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Circuitos eletrônicos com transdutores utilizando o LM 339 e o7400 como circuito Latch
Prof. Carlos Renato Borges dos Santos
Instituto Federal de Minas Gerais – Campus Formiga
carlos.renato@ifmg.edu.br
.1 Introdução
Os transdutores convertem um sinal de
temperatura, luminosidade, ou outro qualquer em outro
tipo de sinal, sendo na maioria, sinal elétrico. Os
transdutores utilizados neste artigo são: termistor e
LDR.
Neste artigo serão mostrados circuitos básicos
usados para comparar um sinal obtido por um
transdutor ao de um sinal de ajuste.
.2 Metodologia
O LM 339 é um circuito integrado que possui
quatro portas comparadoras de tensão. Cada porta pode
ser considerada um conversor analógico-digital de 1
bit.
Os transdutores serão os responsáveis pela
variação de tensão em uma das entradas do
comparador, enquanto que na segunda entrada do
comparador há um potenciômetro para ajuste de
tensão.
.2.A) O comparador de tensão Na figura abaixo é mostrado um comparador de
tensão. O resistor de 3 k é um resistor com a função de
pull up, que devem ser usados nas saídas dos
comparadores do LM 339. Um resistor de valor
comercial que pode ser usado é o 3k9.
Figura 2-1 – O comparador de tensão.
A saída do comparador será em nível lógico
baixo quando Vin for menor do que Vref; se Vin for
maior do que Vref, a saída estará em nível lógico alto.
A figura a seguir mostra o comportamento da saída
frente à tensão de entrada.
Figura 2-2 – Gráfico do comportamento da tensão de
saída do comparador.
O CI LM 339 pode ser visto na figura abaixo:
Figura 2-3 – O CI LM 339.
Como mostra a figura acima, o LM 339 possui 4
comparadores de tensão. Na figura abaixo é mostrado
uma porta lógica AND de várias entradas, usando-se o
LM 339.
Figura 2-4 – Porta AND usando o LM 339.
Este circuito pode substituir uma porta AND
quando não for necessário. Normalmente, se o LM 339
estiver com portas sem usar e o circuito precisar de
uma porta AND, não é necessário inserir no projeto um
CI com portas AND (7408), pois o circuito da figura
cumpre perfeitamente a função de porta AND.
A seguir será mostrado o CI 7400 e seu
funcionamento.
.2.B) Latch com 7400 O CI 7400 é formado por 4 portas NAND de 2
entradas e 1 saída, como visto abaixo:
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Figura 2-5 – O CI 7400 e seu circuito interno.
Este circuito é muito utilizado em sistemas
digitais.A partir do Latch e dos circuitos anteriormente
mostrados, é possível desenvolver diversos circuitos,
que serão mostrados a seguir
O circuito do Latch de portas NAND é
mostrado na figura abaixo:
Figura 2-6 – O circuito Latch formado com portasNAND.
.3 Sobre os Projetos
.3.A) SensoresSensor é um dispositivo capaz de responder a
estímulos físicos (pressão, temperatura, luz, etc),
produzindo sinais elétricos que podem ser medidos ou
interpretados. Os sensores utilizados nestes projetos
são os termistores e os resistores dependentes de luz
(LDR).
I. Termistores
O termistor será o NTC (de coeficiente de
temperatura negativo), ou seja, à medida que se
aumenta a temperatura, diminui-se a resistência.
Figura 2-7 – O Termistor.
O gráfico do da resistência do termistor, em
função da temperatura, encontra-se abaixo:
Figura 2-8 – Gráfico característico do comportamento de
um termistor NTC em função da temperatura.
II. LDR
O LDR é um dispositivo que diminui a sua
resistência elétrica à medida em que se aumenta a
luminosidade sobre ele.Para estudar materiais elétricos, sensores,
eletrônica digital, eletrônica analógica, circuitos
elétricos e outros, apresenta-se este trabalho
experimental de montagem de um circuito eletrônico à
escolha do aluno. Para isso, serão mostrados diversas
propostas de projetos, vistos a seguir.
Figura 2-9 – O LDR.
.3.B) Circuito detector detemperatura máxima
O circuito detector de temperatura máxima pode
ser visto na Figura 3-10. A saída do circuito é acionada
(nível lógico alto) quando a entrada do comparador
ligada ao transdutor atingir uma tensão maior ou igual
a temperatura máxima é atingida.
Figura 3-10 – Circuito detector de temperatura máxima.
A temperatura de ajuste é obtida através do
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potenciômetro da figura acima.
