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Ci rel 555 Ci rel 555 Document Transcript

  • A R C I P B. 0 9 _ 1 2 R I C A R D O A N T U N E S E X AV I E R PEREIRA. R E L ATÓ R IO D E C O N TRO L O I N D Ú STR I A LTRABALHOS EXPRIMENTA IS COM 555 MONOESTÁVEL E ASTÁVEL ATEC- ACADEMIA DE FORMAÇÃO 19-12-2012
  • I N T ROD U Ç Ã O Estes trabalhos experimentais foram realizados no âmbito da UFCD de Controlo Industrial1, do curso de Automação, Robótica e Controlo industrial. Ambos os trabalhos práticos foramrealizados com o âmbito de aperfeiçoar as técnicas de trabalho com componentesfrequentemente usados na indústria, mais propriamente o temporizador 555. Este componente é muito usado para temporizar acções electrónicas (avisos sonoros,luminosos ou mesmo até acções físicas por meio de relés ou outros sistemas). Os trabalhos sãoentão como meio de melhor compreensão do componente. O timer 555 tem então três modos :Monoestável ,Astável e Biestável. Modo monoestável: Nesta configuração, o CI 555 funciona como um disparador. As uasaplicações incluem temporizadores, detectores de pulso, chaves imunes a ruído, interruptores detoque e entre outras aplicações do género. Modo astável: O CI 555 opera como um oscilador. Os seus usos incluem pisca-pisca deLED´s, geradores de pulso, relógios, geradores de som, alarmes de segurança e entre outrasaplicações. Modo biestável: O CI 555 pode operar como um flip-flop, se o pino DIS não for ligado ese não for utilizado o condensador. As aplicações incluem interruptores imunes a ruído e entreoutras aplicações possíveis implementar com um flip-flop. Como curiosidade: O nome "555" foi adotado ao fato de que existe uma rede interna (divisor de tensão) de três resistências de 5k (1K=1000) ohms que servem de referência de tensão para os comparadores do circuito integrado. Nas experiencias realizadas , apenas foram abordados dois dos modos de funcionamentodeste integrado, o modo Monoestável e o modo Astável. Ilustração 1- Esquema interno do timer 555 2
  • T R A BA L H O L A B O R A TO R I A L N º 1 – V I B R A D OR M ON O E S T Á V E L1. Objetivos Estudar o comportamento do circuito integrado 555 como temporizador Verificar o funcionamento da entrada de disparo [pino 2] de reset [pino 4]2. Instrumentação, material necessário 1 Resistência de 1KΩ;1/4W 1 Resistência de 4,7KΩ;1/4W 1 Resistência de 10 KΩ;1/4W 1 Resistência de 47 KΩ;1/4W 1 Resistência de 100 KΩ;1/4W 1 Resistência de 1 MΩ;1/4W 1 Condensador de 1nF 1 Condensador de 10nF 1 Condensador de 1µF 1 C.I. 555 1 Led vermelho de 5mm 1 Fonte de Alimentação variável 1 Multímetro 1 Osciloscópio 1 Breadboard 1 Folha de dados do C.I. 555(www-us.semiconductors.phillips.com) 3
  • 3. Esquema experimental V1 5V +V R3 R2 R1 1k 1k 1k U1 555 Gnd Vcc Trg Dis Out Thr Rst Ctl R4 1k C1 C2 1uF 10nF D1 Reset Trig LED1 Ilustração 2- Esquema do cricuito 55 monoestável4. Procedimento a. Monte o esquema experimental nº1. Faça Ucc=5V. Ligue o pino 4 a +5V e o pino 2 a um pulsador com 0V e 5V na saída. b. Fazendo com que a resistência R e o condensador C assumam os valores da tabela que se segue, meça o intervalo de tempo em que o Led está acesso após o pulsador ligado á entrada 2 ter sido rapidamente premido e solto( impulso 5V;0V;5V). Verifique que : R 100kΩ 330kΩ 10mΩ 100kΩ C 10uf 10uf 1uf 100uf ∆t medido 1,4s 3,8s 10,5s 11,5s ∆t teórico 1,100s 3,630s 11,00s 11,00s c. Faça R=330KΩ e C=10µF. Prima o pulsador durante pelo menos 5 segundos. O que observa no led? Repita este procedimento várias vezes e referencie no tempo a saída relativamente ao impulso dado no pino 2 (disparo). 4
