Indice e aresentação - Instituto Monitor - e
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dir os os Có pia nã oa uto riz ad a. Re se rva do st od Análise de Circuitos Eletroeletrônicos eit os au tor ai s . Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. ANÁLISE DE CIRCUITOS ELETROELETRÔNICOS 4E Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. Re se rva do st od os os dir eit os au tor ai s . Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. Design gráfico Equipe Técnico Pedagógica do Instituto Monitor a. ad riz uto Em caso de dúvidas referentes ao conteúdo, consulte o e-mail: [email protected] Todos os direitos reservados Lei nº 9.610 de 19/02/98 Proibida a reprodução total ou parcial, por qualquer meio, principalmente por sistemas gráficos, reprográficos, fotográficos, etc., bem como a memorização e/ou recuperação total ou parcial, ou inclusão deste trabalho em qualquer sistema ou arquivo de processamento de dados, sem prévia autorização escrita da editora. Os infratores estão sujeitos às penalidades da lei, respondendo solidariamente as empresas responsáveis pela produção de cópias. Có Monitor Editorial Ltda. Impresso no Parque Gráfico do Instituto Monitor Rua Rio Bonito, 1746 – São Paulo – SP – 03023-000 Tel./Fax: (11) 33-15-8355 [email protected] oa Mediação pedagógica Equipe Técnico Pedagógica do Instituto Monitor nã Desenvolvimento de conteúdo Marco Aurélio Fernandes Soares Rua dos Timbiras, 257/263 – São Paulo – SP – 01208-010 Tel.: (11) 33-35-1000 / Fax: (11) 33-35-1020 [email protected] www.institutomonitor.com.br pia Editora Aline Palhares 4ª Edição - Junho/2006 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. . Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. eit os au tor ai s Índice Apresentação............................................................................................................ 7 se rva do st od os os dir Lição 1 – Sensores Introdução ........................................................................................................... 9 1. Sensores Tipo Chave ...................................................................................... 9 1.1 Chave Tipo NA (Normalmente Aberta) ................................................... 9 1.2 Chave Tipo NF (Normalmente Fechada) ................................................. 9 1.3 Chaves NA-NF (Reversíveis) .................................................................... 9 2. Sensores Analógicos ..................................................................................... 11 2.1 Sensores de Temperatura ....................................................................... 11 2.2 Sensores de Luminosidade ..................................................................... 11 2.3 Sensores de Movimento ou Presença ..................................................... 13 2.4 Outros Sensores ...................................................................................... 13 Exercícios Propostos ............................................................................................. 15 oa uto riz ad a. Re Lição 2 – Timer Introdução .............................................................................................................. 1. Timer Simples ............................................................................................... 2. Timer com C.I................................................................................................ 3. Timers Digitais .............................................................................................. 4. Timer Eletro-Mecânico ................................................................................ Exercícios Propostos ............................................................................................. Có pia nã Lição 3 – Controladores Introdução .............................................................................................................. 1. Eletro-Mecânico ........................................................................................... 2. Avançando na Tecnologia ............................................................................. 3. CLP ................................................................................................................ Exercícios Propostos ............................................................................................. 17 17 18 20 22 25 29 29 35 36 42 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/5 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. Lição 4 – Fonte de Alimentação Introdução .............................................................................................................. 45 1. Características .............................................................................................. 45 2. Interface com a Rede AC ............................................................................. 50 Exercícios Propostos ............................................................................................. 51 eit os au tor ai s . Lição 5 - Controle Remoto por Radiofreqüência Introdução .............................................................................................................. 1. Transmissor de RF e Codificador Digital ................................................... 2. Receptor de RF, Decodificador e Driver de Potência ................................ 3. Adaptações .................................................................................................... st od os os dir Lição 6 – Seqüencial de Vídeo Introdução .............................................................................................................. 1. Circuito Gerador de Onda Quadrada .......................................................... 2. Circuito Seqüencial ...................................................................................... 3. Comutador de Sinais de Vídeo ..................................................................... 4. Interrupção da Seqüência ............................................................................ 5. Simples Alarme ............................................................................................ Exercício Proposto ................................................................................................. 59 59 60 61 64 66 68 70 70 71 72 79 a. Re se rva do Lição 7 – Módulos de Amplificação Introdução .............................................................................................................. 1. Amplificadores de Potência para Automóveis ........................................... 2. Acoplamento Direto ao Estágio de Potência do Aparelho ......................... 3. Módulo de Amplificação com Entrada de Sinal de Áudio em Níveis Padronizados .................................................................... Exercícios Propostos ............................................................................................. 53 53 55 57 ad Respostas dos Exercícios Propostos ..................................................................... 80 Có pia nã oa uto riz Bibliografia ............................................................................................................. 82 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/6 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. tor ai s . Apresentação dir eit os au Neste fascículo nossa abordagem será eminentemente prática. Você aprenderá a analisar circuitos eletroeletrônicos por meio da montagem de um alarme, que poderá ser utilizado em uso doméstico, comercial ou ainda automotivo, bastando para isso as devidas adaptações. st Constituem partes integrantes deste projeto: od os os Faremos uma análise detalhada deste Projeto de Alarme, etapa por etapa. Cada circuito será explicado e, algumas vezes, calculado. Cada componente complexo será tratado de forma que você possa compreender sua função e funcionamento. do • Sensores diversos. rva • Atuadores como motores, eletroímãs, relés, etc. • Controle remoto via ondas de rádio. Re se • Alimentação por energia elétrica da rede e sistema de back-up com baterias seladas. ad a. • Utilização de câmeras de televisão para monitorar o ambiente ao redor. Có pia nã oa uto riz Bom estudo! Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/7 ○ ○ ○ ○ ○ ais . Sensores tor 1 Este tipo de chave é muito utilizado em automação para indicar a presença de algo ou o final de algum movimento de máquina. ○ os ○ ○ ○ dir ○ ○ ○ ○ Nesta lição abordaremos os variados tipos de sensores, que são dispositivos que convertem uma dada grandeza física em variação de tensão, corrente, resistência, capacitância ou indutância, permitindo uma ampla gama de aplicações para controle e automação de processos. eit os ○ ○ ○ au ○ lição Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. ○ São dispositivos eletromecânicos que fecham e/ou abrem um ou mais contatos elétricos quando acionados. do ○ ○ st ○ ○ ○ od ○ ○ os ○ ○ Estas chaves abrem seus contatos elétricos em função de seu acionamento por uma determinada grandeza física. Na figura 15 ilustramos o símbolo da chave tipo NF. da ○ ○ ○ ○ ○ .R ○ ○ es ○ ○ • Chave de porta (de automóvel) - Quando abrimos a porta do carro, a chave volta à sua posição de repouso (chave fechada) e a lâmpada interna acende. ○ ○ oa uto Com este dispositivo temos duas situações: ○ ○ ○ riz a Neste tipo de chave qualquer pressão sobre o botão fará com que os contatos se fechem, permitindo a passagem da corrente elétrica. Figura 2 er ○ ○ ○ va ○ Chave tipo NF (normalmente fechada) ○ ○ ○ ○ 1) Botão solto: contato aberto, não passa corrente elétrica. ○ ○ Có pia ○ ○ ○ nã 2) Botão pressionado: o contato fecha e passa corrente elétrica. ○ Na figura 1 ilustramos os símbolos utilizados nos diagramas esquemáticos para as chaves NA. ○ ○ ○ ○ ○ ○ Figura 3 - Chave de porta de automóvel ○ ○ ○ ○ ○ ○ São chaves que alternam sua situação quando acionadas. Se estão fechadas, ao serem acionadas elas abrem seus contatos, e viceversa. Na figura 16 ilustramos os símbolos das chaves NA-NF. ○ ○ Figura 1 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/9 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. ○ ○ ○ Figura 4 ○ au ○ Figura 6 ○ ○ se ○ ○ rva ○ ○ ○ do ○ ○ st ○ ○ od ○ ○ ○ os ○ ○ os ○ ○ ○ ○ dir ○ ○ ○ ○ eit os ○ ○ • Chave térmica ajustável - Fecha o contato elétrico a partir de uma determinada temperatura que você pode ajustar girando o botão mostrador. Figura 7 ○ ○ Re ○ • Chave óptica - Este dispositivo é sensibilizado por meio da intensidade da luz. Enquanto recebe a luz por meio de sua janela, a chave está aberta (NA). Na ausência da luz em sua janela a chave fecha o contato elétrico. ○ ○ pia ○ ○ ○ nã Figura 5 ○ oa ○ ○ ○ uto ○ ○ riz ○ ○ ad a. ○ ○ ○ tor ○ ○ ○ ○ ○ ai s . ○ ○ Diversos são os modelos que são encontradas no mercado, cada um com uma especificação para atender a uma determinada necessidade. Na figura 4 mostramos alguns exemplos. ○ Có ○ ○ ○ Outros exemplos de chaves com a função NA: ○ ○ ○ ○ ○ ○ • Chave térmica - Fecha o contato elétrico a partir de uma determinada temperatura. ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Figura 8 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/10 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. O termopar é um bipolo composto de dois materiais condutores que, quando submetido a uma variação de temperatura, apresenta entre seus terminais uma ddp (diferença de potencial) da ordem de alguns milivolts (figura 11). ○ au ○ ○ ○ tor ○ ○ ○ ai s . ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ • Chave de pressão - Este tipo de chave funciona por meio da pressão do ar em seu interior. Para isso o dispositivo apresenta dois bicos de entrada de ar. Utilizando apenas um, a chave comuta quando a pressão for maior que a pressão atmosférica. Utilizando as duas entradas, a chave comuta apenas quando uma pressão for maior que a outra. Ligas metálicas relativamente baratas (com base em Fe, Ni, Cr, etc.) podem ser usadas em temperaturas moderadas (até cerca de 1.000°C), porém, para temperaturas muito elevadas (1.500-1.700°C), são necessários termopares à base de ligas ricas em platina. ○ ○ ○ dir ○ ○ ○ ○ Figura 9 eit os ○ ○ Figura 11 ○ os ○ ○ os ○ Os sensores analógicos variam suas propriedades elétricas (tensão, corrente, resistência, indutância, capacitância) na presença de uma determinada grandeza física à qual são sensíveis, como luz, temperatura, pressão, som etc. ○ do ○ ○ st ○ ○ od ○ ○ Um aparelho calibrado converterá os milivolts percebidos pela ponta do termopar em graus Celsius através de uma escala padrão para o tipo de termopar. rva ○ ○ São dispositivos elétricos/eletrônicos que prede a temperatura em função de sua resistência elétrica. Três tipos são mencionados: o NTC, o PTC e o termopar. a. ad ○ ○ ○ ○ ○ Re ○ ○ ○ se ○ ○ Um circuito eletrônico comparador de tensão à base de amplificadores operacionais poderá avisar, com o acionamento de sua saída, um determinado valor de temperatura (figura 12). Figura 12 Os sensores apresentados não são chaves, mas podem, através de seus sinais, acionar um relé. ○ ○ ○ ○ Có ○ ○ ○ pia ○ ○ ○ nã ○ ○ ○ oa ○ ○ ○ uto ○ ○ riz ○ ○ O NTC (Negative Temperature Coefficient) e o PTC (Positive Temperature Coefficient) são bipolos que variam sua resistência elétrica conforme a variação da temperatura (figura 10). ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Semelhantes aos sensores de temperatura, o LDR, o fototransistor e o fotodiodo variam suas características elétricas conforme a luminosidade incidente em suas “janelas”. Na figura 13 mostramos o aspecto de um LDR miniaturizado de 5KΩ ate 500KΩ. ○ Figura 10 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/11 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. Figura 13 ais . O gráfico da figura 14 mostra a variação da resistência quando submetida à luminosidade de uma lâmpada. to r Resistência do LDR (Ω) ORP12 os au Símbolo dir eit Resistência Nível de luz os os Potência consumida pelo bulbo (W) od Figura 14 do st Os fototransistores aumentam a corrente de condução Ic em função da luminosidade incidente em sua janela. oa uto riz a da lL - Corrente normalizada .R es er va A figura 15 mostra as curvas características do fototransistor, cujo aspecto está ilustrado na figura 16. pia nã Símbolo Dimensões em mm Figura 15 Có VCE - Tensão coletor-emissor (V) Figura 16 Uma aplicação típica de fototransistor está mostrada na figura 17. Ao obstruir a passagem da luz entre o LED e o fototransistor, aparece um nível lógico baixo na saída Q1 e um alto na saída Q2. O conjunto funciona então como uma chave-óptica. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/12 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ tas duas informações, um circuito calibrado, baseado em comparadores de tensão com amplificadores operacionais, dimensiona a distância entre o sensor e o objeto próximo. Figura 19 a. riz ○ ○ ad ○ ○ ○ ○ ○ Re ○ ○ ○ se ○ ○ rva ○ ○ ○ do ○ ○ st ○ ○ od ○ ○ ○ os ○ ○ Este sensor capta deslocamento de massa térmica (infravermelho), que ocorrem em função da presença em movimento de um objeto ou de uma pessoa. Este aparelho é formado por circuitos fototransistorizados (figura 18) e ao detectar uma variação de infravermelho dentro de seu campo de atuação, este dispositivo aciona um relé. os ○ ○ ○ ○ dir ○ ○ ○ ○ Figura 17 eit os ○ ○ ○ au ○ ○ ○ tor ○ ○ ○ ai s . ○ ○ A figura 19 mostra o aspecto de um sensor de proximidade baseado em luz e, a figura 20 ilustra uma aplicação deste sensor na indústria. ○ uto ○ ○ Figura 20 ○ ○ Sensores de proximidade também podem utilizar efeitos capacitivos e indutivos. Atua em função da variação dielétrica (Ar), quando um agente externo (plástico, metal, animal) é aproximado da cabeça sensora do dispositivo. Na figura 21 temos o aspecto, dimensões e conexões dos sensores capacitivos. ○ ○ pia ○ ○ ○ nã ○ ○ ○ oa Figura 18 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Có ○ Outro tipo de sensor é o de proximidade baseado em luz. Este sensor utiliza fibra óptica industrial para transportar a luz da fonte até o objeto próximo, e outra fibra óptica transporta o reflexo para o circuito. Com es- Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/13 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ os a ○ ○ ○ ○ ○ ○ uto r ai ○ s. ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. eit os ○ ○ ○ ○ dir ○ ○ Carga ○ Figura 22 od ○ ○ ○ os ○ Figura 21 ○ st ○ ○ aspecto, dimensões e co nexões dos sensores indutivos. ○ do ○ Seguindo a mesma característica que os capacitivos, os sensores indutivos trabalham com núcleo aberto, isto é, qualquer objeto, com a finalidade magnética, posicionando à sua frente, interfere com o campo magnético, alterando a indutância conforme a distância de aproximação. A figura 22 mostra o Carga a. ○ nã oa ○ ○ ○ ○ ○ uto riz ○ ○ ad ○ ○ ○ ○ ○ Re ○ ○ ○ se ○ ○ rva ○ ○ Como você pôde constatar nesta lição, existe uma variedade imensa de sensores que podem ser utilizados nos mais variados projetos eletroeletrônicos. Nossa tarefa é escolher aquele que atenda à nossa necessidade de projeto e custo final. ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Có ○ ○ ○ pia ○ ○ ○ ○ ○ Anotações e Dicas Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/14 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. tor ai s . Exercícios Propostos os dir eit os au 1 - Qual é a diferença entre sensores analógicos e sensores tipo chave? .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... se rva do st od os 2 - Qual é o melhor sensor a ser utilizado num circuito de acionamento automático de lâmpadas ao cair da noite? ( ) a) NTC, pois quando o Sol se pôr o ar esfria. ( ) b) PTC, pois quando o Sol se pôr o ar esfria. ( ) c) LDR, pois quando o Sol se pôr a luminosidade diminui. ( ) d) Capacitivo, pois quando o Sol se pôr as linhas de campo elétrico do planeta se alteram. ( ) e) Sensor de presença, pois quando o Sol se pôr ele detecta a ausência do Sol. uto riz ad a. Re 3 - Qual tipo de sensor você utilizaria para controlar a temperatura de um forno elétrico? ( ) a) Termostato, pois ele já vem com uma chave acoplada. ( ) b) Termostato, pois posso ajustar qual temperatura fará a chave acionar. ( ) c) NTC, pois se a temperatura subir ele diminuí a resistência do forno. ( ) d) PTC, pois se a temperatura subir ele aumenta a resistência do forno. ( ) e) As alternativas a) e b) estão corretas. Có pia nã oa 4 - Qual tipo de sensor você escolheria para monitorar a temperatura de um forno a gás? ( ) a) NTC, pois varia sua resistência com a temperatura. ( ) b) PTC, pois varia sua resistência com a temperatura. ( ) c) Termo-par, pois fornece uma ddp proporcional à temperatura da ponta. ( ) d) As alternativas a), b) e c) estão corretas. ( ) e) Somente as alternativas a) e b) estão corretas. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/15 ○ ○ ○ ○ ○ s. 2 rai Timer eit os au to lição Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. st od os Um simples circuito RC é o coração dos Timers. os dir Um circuito Timer ou Temporizador é projetado basicamente para acionar ou desligar uma carga após um determinado intervalo de tempo, que pode ser ajustado variando-se um dos componentes do circuito. rva do Imagine que uma carga DC deva ser acionada após 5 segundos do instante que você liga o circuito eletrônico. Re se Cargas DC podem ser acionadas por relés, transistores funcionando como chave, tiristores, etc. ad a. O circuito da figura 23 nos mostra um circuito RC série, acoplado a um relé e a um transistor: R uto Carga DC + + 5V nã NPN D Có + 12V + C pia C + Rb + 12V + Carga DC R oa Relé + 5V SW-1 riz SW-1 Figura 23 Inicialmente o capacitor está descarregado e a carga DC está desligada. Ao fechar a chave SW-1 o capacitor é considerado um curtocircuito e a tensão entre seus terminais é zero Volt. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/17 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. ai s tor O tempo de carga do capacitor depende do valor de sua capacitância C e do valor do resistor R. . Como Vc (tensão no capacitor) é nula, tanto o transistor como o relé não tem a tensão necessária para funcionar. A carga permanece desligada. A medida que o tempo passa (timer) o capacitor vai se carregando e a tensão entre seus terminais vai aumentando até atingir a tensão de alimentação do circuito RC. dir eit os au Atingida a tensão necessária o relé é acionado e/ou o transistor entra em condução, ambos acionando a carga DC após um intervalo de tempo. os A evolução dos circuitos temporizadores RC são os circuitos integrados Timers, como o Universal 555. rva do st od os Este circuito integrado, cujo coração é um RC série, utiliza comparadores de tensão, flip-flops e transistor em coletor aberto numa configuração genérica permitindo infinitas aplicações de temporização. Confira as ligações clássicas do 555 como gerador de onda quadrada ajustável por trimpot. oa uto riz ad a. Re se Pino 1 - Terra (0V). Pino 2 - Ligado ao pino 6. Pino 3 - Saída do sinal de onda quadrada. Pino 4 - Ligado ao pino 8. Pino 5 - Um capacitor de 10nF para o terra. Pino 6 - Um capacitor C para o terra. Pino 7 - Trimpot R para o pino 6. Pino 8 - Resistor de >= 1 kOhm para o pino 7, além de receber o +Vcc. pia nã Obs.: o +Vcc pode ser qualquer valor entre 3V e 15V. Escolha a tensão do circuito ao qual ele se ligará. Có Variando o trimpot, variamos a constante de tempo RC, fazendo o circuito aumentar ou diminuir a freqüência. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/18 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. + VCC GND 2 3 555 6 * R 5 4 rai s. Saída 1 KΩ 8 7 10 KΩ au to 1 * C 1 nF eit os 10 µF + VCC = 5 V a 9 V dir * Utilize a fórmula T = 1,1 RC os Figura 24 va do st od os Este circuito tem temporização um pouco melhor que os circuitos anteriores. É muito utilizado em equipamentos que devem acionar e desligar uma carga de tempos em tempos, como, por exemplo, semáforos, umidificadores de ar, injetores de líquidos, movimentação de tintas, etc, cujo controle é contínuo e automático conforme circuito timer contínuo com CI555. da .R es er O circuito da figura 25 é uma variação, e funciona apenas com um pulso cuja duração na saída depende de valores de R e de C. Ao pressionar o botão, a saída (pino 3) vai para nível alto por um intervalo de tempo. iza Mesmo que você mantenha o botão pressionado, a saída ficará ativada apenas por este intervalo de tempo. uto r + VCC oa GND 4,7 kΩ R nã 10 nF Có pia 555 Pulso Saída C 1 nF Figura 25 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/19 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. Este tipo de circuito é muito utilizado em alarmes, minuterias, campainhas musicais, partidas de motores, revelação de fotografias, apagamento de memórias EPROM, etc. Na figura 26 é apresentado o gráfico de funcionamento do circuito. Chave pressionada Chave solta . Chave au Disparo Pino 2 eit os + VCC Tempo Tempo 0V Saída ativada Pino 3 dir + VCC tor 0V ai s + VCC 0V os os Tempo st od Duração do pulso depende de RC se rva do Figura 26 ad a. Re Nesta categoria associamos circuitos osciladores ou multivibradores a contadores digitais e a circuitos de lógica digital conforme apresentado na figura 27. A idéia básica é: oa uto riz • Um oscilador confiável controlado por cristal, quando necessário. Có pia nã Anotações e Dicas Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/20 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. • Um contador binário ou divisor de freqüência por 2 flip-flops tipo T. • Lógica digital de comparação para identificar número final da contagem. 