EXPERIMENTS MANUALManual de Experimentos

Manual de Experimentos

*Only illustrative image./Imagen meramente ilustrativa./

Imagem meramente ilustrativa.

555

M-1108A

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Conteúdo

1. Introdução .................................................................................................................. 2

2. Experiência 01: O Circuito Integrado 555 – Astável ............................................... 3

3. Experiência 02: O Circuito Integrado 555 – Monoestável ................................... 12

4. Experiência 03: O Circuito Integrado 555 – Cadeia de Monoestáveis................ 18

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M-1108A - 555

1. Introdução

A unidade que passaremos a chamar de maleta será a base onde será colocada a placaM-1108A na qual serão montados os circuitos.

A foto a seguir mostra a placa M-1108A na qual serão montados as experiências.

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2. Experiência 01: O Circuito Integrado 555 – Astável

2.1 Objetivos

1. Verificar o funcionamento do CI 555 como astável.2. Verificar o funcionamento do CI 555 como pisca-pisca.

2.2 Materiais Utilizados

1. Placa 1108A. (1)2. Multímetro Digital. (1)3. Osciloscópio Dois Canais. (1)4. Maleta de Experiências. (1)

2.3 Introdução Teórica

É um C.I muito versátil, sendo usado em todas as áreas de eletrônica, sendo um circuitomisto tem internamente circuitos analógicos como o operacional e circuitos digitais como oFlip Flop.

Figura 1: CI 555 - A) Pinagem e B) Diagrama de Blocos.

A)

B)

1 – GND2 – Trigger (Disparo)3 – Saída4 – Reset5 – Controle de tensão6 – Threshold (Limiar)7 – Descarga8 – VCC

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Os resistores R (5kΩ) formam um divisor de tensão, em cada um dos resistores existe umaTensão de VCC / 3. Os principais elementos do Diagrama de Blocos são:

Comparadores (1): Em um comparador a saída será alta (nível lógico 1 ou VCC) se V+ > V-

e será baixa (nível lógico 0 ou 0V) se V+ ≤ V-. A Figura 2A mostra um comparador com asaída alta e a Figura 2B com saída baixa.

Figura 2: Comparadores - A) Saída Alta e B) Saída Baixa.

No 555 a tensão no pino 2 (Trigger) é sempre comparada com VCC/3, enquanto a tensão no

pino 6 (Threshold ) é comparada com .

Flip–Flop RS (2): É um biestável, isto é, tem dois estados estáveis e a mudança de estadose faz de acordo com a Tabela Verdade dada na Figura 3B, o símbolo está representadona Figura 3A.

Figura 3: Flip-Flop RS - A) Símbolo e B) Tabela Verdade.

Buffer de Saída (3): Tem como finalidade aumentar a capacidade de corrente do CI. Acorrente de saída do CI está limitada a 200mA, podendo entrar ou sair. Observe que obuffer inverte a sua entrada, isto é, a saída do CI é Q.

Figura 4: Buffer de Saída.

A) B)

A) B)

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Transistor interno (TR): Opera saturado quando = 1 ou cortado quando = 0, o coletoré o pino 7 e o emissor o pino 1 (GND).

Operação Astável:

O Circuito Básico é o da Figura 5A, sendo a Figura 5B o mesmo circuito considerando odiagrama de blocos interno.

Figura 5: Astável - A) Circuito Básico e B) Diagrama de Bloco.

Na Figura 5, VC = V6 = V2 , e como inicialmente S = 1 (pois VC = V6 = V2= 0 e a tensão naentrada não inversora do comparador de baixo é Vcc/3) e R = 0 (pois a tensão na entradanão inversora é VC = V6 = V2= 0 e a tensão na entrada inversora do comparador de cima é2/3 de Vcc), portanto de acordo com a Tabela Verdade do FF a saída Q=1 (saídacomplementar 0) e Vsaida = VCC.

Como o transistor interno esta cortado, C começa a se carregar através de RA + RB.

Quando Vc > Vcc/3 então R = S = 0, o que mantém o estado do FF interno, isto é , Q = 1,saída Vcc.

