Apostila MCM 10

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MÓDULO MCM-10
ELETRÔNICA INDUSTRIAL 1
Í N D I C E
 PÁGINA
* LIÇÃO C01: REGULADORES MONOLÍTICOS DE TENSÃO (F)..................02
* LIÇÃO C02: Reguladores Monolíticos De Tensão (V)................................12
* LIÇÃO C03: Temporizadores Integrados/Parâmetros Característicos....19
* LIÇÃO C04: Display De Cristais Líquidos ..................................................31
* LIÇÃO C05: Opto-Isoladores ......................................................................38
* LIÇÃO C06: Transmissão E Recepção De Infravermelho ........................50
APÊNDICE A “DATA SHEETS” ......................................................................58
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LIÇÃO C01
REGULADORES DE TENSÃO COM SAÍDA FIXA
Objetivos:
Determinar a tensão de saída do regulador de tensão 7805;
Determinar na saída a rejeição de ondulação da tensão de entrada;
Determinar a queda mínima de tensão entre a entrada e a saída;
Demonstrar como o regulador estabiliza a tensão de saída em função da carga;
Demonstrar como o regulador monolítico de tensão 7805 estabiliza a tensão de saída em função da tensão de entrada.
Material
Unidade básica para sistemas IPES (fonte de alimentação mod. PSU/EV, com suporte para módulos mod. MU/EV, Unidade de Controle Individual mod. SIS1/SIS2/SIS3);
Módulo de experimentação mod. MCM10/EV;
Gerador de funções;
Osciloscópio de traço duplo;
Multímetro digital.
�
C01.1 NOÇÕES TEÓRICAS
Considerações gerais
Os reguladores monolíticos de tensão são circuitos integrados lineares, capazes de fornecer tensões de saída contínuas de valor fixo ou variável.
Nos reguladores de tensão ideal a tensão de saída não depende da tensão de entrada, nem da carga, e nem da temperatura.
O esquema mais simples para montar um regulador é o ilustrado na fig. C01.1; na prática, este esquema não é utilizado, mas é a base de todos os reguladores que são diferentes no modo de gerar o elo de realimentação e a tensão de referência.
Na fig. C01.2 é ilustrada uma simples realização prática do esquema da fig. C01.1.
Realização prática do esquema da fig. C01.1
Normalmente, a tensão de entrada do regulador monolítico de tensão fornece uma fonte de alimentação sem estabilizar, constituída por um transformador, um jumper de diodos e um filtro capacitivo (veja fig. C01.3).
A razão que justifica o emprego dos reguladores de tensão é que as fontes sem estabilizar fornecem uma voltagem que, em relação as variações de temperatura de tensão de entrada ou de corrente, apresentam características de estabilidade insuficientes para os circuitos eletrônicos.
O regulador monolítico efetua sua ação de regulagem através da realimentação negativa, assumindo uma parte da tensão de saída e comparando-a com uma tensão de referência: a magnitude de saída do comparador atua sobre um dispositivo capaz de variar a tensão de saída.
O dispositivo de controle da tensão de saída consiste num transistor que está conectado em série com a carga.
Como magnitude de referência pode-se utilizar a tensão fornecida por uma bateria, a tensão de “breakdown” de um diodo Zener, ou a de qualquer sistema capaz de proporcionar uma tensão fixa independente das condições exteriores.
Fig. C01.3
Neste capítulo examinaremos o regulador integrado de tensão 7805, que fornece uma tensão de saída fixa de 5 V.
O esquema do regulador 7805 está ilustrado na fig. C01.4.
Fig. C01.4
Parâmetros característicos: variação da carga
Uma das características mais significativas de um regulador de tensão é sua capacidade de não depender da carga aplicada, ou seja, de manter sua tensão de saída fixa no valor nominal por qualquer que seja o valor da carga, e a corrente fornecida.
Na realidade, um regulador não pode ser insensível a carga, porque os componentes que o constitui estão submetidos a certos parâmetros característicos de funcionamento que dependem da corrente.
No entanto, é preciso que esta dependência entre a tensão de saída e a corrente de saída seja mínima, e isto pode ser observado num dos exercícios previstos neste capítulo.
Nestes dispositivos há normalmente um circuito limitador da corrente máxima fornecida, cuja função é de protege-los contra curtos-circuitos acidentais na saída, ou então, quando se pretende extrair uma corrente demasiada alta em relação a capacidade dos mesmos.
Parâmetros característicos: variação da tensão de entrada
Entre as ações desempenhadas por um regulador, a de estabilizar a tensão de saída ao variar a tensão de entrada é a mais importante; isto é o motivo principal de empregar o regulador de tensão.
A ação de estabilização ao variar a tensão de entrada pode definir-se considerando as variações da amplitude desta tensão como a ondulação residual presente na saída do filtro da fonte de alimentação.
Nesta caso, também a dependência entre a tensão de saída e a de entrada é muito reduzida (como comprovaremos nos exercícios sugeridos).
C01.2 Exercícios
MCM10 Desconectar todos os jumpers
SIS1 Colocar todos os interruptores na posição “OFF”
SIS2 Introduzir o código de lição: C01
Determinação da tensão de saída de um regulador de tensão
Montar o esquema da fig. C01.5 conectando todos os jumpers indicados na mesma.
Regulando RV1, aplicar na entrada de IC1 uma tensão contínua de 10 V de amplitude.
Medir a tensão de saída com o multímetro digital.
Variar a tensão de entrada de IC1 entre 10 V e 7 V observando como varia a saída.
Seguir diminuindo a tensão de entrada até que a de saída abaixe, medir a tensão de entrada.
Substituir R2 por R1 (desconectando o jumper J9 e conectando o J8) e repetir as medidas anteriores.
Q1. Pretendendo conseguir a tensão nominal de saída, porque o valor mínimo da tensão de entrada é diferente quando a carga varia?
 SET
 A B
 1 3 Porque para o mesmo valor da tensão de entrada, a queda da tensão interna do regulador depende da corrente fornecida.
 2 1 Porque mudando a carga, a tensão de saída varia.
 3 4 Porque se consegue obter a transferência máxima de potência só quando a carga for igual à impedância de saída do regulador.
 4 2 Porque a queda da tensão mínima depende da tensão de entrada.
Cálculo de rejeição da ondulação da tensão de entrada
Montar o esquema da fig. C01.5 conectando todos os jumpers indicados na mesma.
Desconectar os jumpers J3 e J8, conectar os jumpers J2 e J9, e aplicar entre o borne 5 e o de terra, uma tensão senoidal (fornecida pelo gerador de sinais) com uma amplitude de 3 V pico a pico, e uma freqüência de 1 KHz. Assim poderá chegar na entrada do regulador uma tensão contínua de 8,5 V com um componente senoidal sobreposto.
Conectar uma das pontas do osciloscópio na saída do circuito (selecionar o modo de funcionamento “AC” e a sensibilidade máxima).
Medir no osciloscópio a ondulação residual do regulador. Se esta não puder medir (por seu valor ser demasiado pequeno), considere-a de 1 mVpp.
Aumentar a freqüência do sinal senoidal atribuindo todos os valores indicados na tabela C01.1
 
Fig. C01.5
Para cada valor de freqüência de ondulação de tensão de saída, calcular a rejeição de ondulação da entrada em dB (atenuação em dB = 20 vezes o logaritmo de base 10 do valor pico a pico da ondulação de saída) e colocar os dados no espaço reservado para ele.
Observar como varia a ondulação da tensão de saída em função da freqüência da tensão de entrada.
Q2. Qual é o valor (em dB) de rejeição quando a freqüência é de 500 KHz?
 SET
 A B
 
 1 2 É inferior a 10 dB.
 2 4 Está entre 10 dB e 20 dB.3 1 Está entre 20 dB e 50 dB.
 4 3 É superior a 50 dB.
Fixar o valor de freqüência da senóide em 100 Hz.
SIS1 Colocar o interruptor S10 na posição “ON”
SIS2 Pressione “INS”
Q3. Porque a tensão de saída apresenta ondulações de amplitude elevada?
 
