Multivibradores (3)

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Multivibradores
osciladores não-lineares 
11-05-2018
Grupo:
Lucas Correa de Araujo
João Rafael Marques Correia
Leonardo Davidson de Freitas
Stephanie Amorim Pereira
Yagho José Silva
Tópicos que serão abordados na aula de hoje:
Questão central do estudo
Multivibradores;
Multivibrador biestável;
Multivibrador monoestável;
Multivibrador Astável;
Gerador de onda triangular;
QUESTÃO CENTRAL
a. Explicar a base de funcionamento dos multivibradores com amplificadores operacionais, seus tipos e configurações.
b. Simular e montar um gerador de onda triangular utilizando um multivibrador com amplificador operacional.
c. Verificar o funcionamento do multivibrador. Use um potenciômetro de modo que se consiga variar a frequência do multivibrador entre uma faixa de 500Hz a 1kHz. Use o canal 
XY do osciloscópio para checar a linearidade da onda de saída, comparando-a com uma triangular pura de mesma frequência e configuração.
Em sua forma mais simples, usa dois transístores realimentados entre si. Usando-se redes de resistências e capacitoresnessa realimentação pode-se definir os períodos de instabilidade.
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Multivibradores 
De funcionamento contínuo, astável : gera ondas a partir da própria fonte de alimentação.
De funcionamento impulsionado: a partir de um sinal de disparo, o impulso sai de seu estado de repouso.
Se possuir o dois estados citados, se denomina biestável. Se possuir um, ele é monoestável.
Os Multivibradores são osciladores não-lineares e geram ondas não senoidais e são divididos em :
O multivibrador monoestável tem um estado estável, no qual permanece indefinidamente. Ele possui outro estado quase-instável para o qual pode ser disparado. O multivibrador monoestável pode permanecer no estado quase-instável por um tempo predeterminado T, após o qual ele volta ao estável automaticamente. Desse modo, o multivibrador monoestável gera um pulso na saída de duração T. A duração desse pulso não está relacionada à largura do pulso de disparo.
 O multivibrador astável não tem estado estável. Ao contrário, tem dois estados quase-instáveis e permanece em cada um por intervalo de tempos, T1 e T2, predeterminados. Portanto, após T1 segundos em um dos estados instáveis, o astável comuta para o outro estado e nele permanece por T2 segundos, após volta ao estado anterior e assim por diante. Desta forma, o multivibrador astável oscila com um período T = T1 + T2 ou na freqüência f = 1/T e pode ser usado para gerar pulsos periódicos, como os necessários para o relógio. A figura A.10.2 mostra um circuito astável na forma de bloco funcional. Note que o circuito é autônomo, isto é, não necessita de nenhum sinal de entrada para funcionar. 
O multivibrador biestável é caracterizado por possuir dois estados estáveis que só se alteram na presença de um impulso de entrada.
Este tipo de circuito é bem conhecido nos sistemas digitais. Os transistores são polarizados para permanecerem no corte ou na saturação
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Multivibradores biestáveis
2 estados estáveis 
Poderá permanecer em um apenas um estado indefinidamente e apenas quando disparado que poderá mudar de estado.
Para obter é necessário fazer uma conexão de um amp. Op. com malha de realimentação positiva. 
Vo = [(V+) – (V-)] * A 
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Multivibradores monoestável
O circuito monoestável é aquele que tem um estado estável. Ele pode permanecer neste estado eternamente. Se houver um disparo, o circuito passa do estado estável para um estado instável onde permanece por um intervalo de tempo T, ao final do qual retorna ao estado estável e ali permanece até que seja novamente disparado.
Vo = [(V+) – (V-)] * A 
Verifique as formas de onda obtidas sobre o pino 2 (Ve), na saída (Vs) e sobre o capacitor (Vc).
O período T pode ser calculado pelo tempo necessário para que a tensão no capacitor Vc vá de zero à 2/3 de Vcc.
O funcionamento do CI 555 na configuração monoestável será explicado a seguir, porém deve ser entendido acompanhando o texto e a figura de blocos do CI 555 na próxima página.
Inicialmente o circuito está no estado estável onde Vs= 0 (tensão na saída). Se na saída temos Vs= 0, então Q\= 1 e o transistor está saturado. Nestas condições o capacitor está necessariamente descarregado e o potencial na entrada limiar será aproximadamente zero.
Com o limiar em zero (pino 6), o comparador 1 fornecerá saída igual a zero, pois a outra entrada (-) está em 2/3 de Vcc. Inicialmente vamos considerar que a tensão de entrada Ve (disparo) está em Vcc (NL1), logo o comparador 2 também fornecerá saída igual a zero. O biestável RS estará com R= 0 e S= 0 mantendo a condição de Q\=1 e Q= 0. Como podemos ver o circuito está estável e permanecerá assim indefinidamente, caso não ocorra o disparo através do pino 2.
A aplicação da tensão no pino 5 (tensão de controle) pode variar o intervalo de temporização, portanto se este pino não for utilizado, deve-se digá-lo no terra através de um capacitor de 0,01 F (conforme aconselhado no manual do CI 555), para impedir que ruídos de alta frequência altere a largura do pulso calculado.
Para tirarmos o circuito da posição estável (saída= 0), basta termos na entrada de disparo (pino 2) um pulso negativo (ou seja: ir de Vcc para 0). Se Ve=0 o comparador 2 apresentará saída= NL1. Nesse instante o biestável apresenta na entrada R= 0 e S= 1, portando as suas saídas vão para Q\= 0 e Q= 1. O transistor passará da saturação para o corte e a tensão na saída vai a Vs= NL1 (ou seja, próximo de Vcc). Voltando o pino 2 (entrada) novamente para Vcc o comparador 2 apresentará saída igual a NL0, o que no entanto não altera a saída do biestável, pois sua entrada fica com R= 0 e S= 0. Assim, o transistor continua cortado e a corrente que vem do Vcc e passa por R não poderá mais atingir o terra através deste transistor, e passará a fazê-lo através do capacitor C.
