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Curso de Eletrônica - Eletrônica Digital - Os Multivibradores Astáveis e Monoestáveis (CUR5008)

8.1 – Multivibradores Astáveis

Em sua maioria, os circuitos digitais trabalham de uma forma sincronizada, o que é conseguido através de sinais retangulares que precisam ser gerados por algum tipo de oscilador. Para aplicações em eletrônica digital, o oscilador, que produz o sinal de "Clock" ou "relógio" deve ter características especiais, o que exige o uso de diversas configurações.

 
 

 

Esta oitava parte deste curso, é parte corresponde ao segundo volume do livro publicado pelo autor Eletrônica Digital. O livro completo poderá ser adquirido no link : http://www.newtoncbraga.com.br/ 

 

O sinal de clock usado nos circuitos digitais deve ter características muito bem definidas, pois precisam ser reconhecidos por esses circuitos. Isso significa que os sinais de clock devem ser perfeitamente retangulares e ter uma frequência de acordo com o tipo de circuito que devem sincronizar.

Qualquer alteração na forma de onda de um sinal de clock pode levar o circuito a não reconhecê-lo, como ainda entrar num comportamento instável que afeta todo o seu funcionamento.

Uma das configurações mais importantes, usada para geração de sinais de clock, ou seja, sinais retangulares, é justamente aquela que parte de um circuito que tem bastante semelhança com os flip-flops que estudamos na lição anterior.

Este circuito recebe o nome de multivibrador astável e se caracteriza por não ter dois, nem um, estado estável. Este circuito muda constantemente de estado, numa velocidade que depende dos valores dos componentes usados e que, portanto, gera um sinal retangular.

Da mesma forma que estudamos os flip-flops partindo da configuração básica com transistores vamos fazer o mesmo com o multivibrador astável.

Assim, se tivermos a configuração mostrada na figura 1, usando transistores, os capacitores proporcionam uma realimentação que leva o circuito à oscilação.

 

Figura 1 – Multivibrador astável com transistores
Figura 1 – Multivibrador astável com transistores

 

 

No multivibrador astável, a frequência é determinada por dois capacitores e dois resistores, ou seja, por uma constante de tempo RC destes componentes. Dizemos que este tipo de oscilador é do tipo RC.

Analisemos melhor como funciona a configuração mostrada na figura 1.

Quando a alimentação é estabelecida um dos transistores conduz mais do que outro e, inicialmente, podemos ter, por exemplo, Q1 saturado e Q2 cortado. Com Q1 saturado o capacitor C1 carrega-se via R1 de modo que a tensão no capacitor sobe gradualmente até o ponto em que, estando carregado, o transistor Q2 é polarizado no sentido de conduzir.

Quando isso ocorre, Q2 tem um dos seus terminais aterrado e descarrega-se. Nestas condições Q1 vai ao corte e Q2 satura. Agora é a vez de C2 carregar-se até que ocorra novamente uma comutação dos transistores e um novo ciclo de funcionamento ocorra.

As formas de onda geradas neste circuito são mostradas na figura 2, observando-se o ciclo de carga e descarga dos capacitores.

 

Figura 2 – Formas de onda no circuito da figura 1
Figura 2 – Formas de onda no circuito da figura 1

 

 O leitor pode perceber então que o tempo de carga e descarga dos capacitores e, portanto, das oscilações geradas por este circuito dependem tanto dos valores dos capacitores, como dos resistores de base através dos quais ocorrem as descargas.

Também podemos observar que os sinais gerados são retangulares, pois ocorre uma comutação rápida dos transistores de tal forma que a tensão em seus coletores sobe e desce rapidamente.

Da mesma forma que no caso dos flip-flops, podemos elaborar multivibradores astáveis tanto usando válvulas como transistores de efeito de campo.

Podemos também ter osciladores RC que geram sinais com boa estabilidade com menos componentes. Estes osciladores podem ser elaborados com funções lógicas, e para isso temos diversas possibilidades.

 

8.2 – Astáveis com funções lógicas

Como já explicamos em lições anteriores, é possível construir praticamente qualquer tipo de função mais complexa, usando os blocos básicos que são as portas.

