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Eletrônica Industrial
Aula  04:  Astavel com transistor

1. Multivibrador Astável  
     Um  astável é um oscilador, e para analisar o seu funcionamento consideremos  como  ponto de partida (t=0 ) o instante em que o TR1, na Figura 1, estando cortado passa a saturado, ocorrendo  o oposto com TR2. Apos um periodo T,  essa condição é repetida.
            
                                      ( a )                                                                                                            ( b )
Figura 1 -  ( a ) Multivibrador astável   ( b ) instante t = 0-. antes da transição
Observe  na Figura 1b que TR1 começa a conduzir quando VC2 > 0, e que C1 já está  carregado  nesse instante cpm -Vcc, logo num instante posterior ( t=0+) o circuito  se encontrará na situação indicada na Figura 2.




Figura 2 -   Multivibrador astável : instante t = 0+
]
A  partir desse instante os capacitores começam a se carregar, VC1 tende  para +VCC com constante de tempo t1=R1.C1 e  VC2 tende para  - VCC( de acordo com a polaridade indicada ) com constante de tempo   tRc2=RC2.C2  
Após  um tempo T1 = 0,69.R1.C1     a tensão em C1 começa a ficar positiva fazendo  TR2 saturar, enquanto isso, C2   já se carregou com um valor de tensão -VCC (de  acordo com a polaridade convencionada). A Figura 2  mostra o circuito após  a transição (t = T1+ ) e um pouco antes  de mudar (t=T1-).



        
( a )                                                                                                              ( b )
Figura 3:  ( a ) Multivibrador  astável: instantes t = T1-  e ( b ) instante t = T1+
A  partir desse instante (t = T1+),  VC2 tende a  se carregar com  +VCC com constante de tempo         t2= R2.C2  e   VC1    tenderá para  -VCC com constante de tempo   tRc1 = RC1.C1 .
Após  um tempo    T2 = 0,69.R2.C2   (contado a partir do instante t = T1+) a tensão  em C2 começa  a  ficar positiva fazendo TR1 saturar, enquanto isso C1    já se carregou com  -VCC.  A Figura 4 mostra o circuito no instante t = (T1 + T2)-.  Observe que  esse instante é  semelhante ao instante t = 0-, isto é, a partir desse instante  as situações começam a se repetir e dizemos que foi completado  um ciclo ou período.
O  período das oscilações  é dado por     T  = T1 + T2 = 0,69.(R2.C2 + R1.C1) . A  Figura 5 mostra as principais formas de onda, e podemos observar que as formas de onda  são basicamente as mesmas do monoestável.

t  = (T1 + T2)-



Figura 4 -  Multivibrador astável: instante t = (T1 + T2)- = 0

A figura 5 mostra as formas de onda nas bases e nos coletores.
                         

Figura 5 -  Multivibrador astável : Formas de onda


No  gráfico da Figura 5  as  seguintes condições devem ser satisfeitas para que   as formas de onda nos coletores não tenha muita distorção:

T1=0,69.R1.C1 > tRec2 = 4.RC2.C2 ,   o semiperiodo, T1, tempo que TR1 fica saturado  deve ser maior que o tempo de recuperação do coletor do TR2. E        T2=0,69.R2.C2 > 4.RC1.C1

2. Astável Simétrico   
    No caso mais comum  o astável é simétrico, isto é,   T1=T2=T/2    e isso é obtido fazendo-se       R1=R2=R    e     C1=C2=C,  de forma que  T1=T2 =0,69.R.C   e a condição  acima para esse caso fica sendo         0,69.R.C > 4.RC.C      admitindo que  RC1 = RC2 = RC  a  expressão resulta                5,8.RC< R
Outra  condição que deve ser satisfeita é, o    transistor  que está  conduzindo deve estar saturado, e no caso do astável simétrico  isso será verdadeiro se for observada a condição:      R< .RC
Combinando  as duas condições resulta :   5,8.RC  <  R  < .RC                 
esta  desigualdade mais a expressão que dá o período    T =1,38.R.C     permitem fazer facilmente qualquer projeto.



