Circuitos electronicos

CIRCUITOS ELETRÓNICOS

FONTES de TENSÃO

FONTES de CORRENTE

OSCILADORES

TEMPORIZADORES

MULTIPLICADORES

António M. S. Francisco

http://sites.google.com/site/amsfrancisco

Atualizado Outubro de 2013


Circuitos eletrónicos

António Francisco http://sites.google.com/site/amsfrancisco 1

ÍNDICE

1. Fontes de Tensão .......................................................................................... 2

1.1 Fontes de Alimentação Lineares ................................................................................ 2

1.1.1. Fontes de alimentação sem transformador ........................................................ 3

1.1.2. Fonte de alimentação com transístor regulador série .......................................... 5

1.1.3. Fontes de alimentação com integrados reguladores........................................... 10

1.1.4. Fonte de alimentação variável ........................................................................ 11

1.2. Fontes de Alimentação Comutadas .......................................................................... 12

2. Fontes de Corrente ..................................................................................... 13

2.1. Regulação com transístor ....................................................................................... 13

2.2. Regulação com díodo Zener/Led .............................................................................. 13

2.3. Regulação com regulador 78XX ............................................................................... 14

3. Osciladores ................................................................................................. 15

3.1. Oscilador a transístores .......................................................................................... 15

3.1.1. Pisca-pisca .................................................................................................. 15

3.1.2. Besouro ...................................................................................................... 16

3.2. Osciladores com ICs .............................................................................................. 17

3.2.1. Oscilador com o IC 741 ................................................................................. 17

3.2.2. Oscilador com o IC 555 ................................................................................. 17

3.2.3. Osciladores com portas lógicas ...................................................................... 18

4. Temporizadores .......................................................................................... 20

4.1. Temporizador com o IC 555 .................................................................................... 20

4.2. Temporizadores com portas lógicas ......................................................................... 20

4.3. Temporizador com flip-flop tipo D ............................................................................ 21

5. Multiplicadores de Tensão .......................................................................... 22

5.1. Duplicador ............................................................................................................ 22

5.2. Triplicador ............................................................................................................ 22

Outros artigos do autor em:






1. FONTES DE TENSÃO As fontes de tensão ou fontes de alimentação são imprescindíveis no nosso dia-a-dia, estão presentes em praticamente todos os equipamentos eletrónicos, carregador do telemóvel, televisão, computador e de uma maneira geral em todos os equipamentos eletrónicos que necessitam de alimentação.

Fornecem a tensão contínua (DC) para os equipamentos eletrónicos funcionarem a partir da tensão alternada (AC) de 230V da rede elétrica. Assim, todos os equipamentos, que não funcionam a pilhas, necessitam de uma fonte de alimentação dedicada que converta a tensão alternada da rede em tensão contínua necessária ao funcionamento dos seus circuitos. As fontes passaram por vários processos evolutivos e, apesar das chamadas fonte lineares ainda

serem de uso frequente, as fontes comutadas estão a conquistar espaço nos equipamentos

modernos graças as suas vantagens.

1.1. FONTES DE ALIMENTAÇÃO LINEARES As fontes de tensão lineares ou convencionais possuem a seguinte estrutura:

Rede Redução de tensão Retificação Filtragem Regulação

230Vac Transformador Díodos Condensador Díodo Zener, ou condensador eletrolítico Transístores, de plástico ou ICs

Uma fonte linear típica utiliza como elemento de regulação um regulador integrado, este elemento terá de dissipar a energia em excesso, o que se traduz numa perda de energia devido à q.d.t. e à corrente que o percorre. Estas fontes têm rendimento baixo mas são fáceis de projetar e construir.

As fontes comutadas funcionam de forma completamente diferente, por pulsos de frequência elevada, que são depois filtrados para darem origem à tensão contínua. Estas fontes possuem rendimento muito superior às fontes lineares, dimensão e peso reduzido, mas apresentam maior complexidade no seu projeto e construção.




Circuito 1

Circuito 2

1.1.1. FONTES DE ALIMENTAÇÃO SEM TRANSFORMADOR

Desde que a corrente a fornecer pela alimentação seja da ordem das poucas dezenas de mA, as fontes podem ser realizadas sem se utilizarem transformadores. Contudo, neste tipo de alimentações o potencial da rede está presente nos terminais da fonte, com perigo de choque elétrico para o utilizador, daí terem de ser tomadas as devidas precauções de isolamento e manuseamento das montagens.

