EXPERIMENTS MANUAL Manual de Experimentos Manual de Experimentos

555 M-1108A *Only illustrative image./imagen meramente ilustrativa./ Imagem meramente ilustrativa. EXPERIMENTS MANUAL Manual de Experimentos Manual de Experimentos

Conteúdo 1. Introdução... 2 2. Experiência 01: O Circuito Integrado 555 Astável... 3 3. Experiência 02: O Circuito Integrado 555 Monoestável...12 4. Experiência 03: O Circuito Integrado 555 Cadeia de Monoestáveis...18 1

M-1108A - 555 1. Introdução A unidade que passaremos a chamar de maleta será a base onde será colocada a placa M-1108A na qual serão montados os circuitos. A foto a seguir mostra a placa M-1108A na qual serão montados as experiências. 2

2. Experiência 01: O Circuito Integrado 555 Astável 2.1 Objetivos 1. Verificar o funcionamento do CI 555 como astável. 2. Verificar o funcionamento do CI 555 como pisca-pisca. 2.2 Materiais Utilizados 1. Placa 1108A. (1) 2. Multímetro Digital. (1) 3. Osciloscópio Dois Canais. (1) 4. Maleta de Experiências. (1) 2.3 Introdução Teórica É um C.I muito versátil, sendo usado em todas as áreas de eletrônica, sendo um circuito misto tem internamente circuitos analógicos como o operacional e circuitos digitais como o Flip Flop. A) 1 GND 2 Trigger (Disparo) 3 Saída 4 Reset 5 Controle de tensão 6 Threshold (Limiar) 7 Descarga 8 V CC B) Figura 1: CI 555 - A) Pinagem e B) Diagrama de Blocos. 3

Os resistores R (5kΩ) formam um divisor de tensão, em cada um dos resistores existe uma Tensão de V CC / 3. Os principais elementos do Diagrama de Blocos são: Comparadores (1): Em um comparador a saída será alta (nível lógico 1 ou V CC ) se V + > V - e será baixa (nível lógico 0 ou 0V) se V + V -. A Figura 2A mostra um comparador com a saída alta e a Figura 2B com saída baixa. A) B) Figura 2: Comparadores - A) Saída Alta e B) Saída Baixa. No 555 a tensão no pino 2 (Trigger) é sempre comparada com V CC /3, enquanto a tensão no pino 6 (Threshold ) é comparada com. Flip Flop RS (2): É um biestável, isto é, tem dois estados estáveis e a mudança de estado se faz de acordo com a Tabela Verdade dada na Figura 3B, o símbolo está representado na Figura 3A. A) B) Figura 3: Flip-Flop RS - A) Símbolo e B) Tabela Verdade. Buffer de Saída (3): Tem como finalidade aumentar a capacidade de corrente do CI. A corrente de saída do CI está limitada a 200mA, podendo entrar ou sair. Observe que o buffer inverte a sua entrada, isto é, a saída do CI é Q. Figura 4: Buffer de Saída. 4

Transistor interno (TR): Opera saturado quando = 1 ou cortado quando = 0, o coletor é o pino 7 e o emissor o pino 1 (GND). Operação Astável: O Circuito Básico é o da Figura 5A, sendo a Figura 5B o mesmo circuito considerando o diagrama de blocos interno. A) B) Figura 5: Astável - A) Circuito Básico e B) Diagrama de Bloco. Na Figura 5, V C = V 6 = V 2, e como inicialmente S = 1 (pois V C = V 6 = V 2 = 0 e a tensão na entrada não inversora do comparador de baixo é Vcc/3) e R = 0 (pois a tensão na entrada não inversora é V C = V 6 = V 2 = 0 e a tensão na entrada inversora do comparador de cima é 2/3 de Vcc), portanto de acordo com a Tabela Verdade do FF a saída Q=1 (saída complementar 0) e V saida = V CC. Como o transistor interno esta cortado, C começa a se carregar através de R A + R B. Quando Vc > Vcc/3 então R = S = 0, o que mantém o estado do FF interno, isto é, Q = 1, saída Vcc. 5

