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Curso: Electrónica, Automação e comando Ano:

Disciplina: Electricidade e Electrónica

Módulo: Osciladores Nº: 10

Professor: João Paulo Marques Data: Nota: ( )

Aluno: Correcção Nº:

(Nota: Esta resolução serve para os alunos corrigirem a ficha de trabalho depois de executada e tirarem alguma duvida, e foi feita com a consulta do módulo.)

1 – a) O que entende por circuitos osciladores electrónicos? Resposta: Um oscilador electrónico é um circuito electrónico que produz um sinal electrónico repetitivo, frequentemente uma onda sinusoidal ou uma onda quadrada, sem a necessidade de aplicação de um sinal externo.

b) Quais e como pode fazer circuitos osciladores? Resposta: Um oscilador é baseado num circuito amplificador e numa malha de realimentação positiva, que induz a uma instabilidade de operação e que resulta na oscilação. Além disso pode-se fazer osciladores controlados manualmente, o que não é muito interessante pois temos que controlar por meio de interruptor ou botão de pressão o sinal ON e o sinal OFF. Também pode ser feito por duas malhas RC encadeadas que actuam dois transístores, cada uma delas dando assim uma oscilação como o trabalho de “Pisca pisca a leds” feito no ano passado com o professor Pinho na disciplina de tecnologias Aplicadas, e conforme esquema a seguir.

2 – a) Como explica a designação do CI 555 ?

Resposta: Esta designação justifica-se por o circuito integrado ser composto internamente por Três resistências de

5KΩ, além de outros componentes.

b) Faça uma descrição resumida do CI 555 desenhando seu circuito interno equivalente e explicando-o? Resposta: Além do descrito anteriormente, este CI é composto por Três resistências de 5KΩ, um transístor, um flip-flop e três amplificadores operacionais integrados numa cápsula de 8 pinos. Este CI tem ma tensão de alimentação entre 5 e 18 volts, uma corrente de saída ou dreno de, no máximo, 200mA e um consumo aproximado de 10mA no estado alto e 1mA no estado de repouso.

c) Faça a sua pinagem e explique porque este CI é chamado de 555? Resposta: A sua pinagem está representada no esboço ao lado e é chamado de 555 por

causa das sua três resistências internas que o constituem de 5 KΩ.

3 - Dentre as aplicações mais comuns do CI 555 temos sua operação como astável e monoestável. Faça uma

descrição resumida de cada uma delas referindo o que fazem e mostrando os circuitos e as equações para o

cálculo dos mesmos. Explique ainda o Duty Cycle (ciclo de trabalho)? Resposta: A montagem monoestável é uma montagem temporizadora que apresenta na sua saída apenas dois estados:-Alto - tensão de saída próxima da tensão de alimentação e -Baixo - tensão da saída próxima de zero. Destes dois estados apenas um é permanente, desta forma o circuito, quando estiver em repouso, apresentará sempre zero volts na sua saída. Para sairmos desta situação é necessário accionar a entrada de disparo (pino 2). Esta entrada, na qual deve ser sempre aplicado um potêncial positivo através da colocação de uma resistência de 10kΩ entre ela e o positivo, deve ser levada a um valor próximo a zero volts para que o 555 comece a temporizar. Isto pode ser feito através do push-botton (botão de pessão [2] do circuito ao lado). Quando se iniciar a temporização, a saída que estava em estado baixo, passará para estado alto (próximo a Vcc). Ela ficará em estado alto por um tempo

determinado pela constante RC e pela fórmula T=1,11xRxC.

E a monoestável é uma montagem osciladora. A saída ficará variando entre os estados alto e baixo numa freqüência que será determinada pela rede RC. Nesta montagem ao contrário da anterior a variação é infinita. Ao ligar a alimentação o condensador C carrega-se até 2/3 da tensão de alimentação, neste ponto o pino 6 (sensor de nível), percebe este valor e faz com que o circuito comece a descarregar o condensador através do pino 7 (pino de descarga). Quando o valor da tensão no condensador chegar a 1/3 da tensão de alimentação o pino 2 percebe e acaba a descarga. O condensador começa a carregar-se novamente. Na carga a saída do 555 estará em estado alto e na descarga a saída estará em zero. Esta situação, carga e descarga, continuará indefinidamente.

