Universidade Federal do Ceará

Departamento de Engenharia Elétrica

Eletrônica Analógica

Projeto Final

Gerador de Sinais com ci 555

Equipe: Jeymyson Alves de Sousa 338887

José Roberto Pereira dos Santos 336371

Matheus Maia Roque 336357

Sumário

1. Introdução ............................................................................................................................. 3

2. Desenvolvimento do projeto ................................................................................................. 4

2.1. Fonte simétrica .............................................................................................................. 4

2.2. Gerador de sinais ........................................................................................................... 5

2.3. Circuito amplificador .................................................................................................... 7

2.4. Execução do projeto ...................................................................................................... 9

3. Conclusões .......................................................................................................................... 10

Anexo A - Lista de Materiais ...................................................................................................... 11

Anexo B - Placa de circuito Impresso ......................................................................................... 13

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1. Introdução

Um gerador de sinais possui grande aplicabilidade no teste de aparelhos e

equipamentos eletrônicos, e na verificação do funcionamento de amplificadores, filtros e

da resposta em frequência de diversos circuitos. Tendo em vista essa gama de aplicações,

optou-se como objeto do projeto final da disciplina de Eletrônica Analógica, a criação de

um gerador de funções.

Neste relatório são descritos todos os procedimentos necessários a implementação

do gerador utilizando componentes eletrônicos básicos como resistores, capacitores e

transistores.

O gerador é capaz de produzir quatro formas de ondas: as três comuns (quadrada,

senoidal, triangular) e uma quarta que se assemelha a uma onda dente de serra, além disso

ele possui ajuste de frequência na faixa de 1kHz a 8kHz e ajuste da tensão de saída

(aproximadamente 1V a 20V), devido ao acoplamento de um circuito amplificador com

ganho variável, utilizando o LM741 (Amplificador Operacional).

Para alimentação do gerador e do circuito amplificador, foi criada uma fonte

simétrica que fornece tensões em +12Vcc e -12Vcc.

Assim o projeto final é composto por três partes: a fonte simétrica, o gerador de

sinais e o circuito amplificador.

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2. Desenvolvimento do projeto

2.1. Fonte simétrica

O circuito da figura 1 apresenta a fonte simétrica construída. Para o regulador de

tensão optou-se por utilizar os circuitos integrados mostrados (7812 e 7912), pois eles

oferecem melhor regulação e ocupam menos espaço que componentes discretos, tornando

o circuito mais compacto.

Os reguladores 78xx possuem como limitação uma tensão máxima de 35V e uma

tensão mínima de entrada de 3V acima da sua regulação, o mesmo vale para série 79xx.

A diferença ente eles é que o 78xx fornece regulação positiva e o 79xx regulação negativa.

Figura 1 - Esquemático fonte simétrica

Considerando uma oscilação em torno de 10%, encontra-se que o circuito está

dentro das especificações, onde a tensão de entrada está acima do 15V mínimos (fig. 1)

necessários a regulação de 12V.

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2.2. Gerador de sinais

A figura 2 apresenta o circuito do gerador de sinais. Nela o 555 está configurado

no modo astável. Nesta forma é gerado na saída do ci uma onda quadrada com duração

dos níveis Alto e Baixo proporcionais às malhas RC, não sendo necessário nenhum pulso

específico para iniciar o seu funcionamento.

A frequência da onda quadrada de saída é definida por:

𝑓 =1,44

(2𝑅7 + 𝑅1) ∗ 𝐶3

Assim variando-se R7, varia-se a frequência, por isso o resistor R7 foi substituído

por um potenciômetro.

A partir da onda quadrada, as diferentes constantes de tempo formadas pelas

malhas RC se encarregam de gerar as outras formas de onda.

A parte mais a direita do circuito (parte contornada) é responsável pela

estabilização do sinal e eliminação do ruído.

Figura 2 - Esquemático do Gerador de sinais

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Figura 3 - Formas de onda do gerador de sinais

Simulação do gerador de sinais

A simulação foi realizada utilizando o software Proteus, a figura 3 apresenta as

quatro formas de onda disponíveis. Seus valores de pico a pico variam, mas apresentam

valores simulados inferiores a 1V.

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2.3. Circuito amplificador

Para implementação do circuito amplificador, utilizou-se o circuito da figura 4

(inversor com ganho), a alimentação (+12Vcc e -12Vcc) é oriunda da fonte já apresentada

e o ganho variável advém da variação do potenciômetro (pot).