Quando o FF resetará, isto é, na Figura 5 R = 1 e S = 0 e nesse instante a saída vai a zero, saturando o transistor interno e fazendo C se descarregar através de R B e pelo transistor interno. Quando a tensão em C cair abaixo de V CC /3, novamente S = 1 e R = 0 setando o FF e portanto a saída volta para V CC e o transistor corta fazendo o capacitor se carregar por R A + R B e o ciclo se repete. A Figura 6 mostra o comportamento do circuito do ponto de vista dos gráficos. O tempo que a saída fica em nível alto é denominado T H (High = alto em inglês) e o tempo que a saída fica em nível baixo T L (Low = baixo em inglês). A) Figura 6: Formas de Onda Astável - A) no capacitor e B) na saída. Os tempos alto (T H ) e baixo (T L ) são calculados por : T H = 0,69.( R A + R B ).C e T L = 0,69.R B.C Observe que o tempo alto é maior que o tempo baixo, pois a carga se dá por (R A + R B ) e a descarga por R B. Caso se deseje tempos iguais deve-se impor R B muito maior do que R A, sendo que R A deve ter valor de pelo menos 1kΩ para que o transistor interno não sofra danos. As expressões de T H e T L podem ser generalizadas para: T H = 0,69.R Carga.C e T L = 0,69.R Descarga.C onde R Carga é a resistência equivalente que C vê durante a carga e R Descarga é a resistência equivalente que C vê na descarga, desta forma é possível, modificando os caminhos de carga e descarga obter T H diferente de T L. 6 B)

2.4 Procedimento Experimental 1. Para o circuito da Figura 7, calcule o período das oscilações (T, T H e T L ) e anote. Figura 7: Astável. Calculado: T L = T H = T = 2. Monte o circuito da Figura 7 de acordo com o layout da Figura 8 e com o auxilio de um osciloscópio anote as formas de onda de saída (V S ) e no capacitor (V C ) medindo os tempos alto (T H ), baixo (T L ) e período (T). Use o quadriculado para anotar as formas de onda. Figura 8: Layout do circuito da Figura 7. Medido: T L = T H = T = Obs: O capacitor no pino de controle (CONT) tem a finalidade de filtrar ruído mantendo a tensão no pino 5 (2/3 de Vcc). Verifique o funcionamento sem o mesmo. 7

3. Compare os resultados calculados com os medidos. Compare o tempo alto com o baixo. 4. Para o circuito da Figura 9, calcule o período das oscilações (T, T H e T L ) e anote. Figura 9: Astável com tempo alto muito menor que o baixo. Calculado: T L = T H = T= Obs: Não esqueça, T H = 0,69.R Carga.C e T L = 0,69.R Descarga.C onde R Carga é a resistência equivalente que C vê durante a carga e R Descarga é a resistência equivalente que C vê na descarga, desta forma é possível, modificando os caminhos de carga e descarga ter T H diferente de T L. 8

5. Monte o circuito da Figura 9 de acordo com o layout da Figura 10 com o auxilio de um osciloscópio anote as formas de onda de saída (V S ) e no capacitor (V C ) medindo os tempos alto (T H ), baixo (T L ) e período (T). Use o quadriculado para anotar as formas de onda. Figura 10: Layout do circuito da Figura 9. Medidos: T L = T H = T= 6. Compare os resultados calculados com os medidos. Compare o tempo alto com o baixo. 9

7. Para o circuito da Figura 11 calcule o período das oscilações (T, T H e T L ) e anote. Figura 11: Astável com tempo alto muito maior que o tempo baixo. Calculado: T L = T H = T= 8. Monte o circuito da figura 11 de acordo com o layout da figura 12 com o auxilio de um osciloscópio anote as formas de onda de saída (V S ) e no capacitor (V C ) medindo os tempos alto (T H ), baixo (T L ) e período (T). Use o quadriculado para anotar as formas de onda. Figura 12: Layout do circuito da Figura 11. Medidos: T L = T H = T= 10