Tal como nas fontes que utilizam transformador, a primeira situação a resolver é reduzir os 230V da rede para um valor muito mais baixo; 6, 9, 12V ou outro. A solução adotada neste tipo de fontes consiste em utilizar a oposição à corrente alternada, provocada pela reactância capacitiva (Xc) de um condensador, para se conseguir a queda de tensão (q.d.t.) necessária à redução da tensão.

XcfC

1

2

Deste modo evita-se a utilização de um transformador que é o elemento mais caro da montagem. Como a potência ativa dissipada pelo condensador é nula, não existem perdas.

Nos circuitos 1 e 2 é realizada a retificação de meia onda; No circuito 1 com a carga desligada a totalidade da corrente AC passa pelo díodo Zener; No circuito 2 com a carga desligada passa pelo díodo Zener metade da corrente total, a outra

metade passa por D2; Entre o circuito 1 e 2 a diferença principal está nas características do díodo Zener, ele está

sujeito a um maior esforço no circuito 1. Exemplo: Cálculo do valor dos componentes para uma alimentação de 12VDC com uma intensidade de

corrente de saída (Io) de 30mA.

230Vac Vo

+

-

230Vac

-

+

Vo




Cálculo de C1 O condensador C1 é o elemento fundamental do circuito, a corrente de saída da fonte depende, essencialmente, do valor da sua reactância capacitiva. Como a q.d.t. em R1, R2, e nos díodos, face à q.d.t. em C1, é muito pequena pode-se desprezar. Realizando o circuito retificação de meia onda, podemos considerar a corrente total no condensador

(Ic) igual a duas vezes a corrente de saída (2xIo); soma da alternância positiva com a alternância negativa. Assim:

Vi = Xc.Ic Xc =Vi

Ic

Fazendo Ic=2xIo, o valor de Xc será:

2x30mA

230V=Xc =3833

Sendo: Xc1

2 fC

C

1

2 fXc

=

38332x3,14x50x

1=0,83F

C1 = 1F, 400V (série E12)

A tensão de trabalho do condensador (VR) terá de ser 400V, visto o condensador estar sujeito a

uma tensão de pico de 2 x230 = 325V.

Outros componentes

R1 - Resistência que se destina a limitar a corrente de pico que atravessa o díodo Zener no caso

de, no momento da ligação, a tensão da rede passar por um valor elevado. (Um condensador no momento da aplicação de tensão representa um curto-circuito. Assim, se

se ligar a alimentação no preciso momento em que a tensão é máxima, ( 2 x230), a

totalidade dessa tensão, se não se utilizasse a resistência R1, seria aplicada aos terminais do Zener o que o inutilizava).

R1 = 47 a 100, 2W

R2 - Resistência que se destina a descarregar o condensador C1 quando se desliga os 230V da rede

e a evitar sobretensões quando se volta a ligar a fonte sem que o condensador C1 esteja descarregado.

R2 220k, 1/2 W

D1 e D2 - Díodos retificadores de silício.

D1=D2 = 1N 4004

Díodos de corrente direta IF=1A, tensão inversa repetitiva de pico VRRM=400V e corrente de pico de 30A. Estes díodos possuem características que ultrapassam em muito as necessárias para o circuito. No entanto, são estes os díodos normalmente utilizados devido ao seu baixo custo.

Dz - Díodo Zener que se destina a regular a tensão de saída. No circuito 1, caso se desligue a carga, a totalidade da corrente (alternância positiva e

alternância negativa) atravessa o díodo. Nesta situação, a potência máxima a que o Zener está sujeito vale:

Ptot=VzxIc=12x60mA=0,72W




Como o díodo, para garantir a sua fiabilidade, deve possuir pelo menos o dobro da potência calculada, o Zener a utilizar deve ter as seguintes características:

Dz = 12V / 1,5W

No circuito 2 com a carga desligada, passa pelo Zener metade da corrente total, a que

corresponde a uma alternância. A corrente da outra alternância passa pelo díodo D2. Daí, a potência máxima a que ele está sujeito valer:

Ptot = VzxIc

2 = 12x30mA = 0,36W

Pelas razões apontadas para o circuito 1, o díodo Zener, neste caso, terá as seguintes características:

Dz = 12V, 1W

C2 - Condensador eletrolítico que se destina a realizar a filtragem. O seu valor deve estar

compreendido entre 100 e 470F e possuir uma tensão de trabalho (VR) superior ao valor de

Vz. Nota:

Para se obter uma fonte de alimentação que forneça a mesma corrente, mas com tensão de saída diferente, terá de se substituir, nos circuitos, o díodo Zener por outro com a tensão Vz pretendida. Atenção!

A tensão fornecida por estas fontes está ao potencial da rede, pelo que se devem tomar

as devidas precauções de isolamento e manuseamento nos circuitos com ela alimentados.

1.1.2. FONTE DE ALIMENTAÇÃO COM TRANSÍSTOR REGULADOR SÉRIE

Funcionamento: Pela analise da malha de saída do circuito verificamos que a tensão de saída (Vo) é igual a:

Vo = Vz - VBE

Como a tensão Vz e VBE são valores praticamente constantes, a tensão de saída Vo varia muito pouco. Deste modo, quer varie a corrente fornecida pela fonte quer a tensão de entrada Vi, a

tensão de saída (dentro de determinados limites) mantém-se praticamente constante.

VBE

VZ

VO Vi

VS

VR1

+

–

230Vac




EXEMPLO: Determinar os valores dos componentes para uma fonte de 12V, 400mA Em primeiro lugar há que escolher a tensão Vz do díodo Zener para a tensão de saída pretendida.

Como se pretende Vo=12V, o díodo Zener que possibilita o valor mais próximo é o que possui Vz=13V, uma vez que a tensão VBE 0,7V.

Vo = Vz - VBE = 13 - 0,7 = 12,3V

A fonte, em vez de possuir uma tensão de saída de 12V, terá de possui uma tensão de 12,3V. Neste tipo de fonte para que seja possível uma boa regulação do par transístor de saída-díodo

Zener é necessário que a tensão de entrada Vi seja superior, em pelo menos 3V, em relação à tensão de saída Vo. Contudo, não é conveniente aumentar muito a tensão de entrada, através do aumento do valor da

tensão do secundário do transformador, porque isso aumenta e muito a dissipação de potência no transístor.

Cálculo de C1 A tensão Vi possui ripple, que é tanto mais acentuado quanto maior for a corrente fornecida pela fonte e menor o valor da capacidade C1. Portanto, este condensador tem que assegurar, através do valor da sua capacidade, que a tensão Vi seja sempre superior em, pelo menos 3V, à tensão Vo. O valor da capacidade de C1 depende da finalidade da fonte. Se a carga a alimentar é influenciada pelo ripple, este valor terá de ser pequeno, tipicamente 10% do valor da tensão de saída.

Se o ripple não afeta grandemente a carga, este valor pode atingir os 40%. O valor da tensão de ondulação (ripple) pico a pico numa retificação de ½ onda pode ser calculada a partir da seguinte expressão:

fC

IV pp R

e numa retificação de onda completa a partir de:

fC

IV pp

2R

Se considerarmos para esta fonte um valor de ripple de 15% da tensão de saída temos:

VRpp = 12x15%=1,8V Como:

RppfV

IC

21

8,1502

4,0

xx =2222F 2000F (série E12)

Cálculo de Tr1 Sendo a retificação realizada por uma montagem em ponte, a corrente em cada alternância passa

por dois díodos retificadores, daí existir uma q.d.t. de 2x0,7V. A esta q.d.t. há ainda que somar a q.d.t. devida ao ripple.




