Indice e aresentação - Instituto Monitor - e

Transcrição

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Análise de Circuitos
Eletroeletrônicos
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Cópia não autorizada. Reservados todos os direitos autorais.
ANÁLISE DE CIRCUITOS
ELETROELETRÔNICOS
4E
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Design gráfico
Equipe Técnico Pedagógica
do Instituto Monitor
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Em caso de dúvidas referentes ao conteúdo, consulte o
e-mail: [email protected]
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respondendo solidariamente as empresas responsáveis
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Có
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Mediação pedagógica
Equipe Técnico Pedagógica
do Instituto Monitor
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Desenvolvimento de conteúdo
Marco Aurélio Fernandes Soares
Rua dos Timbiras, 257/263 – São Paulo – SP – 01208-010
Tel.: (11) 33-35-1000 / Fax: (11) 33-35-1020
[email protected]
www.institutomonitor.com.br
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Editora
Aline Palhares
4ª Edição - Junho/2006
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Índice
Apresentação............................................................................................................ 7
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Lição 1 – Sensores
Introdução ........................................................................................................... 9
1. Sensores Tipo Chave ...................................................................................... 9
1.1 Chave Tipo NA (Normalmente Aberta) ................................................... 9
1.2 Chave Tipo NF (Normalmente Fechada) ................................................. 9
1.3 Chaves NA-NF (Reversíveis) .................................................................... 9
2. Sensores Analógicos ..................................................................................... 11
2.1 Sensores de Temperatura ....................................................................... 11
2.2 Sensores de Luminosidade ..................................................................... 11
2.3 Sensores de Movimento ou Presença ..................................................... 13
2.4 Outros Sensores ...................................................................................... 13
Exercícios Propostos ............................................................................................. 15
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Lição 2 – Timer
Introdução ..............................................................................................................
1. Timer Simples ...............................................................................................
2. Timer com C.I................................................................................................
3. Timers Digitais ..............................................................................................
4. Timer Eletro-Mecânico ................................................................................
Exercícios Propostos .............................................................................................
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Lição 3 – Controladores
Introdução ..............................................................................................................
1. Eletro-Mecânico ...........................................................................................
2. Avançando na Tecnologia .............................................................................
3. CLP ................................................................................................................
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Cópia não autorizada. Reservados
todos os direitos autorais.
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Lição 4 – Fonte de Alimentação
Introdução .............................................................................................................. 45
1. Características .............................................................................................. 45
2. Interface com a Rede AC ............................................................................. 50
Exercícios Propostos ............................................................................................. 51
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Lição 5 - Controle Remoto por Radiofreqüência
Introdução ..............................................................................................................
1. Transmissor de RF e Codificador Digital ...................................................
2. Receptor de RF, Decodificador e Driver de Potência ................................
3. Adaptações ....................................................................................................
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Lição 6 – Seqüencial de Vídeo
Introdução ..............................................................................................................
1. Circuito Gerador de Onda Quadrada ..........................................................
2. Circuito Seqüencial ......................................................................................
3. Comutador de Sinais de Vídeo .....................................................................
4. Interrupção da Seqüência ............................................................................
5. Simples Alarme ............................................................................................
Exercício Proposto .................................................................................................
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Lição 7 – Módulos de Amplificação
Introdução ..............................................................................................................
1. Amplificadores de Potência para Automóveis ...........................................
2. Acoplamento Direto ao Estágio de Potência do Aparelho .........................
3. Módulo de Amplificação com Entrada de Sinal de
Áudio em Níveis Padronizados ....................................................................
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Respostas dos Exercícios Propostos ..................................................................... 80
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Bibliografia ............................................................................................................. 82
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Apresentação
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Neste fascículo nossa abordagem será eminentemente prática. Você
aprenderá a analisar circuitos eletroeletrônicos por meio da montagem
de um alarme, que poderá ser utilizado em uso doméstico, comercial ou
ainda automotivo, bastando para isso as devidas adaptações.
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Constituem partes integrantes deste projeto:
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Faremos uma análise detalhada deste Projeto de Alarme, etapa por
etapa. Cada circuito será explicado e, algumas vezes, calculado. Cada
componente complexo será tratado de forma que você possa compreender sua função e funcionamento.
do
• Sensores diversos.
