aula 7 - módulo 3

ATENÇÃO:
O material a seguir é parte de uma das aulas da apostila
de MÓDULO 3 que por sua vez, faz parte do CURSO
de ELETROELETRÔNICA ANALÓGICA -DIGITAL
que vai do MÓDULO 1 ao 4.
A partir da amostra da aula, terá uma idéia de onde o
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dos blocos atrelados a cada uma das aulas da apostila,
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APOSTILA ELETRÔNICA GERAL
MÓDULO - 3
OSCILADORES E MULTIVIBRADORES - I
AULA
7
Oscilador com Unijunção - montagem prática
Tanque ressonante e multiplicador de frequência
Oscilador Armstrong-Hartley-Colpitts e Cristal
Multivibrador astável e Timer 555
OSCILADORES
Os osciladores são circuitos eletrônicos que
produzem, independente da entrada de algum
sinal, uma forma de onda variável com uma
frequência e forma de onda bem definida, sendo
esta forma, geralmente senoidal, dente de serra ou
quadrada (retangulares ou pulsantes). Assim, é um
circuito independente que trabalha somente com
uma tensão de alimentação DC.
Existem várias tipos e classificações de
osciladores, onde iremos começar pelos mais
simples, baseados na carga e descarga de um
capacitor, como na figura 1.
Vc
+12V
R1
t
I1
T1
C1
R3
figura 2
R2
R1
E
T1
B2
B1
R3
figura 1
Este circuito já foi estudado na aula anterior,
quando falamos do transistor unijunção, mas sem a
preocupação específica de detalhar o circuito
oscilador.
Neste, temos o capacitor C1 que inicialmente vai
estar descarregado e será carregado
gradativamente por R1 através de uma corrente
circulante por ele, que poderemos chamar de I1;
quando a tensão em C1 for suficiente para polarizar
T1 este irá saturar descarregando C1 e voltando a
ficar cortado, reiniciando o ciclo com nova carga de
C1. Com isso criaremos sobre C1 uma forma de
onda conhecida como DENTE-DE-SERRA, onda
características de um oscilador baseado em
formador de rampa, criada através da carga e
descarga de um capacitor.
Funcionamento: em um dado instante, o capacitor
estará descarregado, tendo zero volt entre seus
terminais, mantendo T1 cortado, começando logo
em seguida, a carga de C1 através da corrente I1,
como na figura 2a.
Passado algum tempo, C1 atinge a tensão de
ELETRÔNICA
+12V
+12V
+12V
C1
disparo de T1 que irá saturar, funcionando como
uma chave fechada, começando o processo de
descarga de C1 através da corrente I3, até que C1
se descarregue e corte T1 novamente, como
mostra a figura 2b.
Com isso teremos ciclos sucessivos com cargas e
descargas de C1 gerando uma onda dente de serra
sobre C1 e uma onda “quase” retangular sobre R3,
como mostra a figura 3. Este circuito oscilador
permanecerá oscilando indefinidamente enquanto
estiver alimentado pela tensão de 12V,
independente de qualquer sinal externo. Estes
circuitos são chamados de auto-oscilantes.
+12V
Vc
R1
t
I3
C1
T1
R3
figura 3
Temos aqui um exemplo simples de um oscilador
baseado na carga e descarga de um capacitor
auxiliado por um transistor que irá trabalhar em
corte e saturação, permitindo com isso a carga e
descarga do capacitor. Podemos verificar duas
formas de onda sendo criadas pelo circuito: “dente
de serra” (carga e descarga do capacitor) e a
“retangular” ou “quadrada” (pelo corte e saturação
do transistor).
AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 69
APOSTILA ELETRÔNICA GERAL
figura 4
+12V
+12V
R2
R1
Onda retangular gerada
pelo corte e saturação
do transistor unijunção
MÓDULO - 3
circuito uma chave seletora, para troca de valores
de componentes e assim obter diversas faixas de
tempo.
figura 6
T1
Dente de Serra
gerada pela carga
e desca4rga de C1
C1
R3
M O N TA G E M P R Á T I C A S U G E R I D A :
TEMPORIZADOR LINEAR
retirado de:
http://radatec.vilabol.uol.com.br/circuitos/temporiz
adores.htm
Um grave problema nos circuitos formadores de
rampa em osciladores é a carga do capacitor que
não ocorre de forma linear, ou seja, inicialmente a
tensão de carga varia rápido diminuindo sua
variação à medida que o capacitor vai sendo
carregado.
A escala da temporização, pode ser linearizada
com maior precisão na determinação de intervalos
figura 5
de tempo, tanto curtos como longos. Este simples
temporizador ativa um relé no final do tempo
programado.
A carga de um capacitor, princípio normalmente
usado na maioria dos osciladores, ocorre segundo
uma curva exponencial em que temos maior
precisão de ajuste para os curtos intervalos e menor
precisão para os longos intervalos, conforme
sugere a figura 5.