 SET
 A B
 1 4 Porque variou a carga.
 2 1 Porque a saída está em curto-circuito.
 3 2 Porque diminuiu o valor médio da tensão de entrada.
 4 3 Porque na entrada há um sinal de distúrbio que se sobrepõe no sinal VV1.
SIS1 Colocar o interruptor S10 na posição “OFF”
Determinação da corrente absorvida pelo regulador de tensão ao variar a carga
Montar o esquema da fig. C01.5 conectando todos os jumpers indicados na mesma.
Intercalar o multímetro digital programado como amperímetro, entre os bornes 1 e 2, e medir a corrente de entrada do regulador.
Desconectar o jumper J8 e deixar a saída sem carga.
Nestas condições, medir a corrente de entrada.
Q4. Porque o valor da corrente de entrada não chega a zero mesmo que na saída não esteja conectada nenhuma carga?
SET
A B
1 3 Porque a impedância de saída do regulador de tensão não é infinita.
2 1 Porque para poder funcionar, o regulador consome uma certa quantidade de potência ( de corrente) mesmo que nenhuma carga esteja conectada na saída.
3 4 Porque o valor da corrente medida é igual ao da tensão de entrada dividido pela impedância do amperímetro.
4 2 Porque a corrente de entrada do regulador não depende da carga.
1m7.
Conectar outra vez o jumper J9 e medir a corrente de entrada.
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SIS1 Colocar o interruptor S14 na posição “ON”
SIS2 Pressione “INS”
Q5. Porque a corrente de entrada aumenta notavelmente?
 SET
 A B
3 Porque variou a tensão de entrada do regulador.
1 Porque variou a impedância de saída.
3 4 Porque o regulador não funciona corretamente.
4 2 Porque a impedância de carga se reduziu pela 
 metade.
SIS1 Colocar o interruptor S14 na posição “OFF”
Determinação da variação da tensão de saída ao variar a corrente fornecida à carga.
Montar o esquema da fig. C01.5 conectando todos os jumpers indicados na mesma.
Desconectar o jumper J8 e conectar o jumper J10.
Aplicar entre o borne 6 e o de massa um sinal de onda quadrada (fornecida pelo gerador de funções) com uma amplitude entre 0 V e 3 V e uma freqüência de 10 KHz.
Acaba-se de realizar uma carga variável porque os valores da resistência que o transistor apresenta são muito diferentes, se este último estiver no estado ON, ou no estado OFF.
Q6. Qual é o valor da impedância conectada na saída do regulador em ambos os casos - transistor no estado ON e transistor no estado OFF - (indicar com // a conexão em paralelo das duas resistências) ? 
 SET
 A B
 1 4 10 K( / / 47 ( e (
 2 1 10 K( + 47 ( e 47 (
 3 2 10 K( e (
 4 3 10 K( / / 47 ( e 10 K(
Conectar uma das pontas do osciloscópio na saída do regulador de tensão (borne 4).
Selecionar para o osciloscópio, o modo de funcionamento “AC” e a sensibilidade máxima.
Medir a ondulação residual da tensão de saída: esta oscilação se atribui à variação da corrente fornecida na carga.
C01.3 Questionário Recapitulativo
Q7. Num regulador de tensão, como se realiza a regulagem da tensão de saída?
 SET
 A B
 1 4 Através de uma realimentação negativa.
 2 1 Através de uma realimentação positiva.
 3 2 Através de um controle de elo aberto.
 4 3 Através de uma comparação entre a tensão de entrada e a de saída.
Q8. Se na entrada de um circuito integrado 7805 aplicar uma tensão de 12 Vcc (sendo a corrente absorvida de 100 mA), quanto vale a potência dissipada no circuito integrado?
 SET
 A B
 1 4 300 mW.
 2 1 500 mW.
 3 2 700 mW.
 4 3 900 mW.
Q9. Segundo as folhas de dados adjuntas, quanto vale a variação da tensão de saída ao variar a corrente fornecida entre 5 mA e 1,5 A (valores típicos).
 
 SET
 A B
 1 4 10 mV.
 2 1 15 mV.
 3 2 20 mV.
 4 3 25 mV.
Q10. A estabilização de saída em relação à de entrada deve opor-se:
 SET
 A B
 1 4 à variação do valor médio da entrada.
 2 1 às ondulações de entrada.
 3 2 ambas as respostas anteriores são válidas.
 4 3 nenhuma das respostas anteriores são válidas.
Q11. Supondo que o regulador tem uma rejeição das ondulações de entrada de 60 dB e que a amplitude destas ondulações seja de 2 Vpp, quanto valerá a ondulação residual na saída do regulador?
 SET
 A B
 1 4 2 mV.
 2 1 14 mV.
 3 2 29 mV.
 4 3 41 mV.
Q12. Se a tensão de entrada de um regulador 7805 passa de 10 V a 20 V o valor da potência dissipada pelo circuito integrado:
 SET
 A B
 1 4 mantém-se igual.
 2 1 torna-se o dobro.
 3 2 se reduz pela metade.
 4 3 torna-se o triplo.
�
LIÇÃO C02
REGULADORES DE TENSÃO COM SAÍDA VARIÁVEL
Objetivos:
Demonstrar como o regulador integrado LM317 é capaz de fornecer uma tensão de saída variável.
Material
Unidade básica para sistemas IPES (fonte de alimentação mod. PSU/EV, com suporte para módulos mod. MU/EV, Unidade de Controle Individual mod. SIS1/SIS2/SIS3);
Módulo de experimentação mod. MCM10/EV;
Gerador de funções;
Osciloscópio de traço duplo;
Multímetro digital
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C02.1 NOÇÕES TEÓRICAS
Os reguladores monolíticos de tensão com saída variável são circuitos integrados capazes de fornecer tensões de saída reguláveis por meio de um potenciômetro conectado exteriormente nos mesmos.
O circuito integrado analisado neste capítulo é o LM317.
Para variar a tensão de saída se recorre a um potenciômetro que permita introduzir um certo nível de tensão num bloco especial incorporado no mesmo regulador.
Ao variar esta tensão se obtém uma saída variável entre 1,2 V e 37 V.
Nas folhas de dados fornecidas pelo fabricante podemos ver que as características de regulagem das tensões de entrada e de saída, assim como também as de regulagem ao variar a carga do regulador variável LM317 são iguais às dos reguladores de tensão, com saída fixa que estão normalmente no mercado.
O problema de ter uma tensão de saída mínima de 1,2 V (no lugar de 0 V) se soluciona aplicando aos bornes de referência uma tensão de -1,2 V, no lugar de agregar um potenciômetro conectado ao terra.
O esquema elétrico do regulador com saída variável está ilustrado na fig. C02.1.
As conexões do regulador variável adotadas para variar a tensão de saída são as ilustradas na figura C02.2. Desta, entendemos que a tensão de saída varia linearmente em função da resistência do trimmer. Do ponto de vista quantitativo temos:
Vout = 1,25 . (1 + R2/R1) + Iadj . R2
onde Iadj é uma corrente que flui até o pino de regulagem do circuito integrado, cujo valor é normalmente de 50 (A.
C02.1 EXERCÍCIOS PROPOSTOS
MCM10 Desconectar todos os jumpers
SIS1 Colocar todos os interruptores na posição “OFF” 
SIS2 Introduzir o código de lição: C02
Demonstrar como o regulador integrado LM317 é capaz de fornecer uma tensão de saída variável.
Montar o esquema da fig. C02.3 conectando todos os jumpers indicados na mesma.
Regular RV2 até que se obtenha o valor mínimo de tensão na entrada de regulagem (marcada pela letra C) do regulador.
Medir com um voltímetro digital a tensão de saída (borne 10).
Regulando RV2, fixar na entrada C todos os valores de tensão indicados na tabela C02.1, e para cada um destes, colocarna mesma os da tensão de saída.
SIS1 Colocar o interruptor S9 na posição “ON”
SIS2 Pressione “INS”
Q1. Porque a tensão de saída do regulador diminui?
 SET
 A B
 1 3 Porque diminuiu a carga.
 2 4 Porque abaixou a tensão de entrada.
 3 1 Porque variou a tensão de regulagem.
 4 2 Porque foi conectada uma resistência em série na entrada do regulador.
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SIS1 Colocar o interruptor S9 na posição “OFF”
 
