, dois comparadores, um
flip-flop RS e um transistor de descarga. Este CI verstil tem
tantas aplicaes que se tornou um padro industrial. Uma vez
entendido o seu funcionamento, voc pode encontrar novas aplicaes
para o uso deste maravilhoso e prtico circuito integrado.
16
A figura acima um diagrama de bloco simplificado do timer NE555,
um CI timer de 8 pinos
apresentado pela Signetics Corporation. Note que o comparador
superior tem uma entrada limiar (pino 6) e uma entrada de controle
(pino 5). Na maioria das aplicaes, a entrada de controle no usada,
de modo que a tenso de controle igual a +2VCC/3. O coletor do
transistor de descarga vai para o pino 7. Quando este pino ligado a
um Fig. 1(a) Multivibrador transistor capacitor marcador de tempo
externo, um alto Q de sada do flip-flop satura o Astvel e
descarrega o capacitor. Quando o Q baixo, o transistor abre e o
capacitor pode se carregar. O sinal complementar que sai do
flip-flop vai para o pino 3, a sada. Quando o reset externo (pino
4) est aterrado, ele inibe o dispositivo (o impede de funcionar).
Esta caracterstica ligado/desligado s vezes til. Na maioria das
aplicaes, entretanto, o reset externo no usado, e o pino 4 ligado
diretamente tenso de alimentao. Observe o comparador de baixo. A
sua entrada invertida chamada de disparador (trigger) (pino 2).
Devido ao divisor de tenso, a entrada no-inversora tem uma tenso
fixa de +V CC/3. Quando a tenso de disparo de entrada ligeiramente
menor que +VCC/3, a sada do amplificador Operacional sobe e reset o
flip-flop. Finalmente, o pino 1 o terra da pastilha, enquanto o
pino 8 o pino da alimentao. O single timer 555 deve funcionar com
qualquer tenso de alimentao entre 4,5 e 16V. Oscilador Monoestvel
Um circuito monoestvel e aquele que funciona em dois modos de
operao sendo que um apenas estvel. Fora do modo estvel e decorrido
um intervalo de tempo, o circuito volta a ser estvel. Quando
aplicado um pulso no circuito o capacitor comeara a carregar-se at
atingir 2/3 da tenso de alimentao, quanto isto acontecer o circuito
chegou no tempo determinado pelo circuito RC. Para se projetar um
monoestvel basta aplicar a formula ao lado T = 1,1 x R x C ou R = T
/ 1,1 x C+2VCC3 C +1VCC3 C
+VCC A denominao do Monoestvel que o circuito s acionado quando
aplicarmos um pulso de tenso no pino 2 do 555 Multivibrador Astvel
0 W T Fig. 1(b) Formas de onda de sada 17
A figura1(a) mostra o timer 555 ligado para funcionamento astvel
(de percurso livre). Quando o Q baixo, o transistor cortado e o
capacitor est carregando atravs de uma resistncia total RA + RB.
Por isso, a constante de tempo de carga (RA + RB)C. medida que o
capacitor carrega, a tenso de limiar aumenta. Eventualmente, a
tenso de limiar ultrapassa +2VCC/3; ento o comparador de cima tem
uma sada alta, e isto liga (set) o flip-flop. Com o Q alto, o
transistor satura e aterra o pino 7. Agora o capacitor descarrega
atravs de RB. Portanto a constante de tempo de descarga RBC. Quando
a tenso do capacitor cai ligeiramente abaixo de +VCC/3, o
comparador de baixo tem uma sada alta, e isso reativa (reset) o
flip-flop. A figura 1(b) ilustra as formas de onda. Como voc pode
perceber, o capacitor de medio de tempo tem uma tenso que sobe e
desce exponencialmente. A sada uma onda retangular. Como a
constante de tempo de carga maior do que a constante de tempo da
descarga, a sada no simtrica; o estado alto da sada demora mais do
que o estado baixo de sada. Para especificar a assimetria, usa-se o
ciclo de trabalho definido a seguir: W X 100% T A soluo matemtica
para as equaes de carga de descarga nos fornece as seguintes
frmulas: freqncia de sada : 1,443 1,443 f= RA = RB ou (RA + 2RB)C
FXC D= E o ciclo de trabalho : D= RA + RB RA + 2RB X 100%
Para determinar o tempo de carga usamos: W = TC = 0,693 x (RA +
RB)C Para determinar o tempo de descarga usamos: T W =TD = 0,693 x
(RB x C) Figura abaixo o single timer astvel 555 como ele
geralmente aparece num diagrama esquemtico. Observe novamente que o
pino 4 (reset) est ligado tenso da alimentao e que o pino 5
(controle) est derivado para a terra atravs do capacitor de 100nF.
