Oscila Dores

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Osciladores Professor: Cleidson da Silva Oliveira

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OsciladoresProfessor: Cleidson da Silva Oliveira

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Osciladores

Osciladores são amplificadores que geram um sinal de saída sem a necessidade de um sinal de entrada;

São compostos por elementos configurados para ganhos elevados e pequena faixa de frequência.

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Condições de Oscilação

Realimentação positiva O sinal de realimentação deve voltar em fase com o

sinal de entrada;

O ganho de tensão global do circuito deve ser maior do que 1 o ganho do amplificador deve ser suficiente para

superar as perdas associadas com qualquer rede de realimentação seletiva em relação à freqüência.

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Exemplos de Osciladores

Oscilador de Rede ProgressivaBaseado numa rede progressiva RC de três

estágios;Gerador de onda senoidal;

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Exemplos de Osciladores

Oscilador Ponte de WienGerador de onda senoidal;As não linearidades dos diodos propiciam o

início da oscilação;

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Oscilador Ponte de Wien1

2 S S P P

fR C R C

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Osciladores com Saída de Onda Quadrada Multivibrador Astável Baseado em

Transistores

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Multivibrador Astável Baseado em Transistores

2 4

1 3

2 4 1 3

3 4

1 2

Período

Tempo em Alto

Tempo em Baixo

0,7

0,7

0,7

Onda Quadrada Simétrica:

então:

1,4

H L

H

L

H

L

H L

T T T

T

T

T

T C R

T C R

T C R C R

T T

R R

C C

T RC

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Oscilador Astável único estágio com Amplificador Operacional

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Oscilador Astável único estágio com Amplificador Operacional Saída quadrada Limiar de saturação positiva: Vut =

VCC(R2/(R1+R2)) Limiar de saturação negativa: Vlt =

VEE(R2/(R1+R2)) T = R.C. ln(1 + 2(R2/R1))

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Oscilador a Cristal

Fatia de quartzo que vibra quando uma tensão é aplicada (efeito piezoelétrico);

A frequencia de oscilação é determinada pelo corte do cristal e seu tamanho físico;

As freqüências vão de 100KHz a 20MHz (modo fundamental) e 20MHz a 100MHz (overtone)

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Oscilador a Cristal

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Gerador de Onda Quadrada e Triangular com Amp. Op.

S

+

U2LM358

Vb

+15V

-15V

C1

100nF

-15V

Va

+15V

+

U1ALM358

Rf2

33k

R2

10k

Rf1

82k

R1

8k2 +

U1ALM358

112

2

4 CRR

Rf f

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Gerador de Onda Quadrada e Triangular com Amp. Op. Integrador ligado em série com

Comparador Não Inversor com Histerese; Realimentação Global Positiva; Gerador de Sinais Simplificado.

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Circuito Integrado 555

O 555 é um Circuitos Integrado utilizado em aplicações gerais de temporização.Devido a sua versatilidade de aplicações que se tornou um padrão industrial, podendo trabalhar em dois modos deoperação: monoestável (possui um estado estável) e astável (não possui estado estável). Sua tensão de alimentação situa-se entre 5V e 18V, o que o torna compatível com a família TTL de circuitos integrados e ideal para aplicações em circuitos alimentados por baterias. A saída deste C.I. pode fornecer ou drenar correntes de até 200mA podendo assim comandar diretamente relés, lâmpadas e outros tipos de carga relativamente grandes.

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• Diagrama Esquemático

Circuito Integrado 555

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• Diagrama Elétrico

Circuito Integrado 555

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• Funcionamento do Comparador

Circuito Integrado 555

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• Funcionamento do Flip-flop RS

Circuito Integrado 555

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• Operação Astável (Oscilador)

S1

D1

+12V

1 Gnd2 Trg3 Out4 Rst 5Ctl

6Thr

7Dis

8Vcc555

C0,1F

C1

0,01F

Ra10k

Rb10k

Circuito Integrado 555

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• Operação Astável (Oscilador)

S1

D1

+12V

1 Gnd2 Trg3 Out4 Rst 5Ctl

6Thr

7Dis

8Vcc555

Ct0,1F

0,01F

Rt110k

Rt210k

Circuito Integrado 555

Page 22: Oscila Dores

Operação Astável (Oscilador)

Como ponto inicial vamos supor que a saída Q do Flip-flop está resetada (nível baixo – 0V);

O transistor está cortado e Ct está se carregando através da resistência (Rt1 + Rt2);

Ct se carrega até que excede a tensão de controle (2/3Vcc), fazendo com que a tensão na entrada não-inversora (pino 6) do comparador 1 seja maior que a tensão na sua entrada inversora, isso faz com que sua saída vá a nível alto, setando o flip-flop (Q – 5V);

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• Operação Astável (Oscilador)

Circuito Integrado 555

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Operação Astável (Oscilador)

Com nível alto em Q, o transistor de descarga entra em saturação fazendo com que Ct se descarregue por Rt2;

A tensão em Ct diminui até que fique menor que a tensão da entrada não inversora do comparador 2 (1/3Vcc);

A saída do comparador 2 vai a nível alto, resetando o flip-flop e voltando ao ponto de partida;

Esta operação astável se repete indefinidamente; A tensão em Ct varia entre 1/3Vcc e 2/3Vcc, embora possa ser

alterada, externamente, atuando-se sobre a tensão de controle (pino 5).

