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ASTÁVEL
1) OBJETIVO: Estudo do multivibrador as tável através de sua estrutura interna e aplicações típicas do Circuito Integrado 555.
2) ESTRUTURA INTERNA: O multivibrador astável é um circuito que opera em dois
estados instáveis, permanecendo determinado intervalo de tempo em cada um deles, sendo perfeitamente controlado pelo projetista ou usuário do circuito. O circuito integrado utilizado para se obter o astável, também é o CI 555 conforme esquema abaixo do diagrama de blocos da estrutura interna do mesmo
Encapsulamento de 8 pinos do CI 555: O funcionamento de cada bloco do CI 555 já foi discutido no Capítulo 1 (Monoestável); portanto vamos analisar esse circuito com os componentes agregados externamente ao encapsulamento deste integrado, resultando então no modo de operação do multivibrador astável. 3) FUNCIONAMENTO:
O circuito astável como dito anteriormente opera em dois estados instáveis cujos períodos denominaremos de T 1 e T 2. A saída do CI 555 (pino 3) no modo astável alterna indefinidamente entre NL1 (período T 1 ) e NL0 (período T 2 ) sem que haja a necessidade de excitá-lo, como ocorria com o circuito monoestável. Veja abaixo a ligação externa ao CI 555 para se obter a operação no modo astável:
Verifique as formas de onda obtidas sobre o pino 2 (Ve), na saída (Vs) e sobre o capacitor (Vc). Os períodos T 1 e T 2 podem ser manipulados através dos tempos de carga (T 1 ) e de descarga (T 2 ) do capacitor, simplismente alterando os valores dos resistores Ra e Rb e do capacitor C conforme esquema elétrico acima. O funcionamento do CI 555 na configuração astável será explicado a seguir, porém deve ser entendido acompanhando o texto, a figura de blocos do CI 555 dado abaixo e o diagrama de tempos (página anterior). Admitamos como condição inicial que a tensão no capacitor (Vc) é praticamente zero. Nestas condições o compararador 2 terá saída em NL1 e o compararador 1 terá saída em NL0. Obviamente que as entradas do biestável RS são dadas por R= 0 e S= 1, portanto as saídas são Q= 0 e Q= 1 resultando como saída do CI 555 (pino 3) em NL1. Como Q= 0 o transistor estará cortado e teremos então a corrente de carga em ação. Esta corrente de carga carrega o capacitor até que Vc seja um pouco maior que 2/ de Vcc onde o comparador 1 terá saída em NL1 e o comparador 2 com saída em NL0. Sendo R= 1 e S= 0 o biestável RS terá Q= 1 e Q= 0 resultando então no pino 3 (saída do astável) em NL0. Como Q= 1 o transistor estará saturado, dando origem a corrente de descarga do capacitor através do Rb. A tensão no capacitor vai então diminuindo até que seja um pouco menor que 1/3 de Vcc e a partir daí o ciclo se repete indefinidamente.
ALBINO
Verifique que durante o tempo de carga do capacitor (T 1 ), a corrente passa pelo Ra e pelo Rb e que, durante o tempo de descarga do capacitor (T 2 ), a corrente passa somente pelo Rb, resultando obviamente num tempo de carga sempre maior que o tempo de descarga; ou seja, T 1 F 0 3 E T 2.
Vamos agora obter as fórmulas que geram os períodos T 1 e T 2 para que
possamos manipular o circuito astável conforme nossa conveniência.