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• Atuadores como motores, eletroímãs, relés, etc.
• Controle remoto via ondas de rádio.
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• Alimentação por energia elétrica da rede e sistema de back-up com
baterias seladas.
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• Utilização de câmeras de televisão para monitorar o ambiente ao
redor.
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Bom estudo!
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Sensores
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Este tipo de chave é muito utilizado em automação para indicar a presença de algo ou o
final de algum movimento de máquina.
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Nesta lição abordaremos os variados tipos
de sensores, que são dispositivos que convertem uma dada grandeza física em variação de
tensão, corrente, resistência, capacitância ou
indutância, permitindo uma ampla gama de
aplicações para controle e automação de processos.
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lição
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São dispositivos eletromecânicos que fecham e/ou abrem um ou mais contatos elétricos quando acionados.
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Estas chaves abrem seus contatos elétricos em função de seu acionamento por uma
determinada grandeza física. Na figura 15 ilustramos o símbolo da chave tipo NF.
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• Chave de porta (de automóvel) - Quando abrimos a porta do carro, a chave volta à sua posição de repouso (chave fechada) e a lâmpada
interna acende.
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Com este dispositivo temos duas situações:
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Neste tipo de chave qualquer pressão sobre o botão fará com que os contatos se fechem,
permitindo a passagem da corrente elétrica.
Figura 2
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Chave tipo NF (normalmente fechada)
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1) Botão solto: contato aberto, não passa corrente elétrica.
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2) Botão pressionado: o contato fecha e passa
corrente elétrica.
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Na figura 1 ilustramos os símbolos utilizados nos diagramas esquemáticos para as chaves NA.
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Figura 3 - Chave de porta de automóvel
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São chaves que alternam sua situação
quando acionadas. Se estão fechadas, ao serem acionadas elas abrem seus contatos, e viceversa. Na figura 16 ilustramos os símbolos das
chaves NA-NF.
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Figura 1
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Instituto Monitor todos os direitos autorais.
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Figura 4
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Figura 6
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• Chave térmica ajustável - Fecha o contato
elétrico a partir de uma determinada temperatura que você pode ajustar girando o
botão mostrador.
Figura 7
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Re
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• Chave óptica - Este dispositivo é sensibilizado por meio da intensidade da luz. Enquanto recebe a luz por meio de sua janela, a chave
está aberta (NA). Na ausência da luz em sua
janela a chave fecha o contato elétrico.
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Figura 5
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Diversos são os modelos que são encontradas no mercado, cada um com uma especificação para atender a uma determinada
necessidade. Na figura 4 mostramos alguns
exemplos.
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Có
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Outros exemplos de chaves com a função
NA:
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• Chave térmica - Fecha o contato elétrico a
partir de uma determinada temperatura.
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Figura 8
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O termopar é um bipolo composto de dois
materiais condutores que, quando submetido a uma variação de temperatura, apresenta entre seus terminais uma ddp (diferença
de potencial) da ordem de alguns milivolts (figura 11).
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• Chave de pressão - Este tipo de chave funciona por meio da pressão do ar em seu interior. Para isso o dispositivo apresenta dois
bicos de entrada de ar. Utilizando apenas
um, a chave comuta quando a pressão for
maior que a pressão atmosférica. Utilizando as duas entradas, a chave comuta apenas
quando uma pressão for maior que a outra.
Ligas metálicas relativamente baratas
(com base em Fe, Ni, Cr, etc.) podem ser usadas em temperaturas moderadas (até cerca
de 1.000°C), porém, para temperaturas muito elevadas (1.500-1.700°C), são necessários
termopares à base de ligas ricas em platina.
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Figura 9
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Figura 11
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Os sensores analógicos variam suas propriedades elétricas (tensão, corrente, resistência, indutância, capacitância) na presença
de uma determinada grandeza física à qual
são sensíveis, como luz, temperatura, pressão, som etc.
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Um aparelho calibrado converterá os milivolts percebidos pela ponta do termopar em
graus Celsius através de uma escala padrão
para o tipo de termopar.