A)

B)

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Quando o FF resetará, isto é, na Figura 5 R = 1 e S = 0 e nesse instante a saídavai a zero, saturando o transistor interno e fazendo C se descarregar através de RB e pelotransistor interno.

Quando a tensão em C cair abaixo de VCC/3 , novamente S = 1 e R = 0 setando o FF eportanto a saída volta para VCC e o transistor corta fazendo o capacitor se carregar por RA +RB e o ciclo se repete. A Figura 6 mostra o comportamento do circuito do ponto de vista dosgráficos. O tempo que a saída fica em nível alto é denominado TH (High = alto em inglês) e otempo que a saída fica em nível baixo TL (Low = baixo em inglês).

Figura 6: Formas de Onda Astável - A) no capacitor e B) na saída.

Os tempos alto (TH) e baixo (TL) são calculados por :

TH = 0,69.( RA + RB ).C e TL = 0,69.RB.C

Observe que o tempo alto é maior que o tempo baixo, pois a carga se dá por (RA + RB) e adescarga por RB. Caso se deseje tempos iguais deve-se impor RB muito maior do que RA,sendo que RA deve ter valor de pelo menos 1kΩ para que o transistor interno não sofradanos.As expressões de TH e TL podem ser generalizadas para:

TH = 0,69.RCarga.C e TL = 0,69.RDescarga.C

onde RCarga é a resistência equivalente que C “vê” durante a carga e RDescarga é a resistênciaequivalente que C “vê” na descarga, desta forma é possível, modificando os caminhos decarga e descarga obter TH diferente de TL.

A)

B)

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2.4 Procedimento Experimental

1. Para o circuito da Figura 7, calcule o período das oscilações (T, TH e TL) e anote.

Figura 7: Astável.

Calculado: TL = TH = T =

2. Monte o circuito da Figura 7 de acordo com o layout da Figura 8 e com o auxilio de umosciloscópio anote as formas de onda de saída (V

S) e no capacitor (V

C) medindo os

tempos alto (TH), baixo (TL) e período (T). Use o quadriculado para anotar as formas deonda.

Figura 8: Layout do circuito da Figura 7.

Medido: TL = TH = T =

Obs: O capacitor no pino de controle (CONT) tem a finalidade de filtrar ruído mantendo atensão no pino 5 (2/3 de Vcc). Verifique o funcionamento sem o mesmo.

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3. Compare os resultados calculados com os medidos. Compare o tempo alto com o baixo.4. Para o circuito da Figura 9, calcule o período das oscilações (T, TH e TL) e anote.

Figura 9: Astável com tempo alto muito menor que o baixo.

Calculado: TL= T

H= T=

Obs: Não esqueça, TH = 0,69.R

Carga.C e T

L = 0,69.R

Descarga.C onde R

Carga é a resistência

equivalente que C “vê” durante a carga e RDescarga

é a resistência equivalente que C

“vê” na descarga, desta forma é possível, modificando os caminhos de carga e

descarga ter TH diferente de T

L.

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5. Monte o circuito da Figura 9 de acordo com o layout da Figura 10 com o auxilio de umosciloscópio anote as formas de onda de saída (VS) e no capacitor (VC) medindo ostempos alto (TH), baixo (TL) e período (T). Use o quadriculado para anotar as formas deonda.

Figura 10: Layout do circuito da Figura 9.

Medidos: TL= TH= T=

6. Compare os resultados calculados com os medidos. Compare o tempo alto com obaixo.

10

7. Para o circuito da Figura 11 calcule o período das oscilações (T, TH e TL) e anote.

Figura 11: Astável com tempo alto muito maior que o tempo baixo.

Calculado: TL= TH= T=

8. Monte o circuito da figura 11 de acordo com o layout da figura 12 com o auxilio de umosciloscópio anote as formas de onda de saída (VS) e no capacitor (VC) medindo ostempos alto (TH), baixo (TL) e período (T). Use o quadriculado para anotar as formas deonda.

Figura 12: Layout do circuito da Figura 11.

