CIRCUITO INTEGRADO 555 - FUNCIONAMENTO BÁSICO

O circuito integrado 555 é um dos mais versáteis integrados, e serve a uma gama muito grande de aplicações. Ele foi criado inicialmente para funcionar como oscilador e temporizador de uso geral. Além da versão TTL este integrado conta também com a versão CMOS e de baixa tensão.

O sinal para que eu escrevesse este post:

Ele é tão famoso que até foram feitas homenagens à ele, como este descanso para pés (oh God, why?).

O datasheet do bichinho pode ser visto aqui -> Datasheet 555

O esquema elétrico interno deste integrado é mostrado abaixo:

O que se pode observar a princípio é o divisor de tensão formado pelos três resistores de 5k (provável origem do nome 555). Eles geram a referência de tensão para os comparadores formados pelos amplificadores operacionais.

A saída dos comparadores é ligada à um flip-flop tipo RS (set-reset).

A análise do funcionamento pode ser feita pelo circuito abaixo:

Quando o circuito é inicialmente ligado o capacitor está descarregado e a saída do flip-flop está em "1". Através dos resistores R1 e R2 inicia-se a carga do capacitor.

Enquanto a tensão do capacitor ainda está abaixo de 1/3 da tensão da fonte, a saída do comparador PCI está em "1", enquanto a saida do comparador PCS está em "0". A saída do flip-flop (Q) será alta.

Quando a tensão no capacitor atinge 1/3 da tensão da fonte, a saída do comparador PCI vai a nível baixo, enquanto o de cima permanece em "0". A saída (Q) do flip-flop permanece em nível alto.

A tensão no capacitor continua aumentando, até atingir 2/3 da tensão da fonte. Neste ponto o temos uma saída em nível alto no PCS e nível baixo na saída do PCI. O flip-flop RS recebe nível alto na entrada "R" e reseta, levando a saída Q à nivel zero, e ligando o transistor. O transistor irá descarregar o capacitor através do resistor R2.

Quando a tensão no capacitor cair um pouco abaixo de 1/3 da tensão da fonte, o PCS terá saída baixa e o PCI terá saída alta, desligando o transistor, e levando a saída (pino 3) a nível alto. O capacitor começa a se carregar e reinicia o processo.

CONFIGURAÇÕES BÁSICAS:

As duas configurações básicas do 555 são como Astável (oscilador) e Monoestável (temporizador). O circuito e os cálculos dos componentes são dados abaixo:

-> ASTÁVEL (OSCILADOR):

Para gerar onda quadrada com frequências de 0,01 até 500kHz.

Os valores limites para os componentes são:

R₁, R₂ = 1k a 3,3 Mohms
C = 500 pF a 2 200 µF

Fórmula da frequência de oscilação:

Tempo em nível alto:

th = 0,693 x C (R₁ + R₂)

 Tempo em nível baixo:

tl = 0,693 x R₂ x C

Onde:
f é a freqüência em hertz
R₁ e R₂ são os valores dos resistores em Ohms
C é a capacitância em farads.

-> MONOESTÁVEL (TEMPORIZADOR):

Quando o botão PB1 é pressionado, a saída fica em nível alto por um certo tempo, e depois volta a nível baixo.

Os valores limites recomendados são:

R - 1 k a 3,3 Mohms
C - 500 pF a 2 200 µF

O período máximo de temporização é de cerca de 2 horas.

 Fórmula do Período Ativo:

T = 1,1 x R x C

Onde:T é o tempo em segundos

R é a resistência em ohms
C é a capacitância em farads

Por hoje é isso, na próxima postagem estarei colocando algumas aplicações do famoso NE555, até lá.

Fontes: Newton C. Braga: O circuito integrado 555 (ART011)

            Lusorobotica: IC 555 - Circuito Integrado Timer

Motores de Passo / Servomotores / Motores CC

INTRODUÇÃO

Frequentemente o projetista se vê frente a uma situação em que é necessária o controle preciso da velocidade de algum sistema mecânico, passam então a surgir algumas dúvidas quanto ao tipo de acionador a ser utilizado principalmente nos critérios  precisão / torque / velocidade / preço / ângulo de liberdade.
Desta forma apresentam-se três alternativas ao projetista: o motor de passo, o servo, e o motor CC, e acabam surgindo algumas dúvidas quanto às características de cada um destes elementos eletromecânicos.