  • Premindo então o pulsador Trig (botão de pressão), durante no mínimo 5 segundos, o led fica ligado os 5 segundos pressionados e ainda lhe acrescenta o tempo de cerca de 3,8 segundos do dimensionamento da resistência e do condensador colocados. Isto deve-se ao descarregar do condensador C1=10uf. d. Faça R=1MΩ e C=0,1µF. Accione o botão tão rapidamente quanto possível. Que observa? Repare que esta combinação conduz a um impulso de saída com a duração de 0,11s. Quando premido o pushbutton , o led acende por um período de quase 0,1s , logo , é quase imperceptível ao olho humano. Podemos então concluir que com estes valores de R e C , conseguimos um período muito pequeno para que o led se acenda. e. Faça R=10MΩ e C=1µF. Ligue o pino 4 a um pulsador com saída de 0V e 5V. Accione o botão tão rapidamente quanto possível. Esta combinação conduz a um impulso de saída com a duração de 11s. De seguida, e durante o nível alto de saída active o pino 4 com 0V. Que se pode constatar? O circuito temporiza normalmente, mas assim que se pressiona o pushbutton ligado ao pino 4 (reset), o timer para automaticamente e fica pronto para se poder voltar a usar o trigger normalmente, mas sempre que este se encontra a temporizar, podemos usar o pino 4 para resetar o circuito P RO J E TO1. Dimensione um circuito temporizador com o circuito integrado 555 que produza um impulso de 10s. 5
  • V1 5V +V R3 R2 R1 1k 1k 19,342k U1 555 Gnd Vcc Trg Dis Out Thr Rst Ctl R4 1k C1 C2 10nF 470uF D1 Reset Trig LED1 Ilustração3- ProjetodimensionadoDados:Formula:Cálculo:2. O circuito que se segue é um timer (temporizador) que poderá ligar ou desligar um aparelho. A gama de regulações varia entre alguns segundos até cerca de 15 minutos, contudo com uma simples alteração poder-se-á alterar facilmente esta gama de valores para os mais apropriados em aplicação futura. Analise o temporizador analiticamente, implementando-o, de seguida, em placa de ligações para verificação do seu funcionamento. 6
  • O Circuito implementado possuí 2 interruptores, um deles ligado ao trigger (coloca em funcionamento o 555) e outro ligado ao reset (faz reset ao circuito, deixa de funcionar a temporização).O pino 5 levar uma resistência em vez do condensador, para tornar o circuito mais estável. O Transístor foi colocado no circuito também com a intenção de manter a corrente e tensão necessárias para atracar o relé a quase 100% .Foi também colocado um díodo na alimentação do relé , este chamado de díodo de free wheely que serve como protecção a todo o circuito agregado ao relé (cargas no sentido inverso). C ON C L U S Ã O Podemos então concluir que o circuito 555 em modo monoestável permite gerartemporizações, de valor bem definido, com base num sinal de “disparo” externo (Trigger). Ovalor da temporização gerada não depende do VCC e pode ser obtido a partir do cálculo dotempo de carga do condensador entre as tensões de 0 e 2VCC/3 que vale aproximadamente:T=1.1xRC. Notamos também que o valor da temporização não é alterado mesmo que duranteesse intervalo de tempo apareçam novos sinais de disparo (assume-se que a amplitude destessinais no pino “Trigger” são sempre inferiores a VCC). 7
  • T R A BA L H O L A B O R A TO R I A L N º 2 – V I B R A D O R A S TAV E L1. Objectivos Estudar o comportamento do circuito integrado 555 como temporizador Verificar o funcionamento da entrada de disparo (pino 2) de reset (pino 4)2. Material Utilizado e Instrumentação 1 Resistência de 1KΩ;1/4W 1 Resistência de 4,7KΩ;1/4W 1 Resistência de 10 KΩ;1/4W 1 Resistência de 47 KΩ;1/4W 1 Resistência de 100 KΩ;1/4W 1 Resistência de 1 MΩ;1/4W 1 Condensador de 1nF 1 Condensador de 10nF 1 Condensador de 1µF 1 C.I. 555 1 Led vermelho de 5mm 1 Fonte de Alimentação variável 1 Multímetro 1 Osciloscópio 1 Breadboard 1 Folha de dados do C.I. 555(www-us.semiconductors.phillips.com) 8
  • 3. Esquema experimental V1 5V +V R1 U1 1k 555 Gnd Vcc Trg Dis Out Thr Rst Ctl R2 1k C1 C2 1uF 1uF Ilustração 4- Montagem do circuito astável 9
  • 4. Procedimentos a. Monte o esquema experimental nº1. Faça Vcc=5V. Com o osciloscópio em DC registe as ondas de saída (pino 3), e as do pino 6 (limiar) e as suas frequências. Ilustração 5- Sinal medido no pino 3 e 6 Frequências: Pino 6 – Período = 2,2ms = 0,454KHz Pino 3 – Período = 2,1ms= 0,476KHz 10