(O capacitor CR tem a funo de estabilizar o sinal de sada deixando
com uma amplitude mais estvel) Um timer astvel chamado
freqentemente multivibrador de percurso livre porque ele produz um
trem contnuo de pulsos retangulares.
EQUIPAMENTOS E MATERIAIS A SEREM UTILIZADOSQtde. 1 1 1 1 Descrio
Fonte de Alimentao Multmetro Circuito Integrado Capacitor
Especificao FCC 3005 D Analgico ou Digital 555 100F / 25V 18
1 1 1 1 1 1 1
Capacitor Resistor Resistor Resistor Resistor Resistor LED
100nF / 25V 100 1k 1,2 10K 100K Qualquer Cor
CIRCUITOS PROCEDIMENTOS MEDIDAS ANLISESCPMA1 Montar o circuito
proposto CPMA2 Verificar o funcionamento, quando aplicar o pulso no
pino 2 do 555, conectando o pino ao terminal negativo e cronometrar
o tempo que o rel dever permanecer atracado e anotar no quadro
abaixo.
TLIG
CPMA3 Para comprovar o tempo LIGADO vamos determinar o tempo
pela formula proposta na teoria. T = 1,1 x R x C T = 1,1 x x T=
CPMA4 Montar o circuito 2 e Verificar o funcionamento do
circuito que dever oscilar.
19
EXPERINCIA
06OBJETIVOS:
CONTADOR DE DCADA- Conhecer os circuitos decodificadores; -
Estudar os contadores assncronos de dcada; - Configurar o contador
para parar em qualquer nmero desejado.
CONCEITOS TEORICOS ESSENCIAISContador um subsistema seqencial
que fornece em suas sadas um conjunto de nveis lgicos numa seqncia
predeterminada. A este conjunto de nveis lgicos d-se nome de
estados internos do contador. O contador formado basicamente por
flip-flops e, portanto, a velocidade da seqncia gerada determinada
pela freqncia dos pulsos de clock. OS TIPOS DE CONTADORES Em
eletrnica digital devemos separar os circuitos lgicos sem
sincronismo algum daqueles que possuem algum tipo de sincronismo
externo, ou seja, que usam um sinal de CLOCK. Existem, portanto,
circuitos que se enquadram no que se denomina lgica simples, e
outros no que se denomina lgica sincronizada. O que acontece que
existem aplicaes onde tudo que importa para o circuito fazer uma
operao com determinados nveis lgicos aplicados sua entrada, quando
eles esto presentes, no importando quando isso ocorre. Tais
circuitos no precisam de sincronismo algum e so mais simples de
serem utilizados. No entanto, com circuitos muito complexos, a
exemplo dos que so usados nos computadores, mquinas industriais,
instrumentos eletrnicos e dispositivos mecatrnicos alm de muitos
outros casos, o instante em que uma operao deve ser realizada muito
importante e isso implica em que os circuitos devem ser habilitados
no instante exato em que determinados nveis lgicos so aplicados em
sua entrada
EQUIPAMENTOS E MATERIAIS A SEREM UTILIZADOSQtde. 1 1 1 1 Descrio
Fonte de Alimentao Multmetro Circuito Integrado Circuito Integrado
Especificao FCC 3005 D Analgico ou Digital 555 7447 20
1 1 3
Circuito Integrado Display Resistor
7490 Anodo Comum 150 1k 1,2k
CIRCUITOS PROCEDIMENTO MEDIDAS ANLISESCPMA1 Montar o circuito
gerador de clock CPMA2 Montar o circuito contador OBS: Prestar
bastante a ateno durante a montagem deste circuito. No desmonte o
circuito aps o funcionamento
G
F
T
A
B
E D T C P T GND P Ponto DecimalCPMA3 Fazer as ligaes no
circuito
integrado 7490 abaixo para que conte eventos at o numero 5
21
CPMA4 Alterar o reset do 7490 para a configurao ligada acima e
verifique o funcionamento do circuito agora. EXPERINCIA
07
SCR EM CORRENTE CONTNUA TRAVAMENTO AUTOMTICOOBJETIVO
Entender o funcionamento do travamento do SCR em circuitos
eletrnicos e em acionamentos eltricos de vlvulas, motores, etc.
