ATENÇÃO: A partir da amostra da aula, terá uma idéia de onde o treinamento de eletroeletrônica poderá lhe levar.
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- Dalila Jardim Penha
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1 ATENÇÃO: O material a seguir é parte de uma das aulas da apostila de MÓDULO 3 que por sua vez, faz parte do CURSO de ELETRO ANALÓGICA -DIGITAL que vai do MÓDULO 1 ao 4. A partir da amostra da aula, terá uma idéia de onde o treinamento de eletroeletrônica poderá lhe levar. Você poderá adquirir o arquivo digital da apostila completa (16 aulas), ou ainda na forma impressa que será enviada por por correio. Entre na nova loja virtual CTA Eletrônica e veja como: Além de ter a apostila e estuda-la, torne-se aluno e assim poderá tirar dúvidas de cada uma das questões dos blocos atrelados a cada uma das aulas da apostila, receber as respostas por , fazer parte do ranking de módulos e após a conclusão do módulo com prova final, participar do ranking geral e poder ser chamado por empresas do ramo de eletroeletrônica. Saiba mais como se tornar um aluno acessando nossa página de cursos:
2 APOSTILA GERAL MÓDULO - 3 AULA 7 OSCILADORES E MULTIVIBRADORES - I Oscilador com Unijunção - montagem prática Tanque ressonante e multiplicador de frequência Oscilador Armstrong-Hartley-Colpitts e Cristal Multivibrador astável e Timer 555 Os osciladores são circuitos eletrônicos que produzem, independente da entrada de algum sinal, uma forma de onda variável com uma frequência e forma de onda bem definida, sendo esta forma, geralmente senoidal, dente de serra ou quadrada (retangulares ou pulsantes). Assim, é um circuito independente que trabalha somente com uma tensão de alimentação DC. Existem várias tipos e classificações de osciladores, onde iremos começar pelos mais simples, baseados na carga e descarga de um capacitor, como na figura 1. E Este circuito já foi estudado na aula anterior, quando falamos do transistor unijunção, mas sem a preocupação específica de detalhar o circuito oscilador. Neste, temos o capacitor que inicialmente vai estar descarregado e será carregado gradativamente por através de uma corrente circulante por ele, que poderemos chamar de I1; quando a tensão em for suficiente para polarizar este irá saturar descarregando e voltando a ficar cortado, reiniciando o ciclo com nova carga de. Com isso criaremos sobre uma forma de onda conhecida como DENTE-DE-SERRA, onda características de um oscilador baseado em formador de rampa, criada através da carga e descarga de um capacitor. Funcionamento: em um dado instante, o capacitor estará descarregado, tendo zero volt entre seus terminais, mantendo cortado, começando logo em seguida, a carga de através da corrente I1, como na figura 2a. Passado algum tempo, atinge a tensão de B2 B1 OSCILADORES figura 1 disparo de que irá saturar, funcionando como uma chave fechada, começando o processo de descarga de através da corrente I3, até que se descarregue e corte novamente, como mostra a figura 2b. Com isso teremos ciclos sucessivos com cargas e descargas de gerando uma onda dente de serra sobre e uma onda quase retangular sobre, como mostra a figura 3. Este circuito oscilador permanecerá oscilando indefinidamente enquanto estiver alimentado pela tensão de 12V, independente de qualquer sinal externo. Estes circuitos são chamados de auto-oscilantes. Temos aqui um exemplo simples de um oscilador baseado na carga e descarga de um capacitor auxiliado por um transistor que irá trabalhar em corte e saturação, permitindo com isso a carga e descarga do capacitor. Podemos verificar duas formas de onda sendo criadas pelo circuito: dente de serra (carga e descarga do capacitor) e a retangular ou quadrada (pelo corte e saturação do transistor). AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO I1 I3 Vc Vc t t figura 2 figura 3 69
3 APOSTILA GERAL MÓDULO - 3 figura 4 Dente de Serra gerada pela carga e desca4rga de Onda retangular gerada pelo corte e saturação do transistor unijunção circuito uma chave seletora, para troca de valores de componentes e assim obter diversas faixas de tempo. figura 6 M O N T A G E M P R Á T I C A S U G E R I D A : TEMPORIZADOR LINEAR retirado de: adores.htm Um grave problema nos circuitos formadores de rampa em osciladores é a carga do capacitor que não ocorre de forma linear, ou seja, inicialmente a tensão de carga varia rápido diminuindo sua variação à medida que o capacitor vai sendo carregado. A escala da temporização, pode ser linearizada com maior precisão na determinação de intervalos figura 5 O circuito é alimentado com uma bateria de 9V e o relé ativado pode controlar cargas de correntes bastante intensas como por exemplo aparelhos eletrodomésticos alimentados pela rede local com mais de 20 watts. Características: Tensão de alimentação... 