.3.C) Detector de temperaturamínima
O circuito de detecção de temperatura mínima
pode ser visto na Figura 3-11. O circuito é acionado
(nível lógico alto) quando a temperatura atingir um
valor menor do que a temperatura ajustada.
Figura 3-11 – Circuito detector de temperatura mínima.
A temperatura de ajuste mínimo é obtida através
do potenciômetro da figura acima.
.3.D) Circuito detector deluminosidade mínima
Neste circuito, sua saída será acionada (nível
lógico alto) quando o ambiente atingir uma
luminosidade mínima, ou seja, quando estiver escuro.
O transdutor utilizado neste trabalho é o LDR.
Este transdutor aumenta a resistência com a redução daluminosidade. Logo, podem-se utilizar os mesmos
circuitos anteriormente apresentados:
Figura 3-12 – Circuito detector de luminosidade mínima.
O ajuste de luminosidade pode ser realizado
através do potenciômetro.
.3.E) Detector de luminosidademáxima
Neste circuito, sua saída será acionada (nível
lógico alto) quando o ambiente atingir uma
luminosidade máxima, ou seja, quando estiver claro.O transdutor utilizado neste trabalho é o LDR.
Este transdutor aumenta a resistência com o redução da
luminosidade. Logo, podem-se utilizar os mesmos
circuitos anteriormente apresentados:
Figura 3-13 – Detector de ausência de luminosidade.
O ajuste de luminosidade pode ser realizado
através do potenciômetro.
.3.F) Controle de aquecimento
Neste circuito, a idéia é acionar a saída emtemperaturas baixas até que atinja um valor máximo
em que a saída seja desligada e, após resfriar até uma
temperatura de ajuste mínimo, seja acionado
novamente.
Um LATCH deve ser usado neste projeto para
“memorizar” a saída.
.3.G) Controle de resfriamento Neste circuito, a idéia é acionar a saída em
temperaturas altas (que simulará o acionamento de um
refrigerador) até que atinja um valor mínimo em que a
saída seja desligada e, após aquecer até umatemperatura de ajuste, seja acionado novamente.
Um LATCH deve ser usado neste projeto para
“memorizar” a saída.
.4 Simulações
Para esclarecer um pouco mais sobre os
projetos, foram simuladas situações básicas para
acionar ou desligar a saída do circuito.
As simulações usando o LM 339 são mostradas
a seguir:
.4.A) Simulação 1Esta simulação esboça o funcionamento da
Figura 3-10 e Figura 3-13.
A tensão de ajuste é obtida através do divisor de
tensão dos resistores 1 R e 2 R , obtida pela eq 0:
( )
2
1 2
RV Vcc
R R−
= + eq 0
A Figura 4-14 simula um caso em que a
resistência do transdutor diminui, acionando o
dispositivo.
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Figura 4-14 – Resistor com resistência baixa.
A Figura 4-15 simula um caso em que a
resistência do transdutor aumenta, desligando o
dispositivo.
Figura 4-15 – Resistor com resistência alta.
.4.B) Controle de temperatura deresfriamento
Esta simulação esboça o funcionamento dos
circuitos da Figura 3-11 e Figura 3-12.
A Figura 4-16 simula o circuito quando a
resistência do sensor encontra-se baixa.
Figura 4-16 – Transdutor com resistência baixa.
Já na Figura 4-17, simula-se o aumento da
resistência do transdutor.
Figura 4-17 – Transdutor com resistência alta.
.5 Implementações
A seguir, serão mostradas implementações mais
complexas, exigindo um conhecimento domínio
maiores.
.5.A) Controle de temperaturanuma faixa específica
Este circuito é mais conveniente por permitir
que a temperatura do ambiente se mantenha em
determinada faixa de temperatura. A vantagem desse
sistema é que o circuito não será ligado e desligado a
todo instante, pois a temperatura precisa variar por toda
a faixa para que o circuito mude de estado.
Neste caso, usa-se o 7400 na construção de um
Latch. Dessa forma, o circuito controla o sistema,
mantendo-o numa faixa de temperatura, como
mostrado abaixo:
Figura 0-18 – Controle de aquecimento em determinada
faixa de medida.
O sistema também pode ser do tipo mostrado
abaixo:
Figura 0-19 – Controle refrigeração em determinadafaixa de medida.
Para construir o circuito, deve ser utilizada a
tabela-verdade do latch, onde as saídas dos circuitos
com LM 339 serão conectadas às entradas do latch.
.5.B) Detecção de luminosidadeA seguir serão apresentados alguns projetos
utilizando-se o LDR.
III. Acionamento automático de lâmpada
Este circuito é utilizado para ligar ou desligar lâmpadas quando o ambiente atingir uma iluminação
crítica. Esses circuitos são semelhantes aos de
temperatura.