Este comportamento faz com que, na maioria dos
temporizadores tenhamos escalas não muito
cômodas para os ajustes de tempo. O que
propomos neste circuito é algo diferente. O nosso
temporizador também funciona segundo o princípio
citado: a carga de um capacitor. No entanto, isso
ocorre a partir de uma fonte de corrente constante.
O resultado é uma linearização desta carga, que se
reflete na facilidade dos ajustes e na própria
elaboração da escala (figura 6).
Os intervalos obtidos com o temporizador descrito
podem chegar a pouco mais de meia hora,
dependendo dos componentes utilizados. Para
uma aplicação em que tanto intervalos curtos como
longos são necessários, sugerimos acrescentar ao
O circuito é alimentado com uma bateria de 9V e o
relé ativado pode controlar cargas de correntes
bastante intensas como por exemplo aparelhos
eletrodomésticos alimentados pela rede local com
mais de 20 watts.
Características:
Tensão de alimentação ............................... 12V
Consumo durante a temporização .............5 mA
Faixa de tempo .................................0 a 30 minutos
Potência máxima da carga..................... 500 watts
COMO FUNCIONA
Para carregar um capacitor através de um resistor
variável (P1) utilizamos um transistor que funciona
como fonte de corrente constante.
Desta forma, com a fonte inicialmente
desconectada e o capacitor C1 descarregado, a
corrente que flui pelo circuito tem um certo valor
determinado pela polarização de D1.
Inicialmente, a carga do capacitor, exigirá do
transistor uma corrente mais alta, que produzirá
queda de tensão sobre P1. Como a base já existe
um diodo, mantendo-a com 0,6V a menos que a
alimentação, qualquer queda de tensão em P1,
despolarizará o transistor, mantendo um mínima
corrente entre coletor e emissor de Q1 e claro não
figura 7
K1
relé 12V
D1
1N4002
P1
100k
Q1
BC558
D2
1N4002
Q2
2N2646
SCR
TIC106
R1
47k
C1
100uF
S1
R2
120
B1
12V
C2
100uF
S2
R3
100
70 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO
ELETRÔNICA
APOSTILA ELETRÔNICA GERAL
MÓDULO - 3
somente tornando a carga linear, como também
aumentando consideravelmente o tempo de carga.
Quando a tensão nas armaduras do capacitor
atinge um certo valor, o transistor unijunção
dispara, e um pulso é aplicado à comporta do SCR.
Este pulso é suficiente para disparar o SCR,
levando à plena condução e assim energizando a
bobina do relé, que fecha seus contatos.
Após a produção do pulso de disparo pelo
unijunção, este componente desliga e um novo
ciclo de carga de C1 é iniciado. No entanto, o SCR
não desliga, mantendo assim o relé energizado.
Para rearmar o circuito é preciso desligar por um
momento a fonte de alimentação. E, para que o
processo de contagem de tempo comece do zero, é
preciso descarregar completamente o capacitor
C1, o que se consegue pressionando o interruptor
S2 por um instante.
O relé utilizado tem bobina para 12V, no entanto
como existe uma queda de tensão de
aproximadamente 2V no SCR, a alimentação
mínima recomendada para um bom funcionamento
do relé é de 9V. Sugerimos o emprego de pilhas
comuns e não de bateria, dada a corrente
relativamente alta que se necessita no momento
em que o relé fecha seus contatos.
conjugado a P1 enquanto que S2 é um interruptor
de pressão comum.
MONTAGEM
Na figura 7 temos o diagrama completo do
temporizador. Como se trata de projeto bastante
simples, indicado aos iniciantes e estudantes,
damos a versão em ponte de terminais, mostrada
na figura 8.
O transistor Q1 pode ser substituído por
equivalentes como o BC557 ou BC556, mas Q2
deve ser obrigatoriamente um unijunção 2N2646.
O TIC106 preferivelmente deve ser o de menor
tensão (sem letra) que custa mais barato e neste
caso não necessita de radiador de calor.
O diodo D1, assim como D2 pode ser o 1N4002 ou
qualquer equivalente de silício já que não se trata
de componente crítico. O relé recomendado é o
utilizado na montagem de módulo 2, com bobina de
12V.
Os resistores são todos de 1/8 ou 1/4W com 5% de
tolerância e os capacitores eletrolíticos devem ter
uma tensão de trabalho de 16V ou mais.
P1 é um potenciômetro de ajuste de tempo e seu
valor pode ser aumentado
para 220Kohms ou mesmo
470Kohms, caso sejam
necessários maiores
intervalos de temporização.
O valor de C1 recomendado
é de 1000 uF.
Para a alimentação,
sugerimos o uso de fonte ou
então 8 pilhas pequenas ou
médias.
O interruptor S1 pode ser
ELETRÔNICA
PROVA E USO
Ajuste P1 inicialmente para um tempo pequeno
(menor resistência) e ligue S1. Em alguns
segundos você deve ouvir o estalo do relé que
fechará seus contatos. Após o disparo, desligue S1
e pressione por um momento S2 para descarregar
C1.
Depois, tomando como base um cronômetro
comum ou mesmo um relógio, vá obtendo
intervalos de tempo diversos e marcando os pontos
correspondentes na escala de P1. A cada tempo
obtido desligue S1 e pressione S2.