  • b. Altere o valor do condensador para C=1nF. Meça e registe a frequência da onda de saída. Ilustração 6- Medição da onda de saída para C=1nfFrequência:Pino 3 – Período = 2,2ms = 0,454KHz c. Para cada um dos valores indicados na tabela para R2 meça e registe a frequência da onda de saída. Compare os valores obtidos com os dados pela expressão algébrica da frequência. R2 4,7KΩ 10KΩ 47KΩ 100KΩ f(medido) 104,16Hz 66,66Hz 14,28Hz 6,25Hz f(teórico) 138,75Hz 68,71Hz 15,18Hz 7,19Hz 11
  • d. Faça R2 = 100KΩ e C = 10nF. Estabeleça a razão entre o tempo no estado alto tH e o período (dutycycle).D.C.=tH/TVerifique que:tH=0,693.(Ra+Rb).C2tH= 6,99msT= 13msD.C.=5,38%Lido=7% e. Faça R1=100KΩ e R2=47 KΩ. Meça o período e estabeleça a razão entre o tempo no estado alto e o período.tH= 101,87msT=14msD.C.=7,27%Lido=11% f. Altere a alimentação Vcc para 15V e repita a alínea anterior.tH=101,87msT=14msD.C.=7,27%Lido=11% Aqui manteve-se o período e o dutycycle , apenas se alterou a onda desaída , esta aumentou o seu valor pois a tensão aplicada na entrada foisuperior a aplicada anteriormente. 12
  • g. Coloque entre o pino 5 e a massa uma resistência de 33 KΩ. Estabeleça a razão tH/T – (dutycycle). tH=101,87ms T=12ms D.C.= 8,489% Lido = 9%5. Análise e interpretação de resultados a. Para cada uma das situações das alíneas 1 e 2, calcule a frequência e compare com as medidas. Alínea 1 – T=1/f = 2,1ms Alínea 2 – T =1/f = 2,2ms Frequências iguais em ambas as alíneas anteriormente calculadas. b. Relacione as formas de onda obtidas no pino 3 e no pino 6. Verifique qual o valor máximo e mínimo atingido por cada uma. Que pode constatar. Concluímos que o pino 6 é uma onda triangular em serra , porque o pino 6 representa o carregar e descarregar do condensador. No pino 3 obtivemos uma onda quadrada com maior amplitude que no pino 6 , concluindo que a onda é amplificada. c. Explique o efeito observado na alínea g pela inserção da resistência de 33 KΩ. A resistência de 33kΩ fez com que o Dutycycle aumentasse e também a temporização do oscilador astável 555. d. Se através de um condensador aplicar ao pino 5 uma onda quadrada, que se pode verificar na saída? Implemente esta alínea na breadboard para verificar o sinal de saída. 13
  • A alínea foi implementada na breadboard e verificamos que a onda quadrada inserida no pino 5 , na saída foi apenas amplificada ligeiramente , mas não houve qualquer alteração na onda quadrada P RO J E C T O6. Dimensione um circuito capaz de produzir uma onda quadrada de frequência 10KHz. Dados: Cálculos: Conclusão: Podemos então concluir que para podermos ter um circuito estável, teríamos de diminuir o condensador para 10nf , isso ia fazer com que as resistências , obtendo valores superiores a 1kΩ, sendo então esses os valores ideias. Concluímos também que 50% de dutycycle são muito difíceis de obter e que a partir de 50% conseguimos valores para dimensionamentos muito melhores. 14
  • Esquema da implementação: V1 5V +V R1 U1 5,77k 555 Gnd Vcc Trg Dis Out Thr Rst Ctl R2 2,88k C1 C2 10nF 1uF 7. O circuito que se segue é um simulador de alarme para automóvel. A descrição do circuito é apresentada a seguir. Este tipo de circuito funciona apenas quando se desliga a ignição do carro pois funciona com a bateria do carro e não com o alternador. Dos dois díodos que estão representados no esquema um deles representa quando a igniçãoesta desligada. Mesmo que o C.I. não tenha alimentação própria (Vcc) este funciona pois esta sempre com um dos diodos a receber tensão que por sua vez o injectam no trigger, logo dando o disparo e por consequência este dar o disparo para que tenhamos sinal na saída. O circuito foi implementado na prática e observamos que o led piscava como se fosse a luz interna do carro quando ligamos á ignição. C ON C L U S Ã O Podemos então concluir que o circuito astável para o timer 555 , serve como um oscilador.Este tipo de circuito funciona como um gerador de clock , e consoante o condensador eresistências dimensionadas, conseguimos controlar a frequência no seu output (pin3) e apartirdisso podemos também obter Dutycycles diferentes. 15