EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 12 EEL/CTC/UFSC Introdução teórica aula 12: Pisca-­‐Pisca Controlado por Luz IC555 O IC555 é um circuito integrado (chip) utilizado em uma variedade de aplicações como temporizador ou multivibrador. O CI foi projetado por Hans R. Camenzind (na fotografia) em 1970 e comercializado em 1971 pela Signetics (mais tarde adquirida pela Philips). Os nomes comerciais eram SE555 e NE555, e foi apelidado de "The IC Time Machine" ("Chip da Máquina do Tempo"). Este componente continua em pleno uso, graças a sua simplicidade de uso, baixo preço e boa estabilidade. Ainda hoje a empresa sul-­‐
coreana Samsung Electronics fabrica acima de 1 bilhão de unidades por ano (2003). O temporizador 555 é um dos mais populares e versáteis circuitos integrados já produzidos. É composto por 23 transistores, 2 diodos e 16 resistores num chip de silício em um encapsulamento duplo em linha (DIP) de 8 pinos. Da mesma família de temporizadores temos ainda o CI 556, composto de dois temporizadores 555 combinados em um encapsulamento DIP de 14 pinos. O CI 558 é um encapsulamento DIP de 16 pinos que combina quatro temporizadores 555. Também estão disponíveis versões de potência ultra baixa como o CI 7555, que utiliza um número menor de componentes externos e tem menor consumo de energia. Figura 1: Diagrama de pinos do IC555. O 555 tem três modos de operação: • Modo monoestável: nesta configuração, o CI 555 funciona como um disparador (ver figura 2.a). Suas aplicações incluem temporizadores, detector de pulso, chaves imunes a ruído, interruptores de toque, etc. A equação para determinar o tempo em que a saída está em alto 𝑇 = 1.1𝑅𝐶. • Modo astável: o CI 555 opera como um oscilador (ver figura 2.b)). Os usos incluem pisca-­‐
pisca de LED, geradores de pulso, relógios, geradores de tom, alarmes de segurança, etc. Onde o capacitor C e os dois resistores R1 e R2 determinam a frequência de operação: 𝑓 = 1/0.693(𝑅! + 2𝑅! )𝐶. O tempo de carga é baseado na soma de R1 e R2 e descarga em R2 𝑡!"#$" = 0.693(𝑅! + 𝑅! )𝐶, 𝑡!"#$%&'% = 0.693𝑅! 𝐶. O ciclo de trabalho é determinado por R1 e R2 , 𝐷 = (𝑅! + 𝑅! )/(𝑅! + 2𝑅! ). • Modo biestável: o CI 555 pode operar como um flip-­‐flop, se o pino DIS não for conectado e se não for utilizado capacitor. As aplicações incluem interruptores imunes a ruído, etc. Curiosidade: o nome "555" foi adotado em alusão ao fato de que existe uma rede interna (divisor de tensão) de três resistores de 5kΩ que servem de referência de tensão para os comparadores do circuito integrado. 1/5 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 12 EEL/CTC/UFSC A tabela 1 mostra a descrição dos pinos do IC555. a) b) Figura 2: a) Configuração monostavel e, b) configuração estável. Tabela 1 Pino Nome Aplicação 1 GND Terra ou massa (ground). Gatilho (trigger) -­‐ Um valor de tensão baixo (< 1/3 Vcc) neste 2 TRIG terminal ativa o biestável interno e a saída. 3 OUT Durante um intervalo de tempo, a saída (out) permanece em +VCC. Um intervalo de temporização pode ser interrompido pela aplicação 4 RESET de um pulso de reset. Tensão de controle (control voltage) -­‐ Permite acesso ao divisor 5 CV interno de tensão (2/3 VCC). Limiar (threshold) -­‐ Um valor de tensão alto (> 2/3 Vcc) neste 6 THRES terminal desactiva o biestável interno e a saída. Descarga (discharge) -­‐ A sua função é descarregar o capacitor 7 DISCH conectado a este terminal. 8 V+, VCC A tensão (voltage) positiva da fonte, que deve estar entre +5 e +15V. Detector de luz Existem varias configurações para a implementação de um detector de luz, no roteiro a seguir é mostrado o esquema que usa um potenciômetro, um LDR e um amplificador operacional (ver figura +Vcc
3). 100Ω