O MOTOR DE PASSOS

Como o nome sugere, o motor de passos é um dispositivo eletromecânico que converte pulsos elétricos em movimentos mecânicos que geram variações angulares discretas. O eixo do motor de passo é rotacionado em pequenos incrementos angulares (denominados passos), quando os pulsos elétricos são aplicados em uma determinada sequência nos terminais deste.
A rotação de tais motores relaciona-se diretamente com os pulsos elétricos recebidos: a sequência de pulsos determina o sentido de rotação do motor, e a frequência dos pulsos recebidos determina a velocidade deste.

APLICAÇÃO

O motor de passos é útil quando é necessária grande precisão nos movimentos, ajuste do ângulo de rotação, velocidade, posição, e sincronismo. Não tem o torque (a força vezes a distância ao eixo) e nem grandes velocidades como seu ponto forte. Assim o motor de passo presta-se a aplicações de grande precisão, porém baixo torque, tais como scanners, impressoras e pequenos robôs.


PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

O motor de passo tem seu funcionamento baseado na retenção do seu eixo através de solenóides, fazendo com que o mesmo se alinhe com o solenóide ativo no momento.
Desta forma há um travamento do eixo na posição do solenóide ativo. Quando, porém, o primeiro solenóide é desenergizado e energiza-se o solenóide seguinte, o eixo do motor descreve um movimento para alinhar-se com o novo solenóide.
O que na prática ocorre é que, por haver muitos passos para descrever uma volta completa (geralmente mais que 40), os solenóides permitem mais que um alinhamento e o eixo possui uma "engrenagem" que pode alinhar-se em locais diferentes.

TIPOS

Os motores de passo são dividos (quando aos enrolamentos) em dois grupos: motores bipolares e unipolares.

Um motor de passo unipolar tem dois enrolamentos por fase, um para cada sentido da corrente. Desde que neste arranjo um pólo magnético possa ser invertido sem comutar o sentido da corrente, o circuito da comutação pode ser feito de forma muito simples (por exemplo um único transistor) para cada enrolamento. Tipicamente, dado uma fase, um terminal de cada enrolamento é feito como terra : dando três ligações por fase e seis ligações para um motor bifásico típico. Frequentemente, estes terras comuns bifásicos são juntados internamente, assim o motor tem somente cinco ligações. O motor unipolar pode ser excitado por um driver bipolar apenas descartando o terminal comum.

TRANSFORMADA DE LAPLACE E FUNÇÃO DE TRANSFERÊNCIA

             As Equações Diferenciais dividem-se em diversos tipos, sendo as mais simples as edo's (equações diferenciais ordinárias), em que a variável dependente depende somente de somente uma variável independente. Dentro desta categoria ainda podemos ter as equações lineares ou não-lineares. 

           As lineares são as que possuem solução mais "comportada" e tem sempre a mesma forma básica. Um subgrupo importante dentro das edo's lineares são as edo's lineares com coeficientes constantes e são bastante comuns em problemas simples da engenharia elétrica, geralmente estudadas na disciplina de "sinais e sistemas" ou "controle de processos". Em tais edo's é comum a resolução pela transformada de Laplace.

             Uma edo linear de coeficientes constantes tem a forma:

...+ ay''' + by'' + cy' + dy = ...+ ex'' + fx' + gx

             Nesta equação acima o y não é função de x, mas sim de t, assim:

y = y(t)       e      x = x(t)

            Em "controle de processos" a variável y é dita saída, enquanto a variável x é dita entrada do sistema.

            

            Para resolver a equação diferencial pela transformada de Laplace, são utilizadas as relações:

            Estas expressões são aplicadas também sobre as derivadas de x.

