Análise de Circuitos Integrados: Temporizador 555, Schmitt Trigger e VCO

CI Temporizador 555

O CI Temporizador 555 associa 2 comparadores, 1 FF-RS e 1 Transistor de descarga. O circuito é formado por R1 e R2 internos. A resposta mantém o nível de tensão na entrada inversora do Amplificador Operacional (Amp Op).

• Tensão de Limiar: Tensão de entrada não inversora.
• Tensão de Controle: (2/3 Vcc) - Tensão na entrada inversora.

Função dos Pinos do 555

• P8 (VCC): Alimentação (4,5 a 16V).
• P7 (Discharge): Transistor de descarga.
• P6 (Threshold): Entrada de tensão de limiar.
• P5 (Control): Entrada de tensão de controle.
• P4 (Reset): Reset.
• P3 (Q'): Saída.
• P2 (Trigger): Sinal de disparo.
• P1 (GND): Terra.

O Flip-Flop é ativo sempre que a tensão de limiar (P6) na porta não inversora do comparador exceder a tensão de controle.

555 Operação Monoestável

Funciona como disparador, com constante de tempo instável.

• Duração do Pulso: Depende dos valores de RC.
• Ciclo de Trabalho (DC): Aproximadamente 80%.
• Flip-Flop Cortado: Quando a entrada de disparo (P2) é menor que VCC/3.

O Flip-Flop é controlado pelo nível de tensão em suas entradas R e S:

• Quando R,S=0: Q e Q' não mudam.
• Quando S=0, R=1: Saídas Q=0, Q'=1.
• Quando S=1, R=0: Saída Q=1, Q'=0.

555 Operação Astável (Oscilador)

Saída em forma de onda quadrada.

• Constante de Tempo de Carga do Ckt: Formada por Ra, Rb e C.
• Constante de Descarga do Ckt: Por Rb e C.
• Ciclo de Trabalho (DC): Em função de Ra. Aproximadamente 50%.
• Fórmula DC: (Ra+Rb)/(Ra+2Rb) * 100% (Nota: A fórmula original estava incompleta/incorreta, ajustada para a forma comum de DC em astável: $DC = \frac{R_a + R_b}{R_a + 2R_b} \times 100\%$ ou, se a intenção era a fórmula de tempo, a fórmula de frequência é mais clara).
• Frequência ($F_o$): $1.44 / ((R_a + 2R_b) \times C)$.

Disparador Schmitt

Usado como restaurador de forma de onda.

Características do Circuito

• Histerese: Diferença de potencial UTP - LTP e Imunidade a ruído de Corrente.
• Realimentação Positiva: Permite converter variações lentas na entrada em transições rápidas na saída.
• Aplicação: Interfaciamento entre sinais de variação lenta e circuitos lógicos.

Disparador Schmitt com TTL e CMOS

• TTL: Sinal de entrada provém de uma fonte de baixa impedância. UTP=0,95V, LTP=0,7V.
• CMOS: Sinal de entrada limitado ao valor de $R_i$.

Disparadores Schmitt já disponíveis:

• Série TTL 7413 e 7414: LTP=0,9V e UTP=1,7V (Histerese de 0,8V).
• Série CMOS 4083: Duas faixas de histerese para alimentação de 5V (LTP=2,3V, UTP=2,9V, histerese=0,6V) e para alimentação de 10V (LTP=3,9V, UTP=5,9V, histerese=2,0V).

Osciladores

Oscilador Bloqueio Livre

Gera pulsos de curta duração e alta amplitude.

• Constante de Carga em Cf: Pequena, pois se faz através da junção base-emissor de Q1 diretamente polarizado.
• Aplicação: Quando há necessidade de prover um sistema de pulso de sincronismo entre diversos equipamentos.

Oscilador Bloqueio Disparado

Pulso de disparo na base de um TJB ou FET.

Diferença entre Osc. Bloq. Livre e Disparo: No livre, polariza Classe A/AB; no outro, Classe B.

Gerador Dente de Serra (GDS)

Saída com forma de onda que varia linearmente com o tempo.

• Aplicação: Geradores de varredura para osciloscópio e aparelhos de TV.
• Característica da Onda: Tensão linear, tensão de carga do capacitor constante, forma de onda linear.