TEORIAFuncionamento: Quando aplicado um pequeno pulso no SCR
ocorre o fenmeno da avalanche de eltrons, fazendo com que os
eltrons que liberaram a polarizao do componente fiquem presos e
travando os eltrons. Mas para que este fenmeno acontea a corrente
IAK deve ser maior que a corrente IH, ou seja, a corrente de
manuteno do componente. Comando Simples o mtodo mais prtico de
controlar o funcionamento de um motor, um comando simples funciona
da seguinte forma: Quando pressionado o boto Liga energiza a bobina
do contator fazendo com que os contatos abertos se fechem e os
fechados sejam abertos acionando o que estiver ligado em seus
contatos. Para manter o contator acionado necessrio fazer um
contato de selo para manter a carga energizada at que algum
pressionar o boto Desliga. Muitas vezes precisamos da iluminao
artificial de um local apenas por alguns segundos. o caso do saguo
de entrada de prdios e residncias. Nesses casos, desperdcio deixar
uma lmpada acesa permanentemente. E a melhor soluo uma iluminao que
possa ser acionada temporariamente, ou seja, o tempo do usurio
abrir a porta e entrar em sua casa ou apartamento.O tempo de
acionamento depende do capacitor C1 e do resistor R1.
EQUIPAMENTOS E MATERIAIS A SEREM UTILIZADOS
22
Qtde. 1 1 1 1 1 1
Descrio Fonte de Alimentao Multmetro Tiristor (SCR) Resistor
Resistor Rele
Especificao FCC 3005 D Analgico ou Digital TIC106 1K 10K 12V
CIRCUITOS PROCEDIMENTOS MEDIDAS ANLISESCPMA1 Montar proposto
CPMA2 Sem aplicar o pulso no terminal de disparo do SCR (GATE) e
medir os dados pedidos no quadro ao lado: VRL VGK VAK IAK IGK
CPMA3 Aplicar o pulso no terminal de disparo do SCR (GATE) e
medir os dados pedidos no quadro ao lado: VRL VGK VAK IAK IGK
CPMA4 Para que acontea o travamento eletrnico do SCR necessrio
que a corrente de IAK seja ____________ que a corrente de manuteno
(IH). Assinalar a alternativa correta: Maior Menor
23
EXPERINCIA
08
CONTROLE DE FASE SCR CONTROLE DE POTNCIAOBJETIVO
Comprovar o funcionamento do SCR como um diodo retificador
controlado Verificar experimentalmente a atuao do SCR e TRIAC com o
LDR Conhecer o funcionamento do LDR
TEORIACom este circuito possvel fazer com que o SCR dispare em
instantes diferentes em relao ao sinal alternado de entrada (tenso
da rede) atravs do controle de fase, ou seja, possvel controlar a
tenso fornecida carga e, portanto, controlar a sua potncia. LDR A
resistncia eltrica de um semicondutor depende tambm da intensidade
luminosa que incide sobre o material. Isto ocorre porque, quando um
fton (partcula de luz) atinge um tomo, ele pode fornecer energia
suficiente para que um eltron da banda de valncia possa saltar para
a banda de conduo, gerando um par de eltrons-lacuna. Portanto, a
incidncia de luz no semicondutor faz com que aumente o nmero de
portadores, o que significa diminuio da resistncia eltrica. O
sensor de luz mais simples o LDR (do ingls Light Dependent Resistor
ou Resistor Dependente de Luz), tambm denominado de fotoresistor.
So semicondutores obtidos por ligao inica de metais de valncia 3
(trivalentes) com metais de valncia 5 (pentavalentes) como o
antimoneto de ndio ou o antimoneto de chumbo. Este material ligado
a dois eletrodos metlicos, nos quais so conectados os terminais do
fotoresistor, estando o dispositivo num invlucro de vidro
transparente (para permitir a penetrao da luz) ou simplesmente
exposto 24
ao ambiente, conforme a figura abaixo, que mostra a sua
estrutura fsica, um de seus aspectos fsicos e seu smbolo eltrico. A
curva caracterstica do LDR relaciona a sua resistncia eltrica com a
intensidade luminosa incidente na sua face sensvel. Pela relao no
linear, normalmente os manuais fornecem esta curva em escala
logartmica, como o da figura ao lado. - O que o que ? Cresce quando
a luz desaparece? -? ! ? - A resistncia do LDR!
EQUIPAMENTOS E MATERIAIS A SEREM UTILIZADOSQtde. 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 Descrio Osciloscpio Multmetro Tiristor - SCR Diodo
Resistor Resistor Resistor Resistor Resistor Resistor Resistor
Resistor LDR Lmpada Especificao 40 MHz Analgico ou Digital TIC106
1N4007 1K 6,8K 10K 47K 100K 220K 270K 1M 5mm 110V/40W
CIRCUITOS PROCEDIMENTOS MEDIDAS ANLISESCPMA1 Montar o circuito
proposto CPMA2 Conectar o canal 1 do Osciloscpio na carga do
circuito (Lmpada) e medir a tenso de pico e anotar no quadro
abaixo: VP CPMA3 Com o multmetro medir a tenso eficaz na carga do
circuito (Lmpada). VEF
CPMA4 Desenhar em cada um dos quadros abaixo a forma de onda
obtida com detalhe para o disparo do SCR, medir a tenso de disparo
com o osciloscpio, calcular o ngulo de disparo, medir a tenso media
na carga e a tenso eficaz na carga para cada valor de R 2 listado
na tabela aps os grficos.