Para usar o aparelho, opere-o sempre na seguinte
sequência: ajuste o tempo, pressione S2 e somente
depois ligue S1.
Para ligar uma carga após o intervalo programado
ela deve ser conectada entre B e C e para desligar,
faça sua conexão entre A e B.
LISTA DE MATERIAL
Q1 - BC558 ou equivalente - transistor PNP de uso
geral
Q2 - 2N2646 - transistor unijunção
SCR - TIC 106 ou equivalente
D1, D2 - 1N4002 - diodos de silício
K1 - relé de 12V
P1 - 100 Kohms- potenciômetro
S1 - interruptor simples
S2 - interruptor de pressão
B1 - 12V - 8 pilhas pequenas ou médias
R1 - 47 Kohms, 1/8w - resistor (amarelo, violeta,
laranja)
R2 - 120ohms, 1/8w - resistor (marrom, vermelho,
marrom)
R3 - 100ohms, 1/8w - resistor (marrom, preto,
marrom)
C1 - 100 uF a 1000 uF, 16V ou mais - capacitor
eletrolítico
C2 - 100 uF, 12V - capacitor eletrolítico
Diversos: ponte de terminais, caixa para
montagem, suporte para pilhas, botão para o
potenciômetro, escala para o potenciômetro,
terminais de saída para a carga controlada, fios,
solda, etc.
figura 8
AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 71
APOSTILA ELETRÔNICA GERAL
MÓDULO - 3
TANQUE RESSONANTE
Na apostila de módulo 2, estudamos os filtros
baseados em capacitores e indutores como o TRAP
(armadilha) e o BPF (passa faixa). Mas, a
associação dos capacitores com indutores além de
formar filtros também formam circuitos oscilantes
ou ressonantes, dentre eles podemos destacar o
“tanque ressonante”, que se parece muito com um
BPF (ou TRAP) pois na realidade ele não deixa de
ser um BPF ou sintonizador de frequência. Para
melhor explicar o tanque ressonante vamos
analisar a figura 9.
figura 9
+12V
agora começa a descarga do capacitor, devido a
corrente circulante pelo indutor, transformando o
campo elétrico armazenado no capacitor num
campo magnético que estará em expansão no
indutor, mantendo a polaridade positiva acima do
indutor e negativa em baixo (terra); teremos a
segunda parte (b) do ciclo de oscilação do tanque
ressonante como mostra a figura 10b.
+12V
CH1
Com a carga do capacitor a reatância do indutor diminui e
após CH1 ficar aberta, a baixa reatância do indutor vai
descarregar o capacitor, e com a circulação de corrente pelo
indutor vai gerar campo magnético..
CH1
L1
C1
figura 10b
Nela podemos ver um capacitor em paralelo com
uma bobina (indutor), ligados a uma fonte de 12V
através da chave CH1. Vamos analisar este circuito:
Inicialmente o capacitor está descarregado e
quando fechamos a chave, começa circular uma
corrente da fonte (+12V) para o capacitor C1,
começando a carga do mesmo. Devido a variação
de tensão sobre a bobina L, a reatância indutiva de
L1 faz com que o indutor funcione como um resistor
de alto valor e por isso não haverá “quase” corrente
circulante sobre L1 e consequentemente não
haverá criação de campo magnético. Assim
teremos a primeira parte (a) do ciclo de oscilação,
que pode ser conferido na figura 10a.
+12V
CH1
No instante inicial com CH1 fechada, o capacitor se comporta
como chave fechada, aumentando sua reatância ao passo
que se carrega, e após sua carga abrimos CH1.
Quando toda a carga do capacitor tiver sido
transferida para o indutor na forma de campo
magnético a corrente circulante irá diminuir até
zero, criando uma variação negativa sobre o
indutor, fazendo o campo magnético que estava em
expansão sobre o indutor se contrair, gerando uma
diferença de potencial inversa sobre o indutor;
acima da bobina tínhamos um potencial positivo
que agora se torna negativo e abaixo do indutor
(terra) teremos agora um potencial positivo. Essa
diferença de potencial ira gerar uma corrente
elétrica que irá carregar o capacitor só que agora de
maneira inversa, com o potencial positivo abaixo do
capacitor (ponto de terra); teremos novamente a
transformação de energia magnética do campo da
bobina, que está se contraindo, em energia elétrica
na forma de potencial elétrico, com o
armazenamento das cargas no capacitor; teremos
então a terceira parte (c) do ciclo de oscilação,
mostrado na figura 10c.
Quando o capacitor estiver descarregado
haverá um retorno do campo, induzindo
uma d.d.p inversa no indutor.
figura 10c
figura 10a
Depois da carga de C1, a chave CH1 é aberta e
Nesse instante, o capacitor se comporta
como chave fechada, transitando para
assim permanecerá. Como o capacitor já
chave aberta ao passo que se carrega.
completou sua carga não haverá mais variação de
tensão e a reatância indutiva de L1 cai para zero e Finalmente o capacitor volta a se carregar
72 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO
ELETRÔNICA