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Eletrônica Industrial
Aula03: Multivibrador com Transistores - Monoestavel

1. MULTIVIBRADOR  MONOESTAVEL 

    É um circuito que apresenta um estado estável e um estado instável. Para mudar do  estado estável para o estado instável é necessário aplicar um pulso de disparo. A volta para o estado estável é feita sem que seja necessário aplicar pulso, após um intervalo de tempo T_i. A Fig1 mostra o circuito básico de um monoestável. 

    Quando o circuito é ligado a primeira vez, vai para o estado estável, isto é, TR1 corta e TR2 satura, ficando nessa situação indefinidamente até que seja aplicado um pulso de disparo positivo na base de TR1 (poderia ser um pulso negativo na base de TR2 ).

            Vamos supor que o circuito esteja ligado a um tempo suficientemente longo de forma que podemos considerar C totalmente carregado. Seja t = 0 o instante de aplicação do 1º pulso de disparo.

A Fig2 mostra o circuito num instante um pouco antes de aplicar o 1º pulso (instante t=0^-).

            V_CE1(0^-)= V_CC     I_C2(0^-)=V_CC/R_C2 V_C(0^-)= -V_CC    I_B2 ( 0^- ) =V_CC/R 

    Após a aplicação do pulso  (instante t=0⁺), TR1 satura e TR2 corta . Observe que é necessário que primeiro TR1 sature, pois nesse caso o coletor de TR1 fica com 0V permitindo que a tensão no capacitor seja aplicada inversamente à base de TR2, o que o mantém cortado mesmo que o pulso seja retirado. A Fig3 mostra o circuito equivalente após a aplicação do pulso ( t=0⁺).

I_C1(0⁺)=V_CC/R_C2 + 2.V_CC/R,  V_R(0⁺) = 2.V_CC            V_BE2(0⁺)=V_C(0⁺)=-V_CC

I_B1(0⁺)=V_CC/(R_B+R_C2)                        V_CE2(0⁺)=R_B.V_CC/(R_B+R_C2)

        Observe na Fig3, que no instante logo após a transição (0⁺) a corrente de coletor de TR1 tem duas componentes: a primeira,   V_CC/R_C2   é constante com o tempo enquanto a segunda componente    é transitória ( variável com o tempo ) tendo  pico igual a 2.V_CC/R.
A partir desse instante, a tensão no capacitor ( V_C ) que é igual à tensão V_BE2, tenderá exponencialmente para  V_CC com constante de tempo  t=R.C. A Fig4 mostra o gráfico de V_C( t ) = V_BE2( t ).

Fig4: Gráfico da tensão no capacitor ( V_C ) em função do tempo

    Passado um tempo T_i (duração do estado instável) após a aplicação do pulso, a tensão no capacitor (portanto na base de TR2) começa a ficar positiva e TR2 volta a conduzir, saturando em seguida. Com o potencial da base de TR1 em 0V (pois TR2 estando saturado V_BE1 = 0) este cortará em seguida. De acordo com o gráfico das Fig4, para t =T_i, V_BE2(T_i)=0, substituindo essa condição na equação da curva resulta:

A Fig5 mostra o circuito um pouco antes de voltar ao estado estável (t=T_i^-).

t = T_i^-

V_C(T_i^-) = 0  ,     I_Rc1( T_i^-)=V_CC/R_C1       I_R(T_i^-) = V_CC/R     V_R(T_i^-) = V_CC+     

I_C1(T_i^-) = V_CC/R_C1 + V_CC/R

    A Fig6 mostra o circuito logo após a transição (t = T_i⁺  ). Observe que  apesar do circuito ter voltado ao estado estável, as condições não são as mesmas de antes da aplicação do 1º pulso, portanto não é possível aplicar outro pulso ainda pois o capacitor não está totalmente carregado. Somente após C estar com a mesma tensão inicial, V_C = - V_CC, será possível aplicar novo pulso de disparo, caso contrário a duração do pulso será menor do que 0,69.R.C

T = T_i⁺

V_C(T_i⁺) = 0        I_B2(T_i⁺) = V_CC/R + V_CC/R_C1

    Sendo que a  última componente    é transitória (o pico vale V_CC/R_C1).
A Fig7  mostra o comportamento da tensão no coletor de TR1 quando o mesmo muda de saturado para cortado. A subida exponencial se deve à carga de C através de R_C1.A recuperação total  ocorrerá após um tempo     t_rec = 4.R_C1.C (tempo de recuperação).