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IV. Alarme com sensor óptico
Neste circuito, aciona-se o alarme quando um
feixe de luz for interrompido. Pode ser usado em
diversas aplicações. Neste caso, será usado o 7400
como Latch e um LDR.
.6 Conclusões e propostas de projetos
Os sensores são responsáveis pela obtenção de
parâmetros de entrada em um sistema de controle. A
partir do sinal produzido por eles, pode-se monitorar,
controlar ou informar o ambiente.
Através desses projetos, os grupos selecionarão
o trabalho, implementando-o, apresentando-o em sala.
Os melhores trabalhos poderão ser apresentados na
semana de engenharia.
.6.A) Projetos propostosSerão aceitos somente grupos de no máximo 3
alunos.
São propostos os seguintes projetos:
I. Detector de temperatura máxima
Implementar o circuito mostrado neste texto que
detecte quando a temperatura atinja um valor
máximo.
II. Detector de temperatura mínima
Implementar o circuito mostrado neste texto quedetecte quando a temperatura atinja um valor
mínimo.
III. Detector de luminosidade mínima
Implementar o circuito mostrado neste texto que
detecte quando a luminosidade atinja um valor
mínimo.
IV. Detector de luminosidade máxima
Implementar o circuito mostrado neste texto quedetecte quando a luminosidade atinja um valor
máximo.
V. Circuito de controle de aquecimento
Implementar o circuito, usando a teoria
mostrada neste trabalho, de controle de
aquecimento, onde o circuito acione ao atingir uma
temperatura mínima e desligue ao atingir uma
temperatura máxima. As temperaturas mínimas e
máximas devem ser ajustáveis.
VI. Circuito de controle de refrigeração
Implementar o circuito, usando a teoria
mostrada neste trabalho, de controle de
refrigeração, onde o circuito acione ao atingir uma
temperatura máxima e desligue ao atingir uma
temperatura mínima. As temperaturas mínimas e
máximas devem ser ajustáveis.
VII. Controlador “dentro” da faixa de tem-
peratura
Implementar o circuito, usando a teoria
mostrada neste trabalho, de controle de
temperatura, onde o circuito acione somente
quando estiver em determinada faixa de
temperatura. Quando a temperatura estiver acima
ou abaixo da faixa desejada, a saída do circuito
deverá ser desligada (nível lógico 0).
VIII. Controlador “fora” da faixa de tempe-
ratura
Implementar o circuito, usando a teoria
mostrada neste trabalho, de controle de
temperatura, onde o circuito acione somente
quando estiver fora de determinada faixa de
temperatura. Quando a temperatura dentro da faixa,
a saída do circuito deverá ser desligada (nível
lógico 0).
IX. Circuito de controle de luminosidade
Implementar o circuito, usando a teoria
mostrada neste trabalho, de controle de
luminosidade, onde o circuito acione ao atingir umaluminosidade mínima e desligue ao atingir uma
luminosidade máxima. As luminosidades mínimas e
máximas devem ser ajustáveis.
X. Alarme usando feixe de luz
Implementar o circuito, usando a teoria
mostrada neste trabalho, de acionamento da saída
do circuito quando um feixe de luz incidente em um
LDR for interrompido momentaneamente. A saída
do circuito deverá permanecer acionada mesmo
após a restauração do feixe. Para desligar a saída,
uma chave deve ser acionada.
.6.B) Etapas do projetoO projeto é composto pelas seguintes etapas:
I. Medição de resistência e relatório do
transdutor
Medir a resistência do transdutor sob diversas
circunstâncias. Montar, se possível, um gráfico de
resistência e o sinal (luminosidade ou temperatura).
Entregar um relatório impresso discorrendosobre os testes com o transdutor.
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II. Testes com o LM 339
Nesta etapa, verificar o funcionamento do LM
339.
Entregar um relatório impresso discorrendo
sobre o experimento.
III. Testes com o Latch NAND
Montar o circuito Latch.
Entregar um relatório sobre o experimento.
IV. Montagem do circuito
Nesta última etapa experimental, montar o
circuito proposto.
Entregar a parte escrita de todo o trabalho, por
e-mail.
V. Apresentação
Apresentar o trabalho em sala.Entregar a apresentação por e-mail até 24 horas
antes da apresentação.
.7 Referências bibliográficas
[1] Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos.
Robert Boylestad e Louis Nashelsky. Editora Prentice-
Hall, Brasil.
[2] Amplificadores Operacionais e Filtros Ativos.
Antônio Pertence Júnior. Edição Bookman, Brasil.