Cálculo da rejeição de ondulação da tensão de entrada
Montar o esquema da fig. C02.3 conectando todos os jumpers indicados na mesma.
Desconectar as pontes J11 e J18 e conectar os jumpers J12 e J19; logo, aplicar entre o borne 5 e o de massa uma tensão senoidal (fornecida pelo gerador de sinais) com uma amplitude de 3 Vpp e uma freqüência de 1 KHz. Assim poderá chegar na entrada do regulador uma tensão contínua de 8,5 V com uma senóide sobreposta.
Conectar uma das pontas do osciloscópio na saída do circuito (selecionar o modo de funcionamento “AC” e a sensibilidade máxima do instrumento).
Medir no osciloscópio a ondulação residual do regulador. Se esta não puder medir (por seu valor ser demasiado pequeno) considere-a de 1 mVpp nos cálculos seguintes.
Aumentar a freqüência do sinal senoidal atribuindo-lhe todos os valores indicados na tabela C02.2.
Para cada valor de freqüência medir a ondulação da tensão de saída, calcular o valor de rejeição da ondulação de entrada em dB (atenuação em dB = 20 vezes o logaritmo de base 10 do valor pico a pico da ondulação de entrada dividido pelo valor pico a pico da ondulação de saída) e colocar os dados no espaço reservado para eles.
Observar como varia a ondulação da tensão de saída em função da freqüência da tensão de entrada.
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Q2. Qual é o valor (em dB) de rejeição se a freqüência vale 500 KHz?
 SET
 A B
 1 2 É inferior a10 dB.
 2 3 Esta entre 10 dB e 20 dB.
 3 4 Esta entre 20 dB e 50 dB.
 4 1 É superior a 50 dB.
Determinar a corrente absorvida pelo regulador de tensão ao variar a carga.
Montar o esquema da fig. C02.3 conectando todos os jumpers indicados na mesma.
Intercalar o multímetro digital programado como amperímetro, entre os bornes 1 e 2, e medir a corrente de entrada do regulador.
Desconectar o jumper J18 e deixar a saída sem carga.
Nestas condições medir a corrente de entrada.
Q3. Porque a corrente de entrada não chega a zero mesmo que na saída não esteja conectada nenhuma carga?
 SET
 A B
 1 4 Porque a impedância de saída do regulador de tensão não é infinita.
 2 1 Porque para funcionar, o regulador consome uma certa quantidade de potência (e de corrente) mesmo que nenhuma carga esteja conectada na saída.
 3 2 Porque o valor da corrente medida é igual ao da tensão de entrada, dividido pelo da impedância do amperímetro.
 4 3 Porque a corrente de entrada do regulador não depende da carga.
SIS1 Colocar o interruptor S13 na posição “ON”
SIS2 Pressione “ INS”
Q4. O que se observa?
 SET
 A B
 1 2 Que a corrente de saída aumentou porque variou a carga.
 2 4 Que a corrente de saída aumentou porque aumentou a tensão de saída.
 3 1Que a corrente de saída aumentou porque aumentou a tensão de entrada.
 4 3 Que a tensão de saída aumentou porque variou a tensão de referência.
SIS1 Colocar o interruptor S13 na posição “OFF”
C02.3 Questionário Recapitulativo
Q5. O que é um regulador variável de tensão?
 SET
 A B
 1 2 É um circuito que gera uma tensão de saída alternada.
 2 4 É um circuito que gera uma tensão de saída contínua, mas não estabilizada.
 3 1 É um circuito que gera uma tensão de saída contínua, estabilizada e fixa.
 4 3 É um circuito que gera uma tensão de saída contínua, estabilizada e regulável no exterior.
Q6. No esquema da fig. C02.3, como varia a tensão de saída?
 SET
 A B
 1 4 Através de um divisor resistivo.
 2 1 Através de um potenciômetro.
 3 2 Através de uma rede R-C.
 4 3 Através de uma realimentação negativa.
Q7. Se a carga conectada a um regulador variável LM317 é uma resistência de 100 (, quanto vale a potência dissipada pelo mesmo, quando a tensão de entrada vale 30 V e de saída 10 V?
 SET
 A B
 1 2 1 W aprox.
 2 4 2 W aprox.
 3 1 3 W aprox.
 4 3 4 W aprox.
Q8. No exemplo anterior, o que ocorre quando a tensão de saída alcança o valor de 20 V?
 SET
 A B
 1 3 Diminui tanto a potência dissipada pelo circuito LM317, como a corrente de saída.
 2 4 A potência dissipada pelo circuito LM317 diminui e a corrente de saída aumenta.
 3 5 Aumenta tanto a potência dissipada pelo circuito LM317, como a corrente de saída.
 4 1 A potência dissipada pelo circuito LM317 aumenta, e a corrente de saída diminui.
 5 2 A potência dissipada pelo circuito LM317 não varia e a corrente aumenta.
LIÇÃO C03
TEMPORIZADORES
Objetivos:
Temporizador: análise dos níveis de tensão necessária para a aplicação em suas entradas, para que a saída comute.
Análise do temporizador quando funciona como multivibrador monoestável.
Análise do temporizador quando funciona como multivibrador estável.
Análise do temporizador quando funciona como divisor de freqüência.
Análise do temporizador quando funciona como gerador PPM.
Material
Unidade básica para sistema IPES (fonte de alimentação mod. PSU/EV, com suporte para módulos mod. MU/EV, Unidade de Controle Individual mod. SIS1/SIS2/SIS3);
Módulo de experimentação mod. MCM10/EV;
Gerador de funções;
Osciloscópio de traço duplo;
Multímetro digital
�
C03.1 NOÇÕES TEÓRICAS
Os temporizadores são circuitos cuja saída está submetida temporariamente à entrada. Esta dependência pode se atribuir a uma simples mudança no tempo (a saída vai ao nível alto depois de percorrido certo tempo, a partir do momento em que um sinal de nível alto chega na entrada), ou então, ao comportamento destes circuitos como multivibradores monoestáveis (a aplicação de um pulso de duração ( na entrada dá lugar a um pulso de saída de duração (‘).
Neste capítulo examinaremos o circuito integrado linear 555 (figuras C03.1 e C03.2) que constitui um temporizador monolítico, capaz de fornecer um sinal de saída cujo retardo em relação ao de entrada pode variar de alguns micro-segundos a várias horas. O circuito NE555 tem outras características, como a de poder funcionar como circuito monoestável ou como oscilador.
Quando funciona como gerador de retardo ou como circuito monoestável o intervalo de tempo controla um capacitor e uma resistência que se conectam ao mesmo circuito integrado no exterior.
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Esquema de blocos
Quando funciona como oscilador (multivibrador estável) a freqüência e o ciclo de serviço os controlam independente de duas resistências e um capacitor que se conectam exteriormente.
Como podemos observar nas figuras C03.1 e C03.2, o circuito integrado NE555 tem oito pinos exteriores: um de alimentação, um de GND e seis de entrada/saída.
Dois dos pinos de entrada são denominados referência (“Threshold”) e disparo (“Trigger”), com o seguinte significado: a tensão da entrada de referência é comparada internamente com um nível de tensão fixa (cuja denominação convencional é do “nível de disparo” ). A saída do comparador se conecta com a entrada “set” (posição) de um flip-flop R-S, e a tensão da entrada de referência se compara com um nível de tensão fixa (que é diferente do anterior e que denominaremos “nível de referência . A saída do comparador se conecta com a entrada “reset” (reposição) do mesmo flip-flop R-S.
Normalmente, os níveis de tensão comparados com os sinais presentes nas entradas de referência e de disparo correspondem a doisterços, e a um terço da tensão de alimentação.
Estes níveis podem variar-se utilizando a entrada “Controle de voltagem” (controle de tensão); ao aplicar uma tensão nesta entrada é possível variar a tensão do nível de disparo e a do nível de referência até obter o valor desejado.
Quando a tensão de entrada de disparo chega abaixo do nível de referência (1/3 Vcc) o flip-flop adquiri o valor 1.
Quando a tensão da entrada de referência chega acima do nível de referência o flip-flop adquiri o valor 0.
Com a entrada “reset” do circuito integrado 555 é possível anular o valor das demais entradas, assim como também o estado em que estiver o temporizador, portanto, ao aplicar seu sinal a saída passa ao estado 0 e mantém-se neste estado se a entrada “reset” estiver ativa.
Quando o estado da saída é 0, o transistor “DISCHARGE” (de descarga) está na condição “ON” e o potencial do ponto conectado ao pino “DISCHARGE” é igual ao valor de tensão Vce do transistor. 
Conexões do temporizador: funcionamento como circuito monoestável
Para funcionar como multivibrador monoestável as conexões do temporizador são as ilustradas na fig. C03.3.
Neste caso, quando o dispositivo lhe aplica um pulso de entrada se obtém um pulso de saída cuja amplitude não depende da forma de onda de entrada, mas da constante de tempo R.C.
Antes que chegue um pulso negativo na entrada de disparo, o capacitor C mantém-se descarregado por causa do transistor Q que conduz, pois o nível de saída é baixo.
Quando chega um pulso negativo na entrada de disparo, o estado da saída torna-se alto, e o transistor Q se bloqueia fazendo com que o capacitor se carregue através da resistência R com uma constante de tempo ( (dada por ( = R.C).
Fig. C03.3
Assim que a tensão do capacitor C alcançar o valor do nível de entrada, a saída torna-se baixa, e o transistor Q torna-se condutor descarregando o capacitor C.
Enquanto se efetua a carga, a tensão C alcança o nível de referência e a saída comutará ao estado 0 num lapso de tempo constante, apesar de chegar na entrada de disparo outros pulsos (ainda durante a mesma carga).
Em outros termos, o fato de que chegue um pulso na entrada de disparo ao carregar-se, o capacitor C não influi sobre a carga (dizemos que o dispositivo monoestável não é reativável).
Levando em consideração o nível de referência e a tensão de saturação do transistor Q, a amplitude do pulso de saída será aproximadamente:
( = 1,1.R.C
Funcionamento como circuito estável
É possível montar um multivibrador estável utilizando o circuito da fig. C03.3 e intercalando uma resistência entre o pino “discharge” e o de referência.
O esquema obtido é o ilustrado na fig. C03.4.
Como pode-se ver, não se pode aplicar um sinal de entrada exterior no pino de disparo porque este último é conectado com o pino de referência.
Neste caso, o capacitor C se carrega através das resistências R1 e R2, e se descarrega através de R2.
Portanto, o ciclo de serviço dependerá dos valores das resistências R1 e R2.
Quando a saída é alta, o transistor Q fica bloqueado e o capacitor se carrega até chegar ao nível de referência, nível no qual a saída será baixa e o transistor conduzirá.
No ponto “discharge” terá o valor da tensão de saturação do transistor Q e o capacitor se descarregará através da resistência R2.
O descarregamento seguirá efetuando-se até que a tensão do capacitor C chegue abaixo do nível de disparo e faça com que a saída comute no nível alto, dando início a um novo ciclo.
Fig. C03.4
Portanto, entendemos que a tensão do capacitor C pode variar dentro do intervalo entre o nível de referência e o de disparo.
Como no caso do dispositivo monoestável, os tempos de carregamento e de descarregamento, a freqüência e o ciclo de serviço, não dependem da tensão de alimentação.
Lembrando que os níveis de disparo e de referência são Vcc/3 e 2 . Vcc/3 podemos dizer que a fórmula aplicada na carga do capacitor é a seguinte:
V’( t ) = Vcc - (Vcc - Vcc/3) . exp ( -t )
 C .(R1+R2)
 