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4-A - Para a montagem monoestável considere RA=3,6MΩ e C=10µF. a) Depois de ligar a alimentação qual o estado do led?

Resposta: Na situação actual o led está apagado, mas se se der impulso( ligar momentaneamente o interruptor [2], o CI 555 dá na saída aproximadamente 9V acendendo o led durante o tempo calculado a seguir: T=1,11xRxC= 1,11x3,6Mx10µ=1,11x3,6x10

6x10x10

-6=39,96s

O led ficará aceso/ligado durante 39,96 segundos.

b) Se substituir por RA=10MΩ qual o tempo

durante o qual o led está aceso?

Resposta: T=1,11xRxC= 1,11x10Mx10µ=1,11x10x106x10x10

-6=111s

O led ficará aceso/ligado durante 111 segundos. Ou seja 1 minuto e 51 segundos (111seg-60seg=51seg),

4-B – Dimensione e desenhe o circuito de multivibrador astável para produzir uma oscilação de 100Hz e um ciclo de

trabalho de 65%. No final deve ainda esboçar a saída do referido circuito com os tempos de carga e descarga do

condensador?

Resposta: T=T1+T2=65%xT+35%xT T1=65%xT T2=35%xT

f=1/T T=1/f=1/100=0,01s T1=65%x0.01 T2=35%x0.01

T1=0,65x0.01 T2=0,35x0.01

T1=0,0065s T2=0,0035s

T1=6,5ms T2=3,5ms

Admitindo um condensador de 1µF

T2=0,7xRBxCt T1=0,7x(RA+RB)xCt

3,5m=0,7xRBx1µ 6,5m=0,7x(RA+RB)x1µ

3,5m/(0,7x1µ) =RB RB=5KΩ 6,5m=0,7x(RA+5K)x1µ 6,5m/(0,7x1 µ)=RA+5K

9,286K=RA+5K 9,286K–5K=RA RA=4,286KΩ

Nota: com um condensador de 1F, calculando T1 e T2, depois calcula-se RB pela fórmula de T2 e a

seguir RA pela fórmula de T1; O esquema está representado ao lado e apresentado de duas formas distintas, sendo uma

delas obtida pela simulação no programa do 555.

5 – Para o seguinte circuito, calcule a frequência de oscilação e desenhe onda

de saída em função do tempo bem como o tempo de carga e descarga do

condensador? Resposta: Podemos calcular de várias maneiras, uma delas directamente pela formula

f = 1,44/((RA +2xRB) x CT) f = 1,44/((3,3K +2x1,2K) x 1 µ) f=1,44/((3,3K +2,4K) x 1 µ) f=1,44/(5,7K x 1 µ)f=0,253KHzf=253Hz

Ou: Calculando T1 e T2 e depois T e a seguir f=1/T; o que é aconselhável para

representar a forma de onda de saída.

T1=0,7x(3,3K+1,2K)x1µ=3,15ms ; T2=0,7x1,2Kx1µ=0,84ms ; T=T1+T2=4,34ms

f=1/T=1/4,3m=234Hz (Nota: A diferença entre os dois valores 253Hze 234Hz está no

arredondamento para 1,44 e 0,7 nas fórmulas.

6 – Para o seguinte circuito, calcule a resistência R1 e desenhe a onda de saída em

função do tempo bem como o tempo de carga e descarga do condensador, para f=1Hz?

