Multivibrador Astavel I PDF

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Laboratório de Eletrônica IProjeto Multivibrador AstávelBelo Horizonte 20201. INTRODUÇÃONeste projeto mostraremos o desenvolvimento de um multivibrador astável com frequência de 10 Hz. O multivibrador astável possui dois estados quase instáveis permanecendo em cada estado por um intervalo de tempo, ...

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Laboratório de Eletrônica I Projeto Multivibrador Astável

Belo Horizonte 2020 1

1. INTRODUÇÃO

Neste projeto mostraremos o desenvolvimento de um multivibrador astável com frequência de 10 Hz. O multivibrador astável possui dois estados quase instáveis permanecendo em cada estado por um intervalo de tempo, chamados T1 e T2. Ou seja, após T1 segundos num estado quase-instável o astável comuta para o outro estado quase-instável permanecendo nele por T2 segundos, em seguida volta para seu estado anterior, de modo cíclico. Essa alteração de estados entre os tempos T1 e T2 cria uma oscilação com um período de T = T1 + T2. O tempo de descarga é limitado apenas ao valor do capacitor e do resistor base, como será explicado mais adiante. O multivibrador astável projetado será configurado a partir de transistores, capacitores e resistores, onde os capacitores realizaram a realimentação que leva o circuito à oscilação. A frequência aplicada será de 10 Hz e será determinada pelo capacitor e pelo resistor, de modo que teremos um oscilador do tipo RC. Figura 1: Circuito a ser projetado – Multivibrador Astável

Q1

Q2

Quando o circuito for alimentado com tensão contínua de 5V, um dos transistores irá conduzir mais que o outro, ou seja, Q1 saturado e Q2 cortado. Com o transistor Q1 saturado o capacitor C1 será carregado através do resistor RC. Quando C1 estiver totalmente carregado, o transistor Q2 será polarizado no sentido de condução e, em seguida, um de seus terminais será aterrado e descarregado. Quando isto acontece, temos que, o transistor Q1 estará em corte e Q2 saturado. O mesmo processo descrito com Q1 acontece com Q2 até que ocorra a comutação dos transistores iniciando um novo ciclo.

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O tempo de carga e descarga dos capacitores, e consequentemente, das oscilações geradas pelo circuito dependem dos valores dos capacitores e dos resistores pelos quais ocorrem as descargas, por isso dizemos que o oscilador é do tipo RC. E para termos uma onda simétrica na saída, formaremos um circuito simétrico em que RC1 = RC2, Rb1 = Rb2, T1 = T2 e C1 = C2.

2. DESENVOLVIMENTO

2.1 Cálculo dos resistores – RC e R B Pelas fórmulas abaixo, temos que: 𝑅𝐶 =

𝑉𝑐𝑐 − 𝑉𝑙𝑒𝑑 − 𝑉𝑐𝑒(𝑠𝑎𝑡) 5 − 2 − 0,3 = = 180 Ω 𝐼𝐶 0,015

𝑅𝑏 =

𝑉𝑐𝑐 − 𝑉𝑏𝑒(𝑠𝑎𝑡 ) 5 − 0,7 = = 10,750 𝑘Ω 𝐼𝑏 4 × 10−4

Onde: VCC = Tensão contínua fornecida ao circuito = 5V; VLED = Tensão máxima do LED; Amarelo = 2V. Vermelho = 2V. VCE (sat) = Tensão coletor-emissor de saturação = 0,3V; VBE (sat) = Tensão base-emissor de saturação = 0,7V; RC = Resistor do coletor (Ω);

RB= Resistor de base (Ω); IC = Corrente do coletor (A) = 10mA; IB = Corrente de base (A) = 400μA. 3

2.2 Cálculo da potência dissipada dos resistores PRC e PRB Pelas fórmulas, temos que: 𝑃𝑅𝐶 = 𝑅𝐶 ∗ 𝐼𝑐2 = 180 ∗ 0,0152 = 40,5 𝑚𝑊 4𝑃𝑅𝐶 = 162 𝑚𝑊

𝑃𝑅𝑏 = 𝑅𝑏 ∗ 𝐼𝑏2 = 10 𝑘 ∗ 400μ2 = 1,6 𝑚𝑊 4𝑃𝑅𝑏 = 6,4 𝑚𝑊 Onde: PRC = Potência dissipada no resistor do coletor PRB = Potência dissipada no resistor de base RC = Resistor do coletor (Ω)

RB= Resistor de base (Ω) IC = Corrente do coletor (A) IB = Corrente de base (A)

Os resistores comerciais para RC e RB em ambos os LED amarelo e vermelho serão de 270Ω e 10kΩ.

