Projeto Multivibrador astável

1. Funcionamento dos circuitos.

1.1. Circuito Original

Funcionamento:

Neste circuito os transistores funcionam em comutação; quando T1 está ao corte T2 está saturado e vice-versa, fazendo com que os led’s acendam alternadamente.

Quando T1 satura acende L1 e descarrega C1, o que provoca que T2 seja colocado ao corte e se apague L2. De seguida, C1 começa a carregar através de RB2 e quando a tensão no terminal “negativo” de C1 atinge o valor de aproximadamente 0,7V, o transistor T2 entra em condução, vai para a zona de saturação e L2 acende-se.

Saturado T2, C2 é por ele descarregado e T1 colocado ao corte apagando-se L1. Depois, C2 começa a carregar-se através de RB1 e quando a tensão no seu terminal ”negativo” atinge o valor de aproximadamente 0,7V, T1 entra outra vez em condução, repetindo-se o processo.

As resistências RB1 e RB2 devem possuir um valor que permita saturar os respectivos transistores.

Se RB1=RB2=R e C1=C2=C o oscilador será simétrico, gera uma onda quadrada cujo período vale: T=1,4RC.

1.2. Circuito Modificado 1(colocar e explicar funciomento)

1.3. Circuito Modificado 2(colocar o circuito e explicar o funcionamento)

2. PARTE 1:

Projetar um multivibrador astável conforme dados abaixo, indicando após os cálculos, as formas de onda nas bases, nos capacitores e nos coletores de cada transistor, concluindo a respeito. Logo depois, escolher um dos circuitos modificados, refazendo o projeto e levantando as formas de onda nos mesmos locais solicitados para o circuito original e concluindo a respeito. Indicar ainda como deve ser realizado o controle de freqüência do mesmo (piscadas dos leds) para que o duty cicle não seja alterado.

Periodo: 1 segundoVcc: 12 voltsEscolher o melhor diodo emissor de luz (Vf, If e Pf)Escolher o melhor transistor (Vce Max, Ic Max, Ptotal e Hfe min)Calcular RC1 e RC2, R1 e R2, C1 e C2 para que a forma de onda de saída seja simétrica.

Pede-se ainda o projeto de um multivibrador com duty cicle diferente, para T1 (nível alto) de 5 segundos e T2 (nível baixo) de 2 segundos. E, por ultimo, pede-se que se apresente como alternativa a este multivibrador astável, o projeto de um circuito com os mesmos dados descritos acima, utilizando os CI´s 555 ou 741, realizando a montagem em protoboard e simulador, e explicando as possíveis vantagens e desvantagens. (obs. A saída deverá acionar dois leds com variação de freqüência e a alimentação de 12v).

Calculo dos componentes do multivibrador astável:

Calculo de Rc1 e Rc2:

Vcc=12V (tensão da alimentação) VF=2V (q.d.t. nos leds) IC1=IC2=IF=10mA (corrente nos leds) VCEsat=0V

V cc=V F+Rc1∗I c1+V cesat

Rc 1=Rc 2=V cc−V F−V cesat

I c 1

=12−2−010m

=1kΩ

Se os transistores escolhidos forem os BC 337-25, as suas características são: VCEmáx=45V ICmáx=500mA Ptot=0,8W hFEmin=160

Como os transistores vão trabalhar ao corte e saturação, o valor de IB será zero ou:

IB=ICh FE

→ IB1=IB2=I F

h FEmin=10m

160=0,06mA

Cálculo de RB1 e RB2:

V cc=RB1∗IB 1+V BE

RB1=RB 2=V cc−V BEIB1

=12−0,70,06m

=188kΩ→180kΩ

Cálculo de C1 e C2 T=1,4RB1C1

C1=C2=T

1,4 RB1

= 11,4∗180 k

=3,9μF→4,7 μF

3. PARTE 2:

Como necessitaremos de uma boa fonte para alimentar os nossos multivibradores astáveis com componentes discretos e com CI´s, pede-se também dimensionar todos os componentes da fonte transistorizada com regulador série mostrada abaixo. Dados: a fonte deverá ser projetada para uma corrente de carga de 400mA. Considerar a tensão de entrada Vi pelo menos Vo + 3v. O valor de ripple deverá ser de 15% do valor da tensão de saída.

Funcionamento:

Pela analise da malha de saída do circuito verificamos que a tensão de saída (Vo) é igual a:Vo = Vz - VBE

Como a tensão Vz e VBE são valores praticamente constantes, a tensão de saída Vo varia muito pouco. Deste modo, quer varie a corrente fornecida pela fonte ou a tensão de entrada Vi, a tensão de saída (dentro de determinados limites) mantém-se praticamente constante.

Calculo dos componentes da fonte:

Em primeiro lugar há que escolher a tensão Vz do díodo Zener para a tensão de saída pretendida. Como se pretende Vo=12V, o díodo Zener que possibilita o valor mais próximo é o que possui Vz=13V, uma vez que a tensão VBE 0,7V. ≅ Vo = Vz - VBE = 13 - 0,7 = 12,3V

A fonte, em vez de possuir uma tensão de saída de 12V, terá de possui uma tensão de 12,3V.

