Multivibradores Monoestáveis e Astáveis: Uma Introdução à Eletrônica Digital II, Notas de aula de Eletrônica Digital

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Eletrônica Digital II

Prof. Higor Barbosa Santos

Aula 7 – Multivibrador Monoestável e

Astável

Definição geral Multivibradores são circuitos elétricos que somente podem assumir dois estados diferentes na saída. As transições resultantes do processo de chaveamento entre esses estados implicam uma presença no circuito de elos de realimentação positiva ou de resistências negativas. O chaveamento pode ser ativado tanto externamente, por meio de sinais de comando, quanto internamente, pela instabilidade dos estados programados. 2

Definição geral O sinal que faz o multivibrador mudar de estado é denominado trigger, o qual representa um pulso elétrico com nível determinado por uma tensão particular. Podemos identificar dois tipos de trigger: a) determinador do intervalo de tempo entre dois eventos (biestável e monoestável). b) controlador de frequência de um oscilador de relaxamento¹. O trigger deve satisfazer às seguintes condições: a) ter amplitude suficiente para poder ativar a transição de um multivibrador de um estado para outro. b) durar tempo suficiente para permitir a realização da operação de chaveamento. 4 ¹Oscilador de relaxação é um circuito em que a frequência é controlada pela carga e descarga de um capacitor através de um resistor.

Multivibrador Monoestável Um multivibrador monoestável tem um estado estável, no qual permanece indefinidamente. Ele possui outro estado quase estável (metaestável) para o qual pode ser disparado. O multivibrador monoestável pode permanecer no estado metaestável 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, conforme abaixo. 5

Multivibrador Monoestável Quando um pulso é aplicado na entrada de disparo (trigger), a saída da porta 𝐺 1 vai para nível baixo. Essa transição de nível alto para nível baixo é acoplada através de um capacitor à entrada do inversor 𝐺 2. O nível baixo aparente em 𝐺 2 faz com que a saída vá para nível alto. Esse nível alto é conectado de volta em 𝐺 1 , mantendo a saída de 𝐺 1 em nível baixo. Até esse ponto, o pulso de disparo fez com que a saída do monoestável Q fosse para nível alto. O capacitor começa a carregar imediatamente através de R em direção à tensão de nível alto. A taxa na qual ele se carrega é determinada pela constante de tempo RC. Quando o capacitor carrega até um certo nível, o qual é visto como nível alto por 𝐺 2 , a saída retorna para o nível baixo. Para resumir, a saída do inversor 𝑮𝟐 vai para nível alto em resposta à entrada de disparo. Ele permanece no nível alto por um tempo determinado pela constante de tempo RC. No final desse tempo, ele retorna para o nível baixo. Um único pulso de disparo estreito produz um único pulso de saída cuja duração é controlada pela constante de tempo RC. 7

Aplicação Multivibrador Monoestável Uma aplicação prática de monoestável é um temporizador sequencial que pode ser usado para iluminar uma série de luzes. Esse tipo de circuito pode ser usado, por exemplo, num indicador direcional de mudança de pista em projetos de construção de estrada ou em sinais de mudança sequencial para automóveis. 10

Multivibrador Astável O multivibrador astável é um circuito que opera em dois estados metaestáveis, permanecendo determinados intervalos de tempo em cada um deles. 11 Período da oscilação: 𝑇 = 𝑡𝐻 + 𝑡𝐿 Ciclo de operação (Duty cycle): 𝐷 =

Temporizador 555 Operação Monoestável Para configurar o temporizador 555 como monoestável não- redisparável são usados um resistor e um capacitor externos como mostra a figura ao lado. A largura do pulso da sápida é determinado pela constante de tempo de 𝑅 1 e 𝐶 1 de acordo com a fórmula: 𝑡𝑊 = 1 , 1 𝑅 1 𝐶 1 13

Temporizador 555 Operação Monoestável - Exemplo Qual é a largura do pulso de um circuito monoestável com 555 tendo 𝑅 1 = 2 ,2𝑘𝛺 e 𝐶 1 = 0 , 001 𝜇𝐹? 𝑡𝑊 = 1 , 1 𝑅 1 𝐶 1 𝑡𝑊 = 1 , 1. 2 , 2. 10 3

. 0 , 001. 10 − 6 𝑡𝑊 = 24 , 2 𝜇𝑠 14

Temporizador 555 Operação Astável Um temporizador 555 conectado para operar como um multivibrador astável, o qual não é um oscilador senoidal, é mostrado ao lado. Observe que a entrada de limiar agora está conectada na entrada de disparo. Os componentes externos 𝑅 1 , 𝑅 2 e 𝐶 1 formam o circuito de temporização que define a frequência de oscilação. O capacitor 𝐶 2 , de 0 , 001 𝜇𝐹 , é conectado na entrada de controle (CONT) estritamente para desacoplamento e não tem efeito na operação; em alguns casos ele pode ser suprimido. 16

Temporizador 555 Operação Astável 17

Temporizador 555 Operação Astável Selecionando 𝑅 1 e 𝑅 2 , o ciclo de trabalho da saída pode ser ajustado. Como 𝐶 1 carrega através de 𝑅 1 + 𝑅 2 e descarrega apenas através de 𝑅 2 , os ciclos de trabalho que se aproximem de um mínimo de 50 % podem ser obtidos se 𝑅 2 ≫ 𝑅 1 de forma que os tempos de carga e descarga sejam aproximadamente iguais. A frequência de oscilação como uma função de 𝐶 1 e 𝑅 1 + 2 𝑅 2 pode ser vista ao lado. 19

Temporizador 555 Operação Astável A adição do diodo 𝐷 1 permite que o ciclo de trabalho de saída seja ajustado em menos de 50 % fazendo 𝑅 1 < 𝑅 2. 20