O intervalo de tempo que a saída permanece alta é dado pelo valor de “t”, sendo que V’(t) é igual a tensão do nível de entrada:
 
�
T’ = -C.(R1 + R2) . In (1/2) = 0.693 . (R1 + R2) . C
Referindo-se ao descarregamento do capacitor temos:
V” ( t ) = 2/3 . Vcc . exp -t
 C. R2 
O capacitor seguirá descarregando-se até que alcance o nível da tensão de disparo; para isto:
V” ( T ) = 2/3 . Vcc . exp (-t / R2.C)
onde:
 T” = - R2 . C . 1n (1/2) = 0.693 . R2 . C
O período total da tensão de saída é dado pela fórmula:
T = T’ + T” 
 
Enquanto o ciclo de serviço é calculado com base na relação entre a resistência R2 e a resistência em série, constituída por R1 e R2.
C03.2 Exercícios Propostos
MCM10 Desconectar todos os jumpers
SIS1 Colocar todos os interruptores na posição “OFF”
SIS2 Introduzir o código de lição: C03
Determinação do nível de tensão necessária na aplicação das entradas de disparo e de referência para fazer com que a saída comute.
Montar o esquema da fig. C03.5 conectando todos os jumpers indicados na mesma.
Calcular o valor teórico do nível de disparo como se indica no parágrafo C03.1.
Conectar uma das pontas do osciloscópio no ponto conectado com a entrada de disparo (TR) e com a de referência (TH): para isto pode-se utilizar a parte direita da ponte J48.
Medir o valor da tensão presente no ponto em que a amplitude é mínima: neste ponto a tensão da entrada de disparo é menor que o nível de disparo, o que faz com que a saída comute no estado 1.
Comparar o dado teórico com o experimental.
Calcular o valor teórico do nível de referência como se indica no parágrafo C03.1.
Medir o valor da tensão presente no ponto em que a amplitude é máxima: neste ponto a tensão da entrada de referência é maior que o nível de referência, o que faz com que a saída comute no estado 0.
Comparar o dado teórico com o experimental.
Medir no osciloscópio a freqüência da tensão de saída.
SIS1 Colocar o interruptor S17 na posição “ON”
SIS2 Pressione “INS” 
Medir outra vez a freqüência de oscilação.
 
Q1. Porque a freqüência de saída diminuiu?
 SET
 A B
 1 4 Porque variou a tensão de alimentação.
 2 3 Porque variou as referências de comutação.
 3 1 Porque a resistência R41 está em curto-circuito.
 4 2 Porque o valor da capacidade C10 é o dobro.
SIS1 Colocar o interruptor S17 na posição “OFF”
 
�
Funcionamento do temporizador como multivibrador monoestável
Montar o esquema da fig. C03.6 conectando todos os jumpers indicados na mesma.
Aplicar entre o borne 19 e o de massa, um sinal de onda quadrada (fornecida pelo gerador de sinais) com uma amplitude entre 0 V e 5 V e uma freqüência de 1 KHz.
Conectar uma das pontas do osciloscópio no borne 19 e a outra na saída do temporizador (utilizar a resistência R43 ou a ponte J51): verificar em qual borne há um sinal de pulso positivo, toda vez que passar uma frente negativa da onda quadrada de entrada.
Calcular de modo teórico, a duração do pulso de saída com as relações vistas no parágrafo C03.1.
Medir no osciloscópio a duração do pulso de saída.
Aumentar a freqüência do sinal de entrada até chegar ao valor 10 KHz, e verificar se a duração do pulso positivo de saída não depende da freqüência de entrada.
Os componentes sem número foram colocados na parte posterior do módulo.
Fig. C03.6
Q2. Porque a duração do pulso de saída não depende da freqüência do sinal de entrada?
 SET
 A B
 1 3 Porque depende somente da tensão de alimentação.
 2 4 Porque depende somente do valor de R41.
 3 2 Porque depende somente do valor de C10.4 1 Porque depende somente da tensão de alimentação, do valor de R41 e de C10.
Funcionamento do temporizador como multivibrador estável
Montar o esquema da fig. C03.5 conectando todos os jumpers indicados na mesma.
Conectar uma das pontas do osciloscópio na saída do temporizador.
Conectar a outra ponta do osciloscópio na entrada de disparo (TR).
Utilizando as relações vistas no parágrafo C03.1, calcular o tempo que a saída mantém-se alta e baixa.
Medir no osciloscópio o tempo que a saída mantém-se alta e baixa.
Comparar os resultados teóricos com os experimentais.
Calcular o ciclo de serviço do sinal de saída utilizando as relações teóricas.
Calcular o ciclo de serviço do sinal de saída, com base nos resultados experimentais.
SIS1 Colocar o interruptor S6 na posição “ON”
SIS2 Pressione “INS”
Q3. Entre as ações indicadas, o que foi feito para se obter as formas de onda vistas no osciloscópio? 
 SET
 A B
 1 3 foi conectado R41 em curto-circuito.
 2 4 foi conectado R42 em curto-circuito.
 3 1 foi conectado C10 em curto-circuito.
 4 2 foi conectado C11 em curto-circuito.
SIS1 Colocar o interruptor S6 na posição “OFF”
Funcionamento do temporizador como gerador PPM
Montar o esquema da fig. C03.7 conectando todos os jumpers indicados na mesma.
Aplicar entre o borne 20 e o de terra, uma tensão triangular (fornecida pelo gerador de sinais) com uma amplitude entre 0 V e 4 V e uma freqüência de 500 Hz.
Conectar uma das pontas do osciloscópio no borne 20.
Conectar a outra ponta do osciloscópio na saída do temporizador.
Observar se a amplitude dos pulsos de saída é proporcional ao valor da tensão aplicada no borne 20.
Fig. C03.7
Q4. O que muda no temporizador ao aplicar uma tensão variável no borne 20?
 SET
 A B
 1 4 Só a tensão de disparo.
 2 1 Só a tensão de referência.
 3 2 Tanto a tensão de disparo como a de referência.
 4 3 A amplitude da tensão de saída.
C03.3 QUESTIONÁRIO RECAPITULATIVO 
Q5. O que é um temporizador?
 SET
 A B
3 Um circuito capaz de fornecer um pulso de saída de duração pré
 estabelecida.
 2 1 Um circuito capaz de gerar uma onda quadrada simétrica.
 3 4 Um circuito capaz de gerar uma onda quadrada não simétrica.
 4 2 As três respostas anteriores são válidas.
Q6. Em relação ao circuito integrado analisado neste capítulo, quanto vale o nível de referência quando a tensão de alimentação é de 9 V?
 SET
 A B
 1 4 3 V.
 2 1 4 V.
 3 2 5 V.
 4 3 6 V.
Q7. Qual a função da entrada de “reset”?
 SET
 A B
 1 4 A de levar a zero a saída do comparador de disparo.
 2 3 A de levar o transistor Q1 ao estado OFF.
 3 1 A de levar a zero só a saída do circuito.
 4 2 A de levar a zero a saída do circuito e a do flip-flop R-S.
Q8. Observe a figura C03.6. Quanto dura o pulso de saída, quando R41 = 10 K( e C10 = 100 nF?
 SET
 A B
 1 4 75 (s.
 2 1 350 (s.
 3 2 1,1 ms.
 4 3 3,8 ms.
Q9. Observe a figura C03.5. Quanto dura o sinal de saída no nível alto, quando R41 = 10 K(, R42 = 15 K( e C10 = 10 nF?
 SET
 A B
 1 3 138 (s.
 2 1 173 (s.
 3 4 209 (s.
 4 2 241 (s.
�
Q10. Nas mesmas condições vista na pergunta anterior, quanto dura o sinal de saída no nível baixo?
 