    A Fig8  mostra as principais formas de onda no circuito. A 1ª forma de onda são os pulsos de disparo de período T_d . A 2ª forma de onda a tensão no coletor de TR1, em seguida tensão no coletor de TR2, tensão na base de TR2, corrente de base de TR2 e por último a tensão em C.

Formas de Onda

Observe a forma de onda da corrente de base de 2 quando o  mesmo vai de cortado para saturado. A corrente tem duas componentes, uma de regime permanente cujo valor é V_CC/R e outra transitória cujo pico vale V_CC/R_C1.

Notar também que a tensão no coletor de Q2 quando o mesmo está cortado não é igual a V_CC, visto que existe uma corrente circulando por R_C2 com Q2 cortado.

Exercícios Resolvidos

1. Projetar um temporizador que acione uma lâmpada de 110V durante 5min. Dados : V_CC=12V    transistores iguais com  b_min=100     Relé  12V/30mA.

Solução: O circuito usado é mostrado a seguir, os componentes a serem calculados são R_B, R_C2 e C.

T_i = 5min. = 300s = 0,69.R.C    logo    R.C = 435s      uma equação e duas incógnitas. Deveremos obrigatoriamente adotar valor para uma delas. Por motivos de ordem prática adotamos valor para C, pois é mais fácil ajustar o valor de R depois.

Seja C = 1000mF  Þ    R = 435/1000.10^-6F = 435K

 No estado estável, Q1 cortado e Q2 saturado, temos o circuito equivalente a seguir :

I_B2 = 12V/435K = 0,027mA = 27,5mA

Para que  Q2 sature deveremos ter  I_C2< b_min.I_B2 ou I_C2<100.0,027mA = 2,75mA

Logo R_C2>12V/2,75mA = 4,4K

Adotando        R_C2=4K7

No estado instável, Q1 saturado e Q2 cortado temos o seguinte circuito equivalente:

Para que Q1 sature, no pior caso teremos   I_C1 = 30mA + 2.12V/435K @ 30mA logo    I_B1>30mA/100= 0,3mA e como a resistência que limita I_B1 é R_B + R_C2  R_B+4K7 <12V/0,3mA = 40K  e   R_B < 35K3.

Adotando  R_B = 33K

2. Para o circuito, desenhar os gráficos de V_CE1(t) e V_BE2(t) indicando todos os valores de tempo e tensão.

Solução:  Calculemos primeiramente os tempos envolvidos.

  T_i = 0,69.33.10³ .0,1.10^-6 = 2,27ms           t_rec = 4.1.10³.0,1.10^-6 = 0,4ms T_d = 1/200 = 5ms

 Os gráficos são basicamente os da Fig8, colocando todos os valores de tempo e tensão.

Exercícios Propostos

1. Projetar um temporizador que possa ligar uma lâmpada de 110V de 1min. A 10min.. Dados: Relé 12V/20mA  transistores iguais com  b_min = 100 V_CC = 12V

2. Dado o circuito pede-se desenhar os gráficos V_CE1(t), V_CE2(t) e V_BE2(t), indicando todos os valores de tempo e tensão.

3. Um monoestável tem  T_i = 5ms. Pulsos de freqüência    f_d = 500Hz são aplicados na entrada de disparo. Desenhar o gráfico da tensão no coletor de Q2. Qual a relação entre a freqüência dos pulsos de entrada e os pulsos obtidos no coletor de Q2 ? Dar uma aplicação para o circuito.

Experiência03  Parte I: Monoestavel  como Temporizador (disponível apenas para MultiSIM2)

1. Abra o arquivo         e identifique o circuito  a seguir. 

2. Calcule a duração do estado instável por:

Ti=0,69.R.C=_______________

3. Inicie a simulação e meça a duração do estado instável e anote 

Ti(med.)=_________________

4. Conclusões:

Experiência 03 Parte II: - Monoestavel  Disparado por Pulsos

1. Abra o arquivo ExpEI03  MicroCap8       e identifique o circuito da figura a seguir.

2. Inicie a simulação do circuito, medindo os principais tempos e anotando juntamente com as formas de onda do circuito. Compare os resultados com os teoricos. 

3, Conclusões:

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