O valor máxima da tensão (pico) no secundário do transformador (Vsmáx) será de:

Vsmáx = Vimin + VRpp + 2VF

Para garantir uma boa regulação do par díodo Zener-transístor é necessário que a tensão Vi seja superior em pelo menos 3V à tensão Vo. Assim:

Vi 3+Vo 3+12,3 15,3

Deste modo, opta-se pelo valor da tensão de entrada mínima de:

Vimin=16V

Como: Vsmáx = Vimin + VRpp + 2VF Vsmáx = 16 + 1,8 + 2x0,7 Vsmáx = 19,2V

Com Vsmáx = 19,2V, a tensão eficaz no secundário do transformador vale:

VsRMS

2

maxSV =13,5V, como Io=400mA (dado do problema)

a potência do transformador será de: P = VxI = 13,5x0,4=5,4VA Tendo em conta as perdas e as potências fabricadas, opta-se por um transformador com as seguintes características:

Tensão 230/13,5V; Potência 6VA

Cálculo de D1...D4

Estes díodos têm de possuir tensão inversa repetitiva de pico (VRRM) e corrente direta (IF)

superiores aos seguintes valores: VRRM Vsmáx VRRM 19,2V

IF Io IF 400mA

Além disso, os díodos têm de ser capazes de suportar o pico de corrente que acontece no momento da ligação (o condensador eletrolítico de filtragem comporta-se como um curto-circuito nesse momento se estiver descarregado). Neste caso, analisando o catálogo do fabricante, podem ser escolhidos quaisquer díodos da série:

1N 400X




Cálculo de R1 R1 terá de possuir um valor que garanta a passagem da corrente de Zener mínima (Izmin=5mA) e um valor de corrente de base IB que, tendo em conta o ganho do transístor, possibilite um Ic de 400mA.

Assim, se o transístor escolhido tiver um ganho mínimo de 40, o valor de IBmáx será de:

IBmáx=Ic

hFE min=

400

40=10mA

A corrente total através de R1 terá o valor de: IR1= IBmáx + Izmin

=10+5

=15mA

Sendo: Vi = R1 IR1 + Vz 1

1RI

VzViR

Mesmo na condição mais desfavorável temos que garantir IR1=15mA. Esta situação acontece para o valor mínimo de Vi ou seja 16V. Assim:

RmA

116 13

15=

- = 200 180 (série E12)

Potência dissipada em R1

P=RxI2 = 180x0,0152=0,04W

R1=180, 1/4W

Escolha de T1 no catálogo T1 é um transístor tipo NPN que, para ser escolhido no catálogo, são necessárias as seguintes

características: VCEmáx Icmax Ptot hFE Cálculo de VCEmáx

VCEmáx acontece quando a carga está ligada e T1 está ao corte (IB=0). O seu valor é igual a Vimax.

Vimax = Vimin+ VRpp=16+1,8V=17,8V

VCEmáx=17,8V

Cálculo de ICmáx Valor fornecido no problema, ou seja:

ICmáx=400mA

Cálculo de Ptot A potência total dissipada pelo transístor vale:

Ptot= VCEx IC




Esta potência pode-se determinar para o transístor a conduzir à máxima corrente de Ic (400mA). Nesta condição VCE vale: VCE = Vi-Vo = 16-12,3 = 3,7V

Ptot = 3,7x0,4=1,48W Ptot=1,48W

Cálculo de hFE O valor de hFE foi escolhido quando do cálculo de IB.

Assim, para o transístor foram encontrados os seguintes valores: VCEmáx=17,8V Icmax=400mA

Ptot=1,48W hFEmim=40

Pela análise do catálogo, e tendo em conta as características e o preço, uma das opções possíveis é o transístor NPN com o código BD 135, cujos valores são os seguintes: VCEmáx=45V Icmax=1A Ptot=8W

hFEmim=40 Nota: Mesmo possuindo este transístor uma potência muito superior à necessária é aconselhável, devido ao seu aquecimento, montá-lo num dissipador de calor.

Cálculo da Ptot do díodo Zener Ptot=Vz x Iz

O díodo Zener possui uma tensão Vz de 13V, sendo o valor de Iz determinado para a condição mais desfavorável para o díodo. Esta condição acontece quando a carga está desligada. Neste caso, toda a corrente IR1 passa pelo díodo Zener. Assim, IZ tem o valor máximo de:

1

maxmax

R

VzViIZ

17 8 13

18026 6

,, mA

Ptot=13x26,6mA=0,345W O Zener escolhido terá as seguintes características:

Vz=13V, Ptot=1W Cálculo da tensão de trabalho de C1

A tensão de trabalho de C1 deve ser superior à tensão de pico a que o condensador está sujeito, ou seja superior a Vimax. Vimax =17,8V VR(C1) = 25V

Cálculo de C2 O condensador eletrolítico C2 destina-se a estabilizar a tensão Zener de modo que, a tensão de saída varie o menos possível. O seu valor típico está compreendido entre 100F e 470F, e, no

caso desta montagem, a tensão de trabalho deve ser superior a Vz.