Medidos: TL= TH= T=

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9. Compare os resultados calculados com os medidos. Compare o tempo alto com o baixo.

10. Para o circuito calcule o tempo que o LED fica aceso e o tempo que fica apagado eanote.

Figura 13: Astável com pisca-pisca.

Calculados: T(aceso)= T(apagado)=

11. Monte o circuito da Figura 13 de acordo com o layout da Figura 14 e meça o tempo queo LED fica aceso e apagado.

Figura 14: Layout do circuito da Figura 13.

Medido: T(aceso)= T(apagado)=

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12. Troque o capacitor de 47uF por um de 100uF (C8) e repita o Item 11.

Figura 15: Layout do circuito da Figura 13 com capacitor de temporização diferente.

Medido: T(aceso)= T(apagado)=

13. Conclusões:

3. Experiência 02: O Circuito Integrado 555 – Monoestável

3.1 Objetivos

1. Verificar o funcionamento do CI 555 como monoestável.2. Verificar o funcionamento do CI 555 como temporizador.3. Verificar o funcionamento do CI 555 como divisor de frequências.

3.2 Materiais Utilizados

1. Placa 1108A. (1)2. Multímetro Digital. (1)3. Osciloscópio Dois Canais. (1)4. Maleta de Experiências. (1)

3.3 Introdução Teórica

Um monoestável é um circuito que tem um estado estável e um estado instável, isto é,ligada a alimentação o circuito irá para o estado estável ai permanecendo nesse estadoaté que uma ação externa o leve para a outra situação na qual permanecerá por um tempodefinido (Ti). Após o termino desse tempo o circuito voltará sozinho para o estado estável.Um circuito monoestável muito conhecido é um temporizador ou timer muito utilizado nonosso dia a dia.

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A Figura 1A a seguir mostra o circuito de um monoestável considerando os componentesinternos e externos (R1, R, C e Vcc), e a Figura 1B o bloco e os componentes externos.

Figura 1: Monoestável - A) Circuito básico c/ componentes externos e internos e B)Bloco com componentes externos.

Inicialmente com o capacitor descarregado, VC=0=V

6, R=0 (tensão no pino 5 é maior do

que no pino 6, portanto a saída do comparador superior é baixa) e como a chave estaaberta V

2=Vcc (tensão no pino 2) que é maior que um 1/3 de Vcc forçando zero na saída do

comparador inferior e portanto S=0 , o que mantém o estado do FF. A única forma de se teruma condição estável é se considerarmos =1(Q=0=saída) desta forma C não conseguese carregar.

Ao pressionar CH, a tensão no pino 2 vai a zero, nestas condições teremos S = 1 e comoR=0, é imposta a condição Q =1 ( =0) cortando o TR e levando a saída a Vcc.

A partir desse instante C começa a se carregar através de R2. Quando , será

imposto no Flip Flop R=1 e portanto Q = 0 ( =1) fazendo o TR saturar e descarregandobruscamente C através do TR.

A)

B)

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Como R=S=0 o circuito permanecerá nesta condição, Q = 0, até que o monoestável sejadisparado novamente. Os gráficos da Figura 2 mostram o que acontece com as tensões desaída e no capacitor em função do tempo.O tempo que a saída fica em nível alto (Ti), estado instável é calculado por:

Ti = 1,1 . R . C

00

Figura 2: Formas de onda no monoestável.

3.4 Procedimento Experimental

1. Calcule o tempo de temporização do monoestável do circuito da Figura 3.

Figura 3: Monoestável como temporizador.

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2. Monte o circuito da Figura 3 usando o layout da Figura 4. Use uma das 4 chaves (normalaberta) da maleta para disparar o monoestável, medindo o tempo que a lâmpadapermanece acesa.

Figura 4: Monoestável como temporizador - Layout.

Medido: Ti=

3. Troque o capacitor de temporização de 47uF (C4) por um de 100uF (C8) e repita o itemanterior.

Medido: Ti=

4. Use o circuito da Figura 5 para verificar o funcionamento do pino de reset (pino 4).

Figura 5: Temporizador com reset.

