Eletrônica Industrial
Aula04:Multivibradores com Transistores -   Astável 

MicroCap8: Faça Download

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 Q1, na Fig1, estando cortado passa a saturado, ocorrendo o oposto com Q2.

                                       ( a )                                                                                         ( b)

Fig1: Multivibrador astável , instante t = 0^-.

Observe na Fig1b que Q1 começa a conduzir quando V_C2 > 0, e que C₁ já está  carregado nesse instante, logo num instante posterior ( t = 0⁺ ) o circuito se encontrará na situação indicada na Fig2.

Fig2: Multivibrador astável : instante t = 0⁺

A partir desse instante os capacitores começam a se carregar, V_C1 tende  para +V_CC com constante de tempo t₁=R₁.C₁ e  V_C2 tende para - V_CC( de acordo com a polaridade indicada ) com constante de tempo   t_Rec2=R_C2.C₂ 

Após um tempo  T₁ = 0,69.R₁.C₁    a tensão em C₁ começa a ficar positiva fazendo Q2 saturar, enquanto isso, C₂  já se carregou com um valor de tensão -V_CC (de acordo com a polaridade convencionada). A Fig2.13 mostra o circuito após a transição (t = T₁⁺ ) e um pouco antes de mudar (t=T₁^-).

Fig3: ( a ) Multivibrador astável: instantes t = T₁^-   e ( b ) instante t = T₁⁺ 

A partir desse instante (t = T₁⁺), V_C2 tende a  se carregar com +V_CC com constante de tempo        t₂= R₂.C₂  e  V_C1      tenderá para  -V_CC com constante de tempo   t_Rec1 = R_C1.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 Q1 saturar, enquanto isso C₁   já se carregou com  -V_CC. A Fig4 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 Fig5 mostra as principais formas de onda, e podemos observar que as formas de onda são basicamente as mesmas do monoestável.

t = (T₁ + T₂)^-

Fig4 : Multivibrador astável: instante t = (T₁ + T₂)^- = 0        

Formas de Onda

Fig5: Multivibrador astável : Formas de onda

No gráfico da Fig5  as seguintes condições devem ser satisfeitas para que  as formas de onda nos coletores não tenha muita distorção:

T₁ = 0,69.R₁.C₁ > t_Rec2 = 4.R_C2.C₂       e       T₂ = 0,69.R₂.C₂ > 4.R_C1.C₁

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.R_C.C     admitindo que  R_C1 = R_C2 = R_C  a  expressão resulta               5,8.R_C<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< b_min.R_C

Combinando as duas condições resulta :    5,8.R_C  <  R  < b_min.R_C               

esta desigualdade mais a expressão que dá o período    T = 1,38.R.C  permitem fazer facilmente qualquer projeto.

Fig6:  Astável simétrico

Exercícios Resolvidos

1.Projetar  circuito astável  simétrico que oscile na frequência de 200Hz. Dados: 

V_CC = 12V      I_Csat = 6mA   b_min = 100. Calcular R, R_C e C.

  Solução : R_C = 12V/6mA = 2K    5,8.2K < R < 100.2K ou 11,6K < R < 200K, adotando    

 R = 100K e como T = 1/200Hz = 5ms    e   T = 1,38.R.C obtemos :

C =  5.10^-3 /1,38.100.10³= 3,6.10^-8 F 

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

Solução: T_aceso = 0,69.100.10³.1000.10^-6 = 69s (Q1 sat /Q2 cort.)

                T_apgado = 0,69.33.10³.1000.10^-6 = 22,77s (Q1 cort./Q2 sat.)

3. Desenhar os gráficos das tensões  V_CE1(t)  e  V_CE2(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 m s

T = T₁ + T₂ = 303,6 +227,7 = 531,3 ms     f = 1/531,3.10^-6 = 1882Hz

  t_rec1 = 4.2.10³.20.10^-9    = 160 ms t_rec2 = 4.3,3.10³.10.10^-9 = 132 ms

EXERCICIOS  PROPOSTOS

1.      Projetar um astável simétrico que oscile na freqüência de 5KHz. Dados: V_CC = 12V  b_min = 100     I_Csat = 10mA

2. Calcular o tempo que o LED fica aceso e o   tempo que fica apagado no circuito.

3. Desenhar  os gráficos de V_CE2(t), V_CE1(t) e V_BE2(t), calculando a frequência de oscilação em cada caso.

4. Projetar um astável que oscile na frequência de  100KHz.Dados: V_CC = 9V  I_Csat = 2mA  b_min = 120.

5. Projetar um circuito que gere a forma de onda.

Experiência04: Astável Simétrico

1. Abra o arquivo ExpEI04  ( MultiSISM2001) e identifique o circuito a seguir.

Clique aqui para obter o arquivo MicroCap8

2. Calcule a duração dos tempos alto (TH) e baixo (TL) e anote na tabela I.

Tabela I

3. Inicie a simulação e meça os tempos do item 2. Anote na tabela II.

Tabela II

4. Conclusões

Experiência05: Astável Assimétrico com tempo de subida rápido

1. Abra o arquivo ExpEI05  (MultiSISM2001) e identifique o circuito a seguir.

Clique aqui para obter o arquivo MicroCap8

2. Calcule a duração dos tempos alto (TH) e baixo (TL) e anote na tabela III.

Tabela III

3. Inicie a simulação e meça os tempos do item 2. Anote na tabela IV

Tabela IV

4. Conclusões