Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul

Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Faculdade de Engenharia
Departamento de Engenharia Elétrica
Sistemas Digitais I– Lista de Exercícios (Circuito astável com LM555, Drives de Potência e Circuitos
de Pull-up e Pull-down)
1.
Projete um circuito astável utilizando LM555, que atenda as especificações apresentadas a
seguir. Represente o sinal esperado na saída do circuito astável e determine os erros ocorridos
devido a aproximação dos valores calculados com os valores comerciais de resistor e capacitor.
a) freqüência de 45KHz e Ciclo de Trabalho (Dutty Cicle) de 80%.
b) freqüência de 150KHz e Ciclo de Trabalho (Dutty Cicle) de 60%.
c) freqüência de 1KHz e Ciclo de Trabalho (Dutty Cicle) de 70%.
Como já foi anteriormente apresentado, as equações que descrevem o funcionamento do circuito
astável do LM555 são as seguintes:
Tc=0.7 R1R2C
Td =0.7 R2C
Tc
DC =
TcTd 
pode-se observar das equações que, Tc será sempre maior do que Td, logo o Ciclo de Trabalho (DC)
irá variar entre 50% (quando R2 for muito maior do que R1) e 100% (quando R1 for muito maior
que R2). Se for necessário ajustar o ciclo de trabalho para valores inferiores à 50%, deve-se
acrescentar ao circuito original, um diodo em paralelo com o resistor R2, conectando o catodo deste
diodo ao nó que liga R2 ao capacitor! Neste caso, somente a equação de Tc sofre alteração, ficando
as equações do LM555 definidas da seguinte forma:
Tc=0.7 R1C
Td =0.7 R2C
Tc
DC =
TcTd 
Nesta situação, para obter ciclos de trabalho menores do que 50%, basta fazer R1 menor do que R2,
e para ciclos de trabalho maiores do que 50%, basta fazer R1 maior do que R2!
2. Projete um circuito astável utilizando LM555, que atenda as especificações apresentadas a
seguir. Represente o sinal esperado na saída do circuito astável e determine os erros ocorridos
devido a aproximação dos valores calculados com os valores comerciais de resistor e capacitor.
Represente também o novo circuito elétrico do astável utilizando o LM555.
a) freqüência de 45KHz e Ciclo de Trabalho (Dutty Cicle) de 20%.
b) freqüência de 150KHz e Ciclo de Trabalho (Dutty Cicle) de 40%.
c) freqüência de 1KHz e Ciclo de Trabalho (Dutty Cicle) de 10%.
Existem vários dispositivos que podem ser acionados com a utilização de portas lógicas, como por
exemplo, Bar Graphs, Display de 7-Segmentos, Optoacopladores, Chaves Opticas, Foto-Diacs, entre
outros. Os exercícios a seguir, apresentam como é feito o acionamento destes dispositivos.
Bar Graph HDSP-4832
O Bar Graph HDSP-4832 está representado na figura a seguir. É um dispositivo composto
por 10 leds, encapsulados em um único invólucro. Utilizado em diversos painéis de equipamentos,
possui alto contraste e baixo consumo, com brilho de 900mcd (milicandela) com corrente de 10mA.
Tem corrente mínima de 1mA e máxima de 30mA, com tensão direta (Vd) de 2,3V.
3. Utilizando 10 portas lógicas do tipo AND (7408), represente o circuito que faça o acionamento
do Bar Graph HDSP-4832 (cada porta AND aciona somente um led). Calcule para este circuito o
valor de cada resistor. Represente o circuito elétrico!!!
Display 7-Segmentos
Display de 7-segmentos são dispositivos eletroluminicentes, utilizados comumente em
painéis de equipamentos para indicação numérica. Existem em diversas configurações. A figura
abaixo mostra o aspecto físico de alguns modelos existentes.
Display HDSP-5307
O display HDSP-5307 é um display do tipo ±1 com ponto decimal, cujo circuito interno e a
identificação dos pinos, encontram-se representados na figura a seguir.
Este display, de 14,2 x 14,2 mm, pode ser visualizado a uma distância de até 7 metros e apresenta
intensidade luminosa de 600 mcd com corrente de 20mA. Tem corrente mínima de 0,7mA e
máxima de 25mA, com tensão direta (Vd) de 2,1V.