25
VDISPARO sen-1 = VPICO
47K 220K
100K
Resistor 47K 100K 220K 270K
VDISPARO
VMEDIA (CARGA)
CC
CPMA5 Atravs das formulas abaixo calcular os valores de tenso
mdio na carga e eficaz da mesma e anotar os valores para cada valor
de resistncia e ngulo. Vm = VP (1 + cos ) 2 Resistor 47K 100K 220K
270K VMDIA(CARGA)
CPMA6 De acordo com as medidas do Item 4 e os valores estimados
no item 5 podemos dizer que as medidas foram. Escolha a alternativa
correta: Aproximadamente Iguais Totalmente diferentes CPMA7 De
acordo com as medidas realizadas neste experimento podemos
comprovar que o SCR um diodo controlado. Escolha a alternativa
correta: Sim No CPMA8 Conforme aumentamos o ngulo de disparo a
tenso da carga _____________. Completar a frase com a alternativa
correta: Aumenta Diminui
26
EXPERINCIA
09
TRIAC CONTROLE DE POTNCIA DIMMEROBJETIVO
Comprovar o funcionamento do TRIAC
TEORIAPara evitar a necessidade de dois SCRs em antiparalelo,
foi desenvolvido um dispositivo de trs terminais chamado de TRIAC.
O TRIAC um triodo que permite controlar a corrente alternada. Como
visto na curva caracterstica, o TRIAC pode conduzir nos dois
sentidos de polarizao. Ela entra em conduo de modo anlogo ao do
SCR, isto quando ultrapassada a tenso de breakover (VBO) sem pulso
no gatilho. Em conduo o TRIAC apresenta-se quase como um curto
circuito tendo uma perda de tenso 1 2V. O TRIAC pode ser disparado
tanto por um pulso positivo quanto por pulso negativo. Uma viso
simplista o TRIAC a de uma associao em antiparalelo de dois SCRs.
Isso porm, no consegue e explicar porque o TRIAC dispara com pulso
negativo. Como o TRIAC bidirecional, as palavras anodo e catodo
ficam sem sentido. Os terminais do TRIAC so chamados nodo 1 (A1),
nodo 2 (A2) e Gatilho (G). A terminologia terminal principal 1
(MT1) e terminal principal 2 (MT2) tambm so utilizados para os
nodos.
EQUIPAMENTOS E MATERIAIS A SEREM UTILIZADOSQtde. 1 1 1 1 Descrio
Osciloscpio Multmetro Tiristor TRIAC Diodo Especificao 40 MHz
Analgico ou Digital TIC226D ou BT138 1N4007 27
1 1
Resistor Lmpada
47 110V/40W
CIRCUITOS PROCEDIMENTOS, MEDIDAS ANLISES.CPMA1 Montar o circuito
proposto
CPMA2 Conectar o canal 1 do osciloscpio na carga do circuito
(lmpada) e com a chave na posio 1 e desenhar no quadro ao lado a
forma de onda visualizada no instrumento. 100% 50% 0%
CPMA3 Ajuste o potencimetro no mximo fazendo com que a lmpada
fique acesa. Desenhar a forma de onda obtida no quadro acima e
anotar a tenso de pico e a eficaz na carga. Repetir os
procedimentos para os outros valores de ajuste do potencimetro.
Potencimetro Tenso Pico a Pico Tenso Eficaz 100% 50% 0%
28
ELETROELETRNICA AVANADA Circuitos Integrados Mais Utilizados
29
ELETROELETRNICA AVANADA AMPLIFICADOR OPERACIONALO amplificador
operacional (AOP) um amplificador CC multiestgio, com entrada
diferencial, cujas caractersticas se aproximam de um amplificador
ideal. AMPLIFICADOR OPERACIONAL
PRINCIPAIS CARACTERSTICAS DE UM AOPa) Resistncia de entrada
infinita; b) Resistncia de sada nula; c) Ganho de tenso infinito;
d) Resposta de freqncia infinita; e) Insensibilidade temperatura.