 SET
 A B
 1 3 48 (s.
 2 1 64 (s.
 3 4 86 (s. 
 4 2 104 (s.
Q11. Sendo R41 = 10 K(, quanto valerá a resistência R42 para dar um ciclo de serviço de 0,2?
 SET
 A B
 1 3 2,5 K(.
 2 4 3,3 K(.
 3 1 4,7 K(.
 4 2 5,6 K(.
Q12. Os níveis de tensão entre os quais o capacitor da figura C03.4 oscila dependem:
 SET
 A B
 1 4 somente da tensão de alimentação.
 2 3 da tensão de alimentação, de R3, de R4 e de C4.
 3 1 somente de R3, de R4 e de C4.
 4 2 dos níveis da tensão de saída.
LIÇÃO C04
DISPLAY DE CRISTAL LÍQUIDO
Objetivos:
Determinar as características do display de cristal líquido;
Demonstrar como funciona o display de cristal líquido;
Analisar como é controlado um display de cristal líquido.
 
Material:
Unidade básica para sistemas IPES (fonte de alimentação mod. PSU/EV, com suporte para módulos mod. MU/EV, Unidade de Controle Individual mod. SIS1/SIS2/SIS3);
Módulo de experimentação mod. MCM10/EV;
Gerador de funções;
Osciloscópio de traço duplo;
Multímetro digital.
�
C04.1 NOÇÕES TEÓRICAS
Existe dois sistemas fundamentais para visualizar informações através de unidades de apresentação visual (“display”): os de LED (“light emitter diode”) e os LCD (“liquid cristal display”).
Os dispositivos LED visualizam as informações controlando a fonte luminosa (geração ou não de ondas eletromagnéticas) e os de cristal líquido (LCD) não emitem nenhuma radiação já que controlam simplesmente o meio através da qual a luz se propaga. Estes dispositivos são realizados usando duas placas condutoras entre as quais está numa capa de cristal líquido.
Se nas placas condutoras transparentes não lhes aplicar nenhuma tensão, as moléculas do cristal líquido (representadas na fig. C04.1 com óvalos) serão orientadas de modo que a luz que entra no cristal atravesse-a. Desta forma, este material será transparente. Quando lhes aplicar uma tensão, o cristal contido entre os planos condutores será orientado de modo que a luz que entra se refrate (veja a figura C04.19. Verificamos que a região do display onde é aplicada a polarização aparece opaca. Se colocar uma placa atrás do display desta placa absorverá a luz que atravessa o display e a área sem polarizar será escura.
Fig. C04.1
Observamos assim um contraste provocado pela diferente refletividade das zonas direita e esquerda. Estruturando adequadamente as placas de polarização podemos obter números, letras ou símbolos especiais (segundo a disposição dos eletrodos) quando estão excitados por circuitos de controle apropriados. A principal vantagem destes display LCD é a seguinte: consomem pouca potência (poucos micro-watt) já que não produzem luz e requerem tensões muito baixas para trabalhar; razão pela qual podem ser controlados diretamente por qualquer circuito lógico de baixa tensão, por circuitos integrados ou por microprocessadores.
No entanto, o problema é que o ambiente deve ter luz. Seu rendimento piora com a temperatura; com temperaturas baixas o tempo de resposta diminui; com temperaturas elevadas, pode haver perdas na difusão produzida pela polarização.
1.6 Características do cristal líquido
As características fundamentais do display de cristal líquido (LCD) são:
A margem de temperaturas: a margem de temperatura onde funciona o display é típica para o cristal líquido.
Nas temperaturas baixas a mobilidade das moléculas é reduzida e o tempo de comutação elevado. Nos limites superiores de temperaturas o cristal passa ao estado isotrópico e perde suas propriedades cristalinas.
A temperatura pode superar os limites inferior e superior de maneira reversível e repetidamente, até o valor do limite de armazenamento.
Tensão de funcionamento: tanto o contraste como o tempo de comutação dependem da tensão de funcionamento.
O aumento desta última corresponde a uma diminuição do tempo de “turn-on” (comutação no estado “ON”) e um aumento do tempo de “turn-off” (comutação no estado “OFF”).
A vida do display diminui sensivelmente toda vez que se supera a máxima tensão de funcionamento.
Componente contínuo de funcionamento:trata-se da tensão máxima contínua que é possível aplicar no display. Com valores superiores podemos verificar processos de eletrólise que provocam uma forte redução de sua vida.
Freqüência de funcionamento: o display deve funcionar com uma tensão alternada: a freqüência mínima é fixada pelos displays de pisca-pisca, e a máxima determina a constante de tempo RC da resistência dos condutores de alimentação e da capacidade dos segmentos. O pisca-pisca gera uma freqüência inferior aos 30 Hz e - quando as fontes de luz são alimentadas pela rede - a cada múltiplo da freqüência de rede.
Corrente de funcionamento: o display de cristal líquido é uma carga capacitiva para a fonte de alimentação, por esta razão, a corrente de funcionamento dependerá de maneira linear da tensão e de sua freqüência.
Tempos de comutação: ao aplicar a tensão temos primeiro um tempo de retardo de “turn-on” até que comece uma variação de contraste. O tempo de subida vai de 10% a 90 %.
Analogamente terá um retardo de “turn-off” e um tempo de retardo.
Contraste: é a relação de luminosidade entre um segmento ligado e outro desligado. O máximo contraste obtido não depende só do polarizador usado, mas também da iluminação do display e da tensão de funcionamento.
C04.2 Descrição do circuito
O circuito que será utilizado nas experiências com o cristal líquido possui não só display de cristal líquido, mas também outros circuitos que servem para facilitar a execução das mesmas.
Observe a figura C04.2.
Fig. C04.2
O circuito IC5 (CD4033) é um contador decimal com decodificação de saída para display de sete segmentos.
Tem uma entrada de disparo de Schmitt (pino 1) para o sinal de clock: acionando um pulsador (PS2) se incrementa o contador a um passo de cada vez. Entre o pulsador e a entrada do contador está intercalada uma rede R-C (que é conectada fisicamente ao lado da solda do módulo, sendo este sem influência nas experiências) cuja função é de eliminar eventuais problemas de comutação do pulsador.
Um sinal do nível alto na entrada “Reset” (pino 15) leva o contador a zero, e um de nível alto aplicado no “Lamp Test” (LT - pino 14) aciona todos os segmentos (visualização do número 8).
Com o sinal gerado pelo temporizador IC8 (o analisado no capítulo C03) as saídas do circuito integrado são colocadas na configuração EXOR.
Um lado do segmento do display controla a saída do EXOR assim constituído, e o outro lado controla a onda quadrada CK.
Através deste sistema, é possível controlar os dois lados de cada segmento do display com duas tensões de onda quadrada de fase 0( ou 180(: o valor de defasagem dependerá só do valor lógico da saída de IC5.
Acionando os sete interruptores indicados com as letras “a”, “b”, “c”, “d”, “e”, “f” e “g” podemos levar os sinais de saída de IC5 ao nível lógico baixo e, por conseguinte, desligar o segmento ligado pelo contador.
�
C04.3 EXERCÍCIOS PROPOSTOS
MCM10 Desconectar todos os jumpers
SIS1 Colocar todos os interruptores na posição “OFF”
SIS2 Introduzir o código de lição: C04
Montar o esquema da fig. C04.3 conectando todos os jumpers indicados na mesma.
 