É importante observarmos que a impedância de entrada dos comparadores é muito elevada (Mega Ohms) e a corrente através deles é desprezível, e é por esse motivo que a corrente se dirige ao capacitor e não ao comparador 2.
A tensão Vc no capacitor vai se elevando, e ao atingir um valor pouco superior a 2/3 de Vcc, faz com que o comparador 1 tenha saída em NL1 e portanto o biestável fica com R= 1 e S= 0. Assim, as saídas do biestável RS voltam ao estado estável, ou seja: Q\= 1 e Q= 0 e dessa maneira o transistor volta a saturar, descarregando a carga do capacitor quase que instantâneamente enquanto que a saída (pino 3) fica em NL0 (estado estável).
O sistema permanecerá nesta condição até que outro pulso negativo provocado dispare o sistema novamente. O tempo em que o sistema permanece no estado instável (saída= NL1) é, o tempo necessário para que o capacitor se carregue de zero à 2/3 de Vcc.
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Multivibradores Astável
Este circuito é caracterizado por não possuir nenhum estado estável. Qualquer uma das duas saídas oscila entre dois estados instáveis sem necessidade de excitação, gerando-se ondas quadradas complementares entre ambas as saídas.
Tal como no circuito do multivibrador biestável, devido às diferenças inevitáveis entre os diversos componentes e particularmente nos transistores, um dos transistores irá entrar em condução primeiro que o outro. Suponhamos que esse transistor é Q1. Consequentemente Q1 fica saturado  VCE1(SAT)0.1V e VBE1=VBE(ON) 0.7V, e Q2 fica no corte  VBE2 = VBE(OFF) , VCE2VCE(OFF) . Estando os condensadores inicialmente descarregados as duas placas de C1 ficarão com 0.1V não sendo pois suficiente para colocar Q2 na condução. C2 ficará com ambas as placas a 0.7V ficando assim VCE2(OFF)=0.7V.
Seguidamente C1 e C2 começam a carregar. C1 vai carregar por R2 subindo o potencial da placa da direita de 0.1V para Vcc = 10V, enquanto C2 vai carregar por R4 subindo o potencial da placa da direita de 0.7V para Vcc = 10V.
Contudo a placa direita de C1 vê interrompido o processo referido pois a base de Q2 não deixa ultrapassar o valor de 0.7V, o que coloca Q2 na condução e faz com que VCE2(SAT)0.1V. Note-se que quando tal acontece o carregamento de C2 já deve estar concluído visto ser muito mais rápido. Na situação referida o condensador C2 que apresentava 10V na placa da direita e 0.7V na da esquerda não pode devido ao princípio da conservação da carga variar bruscamente de tensão aos seus terminais pelo que mantendo os –9.3V aos seus terminais passa a ter na placa da esquerda –9.2V o que corta Q1.
O colector de Q1 começa então a subir a sua tensão para 10V o que provoca inicialmente o descarregamento de C1 até que a placa esquerda de C1 atinja 0.7V seguindo-se o carregamento de C1 de 0.7V até aos 10V. Entretanto a base de Q1 começou a subir a sua tensão de –9.2V para os 10V provocando inicialmente o descarregamento de C2 até que a placa da esquerda atinja 0.1V seguindo-se o carregamento de C2 daí em diante. Uma vez mais verifica-se uma interrupção do processo relativo à base pois esta não pode ultrapassar o valor de 0.7V. Tal coloca Q1 na condução e faz com que VCE1(SAT) 0.1V. Tal como anteriormente quando tal acontece o carregamento de C2 já deve estar concluído. O processo é pois semelhante ao anteriormente descrito pelo que a tensão na base de Q2 irá ficar a –9.3V ficando Q2 cortado.
Esta relação mostra-nos que a frequência de oscilação é praticamente independente da tensão de alimentação. Contudo não se deve ultrapassar um limite superior desta última pois estando um dos transistores OFF a sua junção emissora atinge um potencial negativo a que pode corresponder um efeito de disrupção de Zener o qual perturba o comportamento temporal do circuito. Para contrariar tal acção pode-se colocar um díodo em série com a base de cada um dos transistores.
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Gerador de onda triangular 
Circuito integrador
Circuito comparador de tensão
os osciladores não lineares, também chamados de geradores de função, são os geradores de ondas triangulares
Os circuitos não lineares empregam blocos de circuitos conhecidos como multivibradores, que também podem utilizar amp. Ops. na sua operação
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Gerador de onda triangular 
Gerador de ondas triangulares: O circuito é formado por dois estágios.
 O primeiro por um gerador de onda quadrada, nada mais do que um circuito multivibrador biestável com um circuito RC do tipo não inversor. 
O segundo estágio, formado por um circuito integrado, que no final vai proporcionar ondas triangulares
A união desses dois estágios formam um circuito multivibrador astável. È um circuito que não precisa de “gatilho” para mudar de estado. Ele faz isso periodicamente graças a ação de carregar e descarregar do capacitor do primeiro estágio e pelos níveis de limiar do multivibrador biestável. Formando ondas quadradas na saída do amp. Op
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Montagem 
Montagem do circuito 
Função XY no osciloscópio
Gerador de onda
Gerador de onda Quadrada
Gerador de onda Triangular