9. Compare os resultados calculados com os medidos. Compare o tempo alto com o baixo. 10. Para o circuito calcule o tempo que o LED fica aceso e o tempo que fica apagado e anote. Figura 13: Astável com pisca-pisca. Calculados: T(aceso)= T(apagado)= 11. Monte o circuito da Figura 13 de acordo com o layout da Figura 14 e meça o tempo que o LED fica aceso e apagado. Figura 14: Layout do circuito da Figura 13. Medido: T(aceso)= T(apagado)= 11

12. Troque o capacitor de 47uF por um de 100uF (C8) e repita o Item 11. Figura 15: Layout do circuito da Figura 13 com capacitor de temporização diferente. Medido: T(aceso)= T(apagado)= 13. Conclusões: 3. Experiência 02: O Circuito Integrado 555 Monoestável 3.1 Objetivos 1. Verificar o funcionamento do CI 555 como monoestável. 2. Verificar o funcionamento do CI 555 como temporizador. 3. Verificar o funcionamento do CI 555 como divisor de frequências. 3.2 Materiais Utilizados 1. Placa 1108A. (1) 2. Multímetro Digital. (1) 3. Osciloscópio Dois Canais. (1) 4. Maleta de Experiências. (1) 3.3 Introdução Teórica Um monoestável é um circuito que tem um estado estável e um estado instável, isto é, ligada a alimentação o circuito irá para o estado estável ai permanecendo nesse estado até que uma ação externa o leve para a outra situação na qual permanecerá por um tempo definido (T i ). Após o termino desse tempo o circuito voltará sozinho para o estado estável. Um circuito monoestável muito conhecido é um temporizador ou timer muito utilizado no nosso dia a dia. 12

A Figura 1A a seguir mostra o circuito de um monoestável considerando os componentes internos e externos (R1, R, C e Vcc), e a Figura 1B o bloco e os componentes externos. A) B) Figura 1: Monoestável - A) Circuito básico c/ componentes externos e internos e B) Bloco com componentes externos. Inicialmente com o capacitor descarregado, V C =0=V 6, R=0 (tensão no pino 5 é maior do que no pino 6, portanto a saída do comparador superior é baixa) e como a chave esta aberta V 2 =Vcc (tensão no pino 2) que é maior que um 1/3 de Vcc forçando zero na saída do comparador inferior e portanto S=0, o que mantém o estado do FF. A única forma de se ter uma condição estável é se considerarmos =1(Q=0=saída) desta forma C não consegue se carregar. Ao pressionar CH, a tensão no pino 2 vai a zero, nestas condições teremos S = 1 e como R=0, é imposta a condição Q =1 ( =0) cortando o TR e levando a saída a Vcc. A partir desse instante C começa a se carregar através de R2. Quando, será imposto no Flip Flop R=1 e portanto Q = 0 ( bruscamente C através do TR. =1) fazendo o TR saturar e descarregando 13

Como R=S=0 o circuito permanecerá nesta condição, Q = 0, até que o monoestável seja disparado novamente. Os gráficos da Figura 2 mostram o que acontece com as tensões de saída e no capacitor em função do tempo. O tempo que a saída fica em nível alto (Ti), estado instável é calculado por: T i = 1,1. R. C 00 3.4 Procedimento Experimental Figura 2: Formas de onda no monoestável. 1. Calcule o tempo de temporização do monoestável do circuito da Figura 3. Figura 3: Monoestável como temporizador. 14

2. Monte o circuito da Figura 3 usando o layout da Figura 4. Use uma das 4 chaves (normal aberta) da maleta para disparar o monoestável, medindo o tempo que a lâmpada permanece acesa. Figura 4: Monoestável como temporizador - Layout. Medido: Ti= 3. Troque o capacitor de temporização de 47uF (C4) por um de 100uF (C8) e repita o item anterior. Medido: Ti= 4. Use o circuito da Figura 5 para verificar o funcionamento do pino de reset (pino 4). Figura 5: Temporizador com reset. 15