Conectar uma das pontas do osciloscópio na saída de IC8 (sinal CK). O circuito integrado IC8 é um temporizador (seu funcionamento foi analisado no capítulo C03).
Observar o sinal CK no osciloscópio, medir sua freqüência e seu ciclo de serviço.
Pressione o pulsador PS2, e observe se a cada pulso o display aumenta o valor visualizado.
Fixar o valor visualizado em 8.
Deslocar os interruptores abaixo, e observar se ao fechar um interruptor (interruptor levado para cima) o segmento do display correspondente se apaga.
Voltar a colocar os interruptores de “a” a “g” na posição OFF (abaixo).
Se o número visualizado pelo display é diferente de 1, pressione o pulsador PS2 até que no display apareça o número 1.
Desacoplar GND da ponta do osciloscópio do sinal do terra.
Como podemos ver no esquema C04.3 o segmento “b” controla o pino 11 de IC7.
Conectar o borne de terra da ponta do osciloscópio no sinal CK (para isto, pode-se empregar a resistência R31).
Estando o terra nesta posição, conectar a ponta com o pino 11 de IC7. Deste modo se poderá medir a tensão aplicada no segmento do display de cristal líquido.
Observar se o valor médio da tensão aplicada no segmento é nulo.
Deslocar o interruptor “b” para cima e verificar se o segmento se apaga.
Observar no osciloscópio como evolui a tensão aplicada no segmento “b” nestas condições.
Deslocar todos os interruptores para baixo (OFF).
Pressionando o pulsador PS2 visualizar o número 0.
Q34.3 Questionário Recapitulativo
Q4. Para ligar um segmento de um display de cristal líquido, que forma de onda se aplica entre as seguintes? 
 SET
 A B
 1 2 Uma tensão contínua negativa.
 2 4 Uma tensão contínua positiva.
 3 1 Uma tensão de onda quadrada com valor médio superior a 0.
 4 3 Uma tensão de onda quadrada com valor médio igual a 0.
Q5. Qual é a principal vantagem do display de cristal líquido em relação ao de Led?
 SET
 A B
 1 2 A simplicidade do controle.
 2 4 O baixo consumo de potência.
 3 1 A maior imunidade nos ruídos.
 4 3 A velocidade de comutação elevada.
Q6. Qual é a principal diferença entre os display de cristal líquido e os de Led?
 SET
 A B
 1 3 Necessitam de uma fonte de luz para ser visíveis.
 2 1 Suas elevadas impedâncias de entrada.
 3 4 Devem funcionar com correntes muito baixas.
 4 2 Suas escassas resistências.
LIÇÃO C05
OPTO-ISOLADORES
Objetivos:
Demonstrar como funciona um opto-isolador;
Analisar como se controla um opto-isolador;
Analisar os sinais de entrada e de saída de um opto-isolador.
 
Material
Unidade básica para sistema IPES (fonte de alimentação mod. PSU/EV, com suporte para módulos mod. MU/EV, Unidade de Controle Individual mod. SIS1/SIS2/SIS3);
Módulo de experimentação mod. MCM10/EV;
Gerador de funções;
Osciloscópio de traço duplo;
Multímetro digital.
�
CO5.1 NOÇÕES TEÓRICAS
Os sistemas e os detectores de luz às vezes são utilizados conjuntamente; não podemos considerar as fontes luminosas sem os detectores de luz e, vice-versa, pois teremos que falar de sistemas ópticos já que são utilizados pelo menos dois componentes para sua realização.
Os sistemas de acoplamento óptico são utilizados para transferir uma informação de um ponto a outro.
O detector deve ser “visto” pela fonte; ou seja, deve produzir um sinal de saída toda vez que for alcançado por uma radiação luminosa emitida por uma certa fonte. A luz deve propagar-se na fonte até o detector, através de um meio de transmissão que pode ser o espaço, o ar, ou qualquer outro material.
Por esta razão, é mais correto definir um sistema de acoplamento óptico, como um conjunto solidário de elementos (uma fonte luminosa, um detector de energia luminosa e um meio de transmissão) selecionados para fazer com que o mesmo possa realizar sua função.
Quando realizar um sistema de acoplamento óptico é muito importante analisar a semelhança entre a resposta espectral da fonte e a do receptor de energia luminosa.
A compatibilidade entre a fonte e o detector se determina comparando o espectro de cada elemento.
Se os tamanhos das ondas irradiadas pela fonte não coincidem com as de respostas do detector, dizemos que os dois dispositivos são “incompatíveis” (veja a fig. C05.1); o detector não será capaz de “ver” a luz emitida pela fonte.
Fig. C05.1
No caso de uma superposição parcial dos gráficos obtidos (veja a fig. C05.2) o sinal de resposta do detector não será compatível com a que se observa na fig. C05.3 (onde os dois gráficos quase coincidem um com outro).Ë possível obter um fator de correspondência entre o campo de ação da fonte luminosa e o do detector, multiplicando a parte da curva de resposta da fonte, pela parte da curva do detector que se coloca na primeira. Se as curvas não coincidem (fig. C05.1) a superfície será nula. Se as curvas se superpõem completamente (fig. C05.3), o valor da superfície será igual na unidade. 
A fig. C05.2 representa uma situação intermediária: o detector absorve só uma porção da energia irradiada pela fonte.
Na tabela C05.1 estão indicados os típicos fatores de correspondência, referentes aos pares fonte-detector mais usados; os detectores apresentados é o olho humano e uma junção P-N de silício. Examinando os fatores indicados, observamos que em relação a todas as fontes luminosas mencionadas, a capacidade de detecção do detector de silício é superior à do olho humano.
 