Figura 3: Configuração do detector de luz. • Quando LDR encoberto a sua resistência RLDR>>, desta forma, a tensão estabelecida em V+ é maior do que zero, logo V+>0 e Vout>0. • Quando LDR é iluminado a sua resistência RLDR<<, desta forma, a corrente passa pela resistência do LDR, logo V+<0 e Vout<0. 2/5 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 12 EEL/CTC/UFSC Roteiro de laboratório aula 12: Pisca-­‐Pisca Controlado por Luz Lista de material •
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Osciloscópio e multímetro LDR, resistores de 1kΩ (4 ou mais) e potenciômetros de 20kΩ e de 100kΩ Capacitores de 10nF e 15µF e LEDs (1 ou mais) Timer 555 e amplificador operacional 741 Transistor NPN (opcional) Introdução O diagrama em blocos do circuito a ser montado está indicado na figura abaixo. Gerador de Acionamento Detector de luz onda quadrada de LED O gerador de onda quadrada (responsável pelo acender e apagar do LED) será implementado pelo circuito integrado 555 (timer) em modo de multivibrador astável. Roteiro da experiência 1) Gerador de onda quadrada. Monte o circuito abaixo, utilizando +Vcc = 15V, C1 = 15µF, C2 = 10nF, RA = 1kΩ, RL = 1kΩ, e RB = potenciômetro de 100kΩ. Deixe o pino 4 em aberto. a) Mostre no CH1 do osciloscópio a tensão de saída (medida no pino 3 do 555). Ajuste a configuração do trigger para o CH1 em modo normal. b) Ajuste o potenciômetro de tal forma que o LED pisque com 200ms de período. 3/5 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 12 EEL/CTC/UFSC 2) Detector de luz. Em outra parte da protoboard, monte o circuito abaixo, utilizando uma alimentação simétrica VCC = ±15V. +Vcc
100Ω
a) Mostre no osciloscópio a tensão de entrada (pino 3) e a tensão de saída (pino 6), com a referência ligada ao terra. Observe a variação de ambas as tensões à medida que o LDR é encoberto. b) Ajuste o potenciômetro de tal forma que a tensão de saída seja alta somente quanto o LDR é totalmente encoberto. 3) Juntando as partes. a) Agora, conecte a saída do ampop no pino 4 (RESET) do 555, através de um resistor de 1kΩ, como indicado pelo circuito simplificado abaixo (as demais ligações foram omitidas para simplificar o diagrama). b) Observe que o LED pisca quando o LDR é encoberto; caso contrário, o LED apaga. Para testar seu circuito, apague a luz da sala e observe o resultado. c) (Opcional.) Para construir um pisca-­‐pisca completo, adicione conecte um ou mais LEDs no coletor de um transistor adequado, como indicado no circuito abaixo. 4) Antes de desmontar, não se esqueça de mostrar o resultado ao professor. E, se desejar recordar depois, aproveite para fotografar ou filmar o seu circuito funcionando. Parabéns! 4/5 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 12 Aluno(a): ______________________________________________________. EEL/CTC/UFSC Turma: ______________________ Matrícula: _______________________ Data: _____/_____/___________ Nota: ________________________ Gerador de onda quadrada funcionando (Questão 1.b): ____ Detector de luz funcionando (Questão 2.b): ____ Pisca-­‐pisca controlado por luz funcionando (Questão 3.b): ____ Pisca-­‐pisca controlado por luz funcionando usando transistores BJT (Questão 3.c): ____ Questão de preparação Leia atentamente o roteiro da Aula 12. Em uma folha de papel, desenhe um esboço de como você pretende montar o circuito dessa experiência na protoboard mostrada em baixo, incluindo a pinagem dos CIs. Certifique-­‐se de representar todos os fios que serão utilizados. Sua “montagem” deverá estar bem organizada e fácil de entender, fazendo bom uso do espaço da protoboard e sem fios excessivos. Você poderá utilizar esse esboço no dia da aula. (Obs: esta preparação é extremamente útil para que você consiga concluir a montagem durante o tempo da aula.) 5/5