Introdução aos multivibradores e circuito integrado 555

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1 2 Capíulo Inrodução aos mulivibradores e circuio inegrado 555 Mea dese capíulo Enender o princípio de funcionameno dos diversos ipos de mulivibradores e esudo do circuio inegrado 555. objeivos Enender o princípio de funcionameno dos mulivibradores e dos circuios inegrados 555; Analisar os diversos ipos de mulivibradores monados com o circuio inegrado 555. Pré-requisios Ter esudado o capíulo sobre osciladores de relaxação. Coninuidade A coninuidade no esudo dos mulivibradores se dará pelo esudo dos seus ipos: monoesáveis, biesáveis e asáveis. Prof. Fernando Miranda Florianópolis, fevereiro de 203.

2 Capíulo 2 Mulivibradores e circuio inegrado Inrodução Circuios mulivibradores são circuios que podem variar sua saída para dois esados disinos. Tem como caracerísica principal possuir a ampliude do sinal oscilane bem definida, um ganho de malha muio elevado, e apresena uma onda quadrada na saída. Em circuios que uilizam ransisores, os mesmos rabalharão nas regiões de core e sauração do disposiivo, diferene dos ouros osciladores que rabalharão em sua região aiva. 2 Tipos de mulivibradores Exisem rês ipos de circuios mulivibradores: monoesáveis, biesáveis e os asáveis. Os mulivibradores monoesáveis possuem como caracerísica apresenar apenas um esado esável, sendo que no esado insável, que pode ser esimulado por um pulso de gailho, o sinal deverá permanecer apenas por um deerminado período. Após o érmino desse período o circuio deverá reornar para o esado de origem esável. Na figura é ilusrada a esruura equivalene e seu comporameno. V i Gailho Gailho G inverida V o (a) Figura Mulivibrador monoesável (a) Esquemáico; (b) Sinal de saída. (b) Os mulivibradores biesáveis possuem como caracerísica apresenar apenas dois esados esáveis, que aparecem na presença de um pulso de enrada. Após o érmino desse período o circuio deverá reornar para o esado de origem esável. Na figura 2 é ilusrada a esruura equivalene e seu comporameno. Osciladores e Mulivibradores

3 Capíulo 2 Mulivibradores e circuio inegrado V i Gailho Gailho G inverida V o (a) Figura 2 Mulivibrador biesável (a) Esquemáico; (b) Sinal de saída. (b) Os mulivibradores asáveis possuem como caracerísica não apresenar esado esável, sem a necessidade de disparo de exciação, manendo uma oscilação consane. Na figura 3 é ilusrada a esruura equivalene e seu comporameno. V o inverida (a) Figura 3 Mulivibrador biesável (a) Esquemáico; (b) Sinal de saída. (b) 3 Circuio Inegrado 555 O circuio inegrado 555 é um disposiivo fabricado para aplicações gerais de emporização, fácil de enconrar no mercado e de simples funcionameno. Esse disposiivo pode ser usado ano como um circuio mulivibrador monoesável, e ambém como mulivibradores asáveis e biesáveis. A sua alimenação fica na faixa de +5 V aé +8 V e sua saída possui a capacidade de drenar correnes de aé 200 ma, permiindo o comando direo de disposiivos de maior poência, ais como relés, lâmpadas, enre ouros. Em sua função sand-by, o consumo dos componenes inernos do disposiivo fica na faixa de 0 ma. O seu encapsulameno e componenes inernos são mosrados na figura 4. Osciladores e Mulivibradores

4 Capíulo 2 Mulivibradores e circuio inegrado (a) Figura 4 Circuio Inegrado 555 (a) Pinagem e esquemáico do circuio; (b) Foo do disposiivo. (b) O disposiivo possui uma enrada chamada de limie ou limiar que fica siuada no pino 6 e oura chamada de conrole siuada no pino 5. uando houver uma ensão na enrada limie de aproximadamene 2/3 de V cc e superior à enrada de conrole, o circuio comparador deverá inroduzir nível lógico baixo no flip-flop RS, disposiivos eses que esão disposos inernamene no circuio inegrado. Há ambém uma enrada chamada de descarga que fica no pino 2 do disposiivo, que se for aplicada uma ensão superior a /3 de V cc, a saída de um segundo circuio comparador deverá inroduzir nível lógico alo no flip-flop RS. A combinação das ensões inseridas nos pinos 6 e 2 do disposiivo, caso descrio aneriormene, resulará no nível lógico baixo na saída que fica no pino 3. Aplicando os poenciais inversos, ou seja, no pino 6 ensão inferior a 2/3 de V cc e no pino 2 ensão inferior a /3 de V cc, a saída no pino 3 apresenará o seu nível lógico em alo. O pino 7 é conecado a um ransisor de descarga, que é comandado pela saída Ǫ inverida do flip-flop. No pino 4 (rese), caso seja ligado a um poencial com valor baixo, a saída do disposiivo será forçado ao nível lógico baixo. Essa operação do circuio inegrado 555 é demonsrada na figura 5. Figura 5 Esquema de funcionameno do circuio inegrado 555. Osciladores e Mulivibradores