127 Vac

Neste tipo de fonte para que seja possível uma boa regulação do par transistor de saída-díodo Zener é necessário que a tensão de entrada Vi seja superior, em pelo menos 3V, em relação à tensão de saída Vo.

Contudo, não é conveniente aumentar muito a tensão de entrada, através do aumento do valor da tensão do secundário do transformador, porque isso aumenta e muito a dissipação de potência no transistor.

Cálculo de C1

O valor da tensão de ondulação (ripple) pico a pico numa retificação de onda completa pode ser calculada a partir da seguinte expressão:

V Rpp=i

2 fC

Como queremos que o ripple tenha 15% da tensão de saída temos:

V Rpp=12∗0,15=1,8v

Então:

C1=i

2 f V Rpp

C1=0,4

2∗120∗1,8=926 µF

C1=1000µF

Cálculo do transformador

Como Vi deve ser pelo menos 3v acima de Vo, temos:

Vi = 12,3 + 3 = 15,3v

Como:

V smax=V imin+V Rpp+2V f

V smax=15,3+1,8+2∗0,7

V smax=18,5v

A tensão eficaz é:

V srms=V smax√2

V srms=18,5

√2

V srms=13,08v

Como a corrente dada é 400mA, a potencia será:

P=V∗i

P=13,08∗0,4=5,232VA

Calculo de D1 a D4:

Estes díodos têm de possuir tensão inversa (VR) e corrente directa (IF) superiores aos seguintes valores: VR >Vsmáx VR >19,2V IF >Io IF >400mA

Escolhemos então: 1N4001

Cálculo de R1

R1 terá de possuir um valor que garanta a passagem da corrente de Zener mínima (Izmin=5mA) e um valor de corrente de base IB que, tendo em conta o ganho do transistor, possibilite um Ic de 400mA.

Assim, se o transístor escolhido tiver um ganho mínimo de 60, o valor de IBmáx será de:

IBmax=I c

h FEmin=0,4

60=6,67mA

A corrente total através de R1 terá o valor de:

IR1=IBmax+ I Zmin=6,67+5=11,67mA

Sendo:

V i=R1∗IR1+V Z→R1=V i−V zIR1

Mesmo na condição mais desfavorável temos que garantir IR1=15mA. Esta situação

acontece para o valor mínimo de Vi ou seja 15,3V. Assim:

R1=V i−V zI R1

= 15,3−1311,67mA

=200Ω

Potência dissipada em R1

PR1=2,3∗11,67=0,03W→18W

Escolha de T1 no catálogo

T1 é um transístor tipo NPN que, para ser escolhido no catálogo, são necessárias as seguintes características:

VCEmáx Icmax Ptot hFE Cálculo de VCEmáx

VCEmáx acontece quando a carga está ligada e T1 está ao corte (IB=0). O seu valor é igual a Vimax:

V imax=V imin+V Rpp=15,3+1,8=17,1v

Cálculo de ICmáx

Valor fornecido no problema, ou seja: Icmáx=400mA

Cálculo de Ptot A potência total dissipada pelo transistor vale:

Ptot=V ce∗I c=(V i−V o )∗I c=(15,3−12,3 )∗0,4=1,2W

Cálculo de hFE

O valor de hFE foi escolhido quando do cálculo de IB. Assim, para o transistor foram encontrados os seguintes valores:

VCEmáx=17,1V Icmax=400mA Ptot=1,2W hFEmim=60

Cálculo da Pz do díodo Zener

Pz=Vz x Iz

O díodo Zener possui uma tensão Vz de 13V, sendo o valor de Iz determinado para a condição mais desfavorável para o díodo. Esta condição acontece quando a carga está desligada. Neste caso, toda a corrente IR1 passa pelo díodo Zener. Assim, IZ tem o valor máximo de:

I Zmax=V imax−V zR1

=17,1−13200

=20mA

P z=V z∗I z=13∗20m=0,26W→1W

Cálculo da tensão de trabalho de C1

A tensão de trabalho de C1 deve ser superior à tensão de pico a que o condensador está sujeito, ou seja superior a Vimax. Vimax =17,1V ⇒ VR(C1) = 25V

Cálculo de C2

O condensador electrolítico C2 destina-se a estabilizar a tensão Zener de modo que, a tensão de saída varie o menos possível. O seu valor típico está compreendido entre 100µF e 470µF, e, no caso desta montagem, a tensão de trabalho deve ser superior a Vz. Cálculo do valor do fusível

O fusível destina-se a proteger a montagem, sendo o seu valor determinado a partir da potência de saída da fonte. Esta vale:

P=Vo*Io=12,3 * 0,4=4,9W

Sendo a tensão de entrada de 127V e desprezando as perdas no transformador, a potência no secundário, neste caso, será igual à do primário. Nestas condições:

Pprim=P sec→127∗I fus=4,9→I fus=4,9127

=38,6mA