Isso também é válido para o caso dos multivibradores, tanto astáveis como monoestáveis. Podemos partir de funções lógicas comuns, e com a utilização de alguns componentes externos passivos como resistores e capacitores, para determinar frequência e ciclo ativo, podemos obter diversos tipos de multivibradores. Vejamos alguns deles:

 

a) Astável usando inversores

Um primeiro tipo de oscilador RC ou astável pode ser elaborado com base em dois inversores utilizando-se a configuração mostrada na figura 3.

 

Figura 3 – Astável usando inversores
Figura 3 – Astável usando inversores

 

 Neste circuito R e C determinam a frequência de operação. O princípio de funcionamento pode ser resumido da seguinte forma: quando o inversor F2 está com a saída no nível alto, a saída de F1 estará no nível baixo o que fará com que o capacitor se carregue via R.

Quando a tensão em C atinge o valor que provoca a comutação de F2, ele troca de estado e sua saída vai ao nível baixo. Nestas condições a saída de F1 vai ao nível alto. A partir desse momento o capacitor é "invertido" começando sua carga, mas com polaridade oposta até que novamente tenhamos o reconhecimento do nível de comutação e um novo ciclo tenha início.

A frequência de operação deste circuito é dada com aproximação pela fórmula:

 

f = 1 / (2 x 3,14 x R x C)

 

Onde:

3,14 é o "PI" (π) que é constante.

C deve ser expresso em farads, R em ohms para que tenhamos a frequência em hertz.

 

É importante observar que, à medida que nos aproximamos da frequência máxima que o circuito integrado pode operar, o sinal começa a ter suas bordas arredondadas, deformando-se assim em relação a uma forma de onda retangular perfeita. Esse fato deve ser considerado nas aplicações mais críticas.

Nos circuitos integrados CMOS costuma-se agregar nas entradas diodos de proteção com a finalidade de protegê-los contra descargas estáticas. Estes diodos afetam o funcionamento dos osciladores podendo dificultar sua operação.

Uma maneira de se contornar o problema causado pela presença dos diodos consiste em se modificar o circuito da figura 3 agregando um resistor adicional, conforme indicado na figura 4.

 

  Figura 4 – Melhorando o desempenho do circuito com um resistor adicional
Figura 4 – Melhorando o desempenho do circuito com um resistor adicional

 

 

Este resistor Rx deve ser pelo menos 10 vezes maior que R. Valores da ordem de 1 M ohms são os mais usados na prática de modo a não afetar a frequência de operação determinada pela fórmula que vimos e, com isso, manter a estabilidade de funcionamento do circuito.

Podemos controlar a frequência deste tipo de oscilador colocando um resistor variável no circuito de realimentação, conforme mostra a figura 5.

 

Figura 5 – Agregando um controle de frequência
Figura 5 – Agregando um controle de frequência

 

 

Como o resistor variável é 10 vezes maior do que o resistor que está  em série, a faixa de frequências obtida variará numa razão de 10 para 1.

Assim, se a frequência mínima for de 100 Hz, a máxima será de 1000 Hz. Veja que não é recomendável que o resistor em série seja muito pequeno, menor que 10 k ohms dadas às características do circuito.

Como o tempo de carga e descarga do capacitor é o mesmo o sinal produzido tem forma de onda retangular com um ciclo ativo de aproximadamente 50%, ou seja, o tempo em que ele permanece no nível alto é o mesmo do nível baixo, conforme mostra a figura 6.

Podemos dizer que este circuito gera um sinal "quadrado", conforme já explicamos anteriormente.

 

Figura 6 – Forma do sinal gerado
Figura 6 – Forma do sinal gerado

 

 

Na maioria das aplicações que envolvem o uso de circuitos digitais, são necessários circuitos de clock que tenham ciclos ativos de 50%. No entanto existem aplicações especiais em que um ciclo ativo diferente pode ser necessário.

Para se modificar o ciclo ativo, o recurso mais comum consiste em se agregar componente para fornecer percursos diferentes para a corrente de carga e descarga do capacitor, o que pode ser conseguido facilmente com o concurso de diodos de uso geral.