Nesta configuração não é possível fazer TH = TL

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• Operação Astável (Oscilador)

Circuito Integrado 555

Page 26: Oscila Dores

• Operação Astável (Oscilador)

A duração do período alto ou tempo de carga é dada por:

THIGH= 0,695 ( Rt1+Rt2 ) Ct

E a duração do período baixo ou tempo de descarga é dada por:

TLOW= 0,695 Rt2.Ct

Circuito Integrado 555

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• Operação Astável (Oscilador)

Temos também:

LOWHIGH

HIGH

LOWHIGH TT

TD

TTf

1

Circuito Integrado 555

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Operação Astável (Oscilador) Caso se tenha a necessidade de usar um

oscilador com durações iguais dos níveis altos e baixos, o circuito deve ser configurado como mostram as figuras abaixo:

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Operação Astável (Oscilador)

O pino 7 (descarga) não é conectado e é colocado um resistor Rt no lugar dos dois resistores Rt1 e Rt2, com o pino 3 (saída) conectado à este resistor Rt;

Supondo que inicialmente o flip-flop esteja setado, não existe diferença de potencial em Rt e Ct. Com Ct descarregado, a tensão no disparador (pino 2) é de 0V. Assim, a saída do comparador 2 vai à nível alto, resetando o flip-flop e deixando a saída /Q em nível alto. Neste momento Ct se carrega por Rt, fazendo a tensão de limiar (pino 6) elevar-se, até que atinge a tensão de controle (+2/3Vcc). Quando isso ocorre, a saída do comparador 1 vai a nível alto, setando o flip-flop e fazendo com que a saída /Q vá a nível baixo. Então, Ct se descarrega por Rt, voltando para o estado inicial. Os períodos de nível alto e baixo são iguais porque Ct se carrega por Rt e se descarrega pelo mesmo Rt.

Page 30: Oscila Dores

• Operação Astável (Oscilador)

A duração do período de carga e descarga é dada por:

THIGH= TLOW= 0,695 RtCt

A duração do período total é dada por:

T= 2THIGH= 1,4RtCt

Circuito Integrado 555

Page 31: Oscila Dores

• Operação Monoestável (Temporizador)

Circuito Integrado 555

Page 32: Oscila Dores

• Operação Monoestável (Temporizador)

Circuito Integrado 555

Page 33: Oscila Dores

Operação Monoestável (Temporizador) Inicialmente, a tensão de disparo é +Vcc. Como

o disparador (trigger) está ligado à entrada inversora do comparador 2, uma tensão de +Vcc nesta entrada faz com que se tenha nível baixo na saída deste comparador (já que a tensão na entrada inversora, +Vcc, é maior que a tensão na entrada não-inversora, +1/3Vcc). Isto faz com que o flip-flop RS fique no seu estado normal (com nível alto na saída Q e nível baixo na saída /Q), saturando o transistor e deixando Ct descarregado.

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Operação Monoestável (Temporizador) Quando a tensão de disparo vai a nível baixo

com um pulso invertido, a tensão na entrada não-inversora (+1/3Vcc) é maior que a tensão na entrada inversora (0V), no comparador 2. Isto faz com que a sua saída vá a nível alto, resetando o flip-flop (nível baixo na saída Q e nível alto na saída /Q) e consequentemente cortando o transistor de descarga. Assim Ct se carrega por Rt.

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Operação Monoestável (Temporizador) A tensão em Ct (tensão de limiar) aumenta até

que exceda a tensão de controle (+2/3Vcc). Quando isto ocorre, a saída do comparador 1 vai a nível alto, setando o flip-flop, saturando o transistor de descarga e, por conseqüência, descarregando Ct;

Quanto maior a constante de tempo RC, mais tempo leva para a tensão em Ct chegar a +2/3Vcc (tensão de controle).

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• Operação Monoestável (Temporizador)

Circuito Integrado 555

Page 37: Oscila Dores

• Operação Monoestável (Temporizador)

A duração do tempo de carga é dada por:

T= 1,1RtCt

Circuito Integrado 555

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Operação Monoestável (Temporizador) A tensão de controle, geralmente de 2/3Vcc, pode ser desacoplada através

de um outro capacitor ligado ao pino 5 e ao terra (tipicamente de 0,01m F), para melhorar a imunidade a ruído. Esta tensão também pode ser alterada, através do pino 5, a fim de obter outras tensões diferentes de 2Vcc/3;

Alterando os valores de Ct e Rt, o período da temporização pode ser controlado entre cerca de 5ms até aproximadamente 1hora. Porém, em uma temporização acima de 5 mim. a confiabilidade fica comprometida, devido aos altos valores de Rt e Ct necessários para esta temporização;

O valor mínimo de Rt é limitado pelo transistor de descarga (geralmente 1kΩ é o mínimo permitido);

Com relação ao valor máximo de Rt, geralmente os fabricantes recomendam um máximo de 20MΩ, mas acima de1MΩ a precisão fica comprometida. Por tanto, em aplicações gerais, o valor de Rt deve ficar entre 1kΩ e 1MΩ;

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Operação Monoestável (Temporizador) Não há limites para o valor de Ct, a não ser o seu custo.

Apenas de que, dependendo do valor da capacitância do capacitor eletrolítico e de sua qualidade, ele pode apresentar correntes de fuga que podem distorcer os períodos calculados das temporizações. Para valores muito altos de capacitância, o transistor de descarga levará mais tempo para descarregar Ct. A sua tensão de isolação deve ser maior ou igual a Vcc (quanto mais próximo de Vcc, melhor), já que uma tensão de isolação menor que Vcc causará uma diminuição na vida útil do capacitor.