Mais adiante iremos analisar cada uma das caractersticas citadas
acima. AMPLIFICADOR OPERACIONAL
DESCRIO DE FUNCIONAMENTOO AOP um componente eletrnico compacto
construdo da juno de resistores, capacitores e transistores. Este
componente em tempos passados era largamente utilizado para
computar as operaes matemticas como soma, integraes. Por isso
recebe o nome de Amplificador Operacional. De acordo com o avano
tecnolgico o Operacional foi anexado ao nome devido a sua
versatilidade em implementaes antes complexas e nos mais variados
projetos. Sua representao grfica dada pela figura abaixo: V+
Entrada no Inversora V- Entrada Inversora VO Tenso de Sada
O AOP possui duas entradas e uma sada onde funo apresentar na
sada o mltiplo da diferena entre as duas entradas onde A o ganho de
tenso do Amplificador Operacional. AMPLIFICADOR OPERACIONAL
APLICAES PARA O AMPLIFICADOR OPERACIONAL
30
muito difcil enumerar a totalidade das aplicaes deste fantstico
componente, podemos dizer que sua utilizao est presente na maioria
dos equipamentos de sistemas de controle industrial, instrumentao
nuclear e petroqumica, equipamentos mdicos, computadores, etc.
AMPLIFICADOR OPERACIONAL
HISTRICO DO AMPLIFICADOR OPERACIONALHistrico do AOP Os primeiros
AOPs foram desenvolvidos na dcada de 40 atravs de vlvulas, as
caractersticas destes primitivos AOPs eram bastante ruins. Com o
surgimento do transistor na dcada de 50 foi possvel evoluir o AOP
com caractersticas bastante razoveis. Porm foi quando na dcada de
60 com o surgimentos dos circuitos integrados que o amplificador
operacional teve sua maior evoluo onde no ano de 1963 a FAIRCHILD
SEMICONDUCTOR lanou o seu primeiro AOP monoltico A702. Tambm como
tudo que se desenvolve o A702 apresentou uma srie de problemas,
tais como: - Baixa resistncia de entrada; - Baixo ganho; - Alta
sensibilidade a rudos; - Necessidade de alimentao diferenciada (-6V
e +12V). Foi ento que a prpria FAIRCHILD, com apoio de Robert
Widlar e sua equipe lanou em 1965 o conhecido A709. Este ltimo foi
considerado o primeiro AOP confivel lanado no mercado. A seguir a
mesma equipe projetou o famoso A741, o qual foi lanado pela
FAIRCHILD em 1968 e at hoje estes dois AOPs ocupam posio de
destaque no segmento. Evidentemente como os avanos tecnolgicos no
param hoje temos diversos tipos de AOPs com caractersticas
superiores s do A709 e A741, por exemplo LF351 (NATIONAL) e CA3140
(RCA) etc. AMPLIFICADOR OPERACIONAL
CDIGO DE FABRICANTES E FOLHA DE DADOSExistem inmeros de
fabricantes de circuitos integrados no mundo. Cada fabricante
possui uma codificao diferente para identificar seus produtos. Um
mesmo integrado pode ser produzido por vrios fabricantes
diferentes. Sendo assim importante que o projetista conhea os
diferentes cdigos para poder identificar o fabricante e buscar o
manual do mesmo (DATABOOK) do mesmo. Na tabela a seguir temos a
codificao usada pelos fabricantes mais conhecidos no mundo e
principalmente no Brasil. Como exemplo tomamos o 741. Fabricantes
Cdigos FAIRCHILD A741 NATIONAL LM741 MOTOROLA MC1741 RCA CA741
TEXAS SN741 SIGNETICS SA741 SIEMENS TBA221 (741)
31
AMPLIFICADOR OPERACIONAL
MODO DE FUNCIONAMENTOO AOP tem a funo de amplificar o resultado
da diferena entre suas entradas como no exemplo a seguir:
O exemplo acima est usando a diferena entre os dois sinais
contnuos. Supondo que o ganho A seja de 100.000. Portanto a tenso
de sada (VO) ser VO = 100.000 (4,75mV 4,8mV) = -5,0V. Por definio
sempre o ganho A ser positivo e sempre que V+ - V- for menor que
zero a tenso de sada ser negativa ou vice versa. AMPLIFICADOR
OPERACIONAL
CARACTERSTICAS DE UM AOP IDEALRi =
Ri =
1) AOP ideal s amplifica a diferena dos sinais de entrada, nunca
amplifica o sinal comum s duas entradas. Portanto podemos dizer que
o AOP ideal nunca satura. 2) AOP ideal no consome e nem fornece
corrente atravs de suas entradas, conseqentemente a impedncia das
entradas do AOP infinita (R1 = ) 3) AOP ideal tem impedncia de sada
nula (RO = 0). Isto significa que a sada uma fonte de tenso ideal
independente da corrente drenada pela carga acoplada a sada. 4) AOP
ideal deve ter ganho A = (infinito), ou seja para que a ampliao
seja vivel, inclusive para sinais de baixa amplitude o ganho de
tenso infinito. 5) AOP ideal deve ter um ganho A constante que
independe do valor da freqncia dos sinais de entrada, no deve
introduzir defasagem ou mesmo atraso no circuito e A um nmero real
e positivo. 6) AOP ideal deve apresentar insensibilidade a
temperatura.