          A função de transferência também pode ser obtida a partir da transformada de Laplace quando as condições iniciais são nulas. Condições iniciais nulas significam que o sistema não possui energia acumulada, ou seja os capacitores tem tensão inicial igual a zero, os indutores tem corrente inicial igual a zero, as molas estão em repouso, etc. Neste caso:

             Assim,

...+ ay''' + by'' + cy' + dy = ...+ ex'' + fx' + gx

L{...+ ay''' + by'' + cy' + dy} = L{...+ ex'' + fx' + gx}

... + as³Y(s) + bs²Y(s) + csY(s) + dY(s)= ... + es²X(s) + fsX(s) + gX(s) 

(... + as³ + bs² + cs + d ) Y(s) =  (... + es² + fs + g ) X(s)

 Y(s) = ... + es² + fs + g        

  X(s)    ... + as³ + bs² + cs + d

            

           Vejamos um exemplo.

             Qual a função de transferência que relaciona Vo com Vi? Qual a forma da função Vo se a entrada é uma senóide vi = 5sen (200t) ?

              

Solução: A relação entre a entrada e a saída no ampop ideal, na configuração de amplicador inversor é dada por:

Vo =  - Zo
Vi         Zi

No caso acima a impedância de saída é dada por:

Zo = 10k

O capacitor no dominio da frequência tem reatância dada por:

Zc =   1   =    1 

           sC      s.1n

A impedância de entrada será dada por:

Zi = 10k + 10k //  1  

                           s. 1n

Zi = 10k +      10k       

                  s.10u + 1

Zi = 0,1s + 20k

       s.10u + 1

A Função de transferência será dada pela expressão:

Vo =  - Zo
Vi         Zi

  Vo  =     - 0,1 s - 10k 
Vi            0,1s +20k

A expressão acima pode também ser escrita na  forma de equação diferencial:

Vo(s)  (0,1s +20k) = Vi(s)  (- 0,1 s - 10k)

0,1s.Vo(s) + 20k. Vo(s) = -0,1s.Vi(s) - 10k.Vi(s)

0,1.vo' + 20k.vo = -0,1.vi' - 10k.vi

 

Para encontrarmos a expressão de Vo no tempo, usamos a função de transferência:

  Vo  =     - 0,1 s - 10k 
Vi            0,1s +20k

  Vo  =     - 0,1 s - 10k  . Vi
          0,1s +20k

Mas sabemos que a entrada é vi = 5sen(200t), assim, Vi = L{vi},

 

  Vo  =     - 0,1 s - 10k  . L{vi}
      0,1s +20k

        Vo  =     - 0,1 s - 10k  . L{5sen(200t)}
 0,1s +20k

A transformada de laplace do seno é:

Assim,

      Vo  =     - 0,1 s - 10k  . 5.      200     

                       0,1s +20k         s² + 40000

      Vo  =                - 100s - 10M              

                  (0,1s +20k) (s²+40000)

Vo  =             - 1k.s - 100M              
               (s +200k) (s²+40000)

 Decompondo o segundo membro em frações parciais fica:

Para efetuar a transformada inversa de laplace do primeiro termo, observe que,

E a transformada de Laplace inversa deste primeiro termo será:

O transformada inversa do segundo termo pode ser encontrada assim,

A função vo(t) será da forma:

 O termo exponencial pode ser desprezado nesta expressão, já que é muito próximo de zero, assim,

          É isso por hoje, valeu aí, comentem, se houver algum erro me digam para que eu possa corrigir e até a próxima.

EMULADOR DA CALCULADORA GRÁFICA HP

                         Olá pessoal, nesta segunda postagem de 2014 vou colocando o emulador das calculadoras gráficas da HP para download. Estas calculadoras são bastante úteis na engenharia, na simplificação de expressões, cálculo de transformadas de Laplace, solução de equações diferenciais, e é claro, plotagem de gráficos em coordenadas retangulares, polares, curvas paramétricas, etc.

                                                             Baixar Emulador - MediaFire

Usem com moderação!

Leandro da Silva, 02/01/2014

CÁLCULO NUMÉRICO – LIVROS EM PDF

                                             Livro da professora Márcia Ruggiero – 29,9 MB

                              RUGGIERO, Cálculo numérico_ aspectos teóricos e computacionais

                                          

                                          Livro da professora Neide Bertoldi Franco – 2,58 MB

Cálculo Numérico – Neid Berthold Franco