Assim, para o circuito que tomamos como exemplo, é possível modificar o ciclo ativo da maneira indicada na figura 7.

 

Figura 7 – Alterando o ciclo ativo com o uso de diodos
Figura 7 – Alterando o ciclo ativo com o uso de diodos

 

 

O capacitor vai carregar-se via R1 e descarregar-se via D2, o que significa tempos diferentes para a saída no nível alto e baixo.

Esses tempos, que dependem dos capacitores, é dado pelas fórmulas junto ao diagrama.

Para se obter um ajuste do ciclo ativo pode-se agregar um potenciômetro ou trimpot ao circuito que vai determinar os percursos para as correntes de carga e descarga do capacitor, conforme mostra a figura 8.

 

Figura 8 – Controlando o ciclo ativo
Figura 8 – Controlando o ciclo ativo

 

 

A posição do cursor do potenciômetro determina o ciclo ativo, observando-se que na posição central este ciclo será de 50%.

Observamos finalmente que inversores podem ser obtidos com a ligação de portas NOR ou NAND, com as entradas em paralelo, conforme mostra a figura 9.

 

Figura 9 – Astável com inversores obtidos a partir de funções NOR
Figura 9 – Astável com inversores obtidos a partir de funções NOR

 

 

Assim, a configuração indicada pode ser elaborada com portas NAND ficando com a disposição da figura 10.

 

Figura 10 – Astável obtido com inversores elaborados com portas NAND
Figura 10 – Astável obtido com inversores elaborados com portas NAND

 

 

Também é importante notar que a precisão na obtenção das frequências calculadas pelas fórmulas depende muito da tolerância dos componentes externos usados, e da própria tensão de alimentação.

Conforme vimos, pelas características dos componentes tanto TTL como CMOS, o tempo de trânsito dos sinais depende to tipo de circuito integrado usado e, especificamente para os CMOS, da tensão de alimentação.

Uma leve variação da frequência gerada pode então ocorrer quando esses parâmetros oscilam.

 

b) Oscilador com disparador

Uma característica, não muito desejada quando se deseja usar uma função como osciladora, é o tempo de comutação quando o nível lógico é reconhecido na entrada.

Um tipo de função lógica importante que tem tempos reduzidos de comutação é a formada por circuitos disparadores, ou "triggers" como, por exemplo, do circuito integrado 4093, que é mostrado na figura 11.

 

Figura 11 – A função NAND disparadora do 4093 (CMOS)
Figura 11 – A função NAND disparadora do 4093 (CMOS)

 

Estas portas possuem uma característica de histerese que é mostrada na figura 12.

Figura 12 – Característica de histerese do 4093
Figura 12 – Característica de histerese do 4093

 

 

Esta característica mostra que, quando o circuito reconhece o nível lógico necessário à comutação, a saída passa de um nível a outro numa velocidade muito grande, ou seja, há uma comutação muito rápida.

Veja que isso não ocorre com as funções equivalentes, "não disparadores", que possuem uma transição mais lenta de níveis lógicos.

Por outro lado, o nível lógico de entrada que faz novamente a comutação para que a saída volte ao estado anterior não ocorre com a mesma tensão "de ida".

Em outras palavras, o sinal de saída oscila do nível alto para o baixo e vice-versa com tensões diferentes de entrada. Estas diferentes tensões determinam uma faixa denominada "histerese" e que é mostrada na curva da figura 12.

Esta característica de histerese é muito importante, pois garante que o circuito comute com segurança tanto "na ida" como "na volta" dos sinais, e que, além disso, possam ser usados em osciladores de bom desempenho.

Para termos um oscilador com uma porta NAND disparadora, como a do circuito integrado CMOS 4093, precisamos de apenas dois componentes externos na configuração mostrada na figura 13.

 

Figura 13 – Oscilador com o 4093
Figura 13 – Oscilador com o 4093

 

 Neste circuito, o capacitor se carrega através do resistor quando a saída da porta (ligada como inversor) está no nível alto, e se descarrega quando está no nível baixo, produzindo um sinal com ciclo ativo bem próximo de 50%.