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São dispositivos elétricos/eletrônicos que
prede a temperatura em função de sua resistência elétrica. Três tipos são mencionados:
o NTC, o PTC e o termopar.
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○
se
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Um circuito eletrônico comparador de
tensão à base de amplificadores operacionais
poderá avisar, com o acionamento de sua saída, um determinado valor de temperatura (figura 12).
Figura 12
Os sensores apresentados não são chaves,
mas podem, através de seus sinais, acionar
um relé.
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Có
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O NTC (Negative Temperature Coefficient)
e o PTC (Positive Temperature Coefficient)
são bipolos que variam sua resistência elétrica
conforme a variação da temperatura (figura 10).
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Semelhantes aos sensores de temperatura, o LDR, o fototransistor e o fotodiodo variam suas características elétricas conforme
a luminosidade incidente em suas “janelas”.
Na figura 13 mostramos o aspecto de um LDR
miniaturizado de 5KΩ ate 500KΩ.
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Figura 10
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Figura 13
ais
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O gráfico da figura 14 mostra a variação da resistência quando
submetida à luminosidade de uma lâmpada.
to r
Resistência do LDR (Ω)
ORP12
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Símbolo
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Resistência
Nível de luz
os
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Potência consumida
pelo bulbo (W)
od
Figura 14
do
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Os fototransistores aumentam a corrente de condução Ic em
função da luminosidade incidente em sua janela.
oa
uto
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lL - Corrente normalizada
.R
es
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va
A figura 15 mostra as curvas características do fototransistor,
cujo aspecto está ilustrado na figura 16.
pia
nã
Símbolo
Dimensões em mm
Figura 15
Có
VCE - Tensão coletor-emissor (V)
Figura 16
Uma aplicação típica de fototransistor está mostrada na figura
17. Ao obstruir a passagem da luz entre o LED e o fototransistor,
aparece um nível lógico baixo na saída Q1 e um alto na saída Q2. O
conjunto funciona então como uma chave-óptica.
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tas duas informações, um circuito calibrado,
baseado em comparadores de tensão com amplificadores operacionais, dimensiona a distância entre o sensor e o objeto próximo.
Figura 19
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Este sensor capta deslocamento de massa térmica (infravermelho), que ocorrem em
função da presença em movimento de um
objeto ou de uma pessoa. Este aparelho é formado por circuitos fototransistorizados (figura 18) e ao detectar uma variação de
infravermelho dentro de seu campo de atuação, este dispositivo aciona um relé.
os
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Figura 17
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A figura 19 mostra o aspecto de um sensor de proximidade baseado em luz e, a figura 20 ilustra uma aplicação deste sensor na
indústria.
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Figura 20
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Sensores de proximidade também podem
utilizar efeitos capacitivos e indutivos.
Atua em função da variação dielétrica
(Ar), quando um agente externo (plástico,
metal, animal) é aproximado da cabeça sensora do dispositivo. Na figura 21 temos o aspecto, dimensões e conexões dos sensores
capacitivos.
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Figura 18
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Có
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Outro tipo de sensor é o de proximidade
baseado em luz. Este sensor utiliza fibra óptica industrial para transportar a luz da fonte até o objeto próximo, e outra fibra óptica
transporta o reflexo para o circuito. Com es-
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Carga
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Figura 22
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Figura 21
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aspecto, dimensões e co nexões dos sensores
indutivos.
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do
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Seguindo a mesma característica que os
capacitivos, os sensores indutivos trabalham
com núcleo aberto, isto é, qualquer objeto,
com a finalidade magnética, posicionando à
sua frente, interfere com o campo magnético, alterando a indutância conforme a distância de aproximação. A figura 22 mostra o
Carga
a.
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Como você pôde constatar nesta lição,
existe uma variedade imensa de sensores que
podem ser utilizados nos mais variados projetos eletroeletrônicos. Nossa tarefa é escolher aquele que atenda à nossa necessidade
de projeto e custo final.
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Anotações e Dicas
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Exercícios Propostos
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1 - Qual é a diferença entre sensores analógicos e sensores tipo chave?