                             ( a )                                                                                                        ( b )
Figura 6 -    Astável simétrico ( a ) circuito   ( b ) formas de onda, coletor de TR1 e base de TR1

3. Astavel de Recuperação  Rápida
    Nos circuitos estudados, quando o transistor vai de saturado para cortado demora um tempo. Para eliminar esse tempo são adicionados um diodo e uma resistencia, conforme figura 7. A figura 7 mostra o mesmo circuito da figura 6 com adição do diodo e resistencia. A recuperação é feita atraves de Rrec.


              
                                        ( a )                                                                                                               ( b )
Figura 7 -   Astavel de recuperação rapida ( a )   circuito ( b ) formas de onda nos coletores


4. Exercícios  Resolvidos
4.1. Projetar  circuito astável   simétrico que oscile na frequência de 200 Hz. Dados:  
VCC = 12 V      ICsat = 6 mA         = 100. Calcular R, RC e C.
Solução : RC = 12V/6mA = 2 k    5,8.2 k < R < 100.2 k                       ou                    11,6 k < R < 200 k, adotando      
R=100 k e  como T = 1/200 Hz = 5 ms    e   T = 1,38.R.C obtemos:
C=5.10-3 /1,38.100.103= 3,6.10-8 F =36 nF

4.2.  No circuito qual o tempo que cada  LED fica aceso e apagado.?


Figura 8 - Circuito para exercicio 2

Solução:  Taceso = 0,69.50.103.100.10-6 = 3,45 s (TR1 sat /TR2 cort.)
                Tapgado = 0,69.50.103.100.10-6 = 3,45 s  (TR1 cort./TR2 sat.)

4.3.  Desenhar os gráficos das tensões   VCE1(t)  e  VCE2(t), calculando a frequência  de oscilação no circuito.

Solução:  T1=0,69.22.103.20.10-9 =303,6 ms    T2=0,69.33.103.10.10-9=227,7 s
T= T1 + T2=303,6 +227,7=531,3 s    f=1/531,3.10-6=1882 Hz
 trec1= 4.2.103.20.10-9 =160 s          trec2=4.3,3.103.10.10-9=132 s


5. Exercícios  Propostos
5.1.    Projetar um astável simétrico que oscile na freqüência  de 5 kHz. Dados: VCC=12 V      =100     ICsat=10 mA
5.2.  Calcular o tempo que o LED fica aceso e o    tempo que fica apagado no circuito.
5.3.  Desenhar  os gráficos  de VCE2(t), VCE1(t) e VBE2(t), calculando a  frequência de oscilação em cada caso.

6. Experiência: Astável Simétrico
6.1. Abra o arquivo ExpEN2_09  Astavel simetrico e identifique o circuito da  Figura 9a.



                                          ( a )                                                                                                               ( b )
Figura 9 - Astavel simetrico  ( a ) circuito   ( b ) formas de onda de VCE2(t)     e   VBE1(t)

6.2. Calcule a duração dos tempos alto (TH) e baixo  (TL) e anote na Tabela 1.


Tabela 1 - valores calculados para circuito da figura  9
Tempos Calculados
TH(ms)
TL(ms)
T(ms)
f  (Hz)



6.3. Inicie a simulação e meça os tempos  do item 6.2. Anote na tabela 2.
Tabela 2 - valores medidos para circuito da figura 9
Tempos medidos por simulação
TH(ms)
TL(ms)
T(ms)
f  (Hz)



6.4. Conclusões
7. Experiência:  Astável  com  tempo de subida rápido
7.1.  Abra o arquivo ExpEN2_10  Astavel  com tempo de subida rapido , e identifique o circuito da Figura 10.



                                                                ( a )                                                                                                            ( b )
Figura 10 - Astável  com  tempo de subida rápido no coletor

7.2. Calcule a duração dos tempos alto (TH) e baixo  (TL) e anote na tabela 3.
Tabela 3 - valores calculados para circuito da figura  10a
Tempos Calculados
TH(ms)
TL(ms)
T(ms)
f  (Hz)



7.3. Inicie a simulação e meça os tempos  do item 7.2. Anote na tabela 4

Tabela 4 - Valores medidos para circuito da figura 10a
Tempos medidos por simulação
TH(ms)
TL(ms)
T(ms)
f  (Hz)



7.4. Conclusões
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