16 Input pulses 555 12 Stage Riplle Counter ire * R 10 kΩ 10 µF 11 Saída Q1 Q2 Q3 Q4 3 Q5 2 4 13 12 14 15 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q11 1 Q12 8 Re se rva do st 4,7 kΩ so 10 µF od o 1 nF Reset sd CD 4040 * C 9 7 6 5 au 10 1 kΩ ito s GND tor VDD 12 Buffered Outputs + VCC ais . • Acionamento de cargas via relé, transistor ou tiristor. Figura 27 riz ad a. Neste exemplo suponhamos um sinal de 1.000 Hz ou 1kHz, saindo do 555 pelo pino 3. uto • A saída Q1 do CI 4040 apresentará um sinal de 500 Hz, primeiro divisor por 2. oa • A saída Q2 apresentará um sinal de 250 Hz, segundo divisor por 2. pia nã • A saída Q3 apresentará um sinal de 125 Hz, terceiro divisor por 2. Có • Assim por diante até a saída Q12 Uma lógica binária de Q1 a Q12 proporcionará intervalos precisos de décimos, centésimos ou até milésimos de segundos. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/21 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. + VCC VDD 16 3 Q5 1 nF 2 4 13 12 14 15 1 CD 4040 Reset 10 µF 10 µF 11 Saída 4,7 kΩ Para acionador da Carga 0 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q11 Q12 0 1 1 1 1 0 1 . 10 kΩ * C 1 1 0 1 ai s * R Q1 Q2 Q3 Q4 eit os 555 9 7 6 5 12 Stage Riplle Counter tor 10 Input pulses 1 kΩ au GND os dir 8 os Figura 28 st od Na figura 28 temos um timer ultra-rápido, que funciona do seguinte modo: rva do • Suponha que o CLOCK do circuito da figura 35 seja de 100 kHz, . o que resulta em um pulso a cada 10 µs (microsegundo) T = 1 = 1 F 100 kHz Re se • A chave lógica, porta AND está programada para o binário 1011110010112 , ou seja, sua saída só irá a nível lógico 1 quando em suas entradas aparecer exatamente 1011110010112. a. • 1011110010112 corresponde ao decimal 3.019. riz ad • Partindo do ZERO a saída só será ativada 3.019 pulsos de CLOCK após o início. uto • A saída só será ativada e a carga acionada 3.019 × 10µS = 0,03019s após o RESET. nã oa • Sendo o CLOCK estável em 100kHz, a carga será acionada em 3,019 centésimos de segundo, após o RESET. Có pia Este tipo de Timer é muito utilizado em máquinas automatizadas de alta velocidade, como impressoras de jornais e revistas, cortadoras de embalagens, carimbadoras, etc. O sinal de RESET viria de sensores posicionados na máquina. Este tipo de timer utiliza um motor síncrono com tempo de revolução de eixo a um minuto. Outras velocidades mais baixas podem ser utilizadas. Desse modo o motor cumprirá 360° em 60 segundos. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/22 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. ai s tor Quando o rolete é atingido por um came, este desloca a haste acionando a chave elétrica, figura 29. Este tipo de temporizador já foi muito utilizado em controle de semáforos, máquinas automáticas de lavar e secar, etc. . Sobre o eixo do motor são colocados cames ou saliências em contato direto com chaves NA-NF com roletes. au Chaves Elétricas st od os os dir eit os Disco com encaixes rva do Redução riz ad a. Re se Motor Síncrono uto Cames oa Figura 29 Có pia nã Anotações e Dicas Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/23 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. ai s tor A figura 30 mostra em detalhes um sistema de Timer patenteado pela Eagle Company USA para controle de semáforos. . Distribuindo os cames sobre o disco, acionaremos as chaves elétricas em ciclos de um minuto de duração. Dependendo da quantidade de cames, a chave será acionada mais vezes dentro do mesmo ciclo. eit os au Gabinete Redução Disco de Cames Chaves Elétricas Figura 30 Có pia nã oa uto riz ad a. Re se rva do st od os os dir Motor Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/24 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. ai s tor eit os au - Qual é a base dos temporizadores eletrônicos? ) a) Circuito tanque LC. ) b) Circuito Série RC. ) c) Circuito Paralelo LC. ) d) Clock ou relógio. ) e) Descarga de um indutor. dir 1 ( ( ( ( ( . Exercícios Propostos st od os os 2 - Qual é a vantagem dos temporizadores digitais? ( ) a) Precisão para tempos muito longos. ( ) b) Precisão para tempos muito curtos. ( ) c) Analógico está fora de moda. ( ) d) Não utilizam RC. ( ) e) As alternativas a e b estão corretas. VDD 16 10 Input pulses a. 12 Stage Riplle Counter ad 1 kΩ * R riz 555 Re GND 10 kΩ Reset uto 1 nF CD 4040 10 µF oa * C se + VCC rva do 3 - Para o circuito da figura 31, o Clock do 555 é de 10 Hz, gerando um pulso a cada 0,1s. Após quanto tempo depois do RESET a carga será ligada? 10 µF nã 11 Saída 4,7 kΩ 9 7 6 5 Q1 Q2 Q3 Q4 3 Q5 2 4 13 12 14 15 1 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q11 Q12 Para acionador da carga Có pia 8 Figura 31 ( ( ( ( ( ) a) 3.019 segundos. ) b) 301,9 segundos. ) c) 30,19 segundos. ) d) 3,019 segundos. ) e) nenhuma das alternativas anteriores. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/25 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. 4 - Complete o circuito de CLOCK 100 Hz, com inversores e jumpers, de modo à carga ser ligada após 5 segundos e 3 décimos de segundo a partir do RESET. + VCC VDD * R 10 µF 10 µF 11 Saída 4,7 kΩ ai s eit os Reset Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q11 Q12 Para acionador da Carga dir 1 nF 2 4 13 12 14 15 1 CD 4040 au 3 Q5 10 kΩ * C Q1 Q2 Q3 Q4 8 od os os 555 9 7 6 5 12 Stage Riplle Counter tor 10 Input pulses 1 kΩ . 16 GND Có pia nã oa uto riz ad a. Re se rva do st Figura 32 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/26 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. dir eit os au 6 - Como a base de tempo do timer eletro-mecânico funciona? ( ) a) Um motor com rotação fixa gira seu eixo a 1 RPM ou menos. ( ) b) Um relógio gira o motor fazendo 1 RPM ou menos. ( ) c) Um circuito RC demora 1 minuto para se carregar e descarregar. ( ) d) Não há base de tempo em timer eletro-mecânico. ( ) e) Um oscilador de 1Hz movimenta um motor síncrono. tor ai s . 5 - Qual é a diferença entre um timer eletrônico e um eletro-mecânico? ( ) a) Nenhuma. ( ) b) O princípio do timer eletrônico é o circuito RC, e do eletro-mecânico é um motor síncrono. ( ) c) O princípio do timer eletrônico é a contagem de tempo por um relógio, e do eletro-mecânico pela freqüência da rede elétrica. ( ) d) As alternativas a e c estão corretas. ( ) e) Todas as alternativas estão erradas. Có pia nã oa uto riz ad a. Re se rva do st od os os 7 - Para mudar a quantidade de pulsos por ciclo em um timer eletro-mecânico devemos: ( ) a) colocar ou retirar cames do disco giratório; ( ) b) aumentar a velocidade do motor; ( ) c) diminuir a velocidade do motor; ( ) d) aumentar a redução do eixo; ( ) e) é impossível alterar a quantidade de pulsos. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/27 ○ ○ ○ ○ ○ . ai s Controladores tor 3 de sinais vindos de sensores, analisa seus valores e toma uma decisão de acordo com uma programação, mandando sinais para os atuadores e recebendo novos dados dos sensores. ○ os ○ ○ ○ dir ○ ○ ○ ○ Circuitos controladores são divididos em manual e microprocessado, podendo ser hidráulicos, pneumáticos, eletromecânicos, mecânicos ou eletrônicos. No controlador manual é obrigatória a presença de um operador, sem o qual não haverá controle. eit os ○ ○ ○ au ○ lição Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. ○ os ○ ○ Aproveitando o último exemplo da lição anterior, veja na figura 33 o elemento controlador do acionamento das lâmpadas de um semáforo. ○ st ○ ○ ○ od ○ No controlador microprocessado, sensores ativam diretamente atuadores (motores, lâmpadas, eletro-válvulas, eletro-ímãs, etc.), não sendo necessária a presença de qualquer operador. ○ ○ rva ○ ○ do ○ Este controlador é ligado ao timer eletromecânico da lição anterior. Cada pulso vindo da chave elétrica acionada pelos cames do eixo aciona o eletro-ímã, que puxa a alavanca que aciona uma catraca girando o eixo. ○ ○ ○ ○ ○ Có ○ ○ ○ pia ○ ○ ○ nã Resalto: chave aberta Rebaixo: chave fechada ○ oa ○ ○ ○ uto ○ Chaves elétricas Eletro-ímã riz ○ ○ ad ○ ○ Sinal do Timer a. ○ ○ ○ Re ○ ○ ○ se ○ No terceiro há um microprocessador ou um microcontrolador que controla a entrada ○ Resalto ○ ○ ○ ○ Eixo ○ ○ Rebaixo ○ ○ ○ Catraca ○ ○ Figura 33 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/29 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. Preso ao eixo, outro conjunto de cames aciona chaves elétricas de maior capacidade. Cada chave liga/desliga uma lâmpada do semáforo de acordo com a posição do came no momento. O esquema elétrico é bastante simples (figura 34). AM AM ai s VM tor VM . +B au Eletro-ímã Cames Catraca VD VD eit os Sinal do Timer dir Chaves elétricas os os Cabeamento st od Figura 34 se rva do Antigamente era assim que os controles eram feitos, quando a eletrônica surgiu no mercado, algumas partes foram substituídas por circuitos a transistores, chamados de Solid State. Toda a parte lógica do controle era feita com engrenagens, eixos e motores síncronos. ad a. Re Para mudar a lógica de controle era necessário mudar várias peças mecânicas do aparelho de controle. uto riz A idéia também foi utilizada nas máquinas domésticas como lava-roupas, lava-louças, secadoras de roupas, etc. A figura 35 mostra um exemplo muito utilizado em lava-roupas. Có pia nã oa O Motor-Timer tem uma velocidade muito baixa, completando um ciclo em 30 ou 45 minutos. Ele gira um conjunto de lâminas que, dependendo do seu formato, abrem e fecham algumas chaves. Nos terminais externos são ligados motores, lâmpadas, eletro-válvulas, resistências de aquecimento, etc. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/30 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. Chaves elétricas od os os dir eit os au tor ai s . Terminais externos st Discos de acionamento Re se Figura 35 rva do Motor do Timer ad a. As chaves podem ser do tipo NA ou NF de três posições. Sua escolha depende do processo a ser controlado. Có pia nã oa uto riz Na figura 36, vemos um exemplo de chave de três posições, acionada por um disco giratório de contorno apropriado. Dependendo do desenho do disco, ao girar, ele pode acionar uma ou outra chave, ou até mesmo nenhuma delas. Figura 36 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/31 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. O formato do disco determina quais chaves, de que forma e por quanto tempo serão acionadas. eit os au tor Sabemos que um transistor pode ser utilizado como amplificador de sinais elétricos ou como chave eletrônica. Aqui daremos ênfase à utilização do transistor como chave. Vamos avançando nos controladores sempre com um timer acoplado. ai s . Os transistores e o surgimento da lógica digital permitiram maior flexibilidade dos sistemas, redução de custos e redução de tamanho. os os dir A figura 37 mostra um disco com 96 divisões. Cada uma pode ter ou não um pino de programação. st do 1 od 0 9 2 Re se rva 8 ad a. 7 riz 3 uto 6 4 Có pia nã oa 5 Figura 37 Se o disco completar um ciclo em 24 horas, cada pino de programação corresponderá a 15 minutos. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/32 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. Incluiremos um pino quando desejarmos acionar uma carga num determinado horário. Se desejarmos que a carga fique acionada por 1 hora e 45 minutos colocamos 7 pinos consecutivos (7 15 minutos = 105 minutos = 1h45m) e assim por diante. au tor . ai s . Se desejarmos que a carga fique acionada por 30 minutos, colocamos dois pinos consecutivos nas marcas referentes ao horário desejado. 