5. Monte o circuito da figura 5 de acordo com o layout da figura 6 e verifique o funcionamento do pino de reset. Primeiro dispare o monoestável usando a chave CH1 em seguida use a chave CH2 para resetar o circuito. Figura 6: Layout do circuito da Figura 5. 6. O circuito da Figura 7 é um divisor de freqüências. Calcule os tempos envolvidos do astavel (CI 1 ) e do monoestável (CI 2) anotando as formas de onda nas saídas dos dois CIs (pontos A e B). Figura 7: Monoestável funcionando como divisor de frequências. Astável: T H = T L = Monoestável: Ti = 16

7. Monte o circuito da Figura 7 usando o layout da Figura 8. Anote as formas de onda nas saídas dos CI s medindo os principais tempos. Use o quadriculado para anotar as formas de onda. Figura 8: Layout do circuito da Figura 7. Astável: T H = T L = T(ponto A) = Monoestável: Ti = T(ponto B) = Relação entre as frequências nos pontos A e B: = 8. Conclusões: 17

4. Experiência 03: O Circuito Integrado 555 Cadeia de Monoestáveis 4.1 Objetivos 1. Verificar o funcionamento do CI 555 como monoestável disparado pela borda negativa. 2. Verificar o funcionamento de uma cadeia de monoestáveis. 4.2 Materiais Utilizados 1. Placa 1108A. (1) 2. Multímetro Digital. (1) 3. Osciloscópio dois canais. (1) 4. Maleta de Experiências. (1) 4.3 Introdução Teórica Em algumas aplicações é preciso que o disparo do monoestável seja feito pela borda do pulso na descida ou na subida do pulso de disparo. Para que o monoestável seja disparado pela borda do pulso é necessário um diferenciador na entrada do circuito. No circuito da Figura 1A, C1 e R2 funcionam como diferenciador. Com a chave em A, e inicialmente com C1 descarregado, a tensão V2 é Vcc. Se a chave é colocada na posição B (terra) 0V é aplicado no pino 2 o que dispara o 555 iniciando a temporização ao mesmo tempo o capacitor C1 se carrega até Vcc através de R2. Quando a chave voltar para a posição A, como o capacitor já se carregou totalmente com Vcc a tensão da fonte se soma à tensão no capacitor resultando o pico de 2.Vcc no pino 2. O capacitor se descarrega através de R2 e a tensão no pino 2 volta a ser Vcc. As formas de onda do circuito na Figura 1B mostram passo a passo o funcionamento. A) 18

B) Figura 1: Disparo da Borda de Descida - A) Circuito e B) Forma de Onda. Através de circuitos como o da Figura 2A é possível uma cadeia de monoestáveis, onde cada monoestável dispara o circuito à sua frente. A Figura 2B mostra as formas de onda na saída de cada temporizador. A) 19

B) Figura 2: Cadeia de monoestáveis - A) Circuitos e B) Forma de Onda. 4.4 Procedimento Experimental 1. Calcule o tempo que o LED fica acesso após o disparo do circuito. Figura 3: Monoestável disparado pela borda. Tempo calculado: T= 2. Monte o circuito da Figura 3 de acordo com sugestão de layout da Figura 4. Use uma das chaves NA da maleta para iniciar a temporização. Use um dos LEDs da maleta para visualizar o estado da saída. 3. Inicie a temporização através da chave e meça o tempo que o LED fica aceso. 20

Figura 4: Layout do circuito da Figura 7. Medido: T = 4. Calcule os tempos de temporização dos dois circuitos da Figura 5. Figura 5: Cadeia de monoestáveis. Calculado: T1 = T2 =. 5. Monte o circuito da Figura 5 de acordo com a sugestão de layout da Figura 6 e em seguida usando a chave CH dispare o circuito observando o que acontece em seguida e anote os tempos envolvidos. Medido: T1= T2= 6. Descreva o que acontece com o circuito a partir do instante que a chave CH é pressionada. 7. Conclusões: Manual sujeito a alterações sem aviso prévio. Revisão: 00 Data da Emissão: 29.10.2009 21

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