Cálculo do valor do fusível O fusível destina-se a proteger a montagem, sendo o seu valor determinado a partir da potência de saída da fonte. Esta vale:

P=VoxIo=12,3x0,4=4,9W Sendo a tensão de entrada de 230V e desprezando as perdas no transformador, a potência no secundário, neste caso, será igual à do primário. Nestas condições:

Pprim.=Psec. 230xIfuse=4,9 230

9,4fuseI

Ifuse=21mA 25mA

1.1.3. FONTES COM INTEGRADOS REGULADORES DA SÉRIE 78XX Os reguladores de tensão integrados da série 78XX possuem três terminais, são muito robustos, de muito fácil montagem e simplificam consideravelmente a realização de fontes de alimentação convencionais. Um único componente (IC) substitui um conjunto de vários componentes.

Fabricam-se reguladores para vários valores de tensão. “XX” indica o valor de tensão que o integrado fornece. Para que estes integrados funcionem corretamente é necessário que à sua entrada a tensão seja superior em pelo menos 2V relativamente ao valor “XX”, não podendo essa tensão, na maioria dos casos, ultrapassar os 35V.

Também se fabricam reguladores de tensão, designados de “Low Dropout Regulator” (LM2940 e

outros), que necessitam apenas de 0,5V de tensão entre a entrada e a saída. Devido à simplicidade e baixo custo, é esta a solução normalmente utilizada quando se pretendem realizar fontes de alimentação fixas que forneçam intensidades de corrente até 1A. Como estes integrados possuem proteção contra curto-circuitos, sobrecargas e limitação interna da temperatura, caso se deseje uma alimentação que forneça correntes próximas da máxima (1A), o

regulador terá de ser montado num dissipador de calor adequado, caso contrário, as proteções atuam e ele reduz automaticamente a tensão de saída. Esta tensão mantém-se baixa enquanto a temperatura no IC estiver acima do seu valor máximo de funcionamento. A potência dissipada (PD) pelos integrados reguladores calcula-se multiplicando a diferença entre a tensão de entrada e a tensão de saída do integrado pela corrente máxima que a fonte vai fornecer, PD=(Vi-Vo)xIo.

Vi

+

Vo

-

E S

M

78XX 230Vac




Função dos componentes D1...D4 - Díodos retificadores que terão de possuir características que lhes permitam suportar a

máxima tensão inversa do secundário do transformador, a máxima corrente fornecida pela fonte e a corrente de pico no momento da ligação.

C1 - Condensador eletrolítico que se destina a realizar a filtragem. Como regra prática podemos considerar por cada Ampère de corrente de saída, para fontes não criticas, o valor da capacidade de filtragem de 2200F.

C2 - Condensador de cerâmica, com valor típico de 100nF, que se destina a realizar a filtragem das altas frequências.

C3 - Condensador de cerâmica, com valor típico de 100nF. Destina a realizar o desacoplamento de alta frequência. Este condensador é normalmente necessário nas alimentações de circuitos digitais devido às

variações bruscas dos estados lógicos. Ele serve como reservatório de energia quando da mudança de estados (variações brusca da carga), ou seja, fornece energia durante o tempo que o IC regulador de tensão se adapta à nova situação.

1.1.4. FONTE DE ALIMENTAÇÃO VARIÁVEL

A fonte deste circuito possui ótimas performances uma vez que é realizada com base num IC específico para este tipo de aplicação, o regulador de tensão LM 317T. Este integrado, quando colocado num dissipador de calor adequado, fornece correntes de saída até 2A e tensões a partir de 1,25V.

O valor da tensão de saída (Vo) é obtido através do divisor de tensão formado pelas resistências R1 e R2, e calculado a partir da seguinte expressão:

Vo =1,25 x (1+R

R

2

1)

Se a resistência R2 for substituída por um potenciómetro, a tensão de saída varia desde 1,25V até ao máximo valor fornecido pela fonte.