Figura 4 - Esquemático circuito amplificador

Para esse circuito tem-se a seguinte relação entrada-saída:

𝑉𝑖𝑛 − 0

𝑅1=

0 − 𝑉𝑜

𝑃𝑜𝑡≫ 𝑉𝑜 = −𝑉𝑖𝑛 (

𝑃𝑜𝑡

𝑅1) 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 1

Assim, fixando-se R1=1kΩ, sabendo-se que 𝑉𝑖𝑛 ≅ 0,3𝑉 e a alimentação do

Amp – Op é 12Vcc, tem-se que o ganho máximo será de:

𝑔𝑚𝑎𝑥 =12

0.3= 40

Tendo em vista a equação 1, optou-se por um potenciômetro de 50kΩ. Salienta-

se que para valores de 𝑃𝑜𝑡 > 40𝐾Ω, o amp-op irá saturar e a saída tenderá a uma onda

quadrada com valores de pico próximos de +Vcc (12V).

Simulação do amplificador

Para simulação foi utilizado o software Orcad. A seguir estão as formas de onda

da tensão de saída para diferentes ganhos.

U2

LM741

+3

-2

V+7

V-4

OUT6

OS11

OS25

1k

R1 1B

Pot

50k

SET = 0.2

Vin

FREQ = 1kVAMPL = 0.300VOFF = 0

0

0

V1

12

V2

12

V

0

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Figura 5 – Tensões de entra e saída para ganho 10

Na figura 5 a tensão de saída (vermelho) tem amplitude em torno de 3V, e a tensão

de entrada tem amplitude de 0.3V, há portanto um ganho de 10, que é obtido ajustando-

se o potenciômetro para uma resistência de 10kΩ (vide equação 1). A figura a seguir (Fig.

6) apresentação as formas de onda para um ganho de 0.5, obtido quando o potenciômetro

possui resistência de 500Ω.

Figura 6 - tensões de entrada e saída para ganho 0.5

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2.4. Execução do projeto

De posse dos circuitos, fez-se a placa impressa (vide anexos) utilizando o software

Altium. As figuras a seguir mostram o projeto final e os testes realizados para verificar

seu funcionamento.

Figura 7 - Vista Superior do gerador de sinais. Os dois potenciômetros ajustam frequência e tensão e as quatro botoeiras determinam qual será o tipo de onda na saída.

Figura 8 – Formas de onda obtidas através do gerador de sinais

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3. Conclusões

No circuito utilizado percebeu-se um alta nível de ruído na saída de ondas do 555,

para amenizar a deformação dessas ondas foi colocado um resistor de 1M como ilustrado

no corpo do trabalho.

A utilização do CI 555 no modo astável permitiu a variação da frequência das

ondas de saída do circuito em torno de uma faixa de 1Khz a 8Khz. Para valores não

contidos nessa faixa foi possível perceber pela simulação dessa topologia e pela análise

prática, que as ondas de saída são deformadas com alto nível de ruído.

Para estágio de amplificação foi utilizado um AO com realimentação negativa,

com ganho variante a partir de um potenciômetro, a fim de que tivéssemos também

controle sobre a amplitude da onda. Após a amplificação alguns sinas ainda apresentavam

um nível elevado de interferências, sobretudo devido o contato das botoeiras utilizadas

No geral foi alcançado o objetivo do trabalho de se criar um gerador de funções,

onde se pudesse variar a frequência e amplitude dos sinais gerados.

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Anexo A - Lista de Materiais

Fonte simétrica

Material Quantidade

Transformador 220V/ 12V+12V – 5VA 01

Regulador de tensão 7812 01

Regulador de tensão 7912 01

Capacitor eletrolítico 2200uF 02

Capacitor cerâmico 0,1uF 04

Diodo N4007 04

Gerador de sinais

Material Quantidade

Diodo N4007 01

Resistor 1kΩ 03

Resistor 10kΩ 03

Resistor 15kΩ 01

Resistor 4,7kΩ 01

Resistor 100kΩ 02

Resistor 1MΩ 02

Capacitor 1uF 16V 02

Capacitor 47nF 04

Capacitor 10nF 02

Capacitor 100nF 01

TBJ BC547B 02

Ci LM 555 01

Botoeiras 04

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Circuito amplificador

Material Quantidade

LM7041 01

Potenciômetro 50KΩ 01

Resistor 1kΩ 01

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Anexo B - Placa de circuito Impresso

A figura 9 apresenta a placa de circuito impresso da fonte simétrica e do

gerador de sinais criada utilizando o Altium.

Figura 9 - Placa de circuito impresso