12V Consumo durante a temporização...5 ma Faixa de tempo...0 a 30 minutos Potência máxima da carga watts de tempo, tanto curtos como longos. Este simples temporizador ativa um relé no final do tempo programado. A carga de um capacitor, princípio normalmente usado na maioria dos osciladores, ocorre segundo uma curva exponencial em que temos maior precisão de ajuste para os curtos intervalos e menor precisão para os longos intervalos, conforme sugere a figura 5. Este comportamento faz com que, na maioria dos temporizadores tenhamos escalas não muito cômodas para os ajustes de tempo. O que propomos neste circuito é algo diferente. O nosso temporizador também funciona segundo o princípio citado: a carga de um capacitor. No entanto, isso ocorre a partir de uma fonte de corrente constante. O resultado é uma linearização desta carga, que se reflete na facilidade dos ajustes e na própria elaboração da escala (figura 6). Os intervalos obtidos com o temporizador descrito podem chegar a pouco mais de meia hora, dependendo dos componentes utilizados. Para uma aplicação em que tanto intervalos curtos como longos são necessários, sugerimos acrescentar ao COMO FUNCIONA Para carregar um capacitor através de um resistor variável (P1) utilizamos um transistor que funciona como fonte de corrente constante. Desta forma, com a fonte inicialmente desconectada e o capacitor descarregado, a corrente que flui pelo circuito tem um certo valor determinado pela polarização de D1. Inicialmente, a carga do capacitor, exigirá do transistor uma corrente mais alta, que produzirá queda de tensão sobre P1. Como a base já existe um diodo, mantendo-a com 0,6V a menos que a alimentação, qualquer queda de tensão em P1, despolarizará o transistor, mantendo um mínima corrente entre coletor e emissor de Q1 e claro não figura 7 D1 1N AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO Q1 BC558 47k 100uF P1 100k S2 120 Q2 2N2646 D2 1N K1 relé 12V SCR TI06 C2 100uF S1 B1 12V
4 APOSTILA GERAL MÓDULO - 3 somente tornando a carga linear, como também conjugado a P1 enquanto que S2 é um interruptor aumentando consideravelmente o tempo de carga. de pressão comum. Quando a tensão nas armaduras do capacitor atinge um certo valor, o transistor unijunção PROVA E USO dispara, e um pulso é aplicado à comporta do SCR. Ajuste P1 inicialmente para um tempo pequeno Este pulso é suficiente para disparar o SCR, (menor resistência) e ligue S1. Em alguns levando à plena condução e assim energizando a segundos você deve ouvir o estalo do relé que bobina do relé, que fecha seus contatos. fechará seus contatos. Após o disparo, desligue S1 Após a produção do pulso de disparo pelo e pressione por um momento S2 para descarregar unijunção, este componente desliga e um novo. ciclo de carga de é iniciado. No entanto, o SCR Depois, tomando como base um cronômetro não desliga, mantendo assim o relé energizado. comum ou mesmo um relógio, vá obtendo Para rearmar o circuito é preciso desligar por um intervalos de tempo diversos e marcando os pontos momento a fonte de alimentação. E, para que o correspondentes na escala de P1. A cada tempo processo de contagem de tempo comece do zero, é obtido desligue S1 e pressione S2. preciso descarregar completamente o capacitor Para usar o aparelho, opere-o sempre na seguinte, o que se consegue pressionando o interruptor sequência: ajuste o tempo, pressione S2 e somente S2 por um instante. depois ligue S1. O relé utilizado tem bobina para 12V, no entanto Para ligar uma carga após o intervalo programado como existe uma queda de tensão de ela deve ser conectada entre B e C e para desligar, aproximadamente 2V no SCR, a alimentação faça sua conexão entre A e B. mínima recomendada para um bom funcionamento do relé é de 9V. Sugerimos o emprego de pilhas LISTA DE MATERIAL comuns e não de bateria, dada a corrente Q1 - BC558 ou equivalente - transistor PNP de uso relativamente alta que se necessita no momento geral em que o relé fecha seus contatos. Q2-2N transistor unijunção SCR - TIC 106 ou equivalente MONTAGEM D1, D2-1N diodos de silício Na figura 7 temos o diagrama completo do K1 - relé de 12V temporizador. Como se trata de projeto bastante P1-100 Kohms- potenciômetro simples, indicado aos iniciantes e estudantes, S1 - interruptor simples damos a versão em ponte de terminais, mostrada S2 - interruptor de pressão na figura 8. B1-12V - 8 pilhas pequenas ou médias O transistor Q1 pode ser substituído por - 47 Kohms, 1/8w - resistor (amarelo, violeta, equivalentes como o BC557 ou BC556, mas Q2 laranja) deve ser obrigatoriamente um unijunção 