Nota: As informações fornecidas para as fontes realizadas com os ICs 78XX também são válidas para as fontes realizadas com o IC LM 317T.




Lista de material R1= 220, 1/4W

R2= Potenciómetro linear de 2,2k

C1 2200F, eletrolítico

C2= 100nF, cerâmica C3= 100F, eletrolítico

C4= 100nF, cerâmica D1...D4 - Díodos 1N 5401, UF3004 ou equivalentes IC1= Regulador de tensão LM 317T

1.2. FONTES DE ALIMENTAÇÃO COMUTADAS As fontes de alimentação comutadas (SMPS – Switched Mode Power Supply) distinguem-se das

convencionais pela sua capacidade de fornecer correntes elevadas com transformadores de

dimensão reduzida. Funcionamento:

A tensão da rede é retificada, através de uma etapa certificadora, e após filtrada por meio de condensador eletrolítico. A tensão resultante passa por um filtro de EMI, destinado a reduzir a radiação eletromagnética, e é aplicada ao primário de um transformador que é ligado/desligado (comutado) em alta frequência, por meio de um semicondutor de potência. Após, o transformador a tensão é novamente retificada e filtrada e aplicada à carga (Vo).

A regulação da tensão de saída é feita através de um circuito de realimentação que, de acordo com a tensão de saída, controla o sinal de PWM que comanda o circuito de comutação no primário do transformador. Uma carga de baixo consumo gera um sinal de PWM de frequência menor e uma carga de maior consumo um sinal de frequência maior, conseguindo-se assim manter a tensão de saída Vo praticamente constante. O isolamento entre o circuito da saída e circuito da entrada é feito com um acoplador ótico.

Diagrama de blocos simplificado de uma topologia de fonte comutada.

A diferença básica entre uma fonte linear e uma fonte comutada é que na fonte comutada o elemento que controla a tensão de saída trabalha por pulsos e por isso a dissipação de potência é muito baixa. Contrariamente, na fonte linear o elemento de controlo opera continuamente e por ele

passa toda a corrente fornecida pela saída, o que pode originar uma elevada dissipação de potência. Na fonte comutada, o circuito de realimentação controla os pulsos gerados (PWM) em função das necessidades de corrente da fonte. Os pulsos são aplicados ao elemento de controlo; um transístor de potência, um tirístor um IGBT ou um circuito integrado, que liga o primário do transformador e

determina quanto tempo esse elemento conduz. A vantagem é um maior rendimento e perdas por geração de calor bem menores que nas fontes lineares. Além disso, as fontes comutadas necessitam de transformadores menores e mais leves. A desvantagem é a emissão de ruídos devido à radiação de alta frequência, provocada pela alta

frequência de comutação, e um projeto mais complexo.




2. FONTES DE CORRENTE 2.1. REGULAÇÃO COM TRANSÍSTOR Sem comando Com comando (0→1)

A corrente que atravessa a resistência RE e consequentemente a que passa no LED (saída) vale:

RE

VBEIEIC

T )2(11

RE

7,0

Ou seja, a corrente é praticamente constante (a tensão VBE tem valor entre 0,6 e 0,7V). A resistência R1 pode ter valor entre 10 KΩ e 22KΩ. Esta resistência destina-se a fornecer a corrente IC de T2 e a corrente de base de T1, o seu valor não é crítico. O transístor T1 para valores

elevados da tensão VCC aquece. Este transístor também pode ser do tipo MOSFET.

2.2. REGULAÇÃO COM DÍODO ZENER/LED

Sem comando




Nesta montagem a corrente de saída, a que passa no LED e na resistência RE, vale:

RE

VBEVZICIE

Esta corrente também é praticamente constante uma vez que a tensão VZ e VBE também o são. A resistência R1 destina-se a polarizar corretamente o díodo Zener e a fornecer a corrente de base de T1.

Com comando (0→1)

Aplicado um nível de tensão positivo na entrada (R1), T1 entra em condução e aos terminais do díodo Zener fica aplicada a tensão Vz. Tal como no circuito anterior, a corrente que atravessa o LED vale:

RE

VBEVZICIE

Desligada a tensão da entrada, T1 deixa de conduzir e, desse modo, deixa de passar corrente no LED (saída).