0 1 2 st 22 od 23 os os dir eit os Neste caso, seria conveniente numerá-lo em horas, conforme mostra a figura 38. 3 do 21 4 rva 20 5 se 19 6 Re 18 7 ad a. 17 8 riz 16 9 uto 15 14 13 10 11 Có pia nã oa 12 Figura 38 Podemos aumentar a velocidade do motor do Timer fazendo-o completar um ciclo em, por exemplo, 96 minutos. Assim cada pino colocado corresponderá a um minuto de acionamento da carga. Mas, como os pinos acionam a carga? Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/33 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. Cada pino de programação preso ao disco passará por um Optoacoplador obstruindo a passagem de luz do emissor para o receptor. Com isso, o circuito atua num transistor trabalhando como chave que, por sua vez, aciona um relé que aciona a carga. Veja o esquema: +5 tor ai s Disco giratório 5V +5 au 5V . Pino de programação Disco giratório R1 Q1 os os Q1 dir eit os R1 Opto-acoplador od Opto-acoplador st Carga rva VAC Carga ~ Relé VAC se Relé do ~ ~ Re ~ ad a. Figura 39 oa uto riz O opto-acoplador substitui as partes móveis mecânicas evitando o desgaste dos contados e dos discos. O circuito fica menor, mais barato, mais confiável e mais durável. Có pia nã Anotações e Dicas Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/34 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. O uso de relés diretamente ou relés que acionam contatores é a opção para cargas de maior potência, conforme a figura 40. Disco giratório 5V ai s . +5 au tor R1 dir eit os Q1 os Opto-acoplador Contator ~ VAC ~ do st od os Carga se rva Relé auxiliar ad a. Re Figura 40 uto riz Para melhorar ainda mais os controladores e timers, era preciso incluir uma lógica em “Malha Fechada”. pia nã oa É preciso que o controlador possa tomar decisões em função dos parâmetros do processo vindos dos sensores, além de flexibilizar a linha de produção. Isso é possível utilizando máquinas que possam ser reprogramadas facilmente. Có A lógica mecânica se adapta bem a trabalhos fixos e repetitivos como o ciclo de lavagem de roupas, semáforos, empacotadoras, etc. Para processos mais complicados, onde se deseja um produto resultante de ações de pressão variável, temperatura variável, tempo variável, etc., é necessário o uso de “cérebros eletrônicos” utilizando microprocessadores ou microcontroladores. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/35 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. • alguns toca-CDs avisam, através de luzes ou códidos em um display, que existe muita umidade no interior do aparelho e que você deve deixar a porta do CD aberta por alguns minutos até que a situação se normalize; ○ ○ ○ ○ ○ ○ A caminhada na substituição do ser humano em sistemas que precisam ser controlados está quase no fim. . ○ ○ ○ ○ ○ Câmeras de vídeo substituem os olhos do homem, microfones substituem os ouvidos, sensores variados substituem o tato, motores e eletro-ímãs substituem os músculos e microprocessadores substituem o cérebro humano. ○ ○ tor ○ ○ ○ ai s • alguns automóveis informam que você está sem cinto, que a porta não foi bem fechada, que com a quantidade de combustível no tanque a 60 km/h você pode rodar por mais alguns kilômetros, etc. ○ eit os ○ ○ ○ au ○ Entretanto, máquinas são máquinas e não podem pensar. Alguém tem que ensiná-las o que fazer dentro de suas limitações. Aí é que entram os programadores, criando softwares. ○ ○ Tudo isso só foi possível quando os controladores puderam “pensar”. ○ ○ ○ dir ○ Os softwares ou programas de computador devem conter as decisões que a máquina deve tomar de acordo com as combinações de dados vindas dos sensores. ○ os ○ ○ os ○ Microcontroladores, controladores lógicos programáveis (CLPs) e conversores analógico/digital (CNCs) são ferramentas da moderna indústria no controle de processos produtivos. ○ Hoje é comum você encontrar aparelhos domésticos que após apresentar um defeito avisam qual é o problema e indicam uma possível solução. Por exemplo: rva ○ ○ ○ do ○ ○ st ○ ○ od ○ ○ O programador deve tentar prever as possíveis situações e programar soluções para cada possível evento. É uma brincadeira de tentar adivinhar o que vai ou pode acontecer de errado ou estranho durante um processo. ○ ○ Re ○ ○ ○ se ○ O controlador lógico programável já vem montado em várias opções. Compete ao técnico ou engenheiro escolher o melhor modelo para a aplicação que deseja controlar, e programar o dispositivo para que a máquina execute o desejado. a. Anotações e Dicas ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Có ○ ○ ○ pia ○ ○ ○ nã ○ ○ ○ oa ○ ○ ○ uto ○ ○ riz ○ ○ ad ○ ○ ○ • alguns vídeo-cassetes informam, através de texto na tela, que é hora de limpar as cabeças, ou que a fita não foi devidamente colocada; Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/36 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. processo a ser controlado. CLPs com muitos recursos são caros e destinados a aplicações mais complexas. ○ ○ ○ ○ ○ ○ Um CLP contém em seu interior as seguintes características: ○ Terminais de entrada 00.0 CLPs mais simples, como um de quatro entradas digitais com oito saídas digitais, são destinados a aplicações simples de controle do tipo LIGA ou DESLIGA, em função de um sensor estar ativado ou desativado. ○ 10.1 ○ ○ 10.0 10.4 ○ ○ ai s . ○ 00.1 ○ ○ eit os ○ ○ ○ Linguagem de Programação au ○ ○ ○ tor ○ 10.5 ○ Terminais de saída ○ dir ○ Atuadores ○ ○ od ○ ○ ○ Entradas analógicas ou digitais os ○ Microprocessador ○ st ○ Memória de programa os ○ ○ ○ Estrutura Interna de um CLP ○ ○ rva ○ ○ se ○ ○ Re ○ ad a. ○ ○ ○ Temporizadores (TIMERs) ○ Contadores Figura 42 Um CLP como mostra a figura 42 já tem em seu interior um microcontrolador, além de vários recursos extras como contadores e timers. ○ CLP ○ Saídas analógicas ou digitais Sensores do ○ CPU ○ ○ Figura 41 A dúvida que pode surgir é quando utilizar um CLP e quando utilizar um microcontrolador. Não há uma regra, mas podemos definir alguns parâmetros. ○ riz ○ ○ ○ uto ○ Os CLPs são fabricados em diferentes versões. ○ ○ ○ Utilizamos microcontroladores quando: ○ ○ nã • quantidade de entradas analógicas; oa • quantidade de entradas digitais; • temos conhecimento de desenvolvimento de hardware para o mesmo. Inclui drivers de potência; ○ ○ ○ pia ○ • quantidade de temporizadores internos (timers); ○ ○ Có • quantidade de contadores internos (counters); ○ ○ • o projeto deve ser feito sob medida, com número de entradas analógicas ou digitais for grande; ○ ○ • quantidade de conversores D/A e A/D; ○ ○ • saídas a relés ou saídas a transistores. ○ ○ • queremos um baixo custo de projeto, pois tudo pode ser otimizado. CLPs são muito caros comparativamente. ○ ○ ○ ○ O projetista deve escolher o modelo de CLP que melhor atende as necessidades do Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/37 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. Utilizamos CLPs quando: • é necessária rapidez no desenvolvimento de soluções; ai s tor • não queremos criar dependência de um projetista. Qualquer engenheiro ou técnico que saiba programar o CLP pode ser facilmente substituído por outro. . • queremos uma flexibilidade pós-projeto, ou seja, poder alterar a lógica fácil e rapidamente; dir eit os au Nas entradas de um CLP são conectados sensores diretamente. Sensores do tipo chave aberta/chave fechada são conectados exclusivamente nas entradas digitais. Sensores como NTC, PTC, Termopar, LDR, Foto-diodo, etc., que variam suas características proporcionalmente às grandezas físicas que os afetam, devem ser conectados exclusivamente às entradas analógicas. do st od os os Nas saídas, os CLPs podem internamente conter relés, oferecendo três terminais por saída (pólo, NA e NF). Por questões técnicas, às vezes não precisamos de relés nas saídas, mas um simples controle liga/desliga em DC. Isto é feito colocando-se um transistor na configuração Open-Collector (coletor aberto), que funciona como uma chave DC. rva Temos saídas NPN ou PNP conforme a necessidade, ou seja, entrada/saída negativa ou positiva. Entradas Analógicas A1 D0 D1 D2 D3 Có pia nã oa A0 uto riz ad Entradas Digitais a. Re se Nas figuras 43 e 44 são apresentados dois tipos de CLPs com saídas a relé ou transistorizada. P1 NA1 NF1 P2 NA2 NF2 P6 NA6 NF6 P7 NA7 NF7 Saídas Relé 1x2 Figura 43 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/38 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. Entradas Analógicas A1 D0 D1 D2 D3 P2 P6 P7 os dir P1 eit os au tor ai s . A0 Entradas Digitais os Saídas a transistor st od Figura 44 Có pia nã oa uto riz ad a. Re se rva do Existem vários fabricantes nacionais estrangeiros produzindo CLPs: Atos, Matsushita, Siemens, Weg, etc. Nas figuras 45 e 46 são apresentados dois tipos de CLPs. O primeiro, da NAIS, de 03 módulos e o segundo, da ATOS, de 06 módulos. Figura 45 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/39 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Em um CLP (PLC) você programa abertura ou fechamento das chaves de saída em função dos sinais nos terminais de entrada do CLP, seguindo uma lógica de programação. ○ ○ ○ tor ○ ○ ○ ai s . ○ ○ Na figura 47 podemos ver um “Diagrama de Contatos” ou Ladder Diagram cuja estrutura está fundamentada na linguagem de relés tais como em comandos elétricos. ○ ○ ○ eit os ○ ○ ○ au Deste modo, basicamente, os principais símbolos na linguagem lodder são: ○ Figura 46 ○ ○ dir Chave aberta ○ os ○ ○ Todos os modernos CLPs têm sua programação facilitada através de softwares fornecidos pelos próprios fabricantes, para uso através de um computador PC normal, rodando em ambiente Windows. ○ od ○ ○ ○ os ○ Chave fechada ○ do ○ ○ st ○ Bobina 4 1 2 A1 A2 Camadas elétricas ○ se ○ ○ rva ○ ○ Lodder ○ ○ Re ○ ○ A programação é feita como se fosse um desenho de esquema elétrico com chaves de contatos e bobinas. ad a. ○ ○ ○ 3 ○ ○ ○ ○ ○ nã ○ ○ ○ pia ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Có Figura 47 Além dos terminais das entradas, você tem o recurso de bobinas virtuais, que só existem na lógica de programação do CLP. ○ oa ○ ○ ○ uto ○ ○ riz ○ ○ Diversas funções lógicas podem ser implementadas, entre elas as funções OR e AND. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/40 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. São exemplos de funções lógicas: S1 S2 Y0 Função AND S3 Y1 ai s . Função OR S5 au tor S4 Y2 dir eit os Função inversora os Figura 48 st od os As chaves S1, S2, S3, S4 e S5 são terminais de entrada do CLP. Note que quando houver tensão nos terminais de entrada S1, S2, S3 e S4 o CLP entende que estas chaves se fecharam. Caso contrário, o CLP entende que as chaves estão abertas. rva do A chave S5 é o inverso, veja o símbolo. Quando houver tensão no terminal de entrada S5, o CLP entende que a chave se abriu. Re se As saídas Y0, Y1 e Y2 representam saídas a relé ou transistorizadas (lógica TTL). oa uto riz ad a. Na primeira linha, a carga em Y0 só será ligada quando houver tensão nos terminais S1 e S2 simultaneamente, o que caracteriza a função lógica AND. Na segunda linha, a carga em Y1 só será ligada quando houver tensão no terminal S3 ou S4 caracterizando função lógica OR. Na última linha a carga em Y2 inicia ligada e só desligará quando houver tensão no terminal de entrada S5. Có pia nã Você ainda pode contar com contadores numéricos e temporizadores internos, cada um deles com quantos contatos virtuais o CLP permitir, o que pode ser visto no manual do CLP. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/41 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. au eit os st od os os dir 1 - A seqüência correta é: ( ) a) tempo D sinal do timer D aciona eletro-ímã D gira eixo de discos D aciona chaves D liga carga; ( ) b) tempo D aciona eletro-ímã D gira eixo de discos D aciona chaves D liga carga D sinal do timer; ( ) c) tempo D aciona eletro-ímã D sinal do timer D aciona chaves D gira eixo de discos D liga carga; ( ) d) liga carga D sinal do timer D aciona eletro-ímã D gira eixo de discos D aciona chaves D tempo; ( ) e) gira eixo de discos D sinal do timer D aciona eletro-ímã D tempo D aciona chaves D liga carga. tor ai s . Exercícios Propostos a. Re se rva do 2 - Para um disco de controle completando um giro em 24 horas com 96 divisões, quantos pinos de programação são necessários para acionar e manter uma carga ligada por toda a madrugada das 0h0min até 6h30min? ( ) a) 7 pinos alternados. ( ) b) 7 pinos consecutivos. ( ) c) 26 pinos consecutivos. ( ) d) 630 pinos consecutivos. ( ) e) 24 pinos consecutivos. oa uto riz ad 3 - Marque na figura 49 a posição dos pinos para acionar uma carga por 1h45min a partir das 3h15min da madrugada. 0 22 23 3 4 pia 20 2 nã 21 1 19 6 Có 18 Figura 49 5 17 7 16 15 8 9 14 13 12 11 10 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/42 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. ai s . 4 - Quando devemos utilizar um CLP ou um microcontrolador? ( ) a) Não há regra. ( ) b) Utilizamos microcontroladores em sistemas digitais. ( ) c) Utilizamos CLP em sistemas analógicos. ( ) d) As alternativas b e c estão corretas. ( ) e) Nenhuma das alternativas anteriores. dir st od os os 6 - Como se programa um CLP? ( ) a) Através de software para PC fornecido pelo fabricante. ( ) b) Com gravadores especiais. ( ) c) Não são programáveis. ( ) d) Já vem programado de fábrica. ( ) e) Através de um hardware. eit os au tor 5 - O que compõe um CLP? ( ) a) Controlador, lógica e programação. ( ) b) Microfone, alto-falante e sensores. ( ) c) Sensores e atuadores. ( ) d) Microprocessador, memória e relés. ( ) e) Nenhuma das alternativas anteriores. S2 S3 S5 Y0 se S1 rva do 7 - No programa abaixo, a carga em Y0 será acionada quando houver sinal elétrico em: ad a. Re S4 nã oa uto ) a) S1, S3 e S5; ) b) S2, S3 e S5; ) c) S1, S4 e S5; ) d) S4 e S5; ) e) S1, S2 e S3. Có pia ( ( ( ( ( riz Figura 50 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/43 ○ ○ ○ ○ ○ . ai s Fonte de Alimentação tor 4 eit os au lição Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. dir Nesta lição abordaremos as características e o funcionamento da fonte de alimentação para o projeto do alarme residencial. od os os Ao final desta lição você deverá saber sobre fontes de tensão contínua, aplicação e princípio de funcionamento. Có pia nã oa uto riz ad a. Re se rva do st Uma fonte de alimentação contínua é na verdade um conversor de sinal alternado (AC) em sinal contínuo (dC). Para isto é dotada de um circuito eletrônico constituído tipicamente por um transformador, diodos, capacitores e reguladores de tensão como o LM 7805, LM 317, conforme apresentado na figura 51. Legenda T1: transformador de tensão D1 e D2: diodos de junção retificadores C1: capacitor R1 e R2: resistores P1: potenciômetro 7805: chip eletrônico regulador de tensão Figura 51 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/45 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. ○ ○ ○ ○ No esquema da figura 51 uma tensão AC é rebaixada pelo transformador T1, após, por meio dos diodos D1 e D2 a tensão alternada é retificada para contínua. O capacitor C1 filtra o sinal proveniente dos diodos deixandoo próximo do valor ideal retificado. Um indicador luminoso de tensão formado por um led (diodo emissor de luz) indica se o processo de retificação está sendo realizado. Por fim um registrador de tensão - 7805 permite registrar a tensão de saída da fonte dC. ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Este circuito faz basicamente filtragem e retificação podendo ser dividido em duas partes: O componente TER1 limita a corrente de partida da fonte, F1 protege a rede e o conversor, limitando a corrente de entrada em 3 Ampères, VR1 protege o conversor limitando a tensão de entrada até 250Vac, C16, C17 e C24 constitui um filtro evitando ruídos em alta frequência. ○ ○ dir ○ ○ ○ ○ A fonte de alimentação que iremos utilizar é do tipo chaveada, apresentando as seguintes características: eit os ○ ○ ○ au ○ ○ ○ tor ○ ○ ○ ai s . • Filtro de entrada e proteção: Constitui-se de um filtro duplo pi formado pelos componentes C5, R17, T2, R18 e C6. Tem como objetivo atenuar transientes gerados pelo chaveamento na rede ou vice-versa. ○ • grande potência; od ○ ○ ○ • controle de tensão de saída otimizado; os ○ ○ • compacta; os ○ ○ • leve; st ○ • Retificador principal: A tensão alternada proveniente da rede AC (127/220) é retificada em onda completa pela configuração em ponte formado pelos componentes D1 a D4 e filtrado por C1 e C2 que se descarregam quando necessário em cima de R1 e R2. ○ do ○ ○ • baixo custo. ○ Re ○ ○ ○ se ○ ○ rva ○ ○ Este tipo de fonte, utilizada muito em telecomunicação, é caracterizada por possuir circuitos eletrônicos que realizam as seguintes funções1: ○ • Interface com a rede AC Quando a chave CHI está em 220V, o circuito se encontra na configuração direta, estando CHI em 127V o circuito se encontra na configuração de dobrador de tensão, em qualquer condição será fornecido 300Vdc. ad a. ○ ○ ○ • Circuito de controle (PWM) ○ riz ○ ○ • Chaveamento ○ uto ○ • Transformador de potência e retificador ○ oa ○ ○ • Limitador de corrente ○ Formado por CI1, e componentes associados, gera os sinais necessários ao funcionamento básico da fonte, descrito a seguir. ○ Có ○ ○ ○ pia ○ ○ ○ nã • Indicador visual • Filtro de RF ○ • Comutação, flutuação e descarga de bateria Os transistores de potência Q1 e Q2 são usados para chavear tensão DC do retificador principal, gerando uma forma de onda alternada (aproximadamente 28 kHz). ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ A seguir descrevemos as funções dos itens acima tendo como base o circuito apresentado na figura 52. ○ ○ ○ 1. Dados obtidos da fonte MTAC1212F da Montel Sistemas de Comunicação LTDA. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/46 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. alternadamente apenas nas regiões de corte ou saturação. O circuito integrado PWM e composto basicamente de um oscilador e um modulador por largura de pulso, este oscilador fornece duas saídas de controle (Pinos 8 e 11) que estão defasadas entre si 180° e excitam o circuito de potência. ○ ○ ai s . ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Este sinal é modificado e aplicado ao primário do transformador T3, com adequada relação de espiras, é induzido no secundário uma tensão que passará por retificação para se obter a desejada tensão DC na saída. Esta tensão é proporcional à largura de pulso de chaveamento. Portanto, variando-se a largura desses pulsos, é possível controlar a tensão DC na saída. é formado por PD1 e PD2. É filtrado por T4, C21 e C22 de onde se origina a tensão de saída. • é formado por D12, D13 e C20 de onde se origina a tensão de +B que alimenta os circuitos lógicos. ○ ○ od ○ ○ ○ os ○ ○ os ○ ○ ○ ○ dir ○ ○ eit os • ○ ○ ○ A largura dos pulsos de chaveamento é monitorada dinamicamente pelo circuito de controle formado por R31, TP1, R32. Fazendo com que a tensão de saída permaneça constante, mesmo quando ocorram variações na tensão de entrada AC. Para tornar possível este controle, toma-se uma amostra de tensão DC na saída através do elo de realimentação que atua no pino 1 do CI1, onde se ajusta esta tensão em TP1. Independente da corrente de saída é necessário circular uma corrente de manutenção que é imposta por R27 a R30. au ○ ○ ○ tor ○ O secundário de T3 sofre dois tipos de retificação: ○ se ○ ○ rva ○ ○ ○ do ○ ○ st ○ ○ O circuito limitador de corrente é formado por SH1, R25, TP2, R24, C12, CI1 e componentes associados. A configuração do circuito é feita de tal forma que, quando a corrente de saída supera 18 Ampères é gerada uma queda de tensão em SH1, que atua sobre CI1 diminuindo a largura dos pulsos, e conseqüentemente, a tensão de saída. a. ○ ○ riz ○ ○ ad ○ ○ ○ ○ ○ Re ○ ○ O circuito de chaveamento é formado pelos transistores Q1 a Q4, T1 e demais componentes associados. Os pulsos gerados por CI1 excitam os transistores Q3 e Q4 que, conduzindo alternadamente, permite um fluxo alternado de corrente no enrolamento primário de T1. A configuração do secundário faz com que Q1 e Q2 conduzam alternadamente, chaveando potência DC sobre o enrolamento primário de T3. A intensidade da corrente de flutuação é no máximo de 2 Ampères, ajustando-se proporcionalmente à quantidade de carga perdida e diminui à medida que a bateria se recarrega, estabilizando em 100 mA com bateria em plena carga. A operação de flutuação se inicia quando tem energia na rede Ac através de R19 a R22. ○ ○ nã ○ ○ ○ oa ○ ○ ○ uto O circuito de comutação automática de bateria garante o fornecimento ininterrupto de energia à saída da fonte. ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Có ○ ○ ○ pia ○ Os diodos D5 e D6 protegem os transistores Q1 e Q2 no sentido de eliminar a corrente reversa gerada pelo transformador Tl ○ A tensão é induzida no primário do transformador de potência T3 através dos transistores de chaveamento, que operam ○ ○ ○ ○ ○ Incondicionalmente se houver bateria e faltar energia na rede AC, o relê RL1 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/47 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. ai s au tor O LD1 exibe luz verde para indicar que a fonte está ligada, e está em operação normal. . conecta a bateria na saída fornecendo carga até descarregar totalmente a bateria, ou voltar a energia na rede AC. dir eit os Tem o objetivo de eliminar ruídos em alta frequência gerado pelo conversor; é formado por C23,C25 e C26. 127 ou 220 Vac (+/-15%) selecionável externamente os Tensão de entrada 13,8 Vcc +/-1 % Ajustável de 10 a 15 Vcc Corrente nominal 12 Ampères em regime contínuo Corrente máxima (pico) 16 Ampères (regime 30/70 - máx. 3 minutos c/ carga) Ondulação (ripple) 0,13 Vpp máximo 0,04 Vpp típico Melhor que 2 mVrms psofométricos rva do st od os Tensão de saída 13,8Volts Corrente de carga de bateria 2 Ampères máximo Corrente de flutuação Maior que 0,1 Ampères Eficiência 85% típico Peso aproximado 1,5 Kg ad a. Re se Tensão de carga da bateria riz Dimensões mecânicas de caixa L = 185mm A = 65mm C = 158mm oa uto Na figura 52 mostramos um diagrama completo de uma fonte chaveada. Có pia nã Anotações e Dicas Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/48 ○ ○ ○ ○ ○ Figura 52 Có pia nã oa uto riz ad a. Re se rva do st od os os dir eit os au tor ai s . Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/49 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. Existem vários modelos e processos de chaveamento destas fontes, mas o princípio básico não muda em nenhuma delas. ai s tor A redução do peso final e do volume total da fonte permite fabricar aparelhos mais finos e leves. Televisores, FAX, microcomputadores, scanners, monitores de vídeo, etc., são exemplos atuais. . Atualmente, a maioria dos aparelhos eletroeletrônicos utiliza este tipo de fonte. eit os au Na figura 53 mostramos um outro exemplo de circuito de fonte chaveada, no qual você pode notar: dir • Entrada CA retificada e filtrada pelo capacitor eletrolítico C1, cuja tensão de isolação é da ordem de 300 V a 600 V. • CI controle PWM ligado aos transistores de potência. os os • Secundário com dois enrolamentos, produzindo tensões de +5 V e +12 V. Figura 53 Có pia nã oa uto riz ad a. Re se rva do st od • Retorno de informação da saída para a entrada por meio de um pequeno transformador de isolação galvânica. Veja na figura 54 a etiqueta de uma fonte chaveada para um antigo IBM-PC compatível 386 SX – 33 MHz. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/50 ○ ○ ○ ○ ○ eit os au tor ai s . Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. dir Figura 54 os os Destacamos, nesta figura, os valores de tensão, corrente e potência: od • +5 V - 20 ampères de corrente; potência de 100 watts; st • +12 V - 8 ampères de corrente; potência de 96 watts; do • - 12 V - 0,5 ampère de corrente; potência de 6 watts; rva • - 5 V - 0,5 ampère de corrente; potência de 2,5 watts. Re se Somando todas as potências incluidas teremos 204,5 watts disponíveis. uto riz ad a. Assim esta fonte tem as tensões básicas e necessárias ao projeto proposto, além de saídas estabilizadas, proteção contra curtocircuito, proteção contra aquecimento, etc. nã oa Todos os circuitos do projeto do alerme residêncial não possuem um consumo total abaixo de 10 W. Có pia Cada câmera de vídeo possui caracteristicamente 2 W de potência e tensão de alimentação de 12 volts. Logo as quatro câmeras demandarão 8 watts de potência e o receptor de rádio-freqüência, demandará uma potência da ordem de 1 W. O receptor de radiofreqüência deve ficar um pouco abaixo de 1 W. Concluindo, uma fonte chaveada comercial, como a mostrada, de 200 W, é suficiente para alimentar todos os circuitos e dispositivos. O motor do portão e a tranca elétrica da porta devem ser alimentados pela rede elétrica AC. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/51 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. tor ai s . Exercícios Propostos os od rva do st 2 - Quais são as vantagens da fonte chaveada? ( ) a) É pequena, leve e potente. ( ) b) É grande, pesada e potente. ( ) c) É média, normal e impotente. ( ) d) Não usa transformador, sem diodos e sem filtros. ( ) e) Alto custo, complexa e várias tensões. os dir eit os au 1 - Por que as fontes de alimentação são chamadas de chaveadas? ( ) a) Porque um transistor funciona como chave controlando a corrente num transformador. ( ) b) Porque ela tem tranca. ( ) c) Porque ela só funciona se ligar a chave. ( ) d) Porque PWM significa fonte de tensão chaveada. ( ) e) Nenhuma das alternativas anteriores. Có pia nã oa uto riz ad a. Re se 3 - Qual é o princípio para manter a tensão estável na saída independentemente do valor da carga? ( ) a) Um sinal de tensão da saída avisa o PWM que a tensão está caindo, com isso o PWM aumenta a largura do pulso. ( ) b) Um sinal de corrente da saída avisa o transistor que a tensão está caindo, com isso ele oscila mais rápido para corrigir. ( ) c) Um sinal de resistência da carga é enviado para a entrada e é ignorado. ( ) d) Um sinal de tensão da entrada é enviado para a saída para manter a tensão fixa. ( ) e) Um sinal de potência avisa que a tensão está caindo e o transformador eleva a tensão. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/52 ○ ○ ○ ○ ○ . ai s tor 5 Controle Remoto por Radiofreqüência Na saída do pino 15 teremos um sinal codificado de acordo com o botão pressionado, vermelho ou azul. Este sinal é enviado a um modulador que opera na faixa permitida pela ANATEL para telecomandos de uso geral. ○ ○ dir ○ ○ ○ ○ Esta lição abordará a montagem do controle remoto do alarme, onde detalharemos os esquemas do transmissor e receptor de RF, codificador digital, decodificador e driver de potência. eit os ○ ○ ○ au ○ lição Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. ○ od ○ ○ os ○ ○ ○ os ○ O circuito tanque LC gera a freqüência, que é mantida pelo transistor BF199 por meio de uma realimentação pela base. ○ ○ rva ○ ○ do ○ ○ Este circuito se baseia no CI MC 145026P da Motorola, um codificador digital e seu complementar, o CI 145028P, um decodificador digital. A figura 55 mostra o esquema elétrico do transmissor de RF codificado. st ○ ○ O sinal modulador sai do pino 15 e vai até a base do transistor, aumentando e diminuindo a amplitude do sinal modulado conforme o código ajustado nos jumpers de 1 a 9. a. Por ser portátil, este circuito pode ser colocado como chaveiro e alimentado por uma bateria de 12 volts para controle remoto. ○ ○ uto ○ ○ riz ○ ○ ad ○ ○ ○ ○ ○ Re ○ ○ ○ se ○ O ajuste da freqüência é feito no trimmer. A antena transmissora está na própria PCI (placa de circuito impresso) desenhada como trilha. ○ ○ ○ Có ○ ○ ○ pia ○ ○ ○ nã ○ ○ ○ oa ○ Os jumpers de 1 a 9 formam o código transmitido. Cortando-os ou deixando-os ligados, você tem até 512 códigos diferentes. Além disto, é preciso saber a freqüência exata do receptor, senão não funciona. Com estas duas combinações, este tipo de transmissor e código são considerados seguros para aplicações. ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Na figura 56 temos uma sugestão de placa de circuito impresso. ○ ○ Figura 55 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/53 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. sa uto rai s. L1 Figura 56 rva do st od o so sd ire ito A figura 57 mostra a pinagem deste CI. Re se Figura 57 +4 Divisor Seleção de Dados e Buffer oa 3-PIN Oscilador e Habilitador uto riz ad a. A figura 58 mostra a parte lógica interna do MC 145026P. Como você pode ver, é só ligar e usar, tamanha a simplicidade. Có pia nã Contador de Anel e Decodificador Detector Triplo Figura 58 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/54 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. dir eit os a uto r ai s . Ao apertar o botão no pino 14, o código sai pelo pino 15. Note o que já comentamos: o botão leva o pino 14 a nível lógico zero. Montado, o circuito ficaria como mostrado na figura 59. os os Figura 59 Figura 60 Có pia nã oa uto riz ad a. Re se rva do st od A figura 60 mostra a primeira etapa do receptor. O circuito sintonizado LC receberá somente a RF de sua sintonia, por isso o transmissor tem que estar ajustado para a mesma freqüência e exata. O sinal recebido passa pelo detector formado por R9 e C2, enviando um sinal de envoltória para o LM358, que é um amplificador operacional na configuração ganho de tensão. Esta aumenta, e muito, o nível do sinal. Basta calcular a relação entre R10 e R12, que é maior que 1.000 vezes (L1 - no impresso). Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/55 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. Na figura 61 mostramos o aspecto e a pinagem do LM358. VCC Saída A + to r ais . Saída B Entradas A + Entradas B VEE/Gnd au Figura 61 oa uto r iza da .R es er va do st od os o sd ire ito s A saída do amplificador pelo pino 1 vai para o decodificador MC 145028P (figura 62). Figura 62 Có pia nã Este circuito está dividido em três partes, que passaremos a analisar. O decodificador MC 145028P recebe o sinal pelo pino 9 e, se o código coincidir com o ajuste de seus jumpers, é ativada a saída pelo pino 11, significando que o código é válido. Por isso podemos ter vários transmissores e receptores trabalhando no mesmo espaço, bastando utilizar códigos e/ou freqüências diferentes para cada um. Na figura 63 mostramos o diagrama de blocos do decodificador MC145028. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/56 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. ○ ○ eit os ○ ○ ○ au ○ ○ ○ tor ○ ○ ○ ai s . ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Na figura 66 ilustramos a placa de circuito impresso montada. ○ Figura 63 ○ ○ A saída válida ativa o clock do flip-flop-1 do CI 4013. Enquanto a saída do flip-flop-2 for lógico ZERO, o MC145028P reconhece um código; quando esta saída for lógico UM, o MC145028P só reconhecerá outro código. Isto é feito para que você tenha um código que LIGA e outro que DESLIGA. A figura 64 ilustra o diagrama de conexões e sua tabela verdade. os ○ ○ ○ ○ dir ○ Figura 66 ○ st ○ ○ od ○ ○ ○ os Todo circuito encarregado de aumentar a oferta de corrente para uma carga é chamado de driver de potência. a. ○ ad ○ ○ ○ ○ ○ Re ○ ○ ○ se ○ ○ rva ○ ○ ○ do ○ É sabido que os CIs têm baixa capacidade de oferta de corrente elétrica em suas saídas, acendendo no máximo um LED. Os transistores são os componentes ideais para fazer esse “meio campo” ou interface, e no circuito notamos dois: um deles satura quando a saída do flip-flop, pino 13, está em lógico UM e o outro quando está em lógico ZERO. ○ ○ ○ uto ○ ○ riz ○ Como carga destes transistores temos relés com contatos reversíveis NA-NF, que podem acionar cargas CA ou CC no limite de corrente de seus contatos. Pronto! Agora já temos um transmissor e um receptor de códigos por radiofreqüência. A saída dos relés mandará sinais ao controlador 89C2051. ○ ○ ○ oa Figura 64 ○ ○ Có ○ ○ ○ pia ○ ○ ○ nã Na figura 65 temos uma sugestão de placa de circuito impresso para o receptor. ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Estes circuitos são bastante flexíveis. Caso você não queira um controle com alcance de 40 metros como o circuito dado oferece, mas algo mais próximo, poderá fazer as seguintes adaptações: ○ ○ Figura 65 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/57 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. ○ ○ ○ ○ eit os ○ ○ ○ ○ ○ ○ au tor ○ ○ ○ ais . ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ • No transmissor basta substituir o transmissor de RF, saída do pino 15 do MC145028P por um transistor e um LED emissor de infravermelho. A figura 67 mostra o diagrama esquemático do transmissor alterado para emitir infravermelho. os ○ ○ ○ ○ dir Figura 68 da ○ tor ○ ○ iza ○ ○ ○ ○ ○ .R ○ ○ es ○ ○ er ○ ○ va ○ ○ ○ do ○ ○ st ○ ○ od ○ ○ ○ os ○ ○ Aponte o transmissor para o receptor. O alcance máximo é de 10 metros em campo aberto. Retire o sinal pelo cátodo do LED. Agora somente o código é a segurança do projeto, pois o infravermelho é único. Só alteramos o modo de enviar o código do controle remoto, ao invés de RF utilizamos infravermelho. A figura 69 ilustra o receptor amplificador de infravermelho. ○ ○ ○ ○ nã o ○ • No receptor basta retirar o radiorreceptor e ligar um receptor de infravermelho. A figura 68 mostra o diagrama esquemático do receptor alterado para receber infravermelho. ○ au ○ ○ Figura 67 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Có ○ ○ ○ pia ○ Figura 69 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/58 ○ ○ ○ ○ ○ . ai s Seqüencial de Vídeo tor 6 eit os au lição Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. os dir Este circuito é independente e controla sozinho a seqüência de câmeras que serão mostradas no monitor, caso deseje no projeto de alarme o monitoramento via câmeras de vídeo. É o que veremos nesta lição. od os A base de tempo é ajustável pois o CLOCK do circuito é feito com um CI 555, e a seqüência pode ser alterada por jumpers. do st A interrupção da seqüência de modo a sempre mostrar a câmera da portaria da casa, é feita por um sinal do microprocessador. Có pia nã oa uto riz ad a. Re se rva Vamos ao circuito, apresentado na figura 70, que é bastante simples e reúne os conhecimentos adquiridos. Figura 70 Confira as ligações clássicas do 555 como gerador de onda quadrada ajustável por trimpot. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/59 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. tor ai s . Pino 1 - Terra (0v). Pino 2 - Ligado ao pino 6. Pino 3 - Saída do sinal onda quadrada. Pino 4 - Ligado ao Pino 8. Pino 5 - Um capacitor de 10nf para o terra. Pino 6 - Um capacitor C para o terra. Pino 7 - Trimpot R para o pino 6. Pino 8 - Resistor de >= 1 kohm para o pino 7, além de receber o +Vcc. eit os au Obs.: o +Vcc pode ser qualquer valor entre 3V e 15V. Escolha a tensão do circuito ao qual ele será ligado. os os dir Variando o trimpot, variamos a constante de tempo RC, fazendo o circuito aumentar ou diminuir sua freqüência. do st od A base do seqüencial é o CI 4017. Veja seu diagrama de tempos ao receber pulsos de CLOCK estando habilitado na figura 71. CLOCK rva RESET se CLOCK ENABLE 3 “3” uto 4 “4” 5 oa “5” 6 7 nã “6” 8 pia “8” 9 Có CARRYOUT 2 ad 2 “2” “9” 1 a. 1 “1” 0 riz “0” Re 0 Figura 71 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/60 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. ○ ○ ○ Note que: ○ • somente uma saída se ativa em nível lógico “UM” a cada pulso de CLOCK; ○ ○ ○ A base deste circuito é o CI 4066, figura 73, com quatro chaves analógicas de controle digital. ○ ○ ○ ○ • quando a entrada ENABLE fica em nível “UM” a seqüência PÁRA; ○ ○ ai s . • o RESET sempre ativa a saída 0, pino 3. ○ 1 14 ○ SW A OUT/IN 3 eit os ○ ○ ○ OUT/IN SW D ○ ○ As dimensões da placa são 80mm × 55mm. O layout foi feito para a transferência por fotocópia. Inverta a imagem para obter o lado cobreado. ○ 4 dir ○ ○ IN/OUT ○ 5 ○ ○ ○ OUT/IN SW C 8 IN/OUT st ○ ○ do ○ ○ ○ ○ ○ Re ○ ○ ○ se ○ ○ rva ○ V1 a. 6 V2 1 µF 11 10 12 V3 1 F 1 2 13 1 F ○ ○ ad 8 9 V4 3 4 ○ riz ○ ○ ○ ○ ○ 1 F ○ 10 kΩ 1 kΩ 1 kΩ 1 kΩ ○ ○ 1 kΩ CN ○ ○ ○ J3 Figura 73 - Estrutura interna do 4066 e ligações elétricas. ○ ○ ○ ○ ○ Có J4 nã J5 C1 C2 C3 C4 ○ oa L E D 4017 J6 uto J2 555 5 ○ RST J1 pia KOUT J0 OUT/IN 9 od ○ 7 IN/OUT os ○ ○ CONTROL C CONTROL D 11 os ○ ○ 6 VSS 12 CONTROL A 10 SW B CONTROL B ○ ○ ○ Placa 80 mm x 55 mm + - 13 au ○ 2 VDD tor IN/OUT ○ A cada saída se encontra um LED sinalizador e um terminal para programação da seqüência. A figura 72 mostra uma PCI sugerida. ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Figura 72 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/61 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. Re se rva do st od os os dir eit os au tor ai s . Placa sugerida: ad a. Figura 74 oa uto riz Ao receber nível lógico “UM” nas entradas C1, C2, C3 ou C4 o sinal analógico passa da entrada de sinal para a saída de sinal. Có pia nã Anotações e Dicas Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/62 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. dir eit os au tor ais . Recorde que os sinais de vídeo composto apresentam tensão de 1 Vpp e são ligados aos aparelhos monitores de vídeo ou televisores com a função monitor via cabos RCA macho e fêmea blindados. os os Figura 75 Có pia nã oa uto riz ad a. Re se rva do st od O CI 4066 funciona bem com sinais de vídeo e áudio, portanto, o mesmo circuito pode comutar diferentes fontes de áudio para um amplificador. Figura 76 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/63 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. As quatro primeiras saídas foram ligadas a cada uma das entradas de controle do 4066. eit os au tor Com algumas portas lógicas, você pode alterar o circuito variando a seqüência de quatro câmeras. ai s . O pino 10 do 4017 foi ligado ao RESET, desta forma a seqüência fica somente entre as quatro primeiras saídas ressetando logo em seguida e fechando o ciclo. os dir Formado por portas AND, este circuito agregado ao conjunto permite que um microcontrolador ou outro circuito digital interrompa a seqüência e mostre as imagens de uma câmera específica. rva do st od os Sinal do microprocessador Sinais para 4066 riz ad a. Re se Sinais do 4017 uto Figura 77 pia nã oa Quando o sinal externo estiver em nível lógico “ZERO”, o inversor habilita as quatro portas AND e teremos nas saídas delas os mesmos níveis da entrada. Có Quando o sinal externo enviar sinal lógico “UM”, o inversor bloqueia todas as portas AND e o sinal segue via diodo para ativar a imagem de uma só câmera. Note que os dois diodos fazem o papel de uma porta OR. Lembre que existe, na entrada do 4066, um resistor para o terra que será a carga dos diodos para conduzir. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/64 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. da .R es e rva do st od o so sd ire ito sa ut ora is. O circuito completo está mostrado na figura 78. ori za Figura 78 nã oa ut Você pode colocar mais algumas portas lógicas e criar interrupções para todas as câmeras através de botões, assim o vigilante não precisa esperar até que chegue a imagem de uma determinada câmera. Ele também pode parar na câmera que estiver detectando algo suspeito. Có pia Não foi criada uma sugestão de layout completa. Espera-se que o aluno junte todos os circuitos interligando através de trilhas, cabos ou jumpers, caso resolva montar este alarme. De qualquer forma ilustramos aqui algumas possibilidades. Deixamos claro que o projeto de um determinado aparelho é composto de vários circuitos separados, trabalhando juntos e em harmonia elétrica. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/65 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. ○ ○ ○ Utilizaremos um controle remoto por rádio freqüência, codificado para abrir e fechar o portão e a porta de entrada principal. ○ ○ Os alarmes se dividem em duas categorias: ○ • os que simplesmente tocam uma sirene ou sinal sonoro bem ruidoso; ○ ○ ○ Quando a casa for adentrada pelo portão com o controle remoto, a sirene não deverá tocar. ○ ○ ai s . ○ ○ • os que tocam a sirene, trancam portas, acendem as luzes, chamam a polícia por telefone, etc. ○ tor ○ Com o carro já na garagem e não se passando pelo jardim, só se pode entrar na casa pela porta principal utilizando o controle remoto para abrir a fechadura elétrica. ○ eit os ○ ○ ○ au ○ ○ Sugerimos um alarme simples para que você comece a desenvolver o raciocínio lógico quanto a sistemas de proteção contra invasão. ○ Qualquer movimento no jardim será identificado pelo sensor de presença, regulado para pessoas e não para pequenos animais. ○ ○ • um portão externo; dir ○ ○ Suponhamos uma casa com: ○ • uma porta dos fundos; os ○ ○ • duas janelas; os ○ Qualquer tentativa de arrombamento da porta dos fundos ou das janelas ativará a sirene pelo alarme. ○ ○ • uma porta de entrada principal; ○ Desenvolveremos um circuito eletrônico de alarme que soará uma sirene quando houver invasão da casa. st ○ ○ od ○ • um jardim grande. ○ se ○ ○ rva ○ ○ ○ do ○ Colocamos também um monitoramento por câmeras de vídeo seqüenciadas (figura 79). ○ + 5V Câmera 1 Câmera 2 Câmera 3 a. ○ ○ + 12V uto ○ A + 5V ○ B S1 ○ S2 ○ C D CHAVEADOR DE VÍDEO ○ ○ TV ○ ○ ○ + 12V 110 Vac ○ ○ pia RELÉ ○ RX-1 Fechadura Elétrica ○ Có + 12V nã Sensor de Presença ○ oa + 12V Câmera 4 ad ○ 74LS150 MUX ○ Chave 2 Chave 3 riz Chave 1 ○ ○ ○ ○ Portas Internas e Janelas Sensores Tipo Chave NA Re ○ + 5V 110 Vac ○ ○ ○ + 12V M Motor do Portão ○ ○ ○ RELÉ CONTADOR ○ RELÉ MANUAL / AUTOMÁTICO ○ RX-2 110 Vac ○ + 12V ○ ○ + 12V ○ ○ Figura 79 - Esquema do alarme proposto Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/66 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. ai s tor Para que haja nível lógico UM na saída do CI é preciso que o sensor ligado ao terminal A se feche, ou que o sensor ligado ao terminal B se feche, ou que o sensor preso ao terminal C se feche ou, ainda, que o sensor de presença detecte algo à sua frente e envie nível lógico UM ao terminal D. . O dispositivo de controle é um CI multiplexador, cuja saída, quando em nível lógico UM, acionará a sirene do alarme. eit os au Note que S1 e S2 compartilham contato NF com os relés do portão e da fechadura, respectivamente. oa uto riz ad a. Re se rva do st od os os dir Quando o portão se abrir pelo acionamento do controle remoto, o contato S1 se abre inibindo o alarme. O mesmo ocorre com a fechadura da porta principal que, quando aberta pelo controle remoto, o alarme é inibido. Có pia nã Anotações e Dicas Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/67 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. tor ai s . Exercício Proposto Có pia nã oa uto riz ad a. Re se rva do st od os os dir eit os au A partir do circuito da página a seguir descreva o funcionamneto de cada uma das etapas. .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/68 ○ ○ ○ ○ ○ Có pia nã oa uto riz ad a. Re se rva do st od os os dir eit os au tor ai s . Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/69 ○ ○ ○ ○ ○ tor a is. Módulos de Amplificação Um sinal de áudio causa a variação de um sinal elétrico no tempo. au ○ ○ eit os ○ ○ Conheceremos nesta lição alguns circuitos utilizados na indústria, e faremos uma análise de seu funcionamento. ○ es ○ ○ .R ○ ○ ○ ○ ○ da Compressão Rarefação Normal ○ iza ○ Rarefação do ar Rarefação do ar er ○ ○ ○ va ○ Resumidamente os alto-falantes são compostos por uma bobina móvel imersa em um campo magnético forte e presa a um cone, com a fonte apresentada na figura 80. Compressão do ar do Compressão do ar ○ ○ ○ ○ ○ ○ Alto-falantes são dispositivos transdutores, que convertem sinais elétricos em sinais sonoros auditivos. od ○ ○ os ○ ○ ○ os ○ ○ ○ dir ○ ○ ○ A passagem de corrente pela bobina do alto-falante cria um campo magnético que varia de acordo com a variação da corrente. Os campos magnéticos interagem provocando o movimento da bobina do alto-falante, para frente e para trás conforme a polaridade do sinal elétrico e o sentido da corrente elétrica (figura 81). st 7 ○ lição Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. ○ ○ ○ nã oa uto r Cone ○ Magneto Ímã ○ ○ ○ ○ ○ Bobina ○ 1 ciclo ○ Aranha ○ ○ ○ ○ Se desejarmos potência sonora de um altofalante, temos que aumentar o fluxo de corrente na bobina do mesmo. Os módulos amplificadores ou estágios de potência fazem exatamente isto. ○ ○ ○ Bobina Figura 81 ○ Chassi Có pia Cone ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Figura 80 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/70 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. ○ ○ ○ Como aumentar o fluxo de corrente por uma carga de impedância 8, 4 ou 2 ohms? Aumentando a amplitude do sinal de saída e escolhendo os dispositivos de saída que suportem tal tensão e fluxo de corrente. Módulo Amplificador Alto-falante ○ ○ ○ ○ Auto-rádio ○ ○ Ligação do módulo ao auto-rádio ○ Figura 82 ○ ai s . ○ Não importa o processo utilizado, pois em se tratando de automóveis a alimentação é de 12VDC. Assim, 120W consumidos puxam 10A da bateria. ○ au ○ ○ ○ tor ○ ○ Este tipo de módulo foi muito utilizado. Seu circuito exigia dois transformadores e trabalhava em classe AB com transistores TBJ. O transformador de entrada servia para casar a impedância do módulo com a saída do aparelho. ○ ○ ○ ○ eit os ○ ○ As baterias de automóveis fornecem, após totalmente carregadas, 36 AH (ampéres-hora), 56 AH, 62 AH, etc., quanto mais ampéres-hora, maior será o volume da bateria. ○ ○ ○ dir Como o módulo trabalhava com o sinal já amplificado, o transformador servia para ajustar os níveis de tensão e corrente com seu estágio amplificador de potência classe AB. ○ ○ rva ○ TIP 105 Branco ○ ○ ○ se Entrada Marrom TIP 105 Lilás Controle Transformador de Saída ○ uto ○ ○ riz ○ ○ ad ○ ○ • módulo de amplificação com entrada de sinal de áudio em níveis padronizados. a. ○ ○ ○ Re ○ • módulo de amplificação de acoplamento direto à saída de potencia do auto-rádio; Laranja do ○ ○ Transformador Driver ○ Existem praticamente duas abordagens com relação a esses amplificadores: + 12V st ○ ○ Quantos ampéres são necessários para um equipamento que consuma 4.000 Watts a 12 VDC? od ○ ○ ○ os ○ ○ os ○ A opção é manter o motor do veículo ligado. Assim, toda a potência virá do alternador do veículo. ○ oa ○ ○ Figura 83 Note que o circuito é muito simples e todo o controle de graves, agudos, volume, efeitos, etc., fica a cargo do aparelho