5 Capíulo 2 Mulivibradores e circuio inegrado Mulivibrador Monoesável com o Circuio Inegrado 555 Devido à versailidade do circuio inegrado 555, pode-se uilizá-lo como mulivibrador. No caso do mulivibrador monoesável, ilusrado na figura 6, seu princípio de funcionameno baseia-se no disparo no pino 2 efeuado pela chave b, que insere uma ensão inferior a /3 de V cc e por sua vez inroduzirá o nível lógico alo na enrada do erminal S do flip-flop. O resulado dessa ação será um nível lógico baixo na saída Ǭ do flip-flop, core no ransisor de descarga e a saída do C.I. 555 esará no nível lógico alo. No mesmo empo em que ocorre o disparo no pino 2, ambém ocorrerá a carga do capacior C aravés da correne que circulará em R. uando a carga do capacior C chegar a um valor superior a 2/3 de V cc no pino 6, o flip-flop será reseado, resulando em um nível lógico alo na saída Ǭ do flip-flop, e consequenemene a sauração do ransisor de descarga. O ransisor descarregará o capacior C e a saída do C.I. 555 passará para o nível lógico baixo. O circuio permanecerá nessa condição aé que seja novamene acionada a chave b. Vcc b Rd R C S C Figura 6 Circuio mulivibrador monoesável com circuio inegrado 555. Percebe-se que no período de funcionameno o nível lógico alo eseve presene na saída do circuio somene quando o capacior C esava carregando, por esse moivo o empo de acionameno do disposiivo é relacionada aos elemenos RC do circuio. A expressão que represena a carga do capacior no momeno do disparo é dada por: v C ( ) = V e Para: v C ( ) = 2 3 V cc 2 3 V cc = V e Osciladores e Mulivibradores

6 Capíulo 2 Mulivibradores e circuio inegrado V cc = V cc 2 3 = e 3 = e e ln 3 = ln e ln( ) ln( 3) = R C ln ( e ) 0,0986 = R C =, R C da figura 7. O comporameno do circuio mulivibrador monoesável pode ver verificado no gráfico Figura 7 Gráfico do mulivibrador monoesável com circuio inegrado 555 (saída com relação ao disparo). Osciladores e Mulivibradores

7 Capíulo 2 Mulivibradores e circuio inegrado Mulivibrador Asável com o Circuio Inegrado 555 Para o caso do mulivibrador asável ilusrado na figura 8, quando o capacior esá descarregado em-se uma ensão inferior a /3 de V cc nos pinos 2 e 6, porano o flip-flop esará com a saída Ǫ no nível lógico alo e Ǭ no nível lógico baixo. O ransisor de descarga esará corado, permiindo assim que o capacior C carregue aravés de Rb e Ra. Nesse insane a saída do circuio esará no nível lógico alo. Vcc Rb Ra C S 2 5 C Figura 8 Circuio mulivibrador monoesável com circuio inegrado 555. Assim que o capacior aingir um valor superior a 2/3 de V cc, o poencial dos pinos 2 e 6 comuará a saída Ǫ do flip-flop para o nível lógico baixo e Ǭ para o nível lógico alo. Nessa condição o ransisor de descarga iniciará o seu período de descarga aravés de Ra. Esse processo será reiniciado após o valor de ensão no capacior C enha um valor inferior a /3 de V cc. A expressão que represena a carga do capacior no momeno do disparo é dada por: Para: v C ( ) = 3 V cc 3 V cc 3 V cc = V cc = e 3 = V e e 2 3 = e ln 2 3 = ln e 0,693,0986 = = 0,4055 R C R C Osciladores e Mulivibradores