2.3. REGULAÇÃO COM REGULADOR 78XX

Sendo Id≈5mA e Vxx a tensão do regulador




3. OSCILADORES Os osciladores, também designados por multivibradores astáveis, são circuitos cuja saída não tem um estado estável, muda ciclicamente (0-1-0-1-0-1.......). Os osciladores são muito utilizados em eletrónica e podem ser obtidos a partir de circuitos com: transístores, portas lógicas, amplificadores operacionais ou ICs específicos. O valor da frequência de oscilação é determinado normalmente a partir do valor de uma resistência

e de um condensador.

3 1. OSCILADORES A TRANSÍSTORES

3.1.1. Pisca-pisca

Funcionamento

Neste circuito os transístores funcionam em comutação; quando T1 está ao corte T2 está saturado e vice-versa, fazendo com que os leds acendam alternadamente. Quando T1 satura acende L1 e descarrega C1, o que provoca que T2 seja colocado ao corte e se apague L2. De seguida, C1 começa a carregar através de RB2 e quando a tensão no terminal ”-” de C1 atinge o valor de aproximadamente 0,7V, o transístor T2 entra em condução, vai para a zona de saturação e L2 acende-se.

Saturado T2, C2 é por ele descarregado e T1 colocado ao corte apagando-se L1. Depois, C2 começa a carregar-se através de RB1 e quando a tensão no seu terminal ”-” atinge o valor de aproximadamente 0,7V, T1 entra outra vez em condução, repetindo-se o processo.

As resistências RB1 e RB2 devem possuir um valor que permita saturar os respetivos transístores. Se RB1=RB2=R e C1=C2=C o oscilador será simétrico, gera uma onda quadrada cujo período vale:

T=1,4RC

EXEMPLO: Realização de um oscilador com um período T=1s.

Cálculo de RC1 e RC2

Vcc=VF+RC1IC1+VCEsat Vcc=12V (tensão da alimentação) VF=2V (q.d.t. nos leds) IC1=IC2=IF=10mA (corrente nos leds) VCEsat=0V

RC1=RC2

IF

VVVcc CEsatF

k

mA1

10

0212




RC1=RC2=1k, 1/4W

Se os transístores escolhidos forem os BC 337-25, as suas características são:

VCEmáx=45V

ICmáx=500mA Ptot=0,8W hFEmin=160

Como os transístores vão trabalhar ao corte e saturação, o valor de IB será zero ou:

IB=Ic

hFE

IB1 =IB2 =I

h

F

FE min

=10

160= 0,06mA (valor máximo de IB)

Cálculo de RB1 e RB2

Vcc=RB1IB1+VBE

RB1=RB2 Vcc V

I

BE

B1

kmA

18806,0

7,012 180k (série E12)

RB1=RB2=180k

Cálculo de C1 e C2 T=1,4RB1C1

C1=C2 T

RB14 1,=

kx1804,1

1=3,9µF 4,7µF (série E12)

C1=C2=4,7F / 16V

Com os valores indicados; RB1=RB2=180k e C1=C2=4,7µF, o oscilador tem o período de:

T=1,4RC=1,4x180kx4,7µ=1,18s

3.1.2. Besouro




3.2. OSCILADORES COM ICs

3.2.1. Oscilador com o IC 741

O período da oscilação depende do valor de R1 e C1. Com R2=R3=R4 o valor do período é dado por:

T=1,4R1C1

As resistências R3 e R4 são necessárias para criar uma massa fictícia na entrada “+” do IC, uma vez que o amplificador não é alimentado com tensão simétrica. Estas resistências têm de ser iguais. Com os valores indicados no esquema, o oscilador tem um período de 1seg.

3.2.2. Oscilador com o IC 555

3

2

6 7

4

741




A oscilação na saída (terminal 3) tem o valor alto durante o tempo:

t1=0,693(R1+R2)C1 e o valor baixo durante o tempo:

t0=0,693R2C1

Sendo o período da oscilação dado por:

T=t0+t1 = 0,693(R1+2R2)C1

Ao quociente entre o tempo no estado alto e o período dá-se o nome de fator de ciclo “D” (duty cycle).