Também observamos que essa forma de onda sofre um "arredondamento", à medida que nos aproximamos do limite de operação do circuito integrado, o qual depende da tensão de alimentação.

Para um 4093, esse limite está em torno de 12 MHz para uma alimentação de 15 V, caindo para 4 MHz com 5 V.

A entrada do circuito, ligada entre o capacitor e o resistor, não drena nem fornece corrente já que é de alta impedância, apenas sensoriando o nível de tensão neste ponto para fazer a comutação.

As formas de onda obtidas neste circuito são mostradas na figura 14.

 

Figura 14 – Formas de onda no circuito oscilador com o 4093
Figura 14 – Formas de onda no circuito oscilador com o 4093

 

 

Da mesma forma que nos circuitos anteriores, também podemos modificar o ciclo ativo do sinal gerado, modificando o percurso da corrente de carga e descarga do capacitor o que pode ser conseguido através de diodos.

Temos então na figura 15 um circuito com ciclo ativo diferente de 50% usando diodos.

 

Figura 15 – Alterando o ciclo ativo do oscilador com o 4093
Figura 15 – Alterando o ciclo ativo do oscilador com o 4093

 

 

Neste circuito, quando a saída do disparador está no nível alto, o capacitor carrega-se via D1 e R1. Estes componentes determinam então o tempo de saída alto. Quando o circuito comuta e a saída do disparador vai ao nível baixo e o capacitor descarrega-se via D2 e R2, sendo estes os componentes responsáveis pelo tempo baixo do sinal de saída.

Também podemos controlar o ciclo ativo deste circuito, colocando um potenciômetro ou trimpot conforme mostra a figura 16.

 

Figura 16 – Ajustando o ciclo ativo através de um potenciômetro
Figura 16 – Ajustando o ciclo ativo através de um potenciômetro

 

 

A posição do cursor determina a resistência do circuito nos percursos de carga e descarga do capacitor.

O 4093, na verdade corresponde a um grupo de circuitos denominados "disparadores de Schmitt" que será estudado nas próximas lições, na sua real função, que é a de modificar formas de onda de um circuito. O disparador pode transformar um sinal de qualquer forma de onda num sinal retangular, conforme veremos mais adiante.

Outras funções que podem ser usadas como base para esse oscilador são as que contém inversores-disparadores, e que também aparecem em alguns circuitos integrados da família TTL.

 

c) Oscilador TTL com Inversores de saída em coletor aberto

Outro tipo de circuito astável, que pode ser usado para gerar sinais retangulares num equipamento digital, é o que faz uso de três dos seis inversores disponíveis num circuito integrado 7406. Este circuito é mostrado na figura 17.

 

 

Figura 17 – Astável com três inversores
Figura 17 – Astável com três inversores

 

 

O sinal é realimentado da saída do último inversor para a entrada do primeiro, e pelo resistor variável temos o ajuste da frequência e do ponto de funcionamento.

Este oscilador pode gerar sinais na faixa de 1 a 10 MHz para TTLs normais, e frequências mais elevadas com TTL LS ou de outras subfamílias apropriadas.

 

d) Oscilador com cristal

O cristal de quartzo é um elemento importante no controle de frequência de um circuito. Os cristais oscilam em frequências determinadas pelo seu corte. Assim, eles podem ser usados para manter a frequência fixa num circuito dentro de estreitos limites.

Seu uso mais comum é justamente em circuitos em que a precisão da frequência seja importante tais como relógios, cronômetros e em instrumentação e controles eletrônicos.

Na verdade, em eletrônica digital, o uso do cristal é bastante comum para determinar o ritmo de funcionamento de um equipamento, ou seja, para determinar a sua frequência de clock.

Existem diversas formas de se obter um oscilador com cristal, especificamente para aplicações em circuitos digitais.

Um primeiro circuito, que pode ser dado como exemplo, é o mostrado na figura 18 e que faz uso de duas das quatro portas NOR disponíveis num circuito integrado CMOS 4001.