Período de carga (T 1 ) :
Vc(t)= (tensão inicial) + (degrau máximo).(1 - e-t/F 0 7 4)
onde:F 0 7 4= (Ra + Rb).C
Vc(t)= 1/3.Vcc + 2/3.Vcc. (1 - e-t/F 0 7 4) F 0D E para Vc= 2/3.Vcc então t= T (^1)
2/3.Vcc= 1/3.Vcc + 2/3.Vcc.(1 - e-T1/F 0 7 4) F 0 D E 1/2= 1 - e -T1/F 0 7 4
e-T1/F 0 7 4= ½ F 0 D E -T 1 F 0 7 4 / = ln(1/2) F 0 D E -T 1 F 0 7 4 / = -0,
T 1 = 0,69.(Ra + Rb).C
T 1 = 0,69.F 0 7 4 Portanto:
Período de descarga (T 2 ) :
Vc(t)= (tensão inicial).e -t/F 0 7 4
onde:F 0 7 4= Rb.C
Vc(t)= 2/3.Vcc.e -t/F 0 7 4^ F 0D E para Vc= 1/3.Vcc então t= T 2
1/3.Vcc= 2/3.Vcc.e -T2/F 0 7 4^ F 0 D E 1/2= e -T2/F 0 7 4
-T 2 F 0 7 4 / = ln(1/2) F 0 D E -T 2 F 0 7 4 / = -0,69 F 0 D E T 2 = 0,69.F 0 7 4 Portanto:
T 2 = 0,69.Rb.C
Pronto!!! Agora basta entrar com o período T 2 necessário e adotar um capacitor. Pela fórmula de descarga do capacitor determinamos o valor de Rb e, em seguida utilizamos a fórmula de carga do capacitor e determinamos o valor de Ra. Verifique que essas fórmulas só são válidas para o circuito apresentado nesta aula (que na verdade é a configuração padrão).
IMPORTANTE : Para o entendimento completo do funcionamento do circuito astável através do CI 555, é necessário analisar ao mesmo tempo: a explicação do texto supra-citado o diagrama de blocos do astável o diagrama de tempos os cálculos dos períodos T 1 e T 2.
ALBINO
comprometem a precisão. O valor mínimo destes resistores é limitado pelo transistor de descarga, sendo que tipicamente podemos considerar que 1 KF 05 7 como mínimo para não comprometer a precisão. Na maioria das aplicações são utilizados resistores na faixa de 1 KF 05 7 e 1 MF 05 7. Não existem limites para o valor da capacitância C, no entanto capacitores eletrolíticos de grandes valores apresentam corrente de fuga que poderão provocar grandes variações no resultado esperado. Outro problema dos capacitores eletrolíticos é que estes só funcionam adequadamente quando a tensão em seus terminais ultrapassam 10% de sua tensão de isolação. Desta forma deve-se escolher capacitores eletrolíticos cuja tensão de isolação não deve, porém, ser menor que Vcc, para que não ocorra um deterioramento prematuro.
EXPERIÊNCIA
ASTÁVEL
1a.parte
Projete um multivibrador astável que oscile na frequência f= 1 Hz e o ciclo de operação de 60%. Adote C= 10 F 06 D F. Monte o circuito e verifique o seu
funcionamento ligando a saída (pino 3) num LED.
CÁLCULOS
2a.parte Projete um multivibrador astável que oscile numa frequência f= 1 Khz e o ciclo de operação de 80%. Adote C com o valor fornecido pelo professor. Após terminar o cálculo teórico, aproxime os valores obtidos por valores comerciais disponíveis no material recebido. Recalcule f e D com os valores de resistências e capacitor que serão efetivamente utilizados.
CÁLCULOS
ALBINO
Ra(comercial)= Rb(comercial)= C(adotado)=
f(recalculada)= D(recalculado)=
Monte o multivibrador astável com os componentes obtidos no item anterior. Anote abaixo as formas de onda obtidas no osciloscópio nos seguintes lugares: Vc e Vs. Preencher o diagrama de tempos abaixo com sincronismo.
EXPERIÊNCIA
ASTÁVEL
NÚMEROS NOME DOS ALUNOS DO GRUPO
1a.parte
Projete um multivibrador astável que oscile na frequência f= 1 Hz e o ciclo de operação de 60%. Adote C= 10 F 06 D F. Monte o circuito e verifique o seu funcionamento ligando a saída (pino 3) num LED.
CÁLCULOS
2a.parte
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