de áudio. A função do módulo é apenas amplificar (em potência) ainda mais o sinal. Como conseguir isto com apenas 12 V e a mesma carga de 8, 4 ou 2 ohms? ○ ○ ○ Có ○ ○ ○ pia ○ ○ ○ nã ○ ○ Observe na figura 82 o método de ligação do AMP ao aparelho. ○ Alto-falante ○ ○ ○ Auto-rádio ○ Calculando: ○ ○ ○ Ligação do auto-rádio ○ ○ ○ P= Vef2 [Watt RMS] R Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/71 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. magnéticos de alta-intensidade, condutores de baixíssima resistência e elementos móveis de baixo atrito consegue um rendimento melhor na conversão de energias. Ou seja, apesar de ambos terem as mesmas especificações, um tocará mais alto que o outro com a mesma potência elétrica dissipada. . ai s ○ ○ Produz 36 WRMS ○ tor 2Ω ○ Tabela 1 eit os ○ ○ ○ au ○ 18 WRMS ○ 9 WRMS 4Ω ○ 8.5 VRms com carga de 8Ω ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Supondo um sinal senoidal com freqüência fixa, teríamos 12 Volts pico-a-pico resultando em 8,5 Vef ou VRMS. Deste modo, na tabela 1, para cargas de 8Ω, 4Ω e 2Ω, a potência resusltante é de 9W, 18W e 36 W eficazes. ○ Estes módulos são modernos e de características diferentes. Não trabalham com o sinal de saída dos auto-rádios, mas sim com a saída de áudio do estágio de pré-amplificação, logo após os controles de volume, graves, agudos e balanço. ○ os ○ ○ ○ ○ dir ○ ○ Atualmente as cargas estão com 4 ohms. Desta forma cada canal pode produzir até 18 Watts RMS. ○ od ○ ○ ○ os ○ Somando as potências em um amplificador estéreo, teríamos 36 WRMS. Alto-falante ○ se ○ ○ rva ○ ○ ○ do ○ ○ Auto-rádio Saída de áudio (audio-out) a. ad ○ ○ ○ ○ ○ Re ○ ○ Considere isso sobre uma carga de 4 ohms, cada canal poderia dissipar no máximo 72 WRMS por canal ou 144 WRMS no modo estéreo. Saída de potência st ○ Utilizando amplificador classe AB com saída a transformador, é possível fazer com que cada semi-ciclo tenha a tensão máxima de 12 Volts, resultando em 24 Volts pico-apico ou 17 VRMS. Alto-falante ○ uto ○ ○ riz ○ ○ Chamamos a atenção de que estes valores de potência não tem nada a ver com intensidade sonora. São valores de energia elétrica dissipada pelo circuito ou consumo de energia elétrica. A unidade de medida que mede intensidade sonora é o deciBel. Módulo Amplificador ○ ○ oa ○ ○ Figura 84 ○ ○ nã ○ Observe, (figura 84) que a saída de potência do aparelho pode continuar a ser utilizada diretamente em alto-falantes. O módulo amplificador, (figura 85a e 85b) utiliza o sinal do terminal AUDIOOUT, que é uma saída de áudio em níveis padronizados. ○ ○ ○ Có ○ ○ ○ pia ○ Um sinal sonoro de 120 dB é muito alto e provoca no ser humano a sensação de dor no ouvido. ○ ○ ○ ○ ○ O dispositivo responsável por transformar a dissipação de energia elétrica em sinal acústico é o alto-falante. Dois alto-falantes de mesma potência, tamanho e impedância podem gerar intensidades sonoras diferentes. O alto-falante fabricado com elementos ○ ○ ○ ○ ○ ○ Alguns módulos têm internamente um conversor CC-CC para elevar o nível da tensão DC para 24 Volts ou até 40 volts e, com Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/72 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. isso, conseguir uma dissipação de energia maior na mesma carga de impedância de 4 ohms. GND +12V do st od os REMOTE os d ire ito s au t ora is . Lembramos que uma bateria pequena para automóvel com 36 AH pode fornecer em torno de 400 Watts em uma hora. Existem ainda baterias de 54AH, 60AH, etc. Re se rva Cabo para acionamento remoto REM OUT Auto-rádio Aterramento na carroceria do automóvel - + +12V Bateria de carro ori za d a. Fusível de 50A - oa ut Figura 85a - Módulo: lado da alimentação Có pia nã Anotações e Dicas todos os direitos autorais. Cópia não autorizada. Reservados 135/73 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. Line OUT (Audio) Auto-rádio + + - - Canal direito dir Canal esquerdo SPEAKER OUT eit os SPEAKER OUT au tor ai s . INPUT Alto-falante de 8 a 10 ohm os Alto-falante de 8 a 10 ohm st od os Figura 85b - Módulo: lado da saída oa uto riz ad a. Re se rva do Na figura 86 é apresentado um desenho esquemático no modo vista explodida com detalhes internos do módulo. Có pia nã Anotações e Dicas Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/74 ○ ○ ○ ○ ○ tor ai s . Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. eit os au Tampa os dir Dissipador de alumínio st od os Fusível do Placa de Circuito Impresso Terminal de alimentação +12VDC rva Transistores Power FET se Fusível oa uto riz ad a. Re Transistores Power FET Có pia nã Terminais de saída para alto-falante Fundo Figura 86 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/75 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. Sinal de entrada canal direito Sinal de saída canal direito POWER FET AMP +34V au +15V tor ai s PRÉ-AMP . Para conseguir uma potência maior, estes módulos utilizam o recurso de aumentar a tensão para alimentar os estágios de saída. Observe o diagrama de blocos deste amplificador na figura 87. Sinal de entrada canal esquerdo +34V PRÉ-AMP dir +15V eit os INVERSOR CC-CC +12V Sinal de saída canal esquerdo od os os POWER FET AMP st Figura 87 se rva do Os novos módulos utilizam saídas diretas pelos transistores sem o auxílio de transformadores de saída. Com isso reduz-se o tamanho e o peso do amplificador, em contra-partida é preciso acrescentar circuitos de proteção contra curto-circuito. riz ad a. Re Nesses novos módulos são utilizados os POWER FET, que suportam altas correntes, são rápidos no chaveamento e não apresentam os ruídos característicos dos transistores de junção, conforme mostra a figura 88. TO-3P 1. Gate 2. Drain (Flame) 3. Source nã oa uto TO-3P 1. Gate 2. Drain (Flame) 3. Source D pia D Có G 1 2 G 1 3 2SJ217 2 3 2SK1304 S S Figura 88 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/76 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. Utilizam-se, também, amplificadores operacionais híbridos com FET nas entradas para casar a impedância, balancear os níveis de entrada, filtrar ou realçar freqüências. ai s . Na figura 89 são apresentados esquemáticos característicos do amplificador operacional - Ao, modelo NJM4580L. NJM4580L - Amplificador Operacional Duplo tor PINAGEM 0 B + - 7 - A + + B - 6 4 5 2 3 4 5 6 7 8 os 1 eit os 3 A - + dir 2 au 8 1 NJM4580L od os NJM4580D, NJM4580E NJM4580M, NJM4580V st CIRCUITO INTERNO EQUIVALENTE a. Re se rva do V+ ad - ENTRADA nã oa uto riz + ENTRADA SAÍDA pia V+ Có Figura 89 - Características do A.O. NJM4580L Um circuito integrado fica responsável pela conversão CC-CC, mantendo os níveis de tensão estáveis e sem ruídos. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/77 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. TL494 - Controlador de PWM Controle de saída 6 Cr 8 C1 13 Oscilador 5 D Q 11 C2 CK Q 4 tor Controlador de tempo E1 ai s 9 . Rr 1,2V - EA (+) 16 + 15 - EA (-) Band Gap Reference 1 dir 2 0,7MA os EA (-) 2 3 os + Comp input 12 V cc 14 VREF 7 GND od 1 5V st EA (+) PWM Comp eit os au 10 E2 do Figura 90 a. Re se rva O circuito integrado TL494, controlador do conversor CC-CC por PWM, apresentado na figura 90, utiliza uma tensão de referência de 5 Volts para controlar seu oscilador interno, o qual comandará o chaveamento de transistores em PWM para um transformador elevador de tensão. uto riz ad Neste ponto, os + 12V da bateria serão chaveados nas bobinas do transformador, circulando correntes pelas bobinas em dezenas de ampéres. A potência extraída da bateria será dissipada na saída do amplificador, atingindo assim potências acima dos 100 Watts. pia nã oa No secundário do transformador teremos diferentes tensões e capacidades de corrente. Vale lembrar que a freqüência de chaveamento do primário não é 60 Hz como na rede elétrica e sim algo em torno de 40 kHz a 300 kHz. Có Para essas freqüências, guardadas as relações VOLT-ESPIRA, o núcleo deve ser de material permeável magnético, como o ferrite. São necessárias poucas espiras e a bitola do condutor deve ser tal que suporte correntes entre 40 e 50 ampéres. Nestas condições, o usuário do automóvel deve providenciar a troca da bateria do veículo pela maior possível ou formar um banco de baterias em paralelo, além de substituir o alternador do veículo por um de capacidade maior. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/78 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. tor ai s . Exercícios Propostos os dir eit os au 1 - O que indica a potência elétrica do amplificador? ( ) a) A altura que será tocada a música nos alto-falantes. ( ) b) O consumo de energia da fonte DC. ( ) c) Quanto deve custar o aparelho. ( ) d) Quanto maior, melhor o som. ( ) e) O tamanho do amplificador. rva do st od os 2 - Qual é o recurso utilizado para conseguir mais potência das baterias automotivas de + 12V em uma carga de 4 ohms? ( ) a) Utilizar um transformador de saída no amplificador. ( ) b) Aumentar a impedância. ( ) c) Aumentar as baterias. ( ) d) Colocar um divisor de freqüências. ( ) e) Eliminar os ruídos. uto riz ad a. Re se 3 - Os modernos amplificadores de potência utilizam qual recurso para conseguir maior potência de saída? ( ) a) Utilizam um conversor CC-CC para gerar uma tensão maior e mais corrente. ( ) b) Aumentar a impedância. ( ) c) Aumentar as baterias. ( ) d) Colocar um divisor de freqüências. ( ) e) Eliminar os ruídos. Có pia nã oa 4 - Como podemos dividir os amplificadores em relação ao estágio de saída? ( ) a) Classe AB - PWM - híbridos. ( ) b) Saída a transformador - saída direta a transistores FET. ( ) c) Saída a indutor - entrada direta a transistor. ( ) d) Entrada a transistor - saída a transistor. ( ) e) Nenhuma das alternativas anteriores. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/79 ○ ○ ○ ○ ○ Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. tor ai s . Respostas dos Exercícios Propostos au Lição 1 eit os 1 - Sensores analógicos retornam com um valor de tensão, corrente, resistência, capacitância ou indutância proporcional a cada variação da grandeza física. dir 2-C os 3-E od os 4-D st Lição 2 do 1-B rva 2-E Re se 3-B riz ad a. 4 - Tempo desejado 5,3 segundos, cada pulso de CLOCK é de 0,01 segundo. Logo 5,3/0,01 = 530 pulsos de CLOCK gastam 5,3 segundos, Convertendo 530 em binário 0010000100102 onde cada zero corresponde a um INVERSOR. uto 5 - B+ VCC oa GND 10 Input pulses * C 1 nF Saída 10 kΩ pia * R Có 555 nã 1 kΩ Reset VDD 16 12 Stage Riplle Counter Q1 Q2 Q3 Q4 2 4 13 12 14 15 1 Q6 Q7 Q8 Q9 3 Q5 CD 4040 10 µF 10 µF 11 4,7 kΩ 9 7 6 5 Para acionador da Carga 8 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/80 Cópia não autorizada. Reservados Instituto Monitor todos os direitos autorais. 6-A 7-A Lição 3 1-A ai s . 2-C tor 3- 1 2 3 20 dir 21 0 23 22 eit os au 4-A 19 os 4 6 od 18 os 5 17 st 7 16 9 11 12 rva 13 10 a. Re se 14 do 8 15 ad 5-D riz 6-A uto 7-E oa Lição 4 Lição 5 pia 3-A Có 2-A nã 1-A 1-B 2-A 3-A 4-B Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/81 Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. tor ai s . Bibliografia eit os au Patente Americana do Timer Eletro-Mecânico e Controle de Semáforo. os os Catálogo de fabricantes diversos de dispositivos sensores. dir Data sheet de diversos componentes MOTOROLA, INTEL, ATMEL, TEXAS INSTRUMENTS, FAIRCHILD, SIEMENS, NEC. st od Apostilas de microprocessadores e microcontroladores do Prof. Wilson Ruiz – CEFET-SP. do Apostilas de Rádio – Prof. Wilson Araújo – CEETEPS-SP. rva Service Manual XM-2100G da Sony. Re se Site de eletrônica a. Prof. Edgar Zuim - CEETEPS-SP. Có pia nã oa uto riz ad www.ezuim.com. Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais. 135/82