32
AMPLIFICADOR OPERACIONAL
CARACTERSTICAS DE UM AOP REALGanho de Tenso O ganho de tenso que
obtido atravs da relao entre a tenso de sada pela tenso de entrada.
Tenso de OFFSET Um AOP real tem a sada de um amplificador ideal
nula, mas quando suas entradas esto em curto circuito. Nos
amplificadores reais acontece um casamento de impedncias imperfeito
dos dispositivos de entrada normalmente diferencial a sada do AOP
pode ser diferente de zero quando ambas as entradas assumem
potencial zero. Significa dizer que h uma tenso CC equivalente, na
entrada chamada de tenso de OFFSET. Os valores desta tenso
normalmente nos amplificadores comerciais esto situados na faixa de
1 a 100mV os componentes comerciais esto dotados de entradas para
ajuste da tenso de OFFSET. SLEW RATE Define-se SLEW RATE (SR) de um
amplificador como sendo a mxima variao de tenso de sada por unidade
de tempo. Normalmente o SR dado em V/s. Em termos gerais, podemos
dizer que o valor de SR nos d a velocidade de resposta do
amplificador. Quanto maior o SR, melhor ser o amplificador. O AOP
741 possui o SR = 0,5V/s, o LF351 possui SR = 13V/s e o LM318
possui SR=70V/s. Em textos nacionais costuma-se traduzir SLEW RATE
por taxa de subida, taxa de resposta, taxa de giro, etc. Para
calcular o SR basta aplicar a formula abaixo: SR = 2. F. VP Convm
frisar que VP a amplitude mxima ou valor de pico do sinal senoidal
de sada. A equao nos diz que a funo SR (determinado pelo
fabricante), o projetista dever estabelecer um comprometimento
entre as variveis F e VP, ou seja, para F deve ser F fixado ter-se-
um valor mximo de VP e vice versa. Caso no observe este fato, o
sinal de sada poder sofre uma distoro acentuada, conforme a figura
abaixo (no caso de onda senoidal). OVERSHOOT Finalmente, resta-nos
considerar uma outra caracterstica citada nos manuais dos
fabricantes denominada OVERSHOOT, a qual costuma ser traduzida por
sobrepassagem ou sobredisparo. O OVERSHOOT o valor, dado em
porcentagem, que nos indica quanto o nvel de tenso de sada foi
ultrapassado durante a resposta transitria do circuito, ou seja,
antes da sada atingir o estado permanente. Para o 741, o OVERSHOOT
da ordem de 5%. Convm frisar que o OVERSHOOT um fenmeno
prejudicial, principalmente quando se trabalha com sinais de baixo
nvel.
33
AMPLIFICADOR OPERACIONAL
ALIMENTAO DO AMPLIFICADOR OPERACIONALA alimentao do amplificador
operacional e feita de forma simtrica, podendo em alguns casos
utilizar uma monoalimentao.
AMPLIFICADOR OPERACIONAL
MTODOS DE POLARIZAO DO AMPLIFICADORAgora que j conhecemos o
amplificador operacional podemos estudar seus modos de operao que
so: - Sem Realimentao; - Realimentao Positiva; - Realimentao
Negativa; Sem Realimentao Este modo conhecido como operao em malha
aberta, por utilizar o ganho do operacional estipulado pelo
fabricante, ou seja, no se tem o controle do mesmo. Este modo de
operao largamente empregado em circuitos comparadores. Realimentao
positiva Este modelo de operao denominado operao em malha fechada.
Pois o ganho do operacional obtido pelo projetista. Apresenta como
desvantagem uma instabilidade ao circuito. Aplicado em circuitos
osciladores. Neste modo de operao o AOP no trabalha como
amplificador de sinais, pois sua resposta no linear. Realimentao
Negativa Este modo de operao o mais importante e o mais utilizado
em circuitos com AOP, veja que a sada reaplicada entrada inversora
do AOP atravs de RF. Existem vrias aplicaes para os AOP com
realimentao negativa entre elas podemos destacar: 34
- Amplificador Inversor; - Amplificador No Inversor; -
Amplificador Somador; - Amplificador Diferencial; - Diferenciador;
- Integrador; - Filtros Ativos, etc. Este modo de operao como na
realimentao positiva tem caracterstica de malha fechada, ou seja, o
ganho determinado por R1 e RF e pode ser controlado pelo
projetista. AMPLIFICADOR OPERACIONAL
CONCEITO DE CURTO-CIRCUITO VIRTUALConceito de Curto-Circuito
Virtual Para explicar melhor este conceito assumiremos que o ganho
do AOP seja infinito. Ento sabemos que a relao ideal VO = A(V+ -
V-) sempre vlida. Portanto podemos afirmar que: V+ - V - = VO A
0
Pois VO finito e A = . Porque se utiliza o sinal de
aproximadamente igual ao invs de igual a zero na expresso dada?