  

Figura 18 – Um oscilador controlado por cristal com portas NOR CMOS
Figura 18 – Um oscilador controlado por cristal com portas NOR CMOS

 

 O cristal serve de elemento de realimentação, determinando a frequência básica de operação. Existe no circuito um capacitor ajustável que permite variar a frequência levemente em torno do valor determinado pelas características do circuito.

Trata-se de uma espécie de ajuste fino de frequência e que também ajuda a partida do oscilador, facilitando sua entrada em funcionamento no momento em que ele é ligado.

Uma porta serve como elemento ativo do circuito (amplificador digital), enquanto que a outra serve de "buffer" ou seja, isola a saída do circuito oscilador.

Os buffers são importantes em muitas aplicações pois impedem que variações que ocorram no circuito que recebe o sinal afetem a frequência do oscilador.

Outro oscilador a cristal com inversores CMOS é mostrado na figura 19.

 

Figura 19 – Oscilador controlado por cristal com três inversores
Figura 19 – Oscilador controlado por cristal com três inversores

 

 A saída do último inversor fornece o sinal de realimentação do circuito através do cristal que então determina a sua frequência.

Versão equivalente com inversores e circuitos integrados TTL para osciladores controlados a cristal é mostrada na figura 20.

  

Figura 20 – Oscilador controlado por cristal com inversores TTL
Figura 20 – Oscilador controlado por cristal com inversores TTL

 

 

8.3 – Circuitos Monoestáveis

Os circuitos monoestáveis, como o próprio nome indica, possuem apenas um estado estável. Uma vez que sejam disparados eles comutam, sendo levados ao estado instável no qual permanecem por um tempo determinado. No final deste tempo, eles voltam automaticamente para o estado inicial, estável.

Na figura 21 temos um diagrama de tempos que mostra o comportamento de um multivibrador monoestável. Neste multivibrador o disparo é feito por um pulso negativo.

 

Figura 21- Diagrama de tempos de um monoestável
Figura 21- Diagrama de tempos de um monoestável

 

 Destacamos nesta figura o disparo, que é o pulso que muda de estado o multivibrador e cuja duração pode variar, e a temporização, que o tempo em que o multivibrador permanece no seu estado instável.

A versão mais simples para se entender o funcionamento é justamente a que faz uso de dois transistores, e que é mostrada na figura 22.

 

Figura 22 – Um monoestável com transistores
Figura 22 – Um monoestável com transistores

 

 Na condição estável, Q1 está cortado e Q2 saturado. No momento em que um pulso de disparo é aplicado ao circuito, as condições dos dois transistores são invertidas: Q1 vai à saturação e Q2 ao corte. No entanto, trata-se de um estado instável que não dura muito.

Os transistores permanecerão nesta nova situação por um tempo determinado basicamente pelo capacitor C. No final deste tempo, o circuito comuta, voltando à sua situação inicial: Q1 cortado e Q2 saturado.

Nos circuitos digitais os multivibradores monoestáveis são muito importantes, pois permitem que seja gerado um pulso de largura constante, independentemente do tempo de duração do sinal de entrada ou mesmo de sua forma de onda, em alguns casos.

O que ocorre em certas aplicações é o denominado fenômeno do "repique" (bouncing).

Quando se fecha um interruptor, por exemplo, a corrente não é estabelecida de imediato e de forma constante. Na prática temos a produção de certa oscilação conforme mostra a figura 23.

 

Figura 23 – Exemplo de repiques na transição negativa e positiva de um sinal.
Figura 23 – Exemplo de repiques na transição negativa e positiva de um sinal.

 

 

Se esta oscilação tiver uma amplitude suficientemente grande para passar pelo nível de reconhecimento de entrada dos circuitos lógicos, isso pode ser interpretado como uma sequência de pulsos e não um só, conforme indicado na mesma figura.

Assim, se desejarmos enviar um único pulso para um circuito ao apertar uma chave ou quando um sensor é acionado, e este problema ocorrer, teremos problemas de funcionamento.

Com o uso de um circuito monoestável podemos garantir a produção de pulsos de duração constante independentemente da duração ou do número de pulsos de entrada.

Podemos, igualmente, ter diversos circuitos monoestáveis usando funções lógicas comuns associadas a resistores e capacitores.