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
se
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2 - Qual é o melhor sensor a ser utilizado num circuito de acionamento automático de lâmpadas ao cair da noite?
( ) a) NTC, pois quando o Sol se pôr o ar esfria.
( ) b) PTC, pois quando o Sol se pôr o ar esfria.
( ) c) LDR, pois quando o Sol se pôr a luminosidade diminui.
( ) d) Capacitivo, pois quando o Sol se pôr as linhas de campo elétrico do planeta
se alteram.
( ) e) Sensor de presença, pois quando o Sol se pôr ele detecta a ausência do Sol.
uto
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a.
Re
3 - Qual tipo de sensor você utilizaria para controlar a temperatura de um forno
elétrico?
( ) a) Termostato, pois ele já vem com uma chave acoplada.
( ) b) Termostato, pois posso ajustar qual temperatura fará a chave acionar.
( ) c) NTC, pois se a temperatura subir ele diminuí a resistência do forno.
( ) d) PTC, pois se a temperatura subir ele aumenta a resistência do forno.
( ) e) As alternativas a) e b) estão corretas.
Có
pia
nã
oa
4 - Qual tipo de sensor você escolheria para monitorar a temperatura de um forno
a gás?
( ) a) NTC, pois varia sua resistência com a temperatura.
( ) b) PTC, pois varia sua resistência com a temperatura.
( ) c) Termo-par, pois fornece uma ddp proporcional à temperatura da ponta.
( ) d) As alternativas a), b) e c) estão corretas.
( ) e) Somente as alternativas a) e b) estão corretas.
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Timer
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lição
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Um simples circuito RC é o coração dos Timers.
os
dir
Um circuito Timer ou Temporizador é projetado basicamente
para acionar ou desligar uma carga após um determinado intervalo
de tempo, que pode ser ajustado variando-se um dos componentes
do circuito.
rva
do
Imagine que uma carga DC deva ser acionada após 5 segundos
do instante que você liga o circuito eletrônico.
Re
se
Cargas DC podem ser acionadas por relés, transistores funcionando como chave, tiristores, etc.
ad
a.
O circuito da figura 23 nos mostra um circuito RC série,
acoplado a um relé e a um transistor:
R
uto
Carga DC
+
+ 5V
nã
NPN
D
Có
+ 12V
+
C
pia
C
+
Rb
+ 12V
+
Carga DC
R
oa
Relé
+ 5V
SW-1
riz
SW-1
Figura 23
Inicialmente o capacitor está descarregado e a carga DC está
desligada.
Ao fechar a chave SW-1 o capacitor é considerado um curtocircuito e a tensão entre seus terminais é zero Volt.
135/17
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○
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tor
O tempo de carga do capacitor depende do valor de sua
capacitância C e do valor do resistor R.
.
Como Vc (tensão no capacitor) é nula, tanto o transistor como o
relé não tem a tensão necessária para funcionar. A carga permanece desligada. A medida que o tempo passa (timer) o capacitor vai
se carregando e a tensão entre seus terminais vai aumentando até
atingir a tensão de alimentação do circuito RC.
dir
eit
os
au
Atingida a tensão necessária o relé é acionado e/ou o transistor entra em condução, ambos acionando a carga DC após um intervalo de tempo.
os
A evolução dos circuitos temporizadores RC são os circuitos
integrados Timers, como o Universal 555.
rva
do
st
od
os
Este circuito integrado, cujo coração é um RC série, utiliza
comparadores de tensão, flip-flops e transistor em coletor aberto
numa configuração genérica permitindo infinitas aplicações de
temporização. Confira as ligações clássicas do 555 como gerador
de onda quadrada ajustável por trimpot.
oa
uto
riz
ad
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Re
se
Pino 1 - Terra (0V).
Pino 2 - Ligado ao pino 6.
Pino 3 - Saída do sinal de onda quadrada.
Pino 5 - Um capacitor de 10nF para o terra.
Pino 6 - Um capacitor C para o terra.
Pino 7 - Trimpot R para o pino 6.
Pino 8 - Resistor de >= 1 kOhm para o pino 7, além de
receber o +Vcc.
pia
nã
Obs.: o +Vcc pode ser qualquer valor entre 3V e 15V. Escolha a
tensão do circuito ao qual ele se ligará.