Isto feito para lembrar que estamos na realidade empregando um
artifcio matemtico (formalmente, devemos dizer que A tende a
infinito, mas no o na prtica A situa-se tipicamente entre 10 5 e
107). Desta forma podemos notar que teremos uma tenso de entrada V-
igual (tendendo) ao valor de tenso de sada. Esta tcnica nos permite
dizer que quanto maior for A, mais o valor da entrada V + se
aproxima do valor da entrada V- para valores finitos de VS. Em
outras palavras, ela nos chama a ateno que pela tenso das entradas
do AOP pois como se as entradas inversoras e no inversora
estivessem sido curto circuitado. Sabemos tambm que no existe
corrente por onde tem um curto momentneo. Denominou-se o termo
curto circuito virtual para designar este estado onde as tenses em
dois pontos distintos so idnticas (como em um curtocircuito) e suas
correntes so nulas. Pode-se empregar o conceito de terra virtual
nos amplificadores sempre que considerarmos o mesmo com ideal
sempre curto circuitando mas no fisicamente. AMPLIFICADOR
OPERACIONAL
CIRCUITOS BSICOSAmplificador Inversor Observe o circuito abaixo:
Inicialmente vamos fazer um reconhecimento dos componentes
utilizados no circuito. Temos o gerador de sinais VE que est
alimentando o circuito. Temos um AOP com um ganho A qualquer (note
as duas entradas inversora e no inversora e a sada) e demais
caractersticas que a principio podemos considerar ideais. A sada VO
do AOP a prpria sada do circuito representa por VOUT. Temos ainda
dois resistores R1 e RF, note que R1 est ligando eletricamente o
sinal de entrada(VE) com a entrada inversora do AOP. , RF est
fornecendo 35
um caminho eltrico entre a sada(VOUT) e a entrada inversora do
AOP. Com isso conclumos a analise do circuito, agora vamos
analis-lo. Seguindo a regra, a grandeza mais importante em um
circuito analgico o ganho de tenso do circuito, denominado de AV.
Observao Se no sabemos como funciona um circuito, uma boa dica para
tentarmos compreender seu funcionamento determinar o comportamento
da tenso de sada do circuito atravs da sua tenso ou funo de
entrada. Para o circuito observado no inicio da analise temos o
ganho de tenso dado por: AV = VOUT VE
Notamos que na equao acima temos VOUT sendo a prpria sada do AOP
e que temos dois ganhos de tenso: o ganho do circuito (AV) e o
ganho interno do AOP (A). Para uma analise mais simples,
determinamos as correntes de cada ramo, conforme observamos neste
circuito, pela Lei das Correntes de Kirchhoff (LCK): I1 = I2 + I
Neste momento da analise devemos ter em mente as caractersticas do
AOP ideal onde mostra que as entradas do operacional no drenam
corrente. Portanto: I+ = 0 e I = 0 Assim podemos dizer que I1 = I2
Por outro lado, as correntes I1 e I2 podem ser expressas por: I1 =
I2 = Como I1 = I2, ento: VE V R1 = V VO RF Voc pode provar? R1VO
(R1 + RF)V = -RFVE VE V R1 V VO R2
Amplificador No Inversor Para analisa-lo consideremos o AOP
ideal e empregando a tcnica do curto-circuito virtual
36
Sabendo que o AOP ideal tem como sada VO = A(V+ V ) no circuito
proposto a entrada no inversora est aterrada, ou seja, V+ = 0 e VO
= VOUT . Desta forma VOUT = AV ou seja, V = VOUT / A. Substituindo
na expresso anterior temos: R1VOUT (R1 + RF)VS = -RFVE A Voc pode
provar? VS VE = RF / R1 1 RF 1+ 1+ A R1
(
)
A expresso acima no nos diz muita coisa, mas quando foramos um A
muito elevado, o termo A-1 (1 + RF/R1) do denominador tende a zero
e a expresso acima se simplifica para: VOUT VE = RF R1
Esta expresso utilizada para determinar o ganho do amplificador
inversor, O mesmo possui este nome devido ao sinal negativo na
frente de RF/R1. Sabemos que um sinal negativo corresponde a uma
inverso de fase, ou seja, graficamente ele corresponde a um
espelhamento em relao ao eixo x, isto no tempo o sinal da sada
invertido em relao ao sinal de entrada. pressuposto tambm que o
ganho de tenso do amplificador operacional nunca sature, ou seja,
ele sempre trabalhar na regio linear onde a expresso A (V + V)
vlida. Esta observao valida para todos os circuitos de AOP com modo
de operao de realimentao negativa. Na verdade, um AOP quando usado
para amplificar sinais, sempre empregado com algum tipo de
realimentao entre o sinal e sua sada e os sinais em suas entradas,
no nosso exemplo no circuito mostrado no inicialmente temos um
resistor RF que executa esse papel que fechar a ligao entre a sada
e a entrada. Sempre que h um caminho fechado entre sada e entrada
chamamos de circuito de malha fechada. Um AOP quando utilizado para
amplificar sinais sempre empregada a condio de malha fechada.