Um primeiro grupo de circuitos que se assemelham aos monoestáveis, por gerarem pulsos de duração constante e que merece uma observação inicial, é o formado pelos "Edge Detectors" ou "detectores de borda" que podem ter configurações como as mostradas na figura 24 usando circuitos integrados TTL.

 

Figura 24 – Um monoestável com funções NOR TTL
Figura 24 – Um monoestável com funções NOR TTL

 

Estes circuitos, na realidade, são "meio monoestáveis", pois geram um pulso cuja duração é um pouco menor do que a do pulso de entrada, porém de valor constante.

Em outras palavras, estes circuitos geram pulsos que só duram ou certo tempo, mesmo que o pulso de entrada tenha uma duração maior.

Também podemos elaborar circuitos semelhantes com funções CMOS, conforme ostra a figura 25.

 

Figura 25 – Monoestável CMOS com funções NAND
Figura 25 – Monoestável CMOS com funções NAND

 

Observe que, em todos os casos, o princípio de funcionamento é um diferenciador RC na entrada e que a constante de tempo determina quanto vai durar o pulso de saída.

 

8.4 – Astáveis e monoestáveis integrados

Se bem que possamos elaborar as funções de astável e monoestável usando circuitos integrados comuns, existem alguns componentes que foram projetados especificamente para esta finalidade. Por terem características mais apropriadas às aplicações digitais eles são largamente usados nos projetos práticos.

Na verdade, existem alguns que são componentes muito populares, podendo ser usados, não só em aplicações digitais, mas em qualquer outra que envolva a produção de um sinal (forma de onda) ou ainda uma temporização como em timers, bases de tempo, circuitos de retardo, etc. Este é o caso do circuito integrado 555 que veremos a seguir.

 

8.4.1- O circuito integrado 555

O circuito integrado 555, que pode ser encontrado com denominações como LM555, uA555, MC555, MC1555, NE555, etc. é um timer de uso geral que pode ser usado tanto na configuração de monoestável como astável.

Este circuito integrado pode ser alimentado com tensões de 4,8 a 18 volts e é fornecido em invólucro DIL de 8 pinos, conforme mostra a figura 26, em que temos o circuito equivalente, invólucro e aspecto.

 

Figura 26 – O circuito integrado 555
Figura 26 – O circuito integrado 555

 

 

Existe ainda a versão dupla deste circuito integrado (dois timers num invólucro único), com a denominação 556, e ainda uma versão CMOS de baixo consumo com a designação 7555 (TLC7555). A versão de baixa consumo pode operar com tensões tão baixas como 3 V.

A faixa de operação como astável vai de fração de hertz até perto de 500 kHz. Como monoestável os pulsos podem ter durações que vão de alguns microssegundos até mais de meia hora.

 

Nota: Veja livro de Newton C. Braga completo sobre o 555.

 

Na figura 27 temos o modo de ligação do circuito para a configuração astável.

 

   Figura 27 – O 555 astável
Figura 27 – O 555 astável

 

 Nesta configuração, a frequência de operação é dada pelos valores dos componentes da rede RC, mas existem alguns limites para os valores usados:

Os resistores não devem ser inferiores a 1 k ohms

O capacitor não deve ser menor que 100 pF

Os resistores não devem ser maiores que 3,3 M ohms

O capacitor não deve ser maior que 2 000 uF

 

A saída do 555 vai oscilar entre o nível alto e o nível baixo produzindo um sinal cuja forma de onda é retangular.

Observe que o capacitor se carrega através de R1 e de R2 e descarrega via R1, o que significa que neste oscilador temos tempos diferentes de carga e descarga o que leva a um sinal retangular que não tem ciclo ativo de 50%.

No entanto, usando diodos também é possível modificar este comportamento do 555 astável, obtendo-se a configuração da figura 28.

 

 

Figura 28 – Controlando o ciclo ativo
Figura 28 – Controlando o ciclo ativo

 

 

Nesta configuração o capacitor carrega-se via Ra e descarrega-se via Rb. Se os valores destas resistências forem iguais, teremos um ciclo ativo de 50%. Veja que se forem determinados com cuidado, no projeto, os valores desses componentes podemos programar o ciclo ativo do sinal gerado para qualquer valor, desde perto de 0% até perto de 100%.