2N ohms, 1/8w - resistor (marrom, vermelho, O TI06 preferivelmente deve ser o de menor marrom) tensão (sem letra) que custa mais barato e neste - 100ohms, 1/8w - resistor (marrom, preto, caso não necessita de radiador de calor. marrom) O diodo D1, assim como D2 pode ser o 1N4002 ou uf a 1000 uf, 16V ou mais - capacitor qualquer equivalente de silício já que não se trata eletrolítico de componente crítico. O relé recomendado é o C2-100 uf, 12V - capacitor eletrolítico utilizado na montagem de módulo 2, com bobina de Diversos: ponte de terminais, caixa para 12V. montagem, suporte para pilhas, botão para o Os resistores são todos de 1/8 ou 1/4W com 5% de potenciômetro, escala para o potenciômetro, tolerância e os capacitores eletrolíticos devem ter terminais de saída para a carga controlada, fios, uma tensão de trabalho de 16V ou mais. solda, etc. P1 é um potenciômetro de ajuste de tempo e seu valor pode ser aumentado figura 8 para 220Kohms ou mesmo 470Kohms, caso sejam n e c e s s á r i o s m a i o r e s intervalos de temporização. O valor de recomendado é de 1000 uf. P a r a a a l i m e n t a ç ã o, sugerimos o uso de fonte ou então 8 pilhas pequenas ou médias. O interruptor S1 pode ser AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 71
5 APOSTILA GERAL MÓDULO - 3 Na apostila de módulo 2, estudamos os filtros agora começa a descarga do capacitor, devido a baseados em capacitores e indutores como o TRAP corrente circulante pelo indutor, transformando o (armadilha) e o BPF (passa faixa). Mas, a campo elétrico armazenado no capacitor num associação dos capacitores com indutores além de campo magnético que estará em expansão no formar filtros também formam circuitos oscilantes indutor, mantendo a polaridade positiva acima do ou ressonantes, dentre eles podemos destacar o indutor e negativa em baixo (terra); teremos a tanque ressonante, que se parece muito com um segunda parte (b) do ciclo de oscilação do tanque BPF (ou TRAP) pois na realidade ele não deixa de ressonante como mostra a figura 10b. ser um BPF ou sintonizador de frequência. Para melhor explicar o tanque ressonante vamos analisar a figura 9. TANQUE RESSONANTE figura 9 Com a carga do capacitor a reatância do indutor diminui e após ficar aberta, a baixa reatância do indutor vai descarregar o capacitor, e com a circulação de corrente pelo indutor vai gerar campo magnético.. L1 figura 10b Quando toda a carga do capacitor tiver sido transferida para o indutor na forma de campo magnético a corrente circulante irá diminuir até Nela podemos ver um capacitor em paralelo com zero, criando uma variação negativa sobre o uma bobina (indutor), ligados a uma fonte de 12V indutor, fazendo o campo magnético que estava em através da chave. Vamos analisar este circuito: expansão sobre o indutor se contrair, gerando uma Inicialmente o capacitor está descarregado e diferença de potencial inversa sobre o indutor; quando fechamos a chave, começa circular uma acima da bobina tínhamos um potencial positivo corrente da fonte () para o capacitor, que agora se torna negativo e abaixo do indutor começando a carga do mesmo. Devido a variação (terra) teremos agora um potencial positivo. Essa de tensão sobre a bobina L, a reatância indutiva de diferença de potencial ira gerar uma corrente L1 faz com que o indutor funcione como um resistor elétrica que irá carregar o capacitor só que agora de de alto valor e por isso não haverá quase corrente maneira inversa, com o potencial positivo abaixo do circulante sobre L1 e consequentemente não capacitor (ponto de terra); teremos novamente a haverá criação de campo magnético. Assim transformação de energia magnética do campo da teremos a primeira parte (a) do ciclo de oscilação, que pode ser conferido na figura 10a. No instante inicial com fechada, o capacitor se comporta como chave fechada, aumentando sua reatância ao passo que se carrega, e após sua carga abrimos. bobina, que está se contraindo, em energia elétrica na forma de potencial elétrico, com o armazenamento das cargas no capacitor; teremos então a terceira parte (c) do ciclo de oscilação, mostrado na figura 10c. Quando o capacitor estiver descarregado haverá um retorno do campo, induzindo uma d.d.p inversa no indutor. figura 10c figura 10a Depois da carga de, a chave é aberta e Nesse instante, o capacitor se comporta como chave fechada, transitando para assim permanecerá. Como o capacitor já chave aberta ao passo que se carrega. completou sua carga não haverá mais variação de tensão e a reatância indutiva de L1 cai para zero e Finalmente o capacitor volta a se carregar 72 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO
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