4. Observe o circuito apresentado a seguir. A entrada “sinal”, controla o símbolo “+” ou “-” do
display desde que o dígito “1” esteja ligado. Colocando “0” na entrada “sinal”, então deverá ser
acionado o símbolo de “+”, e “1” deverá ser acionado o símbolo “-”. Já a entrada “Digito_um”
controla os segmentos “A” e “B” que acionam o dígito “1”. Colocando “1” na entrada
“Digito_um” o dígito será acionado. Represente o circuito completo, conectando os resistores
aos pinos do display. Calcule também o valor dos resistores. Projete o circuito de tal forma que
todos os segmentos sejam acionados aproximadamente com o mesmo brilho. Sabendo que o
cálculo da potência é dado por P = V.I, e que para não aquecer, devemos colocar um resistor
com o triplo da potêcia calculada, qual seria a potência de cada resistor. Na equação P = V.I, V
representa a tensão sobre o resistor!!! As potências comerciais são de ⅛W, ¼W, ½W, 1W, 2W,
5W, 10W, 20W e 50W.
Muitas vezes é necessário utilizar displays de 7-segmentos maiores do que os convencionais, onde
cada segmento é formado por um conjunto de leds. Logo, a corrente e a tensão em cada segmento é
maior do que a suportada por uma porta lógica convencional e, desta forma, deve-se utilizar um
drive de potência. Observe as especificações do display de 100mm, apresentado a seguir.
Display SA40-18EWA
O display SA40-18EWA é um display de 100mm. Cada segmento (A..G) é composto por 8
leds de alto brilho. O ponto decimal é composto de 2 leds!!! A figura a seguir apresenta o aspecto
físico e o circuito elétrico deste componente.
Cada led deste display tem corrente mínima de 10mA e máxima de 40mA. A tensão direta de cada
led (Vd) é de 1,9V.
5.
Observe o circuito apresentado a seguir. Ele representa o circuito de drive de cada segmento
(A..G). Sabendo-se que o transistor tem β = 430, Vbe = 0,65V, Vcesat = 0,15V, determine o
valor dos resistores. Calcule a potência dissipada em cada um deles. Determine o resitor para o
máximo de brilho nos segmentos.
Para os exercícios 6 e 7, considere os seguintes parâmetros dos componentes:
•
Transistor NPN : β = 600, Vbe = 0,7V, Vcesat = 0,25V, Icmáx = 0,3A.
•
Relé de 12V : Resistência da bobina = 225Ω.
•
Transistor PNP : β = 400, Vbe = 0,7V, Vcesat = 0,15V, Icmáx = 0,35A.
•
Rele de 5V : Resistência da bobina = 120Ω.
•
Led : Imín = 2mA, Imáx = 40mA, Vd = 2,1V.
6. Utilizando um transistor NPN e um relé, conforme as especificações apresentadas
anteriormente, calcule o valor dos resistores do circuito apresentado a seguir. O diodo colocado
no circuito serve para amortizar o surto de corrente que acontece quando o transistor é
chaveado. Para efeitos de cálculo o mesmo pode ser desconsiderado! Um led foi colocado no
circuito para sinalizar que o relé está fechado. No cálculo, a corrente deste led deve ser levada
em considaração!!! Calcule a potência dos resistores. Calcule também a potência sobre os
transistores, sabendo que a mesma pode ser calculada pela expressão: P = Vcesat . Ic.
7.
Utilizando um transistor PNP e um relé, conforme as especificações apresentadas
anteriormente, calcule o valor dos resistores do circuito apresentado a seguir. O diodo colocado
no circuito serve para amortizar o surto de corrente que acontece quando o transistor é
chaveado. Para efeitos de cálculo o mesmo pode ser desconsiderado! Um led foi colocado no
circuito para sinalizar que o relé está fechado. No cálculo, a corrente deste led deve ser levada
em considaração!!! Calcule a potência dos resistores. Calcule também a potência sobre os
transistores, sabendo que a mesma pode ser calculada pela expressão: P = Vcesat . Ic.
8. Resistores de “Pull-up” e “Pull-down” são comumente utilizados em circuitos digitais. Para os
circuitos elétricos apresentados a seguir, calcule o valor destes resistores. No primeiro circuito, a
porta AND é do tipo coletor aberto e por isto é necessário um resistor de “pull-up” no circuito.