2.3 Cálculo do capacitor – C Como o sinal de saída será simétrico, o tempo em alta é igual ao tempo em baixa, então para calcularmos o valor dos capacitores do circuito com base na frequência desejada do sinal de 10 Hz utilizaremos a fórmula abaixo, que é referente a expressão do semi-período de oscilação do multivibrador astável: 4

𝑇 = ln (2) ∗ 𝑅𝑏 ∗ 𝐶 Onde T é o tempo de carga, RB é o valor do resistor de base do circuito negativo (RC2) e C é o valor do capacitor.

Sabendo que 𝑇 = 𝑇1 + 𝑇2 , temos: 𝑇 = 2 (ln (2) ∗ 𝑅𝐵 ∗ 𝐶) A frequência a ser apresentada pela oscilação dos LEDs é de 10 Hz, com essa informação podemos calcular o tempo e, consequentemente, os capacitores. 𝑇=

1 =1 𝑓

𝑇1 = 𝑇2 → 𝑇 = 2𝑇1 = 2𝑇2 2𝑇 = 2 ∴ 𝑇 =

2 = 1 ∴ 𝑇1 = 𝑇2 = 1 2

Sabendo o valor do tempo e utilizando a fórmula abaixo, que considera o circuito simétrico, temos que: 𝐶=

1 2 ∗ ln(2) ∗ 𝑅𝐵 ∗ 𝑓

Onde 𝑓 é a frequência do sinal de saída, C é o valor do capacitor, RB é o valor do resistor da base. Sendo assim:

𝐶=

1 1 = 7𝜇𝐹 = 2 ∗ ln(2) ∗ 𝑅𝐵 ∗ 𝑓 2 ∗ 0,7 ∗ 10𝑘 ∗ 4

Os capacitores de valor comercial, a ser utilizado, serão de 10𝜇F e devem possuir tensão de trabalho superior a 5V.

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2.4 Montagem

Materiais utilizados: - Resistor 270 (LED Amarelo e Vermelho) (x2) - Resistor 10k (Base BC548) (x2) - LED Amarelo (20mA - 2V) - LED Vermelho (20mA - 2V) - Capacitor 10𝜇F 25V (x2) - Base BC548 (x2)

2.5 Testes realizados em simulador Para este projeto simulamos o circuito no simulador Multisim Pro 14.2. A seguir podemos verificar as imagens da montagem no software e seus resultados de medição e configuração.

Figura 1: Circuito do multivibrador astável e seu equivalente conectados.

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Figura 2: Sinal de saída e do capacitor na placa de circuito da esquerda.

Figura 3: Sinal de saída e do capacitor na placa de circuito da direita.

Podemos verificar na figura 3 o Δt de 110,769 ms. Indicando a frequência aproximada de 9 Hz.

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3. CONCLUSÃO

O projeto proporcionou colocou em prática e confirmar os fundamentos estudados na teoria em relação à utilização de transistores, e por meio de cálculos teóricos, testes e montagem do protótipo uma ampliação da visão dos alunos quanto ao funcionamento de um multivibrador astável, assim como o dimensionamento, função e utilização de cada componente utilizado. Observamos principalmente, a importância da utilização correta dos equipamentos dimensionados através dos cálculos teóricos para que possamos obter os valores desejados e especificados no projeto. Como resultado, podemos concluir que os componentes foram bem dimensionados para a montagem do multivibrador.

4.

REFERÊNCIAS

Cunha, Paulo J. da C. Guia de aulas práticas de Laboratório de Eletrônica I, Dpto. De Engenharia Eletrônica e de Telecomunicações, 2018. BC546 / BC547 / BC548 / BC549 / BC550 NPN Epitaxial Silicon Transistor. Disponível em: < https://www.mouser.com/datasheet/2/149/BC547-190204.pdf>. Acesso em 01/06/2020.

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