Resposta: f = 1,44/((R1+2xR2) x CT) 1=1,44/((R1+2x2,2K)x2,2µ) 1=1,44/((R1+2x2,2K)x2,2µ) 1x2,2 µ =1,44/(R1+2x2,2K) 2,2µx(R1+2x2,2K)=1,44 2,2µxR1+2,2µx 2x2,2K=1,44 2,2µxR1+23,426m=1,442,2µxR1=1,44-23,426m 2,2µxR1=1,44-0,02342,2µxR1=1,4166R1=1,4166/2,2µ=0,6439MΩ=643,9KΩ

Tempo de carga do condensador=T1

T1=0,7x(643,9K+2,2K)x2,2µ=0,7x646,1Kx2,2µ=994,994ms≈1s;

Tempo de descarga do condensador=T2=0,7x2,2Kx2,2µ=3,388ms ;

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7 – Projecte um temporizador para 10 minutos? Considere um condensador de 10 µF.

Represente a montagem indicando os componentes e todos os valores calculados?

Resposta: É um circuito temporizador veja a figura ao lado e a forma de onda de saída; Sendo 10

minutos em segundos = 10x60=600s =>

T=1,11xRxC 600=1,11xRx10µ600/(1,11x10µ)=RR=600/(1,11x10µ)R=600/11,1 µR=54,054MΩ

(Nota: A diferença entre os dois valores de R calculados e o simulado tem a ver com arredondamento para 1,11na fórmula.)

8 – Dimensione um multivibrador astável com um tempo de saída On de 0,5s e um ciclo de trabalho 50%.

Considere um condensador de 1µF. Represente a montagem indicando os componentes e todos os valores

calculados?

Resposta: Veja circuito ao lado, e vamos calcular RA e RB; Se o ciclo de trabalho é 50% o de

repouso é 50%, logo T1=T2=0,5s

T2=0,7xRBxCt T1=0,7x(RA+RB)xCt

0,5=0,7xRBx1µ 0,5=0,7x(RA+RB)x1µ

0,5/(0,7x1µ) =RB RB=0,714286MΩ=714,286KΩ 0,5=0,7x(RA+714,3K)x1µ

0,5/(0,7x1 µ)=RA+714,3K

714,3K=RA+714,3K 714,3K–714,3=RA RA=0Ω

Nota: Os cálculos estão bem apresentados, mas para esta situação deve-se ter cuidado pois como

chamei a atenção de alguns de vós a informação do módulo é essencialmente para ciclos de trabalho

superior a 50% e se repararem pelo sftware simulador o esquema para este caso de 50% 50%

deveria ser diferente, e está ao lado.

9 – a) Identifique o circuito?

Resposta: É um circuito temporizador, o

que se nota pelo botão S1-Reiniciar

que dá o disparo.

b) Explique resumidamente o

seguinte circuito?

Resposta: A malha R5C3 faz com que

estejam 12V, no pino 2 do CI555. As

resistências R1 e TP1 (resistência

variável) tem por função controlar a

carga do condensador C2 que dá o

tempo de actuação da saída do CI555;

O condensador C1 serve de filtro ou

controlo de tensão e o valor deste

condensador é da ordem dos nF . A saída, pino 3, quando activa tem um potencial aproximado de +Vcc=12V, que é

sinalizada pelo led LD1 e dá sinal na base do transístor que entra em condução (actuando como interruptor) ligando o relé

RL1 que com os seus contactos actuará a carga. O diodo D1 chamado de diodo em roda livre, é responsável por descarregar

a energia acumulada na bobina na altura em que esta deixa de receber energia ou seja quando a base do transístor não tem

sinal. Este diodo tem a função de proteger o transístor da energia da bobina.

c) Faça cálculos para tempo em causa, sabendo que o potenciómetro TP1 está regulado a 40%?

Resposta: Se TP1=1MΩ e se este está regulado a 40% então o seu valor é de 40%x1MΩ=0,4x1MΩ=0,4MΩ=400KΩ

A resistência R1 está em série com o reóstato TP1 e então somam-se.

T=1,11xRxCT=1,11x(R1+TP1)xC2T=1,11x(2,2K+400K)x220µ=1,11x402,2Kx220µ=98217,24ms=98,22s

d) Explique o que é o componente RL1 e D1 e qual o seu efeito o circuito?

Resposta: “Já explicado no final da alínea b)”

Prof: João P. Marques Bom Trabalho para vós, que o meu foi BOM !