Podemos dizer de fato que o AOP em malha aberta tem um ganho
infinito. Desta forma o comportamento do circuito se d atravs de
caractersticas de componentes externos. Amplificador Somador
Amplificador somador tem a finalidade somar dois ou mais valores de
entradas analgicas ou digitais em tempo real. Exemplo pode-se somar
uma rampa, uma senode e um nvel contnuo instantaneamente em tempo
real. Empregado em misturadores de sinal Circuito Padro
Equao Final 37
VS =
RF X VE1 R1
+
RF R2
X VE2
RF RN
X VEN
Amplificador Subtrator O Amplificador subtrator tem a finalidade
de amplificar as diferenas de tenses entre as entradas . Este
circuito extremamente poderoso e largamente utilizado em eletrnica
analgica, inclusive em circuito empregando os AOPs Exemplo se
conectarmos a sada de um transdutor em um amplificador inversor,
tanto o sinal do transdutor quanto interferncia sero amplificados.
Por outro lado , se conectarmos a sada do transdutor em um
amplificador de diferenas, s o sinal do transdutor amplificado, j
que o sinal de interferncia captado praticamente da mesma forma
pelo dois fios que carregam o sinal de tenso comum aos dois fios,
ao passo que o sinal do transdutor uma diferena de tenso entre
esses dois fios. A tenso na sada deste circuito proporcional a
diferena entre as tenses da entrada (V1 V2) e qualquer sinal comum
as duas entradas no amplificado, ou em outras palavras, rejeitado.
A constante de proporcionalidade dada simplesmente pela razo entre
RF / R1. Circuito Padro
Equao final VS = RF (V1 V2) R1
Comparador Freqentemente precisamos comparar uma tenso com outra
para verificar qual delas a maior. Tudo o que precisamos uma
resposta sim/no. Um comparador um circuito com duas tenses de
entrada (no inversora e inversora) e uma tenso de sada. Quando a
tenso no inversora for maior que a tenso inversora, o comparador
produzir uma alta tenso; quando a entrada no inversora for menor
que a entrada inversora, a sada se baixa. A sada alta simboliza a
resposta sim e a resposta no ser mais baixa. A maioria dos
circuitos comparadores so construdos por AOPs na configurao de
malha aberta ou s vezes tendo sua tenso de sada limitada por diodo
zener. Na maioria dos casos o diodo zener tambm utilizado como
tenso de referencia. Equao Geral 38
VS = A (V+ V) Na prtica quando se projetam circuitos
comparadores, muito comum a utilizao de dois diodos em
antiparalelo, colocados entre os terminais da entrada para proteger
o estgio diferencial contra possveis sobretenses ou sobrecorrentes
que possam danificar o integrado. Conforme o circuito ao lado
39
ELETROELETRNICA AVANADA BibliografiaEstude e Use - Dispositivos
Semicondutores: Diodos e Transistores Autor: Eduardo Cesar Alves
Cruz ngelo Eduardo B. Marques Salomo Choueri Jnior Editora rica
Estude e Use Circuitos Digitais Autor: Eduardo Cesar Alves Cruz
Antonio Carlos Loureno Sabrina Rodero Ferreira Salomo Choueri Jnior
Editora rica Estude e Use Praticando Eletrnica Digital Autor: Celso
de Arajo William Soler Chui Editora rica Estude e Use -
Dispositivos Semicondutores: Tiristores (Controle de Potncia em CC
e CA) Autor: Jos Luiz Antunes de Almeida Editora rica Analise e
Projeto de Fontes Chaveadas Autor: Luiz Fernando Pereira de Mello
Editora rica Ensino Modular - Sistemas Analgicos Circuitos com
diodos e transistores Autores: Marco Cipelli e Otvio Markus Editora
rica Laboratrio de Eletricidade e Eletrnica Autores: Francisco
Gabriel Capuano e Maria Aparecida Mendes Marino Editora rica
Eletrnica Volume1 e Volume 2 Autor: Malvino Editora McGraw-Hill
Circuitos Informao e Revistas saber eletrnica Editora Saber
40