T

tD 1

Se R2R1 a forma de onda será quadrada e neste caso o período vale:

T=1,4R1C1

E o fator de ciclo vale:

D=1/2=0,5 50%

A alteração do valor da frequência de oscilação é obtida por variação da resistência do potenciómetro ou por alteração do valor de C1. O valor de R1 deve ser R1 ≥ 1kΩ.

3.2.3. Oscilador com portas lógicas (MOS)

Sem comando Uma vez ligada a alimentação do IC, a saída gera uma onda quadrada. a) Com inversores

b) Com inversor Schmitt trigger




Com comando Neste caso, existe um terminal (in) que conforme o estado ”0” ou ”1” bloqueia ou não a oscilação

do oscilador. a) Com Nors

Se a entrada estiver a ”1” o oscilador está bloqueado, quando a entrada vai a ”0” o oscilador começa a oscilar.

b) Com Nands

Se a entrada estiver a ”0” o oscilador está bloqueado, quando a entrada vai a ”1” o oscilador

começa a oscilar.

c) Com Nand Schmitt trigger

Se a entrada estiver a ”0” o oscilador está bloqueado, quando a entrada vai a ”1” o oscilador

começa a oscilar.

Notas:

A resistência R’ pode ser ou não utilizada nas várias montagens. Ela destina-se a tornar a frequência de oscilação independente da tensão de alimentação do IC, caso se utilize, o seu valor deve ser: R’ R

Nas montagens anteriores o período da oscilação sem a resistência R’ e no caso de se utilizarem portas MOS vale: T 1,6RC

Com a resistência R’10R o período vale: T 2,2RC

Em todas as montagens o condensador ”C” é despolarizado. Se se necessitar de um condensador de alguns “µF” esse valor pode ser obtido a partir de dois condensadores eletrolíticos iguais ligados em anti série:

in

out

in

out




4. TEMPORIZADORES Os temporizadores, também designados por multivibradores monoestáveis, são circuitos cuja saída muda de estado apenas durante um tempo pré-estabelecido. Estes circuitos têm de possuir uma entrada para possibilitar o seu disparo (mudança de estado da saída). Tal como nos osciladores, o tempo que a saída muda de estado, isto é, a temporização do

temporizador, depende da capacidade de um condensador e do valor de uma resistência.

4.1. TEMPORIZADOR COM O IC 555

Aplicando na entrada (in) um impulso “10”, a saída (out) vai a “1” durante um tempo que vale:

T=1,1RC

4.2. TEMPORIZADORES COM PORTAS LÓGICAS (MOS) a) Com Nors

1

Aplicado à entrada um impulso “01”, a saída vai a “1” durante o tempo:

T 0,7RC

in

out

T0,7RC

out

T1,1RC

in




b) Com Nands

0

Aplicado à entrada um impulso “10”, a saída vai a “0” durante o tempo:

T 0,7RC

4.3. TEMPORIZADOR COM FLIP-FLOP TIPO D

CD

SD

CP

1

R1=1M

A saída pode ser retirada do terminal Q ou Q’, os sinais são complementares.

Caso não se coloque o díodo D1 o temporizador pode ser redisparado durante a temporização.

A temporização deste temporizador é determinada pela seguinte expressão:

T 0,7RC

Atenção! Em todos as montagens atrás referidas e sempre que se trate de ICs de tecnologia MOS (série

4000 e 74HC) não se podem deixar as entradas não utilizadas no “ar”. Isso provoca a instabilização do circuito. As entradas não ligadas podem assumir o valor “0” ou “1”. Assim, as entradas não utilizadas têm de ser ligadas diretamente ou através de resistências ao “+” ou “-” da alimentação, ou a saídas de outras portas lógicas.

out

T0,7RC

in

out

T0,7RC

in




5. MULTIPLICADORES de TENSÂO Nas figuras seguintes apresenta-se os esquemas de um duplicador e de um triplicador de tensão. As tensões de saídas, desprezando as qdt nos díodos retificadores e com constantes de tempo elevadas, são aproximadamente as indicadas.

5.1. Duplicador de tensão

5.2. Triplicador de tensão


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Circuitos electronicos