O pino 4 do circuito integrado pode ser usado para controle externo, disparando o oscilador quando no nível alto.

Para a operação como monoestável temos o circuito mostrado na figura 29.

 

Figura 29 – O 555 monoestável
Figura 29 – O 555 monoestável

 

 

Da mesma forma que no caso anterior, os componentes R e C tem os mesmos limites de valores. O capacitor C não deve ser maior que 1 500 uF e o resistor maior que 3,3 M ohms, pois as fugas do capacitor podem tornar a temporização errática.

A entrada de disparo, que corresponde ao pino 2 deve ser mantida no nível alto, o que pode ser conseguido na maioria das aplicações por um resistor de 4,7 k ohms a 10 M ohms (tipicamente).

Quando esta entrada é levada ao nível baixo, o circuito comuta e sua saída vai ao nível alto por um tempo que depende dos valores dos componentes da rede RC.

Mesmo que um novo pulso de entrada seja aplicado, ele não tem efeito algum sobre o circuito enquanto a temporização não terminar e a saída voltar ao nível baixo novamente.

 

8.4.2 - TLC555M – O 555 CMOS

A versão CMOS do circuito integrado 555 apresenta características de baixo consumo e impedância de entrada extremamente alta que o tornam ideal para aplicações de baixo consumo, principalmente se considerarmos que sua faixa de alimentação vai de 2 a 18 V.

A versão que apresentamos é a da Texas Instruments e é fabricada em tecnologia LinCMOS com o circuito equivalente ao tipo original, mostrado em blocos na figura 30, mas com características elétricas melhoradas.

 

Figura 30 – Na versão CMOS, o transistor de descarga é um MOSFET
Figura 30 – Na versão CMOS, o transistor de descarga é um MOSFET

 

Além do baixo consumo e baixas tensões de alimentação, o 555 CMOS pode alcançar frequências de 2 MHz o que não ocorre com a versão bipolar que está limitada aos 500 kHz.

Na figura 31 temos então o invólucro deste circuito integrado que em nada difere da versão bipolar equivalente.

 

   Figura 31 – Invólucro do 7555
Figura 31 – Invólucro do 7555

 

 

O circuito integrado TLC555 tem ainda como característica importante uma resistência de entrada de 1012 ohms, e permite que um ciclo ativo de 50% seja obtido com apenas um resistor e um capacitor externo.

Seu consumo típico com uma alimentação de 5 V é de apenas 1 mW. A saída complementar CMOS pode drenar correntes até 100 mA e fornecer correntes até 10 mA.

Uma característica importante desta configuração é que ele não produz picos de corrente agudos nas transições o que elimina a necessidade de grandes capacitores de desacoplamento, como normalmente é exigido pelas aplicações do bipolar 555.

 

Características:

Faixa de tensões de alimentação: 2 a 18 V

Potência máxima de dissipação: 600 mW

Corrente de alimentação: 170 uA com 5 V e 360 uA com 15 V

Corrente máxima de saída (fornecendo): 10 mA

Corrente máxima de saída (drenando): 100 mA

Corrente de disparo com 5 V : 10 pA

Corrente de reset com 5 V : 10 pA

Limiar de disparo como porcentagem da tensão da fonte: 66,7%

Nível de tensão de reset: 0,7 V

Tensão de saída no nível baixo (15 V x 10 mA) : 0,1 V

Tensão de saída no nível alto (15 V x 1 mA) : 14,8 V

Frequência máxima de operação no modo astável: 2,1 MHz

Tempo de subida/descida do pulso de saída (5 V): 20 ns

 

O circuito integrado TLC555 pode substituir a versão bipolar do 555 na maioria das aplicações com a vantagem de um menor consumo e maior velocidade.

O único ponto a ser observado é a sua capacidade menor de fornecimento e drenagem de corrente que pode exigir uma etapa impulsora (driver) de saída no circuito utilizado com maior sensibilidade.