Gerador Rampa

• Função: Corrigir variações de tensão no capacitor.
• Característica da Rampa: Variação de tensão ou corrente constante em relação ao tempo.

R3, R2, R1 no circuito polarizam o TJB e formam fonte de corrente de carga constante para o capacitor.

CKT Básico Varredura Linear

• Chave ON: C se carrega por R ($V_c=V_a$).
• Chave OFF: C se descarrega instantaneamente por S.

D1, R2, Q1, R3 fazem a corrente ficar constante. C1 é o capacitor de acoplamento.

Gerador Serra Miller

• Impedimento: Trabalhar em altas Frequências.
• Correção: Transformar o circuito em Miller avançado, adicionando Q3 e Q4, melhora a carga de C2.
• Tensão do Ponto A: Tensão do Vce que está saturado.
• R2: Polariza o emissor de Q2.
• RC: Polariza o coletor de Q1.

Gerador Miller Avançado

• Função: Gerar onda dente de serra Miller avançado.
• Vantagem: Trabalha em altas Frequências.
• Aplicação: Sistemas de varredura eletrostática, ex: Osciloscópios.

Varredura Eletrostática: Gerada por sinal de tensão cuja variação é linear.

Aplicações de Geradores de Varredura

• Gerador Varredura Linear de Corrente: Display de radares e TV. D1, D2 protegem o transistor da FEM.
• Gerador Varredura de Tensão: Osciloscópios.

Oscilador Controlado por Tensão (VCO)

Funcionamento: Controla a frequência de saída através do nível DC aplicado na entrada.

Partes do VCO

• Ckt Integrador: (R1, R2, OP1, C).
• Ckt Schmitt Trigger: (R3, R5, OP2, Rc).

Ckt Alterado: Valor de Vc=0 provoca $F_{out}=0$. Ra e Rb não deixam a frequência de saída ser zero.

VCO Monolítico 566: Oscilador controlado por tensão que gera sinais de onda quadrada e triangular.

PLL (Phase-Locked Loop)

Dispositivo muito usado em telecomunicações, em recuperação de portadoras PSK e QAM, demodulação de sinais FM ou FSK.

Componentes do PLL

• Detector de Fases: (Circuito lógico X-OR).
• Filtro Passa Baixa: Define faixa de captura, tempo de resposta, estabilidade e fator de amortecimento.
• VCO.

Operação do PLL

• Operação Estática: Com sinal $V_e$ e frequência $F_e$ dentro da faixa $F_a$, aparece tensão $V_d$ na saída do detector de fase, igualando a frequência do VCO ao sinal de entrada.
• Erro de Fase no PLL: Será 90º quando $F_e=F_o$.
• Operação Dinâmica: Depende do fator de amortecimento, que depende do filtro e ganho do elo.
• FM e PSK Operação Dinâmica PLL: O amortecimento deve ser mais baixo para que o PLL consiga acompanhar as variações de Frequência.

Demodulação FM

CI LM 565. Frequência Livre VCO $F_0 = 0.3 / (R1C1)$. Faixa de Amarração $F_1 = 8 \times F_0 / V$.

Decodificador FSK

Níveis lógicos RS232C: Marcas (-5V), Espaços (+14V).

Sintetizador de Frequência

Conjunto de divisores de frequência, geradores espectrais, filtros e somadores, que permite obter um número discreto de frequências de saída para um único somador.

• Seleção de Frequência: As repetidas filtragens fazem com que na entrada do amplificador tenhamos um sinal atenuado de 70dB a 80dB em relação à amplitude do oscilador de referência.
• Tipos de Sintetizadores: Transceptores, receptores, transmissores.
• Desvantagem do Sintetizador Básico: A tecnologia empregada (TTL ou CMOS) não opera em frequência acima de 30MHz.
• Solução para Problema de Frequência do Sintetizador Básico: Usar um sintetizador Preescaler construído na tecnologia ECL.
• Espaçamento de Frequência no Oscilador Preescaler: $\Delta f = P \times F_r / R / S$.
• Sintetizador Preescaler: Muito usado em faixas VHF, UHF, SHF, pois o divisor programável opera em frequência inferior a 10MHz ou 20MHz mesmo nos equipamentos UHF.
• Preescaler Módulo Duplo: Fundamental para o sintetizador de frequência muito elevada, é um divisor de frequência que usa tecnologia ECL.