 
Fig. C05.3
FONTE
FATORES DE 
OLHO HUMANO
 
CORRESPONDÊNCIA
JUNÇÃO P-N de Si
SOL
0,16
0,5
LÂMPADA DE TUNGSTENO A 2200( K
 0,007
 
0,19
LÂMPADA DE NEON
0,35
0,7
LED (Ga As) a 9000 A(
0
1,0
LED (Ga P) a 700 A(
0,08
0,7
Tabela C05.1
Opto isolador
Além da correspondência espectral entre o detector e a fonte, é necessário considerar outro aspecto fundamental de um sistema óptico: o meio que caracteriza o trajeto que a onda eletromagnética deve fazer entre o transmissor e o receptor.
Antes de continuar é preciso indicar quais sistemas ópticos se subdividem em dois tipos: os “com interrupção” e os “sem interrupção”.
Os primeiros são utilizados para obter informações sobre o sistema de transmissão. Se a luz da fonte não alcança o detector, o raio luminoso é interrompido (onde provém a denominação do sistema).
A fonte e o detector estão separados fisicamente de maneira que seja possível que alguns objetos cortem os raios luminosos.
Os sistemas desta classe são utilizados para abrir automaticamente as portas, contar produtos e indicar automaticamente a posição e a velocidade de objetos. Este sistemas são denominados também fotocélulas.
Nos sistemas “sem interrupção” a informação é transferida entre a fonte e o detector através de um meio constante. Os sistemas desta classe são usados para realizar um isolamento elétrico entre a fonte e o detector; razão pela qual estes dispositivos são denominados “opto- isoladores”.
Características de um sistema de acoplamento óptico
Nos parágrafos seguintes serão analisados as quatro características fundamentais de um sistema de acoplamento óptico.
Relação de transferência
Para todos os sistemas cuja aplicação é linear, a “relação de transferência de corrente” (CTR) é a relação entre a corrente de saída do detector e a corrente de entrada da fonte.
O valor do CTR não é constante, pois varia em função da corrente de entrada e é submetido ao meio de transmissão.
Utilizando o sistema numa aplicação digital terá que calcular o CTR de maneira diferente, já que um sistema binário é caracterizado somente por dois níveis de tensão (nível alto e nível baixo); portanto se obterá na saída um ou outro destes níveis segundo o valor do sinal de entrada.
Um método para definir o CTR de um sistema digital é o de analisar a curva representada na fig. C05.4.
Fig. C05.4
Para definir o CTR afirma-se que para um valor de corrente da fonte superior ou igual a um certo valor de referência o valor da tensão de saída é inferior ou igual a certo valor pré-estabelecido.
Lembrando que ao CTR do conjunto fonte-detector de um sistema de acoplamento óptico se define como o abanico de saída lógico (“fan-out”) - ou seja, a quantidade de circuitos que é possível controlar - do circuito, em função da corrente pré-estabelecida na entrada da fonte.
Resposta de freqüência
A resposta de freqüência é a medida da rapidez de resposta do sistema nas variações do sinal de entrada (por exemplo, a uma comutação do estado ON ao estado OFF).
Um dos métodos para calcular a resposta de freqüência de um sistema de acoplamento óptico consiste em medir o “tempo de comutação”. A fonte gera um sinal de pulso e mede o pulso correspondente, obtido na saída do detector.
Os tempos de comutação que precisam ser considerados são os seguintes (veja também a fig. C05.5):
Tempo de retardo td: (“delay time”): é o tempo entre a borda de subida do sinal de entrada e o instante em que o sinal de saída alcança os 10% de seu valor máximo.
Tempo de subida tr ( “rise time”): é o tempo necessário para que o sinal de saída passe de 10% a 90% do seu valor máximo.
Fig. C05.5
Tempo de ativação tON: é a soma td + tr.
Tempo de memorização ts (“storage time”): é o tempo entre a borda negativa do sinal de entrada e o instante em que o sinal de saída diminui até 90% de seu valor máximo.
Tempo de descida tf (“fall time”): é o tempo necessário para que o sinal de saída passe de 90% aos 10% do seu valor máximo.
Tempo de desativação tOFF: é a soma ts + tf .
Largura do pulso tw (“pulse width”): é o tempo em que o sinal de saída mantém-se acima de 50% do tempo de subida e de descida do pulso de saída.
Existe outro modo para estimar a resposta de freqüência de um sistema de acoplamento óptico que consiste em definir a freqüência de corte (“cut-off”) do sistema, o qual é a freqüência onde a sensibilidade do detector equivale ao valor que o mesmo tem dentro da gama de freqüências (onde a sensibilidade é máxima) multiplicado por 0,707.
O limite de freqüência é submetido ao tempo de subida através da equação:
fc = 0,35
 tr
Isolamento
O “isolamento” define-se considerando quatro propriedades dos sistemas de acoplamento óptico:
* a rejeição de modo comum;
* as correntes dirigidas para o terra;
* o isolamento elétrico;
* a imunidade no ruído elétrico.
A “relação de rejeição de modo comum” (CMRR) serve para ver se um sistema de acoplamento óptico é capaz de detectar sinais de modo diferencial, ignorando os sinais de modo comum. Quanto mais alto o valor de CMRR melhor a capacidade do sistema para rejeitar os sinais de modo comum.
Entende-se por “corrente para o terra”, todas as correntes que se fecham no terra. Este fenômeno é verificado quando são utilizados vários pontos de terra em diferentes lugares do circuito.
Este fenômeno pode ser eliminado facilmente utilizando os circuitos de acoplamento óptico.
O “isolamento elétrico” é a capacidade que o sistema tem para realizar um isolamento galvânico entre duas partes do circuito sem bloquear a passagem de informação.
Por último, a “imunidade no ruído elétrico” é a capacidade do sistema de acoplamento óptico, de separar os ruídos elétricos (ou distúrbios) que geram as duas partes do circuito.
Imunidade a ruído
A imunidade a ruído de um sistema de acoplamento é a capacidade deste sistema de opor-se às interferências provocadas por fontes de ruídos interiores e exteriores.
O ruído interior de um sistema de acoplamento óptico na saída de um detector dá lugar a um sinal de corrente, (mesmo que nenhum sinal seja emitido pela fonte).
As principais fontes de ruídos interior são: * o ruído térmico;
 * o ruído de fluxo;
 * o ruído por contato.
O grau de imunidade no ruído interior de um sistema é dado pela “relação sinal-ruído”, que é a relação entre o sinal de saída obtido quando apresenta um sinal na entrada e o sinal de saída sem sinal de entrada.
C05.2 EXERCÍCIOS PROPOSTOS
MCM10 Desconectar todos os jumpers
SIS1 Colocar todos os interruptores na posição “OFF”
SIS2 Introduzir o código de lição: C05
Montar o esquema da fig. C05.6 conectando todos os jumpers indicados na mesma.
Intercalar o multímetro (programado como amperímetro) entre os bornes 15e 16. Deste modo pode-se medir a corrente de coletor do transistor de saída do opto-isolador.
Conectar uma das pontas do osciloscópio nos extremos da resistência R34. Desta maneira podemos medir a queda de tensão na resistência R34 determinada pela corrente que circula pelo fotodiodo.
Variar a tensão FV1, regulando RV1 (que está no bloco do regulador de tensão de saída fixa) até que no osciloscópio se possa ler uma queda de tensão na resistência R34 de 1V.
Colocar na tabela C05.2 o valor da corrente que atravessa o transistor.
Repetir esta operação para todos os valores de tensão indicados na tabela.
Construir o gráfico “corrente de entrada-corrente de saída” para analisar como evolui a relação de “entrada-saída” do opto-isolador.
Q1. Qual é o valor médio da relação de transferência da corrente medida durante este exercício?
 SET
 A B
 1 4 É inferior a 0,01.
 2 1 É de 0,3 aprox.
 3 2 É de 1 aprox.
 4 3 É superior a 5.
Substituir as resistências de polarização (R34 e R38) por outras resistências (disponível no módulo) e observar o que varia.
Restabelecer a situação ilustrada na fig. C05.6 conectando a ponta do osciloscópio com a resistência R34, e intercalando o amperímetro entre os bornes 15 e 16,
�
SIS1 Colocar o interruptor S2 na posição “ON”
SIS2 Pressione “INS”
Q2. Que troca se observa na situação anterior?
 SET
 A B
 1 4 A tensão FRV1 abaixou até zero.
 2 1 O fotodiodo está conectado em curto-circuito.
 3 2 O fotodiodo não está alimentado.
 4 3 O fototransistor não funciona corretamente.
SIS1 Colocar o interruptor S2 na posição “OFF”
A seguir, alimentar o fotodiodo com a tensão VV1. Para isto, desconectar o jumper J29 e conectar o jumper J30.
Aplicar entre o borne 5 e o de massa uma tensão senoidal de valor médio nulo, com uma amplitude de 1 Vpp, e uma freqüência de 100 Hz.
Desconectar os jumpers J38 e J41, e conectar os jumpers J36 e J44.
Controlar as diferenças de forma de onda entre o sinal de entrada e o de saída.
Desconectar J44 e J36, conectar os jumpers J39 e J41, e medir a tensão de coletor do transistor.
Q3. Porque a amplitude da tensão alternada varia?
 SET
 A B
 1 3 Porque a emissão luminosa do diodo variou.
 2 1 Porque a corrente que atravessa o diodo variou.
 3 4 Porque a tensão de alimentação do diodo variou.
 4 2 Porque o valor da tensão dá o valor de corrente (que fica igual), multiplicado pela resistência atravessada pela corrente.
SIS1 Colocar o interruptor S15 na posição “ON”
SIS2 Pressione “INS”
�
Q4. Porque a tensão de saída do transistor abaixou até 0?
 SET
 A B
 1 3 Porque o transistor não funciona mais.
 2 1 Porque o fotodiodo não funciona mais.
 3 4 Porque o sinal VV1 é nulo.
 4 2 Porque o transistor não está alimentado.
SIS1 Colocar o interruptor S15 na posição “OFF”
SIS1 Colocar o interruptor S7 na posição “ON”
SIS2 Pressione “INS”
Q5. O que ocorre?
 SET
 A B
 1 2 O diodo para de funcionar.
 2 4 O transistor para de funcionar.
 3 1 A base do transistor foi conectada na massa.
 4 3 O coletor do transmissor não está mais com a resistência R38.
SIS1 Colocar o interruptor S7 na posição “OFF”
�
QUESTIONÁRIO RECAPITULATIVO
Q6. Qual parte do espectro eletromagnético pode ser utilizada por um opto-isolador?
 
 SET
 A B
 1 3 Só a parte do espectro que é visível.
 2 1 Só a parte dos infravermelhos.
 3 4 Só a parte dos ultravioleta.
 4 2 As três partes vistas anteriormente.
Q7. Para que serve um opto-isolador?
 SET
A B
1 3 Para fazer com as informações percorram grandes distâncias.
2 1 Para amplificar um sinal.
3 4 Para transferir informações entre duas partes separadas eletricamente.
4 2 Para reduzir a impedância de saída de um sistema.
Q8. Considerando o opto-isolador como um duplo bipólo, quais as magnitudes elétricas de entrada e de saída?
 SET
 A B
 1 3 A tensão e a tensão.
 2 1 A tensão e a corrente.
 3 4 A corrente e a tensão.
 4 2 A corrente e a corrente.
LIÇÃO C06
TRANSMISSÃO/RECEPÇÃO DE INFRAVERMELHO
Objetivos:
Analisar como funciona os transmissores e os receptores;
Final da transmissão/recepção de infravermelho;
Sinais de entrada e de saída em um sistema transmissão/recepção de infravermelho.
 