8 Capíulo 2 Mulivibradores e circuio inegrado Como a carga e descarga do capacior C serão realizadas enre os períodos de /3 de V cc e 2/3 de V cc, pode-se considerar que: carga = alo =,0986 R C 0,4055 R C = 0,693 R C alo = 0,693 ( Ra + Rb) C Para a descarga do capacior C ambém considera-se os períodos da carga, porém esse eveno correrá somene em Ra. A expressão do empo de descarga ficará a seguine: descarga = baixo = 0,693 Ra C Pode-se ambém deerminar a frequência de operação do mulivibrador asável conforme a expressão abaixo: f osc = 0,693 ( 2 Ra + Rb) C,4428 f osc = ( 2 Ra + Rb) C figura 9. O comporameno do circuio mulivibrador asável pode ser verificado no gráfico da Figura 9 Gráfico do mulivibrador asável com circuio inegrado 555 (saída com relação a ensão no capacior). Osciladores e Mulivibradores

9 Capíulo 2 Mulivibradores e circuio inegrado Mulivibrador Biesável com o Circuio Inegrado 555 O desenvolvimeno dos mulivibradores biesáveis com o 555 ambém é possível, uilizando um gailho para as mudanças de esados e seu funcionameno baseado na carga e descarga de um capacior a ser uilizado. O esquemáico do circuio biesável com 555 esá ilusrado na figura 0. Na condição inicial, devido aos divisores de ensão Rc e Rd, o poencial nos pinos 6 e 2 será menor que 2/3 de V cc e maior que /3 de V cc. Essa condição inroduz nível lógico alo na enrada R e S do flip-flop, que por sua vez não alera a saída do circuio, que inicialmene é zero (nível lógico baixo). uando a chave b é acionada, o poencial nos erminais 6 e 2 deverá ser próximo de zero, devido ao ransisor de descarga esar saurado (pino 7), esado que maném o capacior descarregado. Nesse momeno a enrada R do flip-flop esará no nível lógico baixo e a enrada S esará no nível lógico alo, alerando a saída do circuio para o nível lógico alo. Com a saída no nível lógico alo, o ransisor de descarga esará em core, possibiliando assim a carga do capacior C, aravés de Ra e Rb. O circuio manerá na saída o mesmo valor do nível lógico aé que seja novamene acionada a chave b. Essa nova condição inroduzirá um poencial nos erminais 6 e 2 próximo de V cc, ou seja, maior que 2/3 de V cc e /3 de V cc ), sendo inroduzido em R o nível lógico alo e em S o nível lógico baixo. A saída do circuio volará novamene ao nível lógico baixo, que por consequência alera o ransisor para o esado de sauração e descarregará o capacior C. Para o cálculo do empo de carga e descarga do capacior, pode-se considerar o mesmo caso demonsrado no circuio mulivibrador asável, ou seja: carga = alo = 0,693 ( Ra + Rb) C descarga = baixo = 0,693 Ra C Vcc Rb Ra b Rd Rc S 2 5 C C Figura 0 Circuio mulivibrador biesável com circuio inegrado 555. O comporameno do circuio mulivibrador biesável pode ver verificado no gráfico da figura. Osciladores e Mulivibradores

10 Capíulo 2 Mulivibradores e circuio inegrado Figura Gráfico do mulivibrador biesável com circuio inegrado 555 (saída com relação ao disparo). Exercícios Específicos Exercício 0: Projee um circuio mulivibrador monoesável, a parir de um circuio inegrado 555, considerando que o empo de acionameno (nível lógico alo) de 0s. Exercício 02: Projee um circuio mulivibrador asável, a parir de um circuio inegrado 555, para que o mesmo oscile em uma frequência de khz. Exercício 03: Projee um circuio mulivibrador biesável, a parir de um circuio inegrado Referências [] A. P. MALVINO. Elerônica. Volumes e 2. Ediora McGraw Hill do Brasil, São Paulo, 987. Osciladores e Mulivibradores

11 Capíulo 2 Mulivibradores e circuio inegrado 555 [2] LALOND, David E.; Ross, John A. Princípios de Disposiivos e Circuios Elerônicos volumes e 2. Makron Books. São Paulo, 999. [3] Rosa L.; Pereira F.C. Série Elerônica volume Aposila Senai/SC São José, [4] SOBRINHO, J. P. F.; Carvalho, J. A. D. Osciladores. Ediora Érica. São Paulo, 992. Osciladores e Mulivibradores