Nas aplicações que são alimentadas por pilhas e baterias, o uso da versão CMOS pode significar uma maior autonomia de funcionamento que deve ser considerada num projeto.

 

8.4.3 - Os circuitos integrados 74121, 74122 e 74123

Em tecnologia TTL existem três circuitos integrados que contém multivibradores monoestáveis, e que podem ser usados de muitas formas diferentes.

O circuito integrado 74121, por exemplo, consiste num multivibrador monoestável não-redisparável que tem o invólucro e as ligações da rede RC de tempo, conforme a versão, mostrados na figura 32.

 

Figura 32 – 74121 Monoestável
Figura 32 – 74121 Monoestável

 

 

Este monoestável pode ser disparado de diversas formas, dependendo do modo como as entradas A1, A2 e B sejam usadas.

Se A1 e A2 forem aterradas, levando-se B ao nível alto com um pulso temos o disparo. O circuito se torna sensível ao nível do sinal como uma ação disparadora.

Se A1 for mantida no nível alto e B também, o disparo do circuito pode ser feito com a passagem do nível alto para o baixo do sinal aplicado em A2.

Finalmente, se A2 e B forem mantidas no nível alto, podemos disparar o circuito com a transição do sinal aplicado em A1 do nível alto para o baixo.

O circuito integrado 74122 contém um multivibrador monoestável redisparável com a pinagem mostrada na figura 33.

 

Figura 33 – O 74122
Figura 33 – O 74122

 

 

O resistor ligado entre os pinos 13 e 14 pode ter valores entre 5k e 25 k, enquanto que o capacitor pode ter qualquer valor a partir de 10 pF.

O modo como o circuito pode ser usado é determinado pelas conexões das entradas A1, A2, B1 e B2.

Para A1, A2 e B1 mantidas no nível alto, o circuito dispara com transições do sinal de entrada do nível baixo para o nível alto.

Para A1, B1 e B2 no nível alto, o circuito dispara com transições do sinal de entrada do nível alto para o nível baixo.

A entrada CLEAR deve ser mantida no nível alto. Se aterrada ela inibe o funcionamento do circuito ressetando-o.

O circuito integrado 74123 na verdade é a versão DUAL (dupla) do 74122 contendo dois multivibradores monoestáveis redisparáveis num mesmo invólucro conforme mostra a figura 34.

 

Figura 34 – O 74123
Figura 34 – O 74123

 

Na prática recomenda-se o uso do 555 em lugar de qualquer um destes multivibradores a não ser que sejam necessários tempos de saída muito curtos, não alcançados pelo primeiro.

 

 

 

Índice

Curso de Eletrônica Digital – Analógica e Digital – Sistemas de Numeração (CUR5001)

Curso de Eletrônica Digital – A Álgebra de Boole (CUR5002)

Curso de Eletrônica Digital – Famílias de Circuitos Lógicos Digitais (CUR5003)

Curso de Eletrônica - Eletrônica Digital – A Família de Circuitos Integrados CMOS (CUR5004)

Curso de Eletrônica Digital – Combinando Funções Lógicas - (Lógica Combinacional) (CUR5005)

Curso de Eletrônica - Eletrônica Digital - Os Elementos Biestáveis (CUR5006)

Curso de Eletrônica - Eletrônica Digital - Flip-Flops e Funções Integradas em CIs (CUR5007)

Curso de Eletrônica - Eletrônica Digital - Os Multivibradores Astáveis e Monoestáveis (CUR5008)

Curso de Eletrônica - Eletrônica Digital - Os Contadores Digitais (CUR5009)

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Opinião

Ser não ser honesto (OP192)

Não há dúvida de que estamos passando por uma época de transformações políticas e sociais. Já não se admite desonestidade na política, e evidentemente em qualquer outro tipo de atividade em nosso país. A pressão tem sido cada vez maior no sentido de erradicar este mal, mas infelizmente ainda vemos que em alguns setores, esta mentalidade parece não estar mudando com a devida velocidade.

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Pensar
Existo, logo penso. (Sum, ergo cogito.)
Nietzche (1844 - 1900) - A Gaia Ciência - Ver mais frases


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