Material
Unidade básica para sistemas IPES (fonte de alimentação mod. PSU/EV, com suporte para módulos mod. MU/EV, Unidade de Controle Individual mod. SIS1/SIS2/SIS3);
Módulo de experimentação mod. MCM10/EV;
Gerador de funções;
Osciloscópio de traço duplo;
Multímetro digital.
�
C06.1 NOÇÕES TEÓRICAS
A recepção/transmissão de infravermelho obedece à vista no capítulo anterior; neste capítulo daremos maiores esclarecimentos.
A diferença do que ocorre com os opto-isoladores na recepção/transmissão de infravermelho é que só utiliza uma zona do espectro (a de infravermelho), e o sistema consta de um transmissor, de um meio de transmissão e de um receptor (que estão separados fisicamente).
Assim, para receber o sinal transmitido é preciso ter um acoplamento espectral (o espectro do receptor deve incluir o do transmissor) e um acoplamento óptico (o receptor deve “ver” o transmissor).
Também a distância entre o transmissor e o receptor é muito importante, já que a energia que alcança o receptor diminui proporcionalmente no quadrado da distância.
C06.2 Descrição do circuito
O circuito adotado para a recepção/transmissão de infravermelho não possui só dois elementos fotoelétricos (LED e fototransistor), mas outros componentes úteis para analisar detalhadamente os aspectos mais interessantes de transmissão/recepção.
Observe a figura C06.1.
Fig. C06.1
O circuito integrado IC3 (74LS191) é um contador binário programável de 4 bit. Quando lhe aplica na entrada “LOAD” (carga) um nível baixo, os valores lógicos aplicados nas entradas A, B, C e D são carregados nos registros de saída. O nível lógico da entrada U/D serve para ver se a contagem é efetuada para frente ou para trás.
Quando o contador chega na última etapa da contagem, o sinal MIN/MAX torna-se alto e permanece neste estado durante todo o período de “clock”.
Se há um incremento do estado do contador durante a borda de subida do sinal de clock quando o sinal EN está no nível lógico baixo: se conectar (como se ilustra na fig. C06.1) o sinal EN ao sinal MIN/MAX a contagem permanecerá ativada, exceto quando o contador chegar a última etapa.
Desta forma, quando chegar a 15 o contador se detém e não se reativa, só mediante a aplicação de um pulso na entrada “LOAD”.
O sinal de clock vem do temporizador de bloco, onde está incorporado o display de cristal líquido (sinal CK).
O sinal de saída é extraído da saída QA (primeiro bit do contador): assim poderemos obter 8 pulsos toda vez que pressionar o pulsador “start”.
Os dois transistores servem para amplificar a corrente do sinal QA que se envia até o jumper J24.
Ao LED pode-se aplicar os sinais proveniente do contador (J24), do exterior (J25), do sinal VV1 (J23), do sinal FV1 (J22), do pulsador PS1 (J21), assim como também da fonte de alimentação de 5 V (J26).
O coletor do fototransistor está conectado com a fonte, e o seu emissor é o terra através de uma resistência (R19). Mediante a conexão do jumper J27 pode-se conectar também ao emissor um Led (LD1) para verificar a presença ou não de um nível alto lógico.
Este sinal entra no circuito integrado IC4 que é um contador BCD provido de saída codificada para display de sete segmentos.O display verifica o número de pulsos provenientes do fotodiodo.
C06.1 EXERCÍCIOS PROPOSTOS
MCM10 Desconectar todos os jumpers
SIS1 Colocar todos os interruptores na posição “OFF”
SIS2 Introduzir o código de lição: C06
N.B.: Lembre-se que todas as fontes luminosas (como por exemplo as lâmpadas incandescente, as florescentes, etc.), emitem radiações no espectro infravermelho; assim poderá constituir uma fonte para os fototransistores. Se durante os exercícios observar algum sinal indesejável, controlar se proceder de uma lâmpada (por exemplo, desligando-a).
Montar o esquema da fig. C06.2 conectando todos os jumpers indicados na mesma.
Conectar uma das pontas do osciloscópio com o borne do sinal FV1, e medir com o multímetro a tensão de emissor do fototransistor.
Levar a tensão de FV1 a 1 V e medir a tensão do emissor.
Colocar a medida na tabela C06.1.
Regulando RV1, fazer com que o sinal FV1 assuma todos os valores de tensão indicados na tabela C06.1 e para cada um deles, colocar na mesma os valores da tensão de emissor que foi medido.
Conectar o jumper J27 e repetir as medidas efetuadas anteriormente. Introduzindo o jumper J27 também estarão conectados o diodo LD1 e a resistência R20 (de 1 K() em paralelo a R19 (de 10 K(): desta maneira a carga efetiva chega abaixo do valor correspondente ao décimo do valor de R19.
Repetir todas as medidas efetuadas anteriormente, e colocar os resultados na tabela.
1. Porque varia a tensão de emissor quando se varia a carga?
 SET
A B
1 4 Porque a corrente de emissor depende somente da radiação eletromagnética que alcança a base.
2 1 Porque a corrente de base varia na função da corrente de emissor.
3 2 Porque a radiação que alcança a base variou.
4 3 Porque a corrente que circula pelo LED variou.
A seguir, alimentar o LED com a tensão VV1. Para isto, desconectar o jumper J22 e conectar a J23.
Aplicar entre o borne 5 e o de terra, um sinal senoidal com uma amplitude de 2Vpp, uma freqüência de KHz e um valor médio nulo.
Conectar uma das pontas do osciloscópio no borne do sinal VV1 e a outra com o emissor.
Comparar no osciloscópio o sinal de controle do LED com o de saída do fototransistor.
SIS1 Colocar o interruptor S18 na posição “ON”
SIS2 Pressione “INS”
Q2. Porque o sinal de saída diminui até chegar a zero?
 SET
 A B
1 2 Porque o LED não funciona mais.
2 1 Porque foi conectado o LED em curto-circuito.
3 4 Porque não chega a tensão de +5 V no coletor do fototransistor.
4 3 Porque a resistência de carga do emissor diminuiu até um valor muito baixo.
SIS1 Colocar o interruptor S18 na posição “OFF”
Desconectar o jumper J22 e conectar o jumper J21. Neste caso se alimenta o LED pressionando o pulsador PS1.
Verificar se para cada pulso gerado por PS1 se incrementar o número visualizado no display.
SIS1 Colocar o interruptor S20 na posição “ON”
SIS2 Pressione “INS”
Pressione várias vezes o pulsador PS1.
Q3. Porque no display o número visualizado não muda?
 SET
A B
1 2 Porque o pulsador não gera um nível suficiente para incrementar a contagem do contador de IC4.
2 3 Porque o LED não funciona mais.
3 4 Porque ainda que funcione o LED não emite uma quantidade suficiente de energia. 
4 1 Porque o fototransistor não funciona mais.
SIS1 Colocar o interruptor S20 na posição “OFF”
Desconectar o jumper J21 e conectar o jumper J24 para alimentar o LED através do contador IC3.
Medir no osciloscópio a amplitude da tensão aplicada no conjunto LED-R18. Para isto, pode-se utilizar a parte direita dos jumpers J21, J22, etc.
Regular RV3 até que se alcance o valor máximo da tensão vista no osciloscópio.
Pressione o pulsador RESET para levar a zero o contador de IC4.
Pressione START.
Q4. Porque é verificado o número 8?
 SET
 A B
 1 3 Porque chegam 8 pulsos no borne do relógio de IC3 (CK).
 2 1 Porque o contador IC3 é habilitado só para receber 8 pulsos de entrada.
 3 4 Porque o contador IC3 é habilitado só para receber 16 pulsos.
 4 2 Porque o módulo do contador de IC4 é 8.
Girar RV3 no sentido oposto e pressionar RESET.
Pressione START.
Q5. Porque o contador IC4 não muda o valor verificado?
 SET
 A B
 1 3 Porque a corrente que circula pelo LED diminuiu, e porque o sinal gerado pelo fototransistor não passa ao nível lógico alto.
 2 1 Porque o borne Reset de IC4 é ativo.
 3 4 Porque o fototransistor não funciona mais.
 4 2 Porque o pulsador de START não funciona mais.
Mudar a posição RV3 e observar no osciloscópio como varia o nível alto do sinal presente no emissor do fototransistor.
Explicar porque ocorre isto.
Voltar a colocar RV3 na posição correspondente a resistência mínima ( tensão máxima no jumper J24).
Pressione RESET e START, e observe o display.
SIS1 Colocar o interruptor S16 na posição “ON”
SIS2 Pressione “INS”
Pressione várias vezes RESET e START.
Q6. Que anomalia foi observada?
 SET
 A B
 1 4 O pulsador START não gera mais a seqüência de pulsos.
 2 1 O contador IC4 para de efetuar a contagem.
 3 2 O pulsador RESET não funciona mais.
 4 3 Nenhuma das respostas anteriores são válidas.
SIS1 Colocar o interruptor S16 na posição “OFF”
Intercalar um destornilhador, uma caneta, ou algo similar, entre o LED e o fototransistor. Pressione START e observe qual objeto intercalado bloqueia a recepção do raio eletromagnético.
�
C06.4 QUESTIONÁRIO RECAPITULATIVO
Q7. Na transmissão/recepção de infravermelho, qual zona do espectro eletromagnético é utilizada?
 SET
 A B
 1 3 A zona central do espectro visível.
 2 1 A zona com freqüência superiores as do espectro visível.
 3 4 A zona com freqüências inferiores as do espectro visível.
 4 2 Uma zona do espectro das radio freqüências.
Q8.Quais os principais componentes de um sistema de recepção/transmissão de infravermelho?
 SET
 A B
 1 2 O elemento transmissor.
 2 4 O elemento receptor.
 3 1 O meio de transmissão.
 4 3 Todos os elementos anteriores.
Q9. Que tipo de relação deve ter entre o transmissor e o receptor num sistema de transmissão/recepção de infravermelho?
 SET
 A B
 1 4 O acoplamento entre ambos dispositivos deve ser do tipo mecânico.
 2 3 O acoplamento entre ambos dispositivos deve ser do tipo espectral.
 3 1 As duas respostas anteriores são válidas.
 4 2 Nenhuma das respostas anteriores são válidas.
APÊNDICE A
“DATA SHEETS”
. LM7805
. LM317
. LM555
. CD4070
. BC337
. CD4033
. TIL111
. OP132
. OP804SL
. HDSP5303
. LS74191
. CD40110
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