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5. Monte o circuito da figura 5 de acordo com o layout da figura 6 e verifique o funcionamentodo pino de reset. Primeiro dispare o monoestável usando a chave CH1 em seguida usea chave CH2 para resetar o circuito.

Figura 6: Layout do circuito da Figura 5.

6. O circuito da Figura 7 é um divisor de freqüências. Calcule os tempos envolvidos doastavel (CI 1 ) e do monoestável (CI 2) anotando as formas de onda nas saídas dos doisCIs (pontos A e B).

Figura 7: Monoestável funcionando como divisor de frequências.

Astável: TH = TL =

Monoestável: Ti =

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7. Monte o circuito da Figura 7 usando o layout da Figura 8. Anote as formas de onda nassaídas dos CI’s medindo os principais tempos. Use o quadriculado para anotar as formasde onda.

Figura 8: Layout do circuito da Figura 7.

Astável: TH = TL =

T(ponto A) =

Monoestável: Ti =

T(ponto B) =

Relação entre as frequências nos pontos A e B: =

8. Conclusões:

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4. Experiência 03: O Circuito Integrado 555 – Cadeia de Monoestáveis

4.1 Objetivos

1. Verificar o funcionamento do CI 555 como monoestável disparado pela borda negativa.2. Verificar o funcionamento de uma cadeia de monoestáveis.

4.2 Materiais Utilizados

1. Placa 1108A. (1)2. Multímetro Digital. (1)3. Osciloscópio dois canais. (1)4. Maleta de Experiências. (1)

4.3 Introdução Teórica

Em algumas aplicações é preciso que o disparo do monoestável seja feito pela borda dopulso na descida ou na subida do pulso de disparo. Para que o monoestável seja disparadopela borda do pulso é necessário um diferenciador na entrada do circuito. No circuito daFigura 1A, C1 e R2 funcionam como diferenciador.

Com a chave em A, e inicialmente com C1 descarregado, a tensão V2 é Vcc. Se a chaveé colocada na posição B (terra) 0V é aplicado no pino 2 o que dispara o 555 iniciando atemporização ao mesmo tempo o capacitor C1 se carrega até Vcc através de R2. Quandoa chave voltar para a posição A, como o capacitor já se carregou totalmente com Vcc atensão da fonte se soma à tensão no capacitor resultando o pico de 2.Vcc no pino 2. Ocapacitor se descarrega através de R2 e a tensão no pino 2 volta a ser Vcc. As formas deonda do circuito na Figura 1B mostram passo a passo o funcionamento.

A)

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Figura 1: Disparo da Borda de Descida - A) Circuito e B) Forma de Onda.

Através de circuitos como o da Figura 2A é possível uma cadeia de monoestáveis, ondecada monoestável dispara o circuito à sua frente. A Figura 2B mostra as formas de onda nasaída de cada temporizador.

B)

A)

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B)

Figura 2: Cadeia de monoestáveis - A) Circuitos e B) Forma de Onda.

4.4 Procedimento Experimental

1. Calcule o tempo que o LED fica acesso após o disparo do circuito.

Figura 3: Monoestável disparado pela borda.

Tempo calculado: T=

2. Monte o circuito da Figura 3 de acordo com sugestão de layout da Figura 4. Use uma daschaves NA da maleta para iniciar a temporização. Use um dos LEDs da maleta paravisualizar o estado da saída.

3. Inicie a temporização através da chave e meça o tempo que o LED fica aceso.

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Figura 4: Layout do circuito da Figura 7.

Medido: T =

4. Calcule os tempos de temporização dos dois circuitos da Figura 5.

Figura 5: Cadeia de monoestáveis.

Calculado: T1 = T2 = .

5. Monte o circuito da Figura 5 de acordo com a sugestão de layout da Figura 6 e emseguida usando a chave CH dispare o circuito observando o que acontece em seguida eanote os tempos envolvidos.

Medido: T1= T2=

6. Descreva o que acontece com o circuito a partir do instante que a chave CH é pressionada.

7. Conclusões:

Manual sujeito a alterações sem aviso prévio.

Revisão: 00Data da Emissão: 29.10.2009

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