Có
Variando o trimpot, variamos a constante de tempo RC, fazendo o circuito aumentar ou diminuir a freqüência.
135/18
○
○
○
○
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+ VCC
GND
2
3
555
6
*
R
5
4
rai
s.
Saída
1 KΩ
8
7
10 KΩ
au
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1
*
C
1 nF
eit
os
10 µF
+ VCC = 5 V a 9 V
dir
* Utilize a fórmula T = 1,1 RC
os
Figura 24
va
do
st
od
os
Este circuito tem temporização um pouco melhor que os circuitos anteriores. É muito utilizado em equipamentos que devem
acionar e desligar uma carga de tempos em tempos, como, por
exemplo, semáforos, umidificadores de ar, injetores de líquidos,
movimentação de tintas, etc, cujo controle é contínuo e automático conforme circuito timer contínuo com CI555.
da
.R
es
er
O circuito da figura 25 é uma variação, e funciona apenas com
um pulso cuja duração na saída depende de valores de R e de C. Ao
pressionar o botão, a saída (pino 3) vai para nível alto por um intervalo de tempo.
iza
Mesmo que você mantenha o botão pressionado, a saída ficará
ativada apenas por este intervalo de tempo.
uto
r
+ VCC
oa
GND
4,7
kΩ
R
nã
10 nF
Có
pia
555
Pulso
Saída
C
1 nF
Figura 25
135/19
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○
○
○
Este tipo de circuito é muito utilizado em alarmes, minuterias,
campainhas musicais, partidas de motores, revelação de fotografias, apagamento de memórias EPROM, etc. Na figura 26 é apresentado o gráfico de funcionamento do circuito.
Chave pressionada
Chave solta
.
Chave
au
Disparo
Pino 2
eit
os
+ VCC
Tempo
Tempo
0V
Saída ativada
Pino 3
dir
+ VCC
tor
0V
ai s
+ VCC
0V
os
os
Tempo
st
od
Duração do pulso
depende de RC
se
rva
do
Figura 26
ad
a.
Re
Nesta categoria associamos circuitos osciladores ou multivibradores a contadores digitais e a circuitos de lógica digital conforme apresentado na figura 27. A idéia básica é:
oa
uto
riz
• Um oscilador confiável controlado por cristal, quando
necessário.
Có
pia
nã
Anotações e Dicas
135/20
○
○
○
○
○
• Um contador binário ou divisor de freqüência por 2 flip-flops
tipo T.
• Lógica digital de comparação para identificar número final da
contagem.
16
Input
pulses
555
12 Stage
Riplle
Counter
ire
*
R
10 kΩ
10 µF
11
Saída
Q1
Q2
Q3
Q4
3 Q5
2
4
13
12
14
15
Q6
Q7
Q8
Q9
Q10
Q11
1 Q12
8
Re
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do
st
4,7
kΩ
so
10 µF
od
o
1 nF
Reset
sd
CD 4040
*
C
9
7
6
5
au
10
1 kΩ
ito
s
GND
tor
VDD
12 Buffered Outputs
+ VCC
ais
.
• Acionamento de cargas via relé, transistor ou tiristor.
Figura 27
riz
ad
a.
Neste exemplo suponhamos um sinal de 1.000 Hz ou 1kHz, saindo do 555 pelo pino 3.
uto
• A saída Q1 do CI 4040 apresentará um sinal de 500 Hz,
primeiro divisor por 2.
oa
• A saída Q2 apresentará um sinal de 250 Hz, segundo divisor
por 2.
pia
nã
• A saída Q3 apresentará um sinal de 125 Hz, terceiro divisor
por 2.
Có
• Assim por diante até a saída Q12
Uma lógica binária de Q1 a Q12 proporcionará intervalos precisos de décimos, centésimos ou até milésimos de segundos.
135/21
○
○
○
○
○
+ VCC
VDD
16
3 Q5
1 nF
2
4
13
12
14
15
1
CD 4040
Reset
10 µF
10 µF
11
Saída
4,7
kΩ
Para acionador
da Carga
0
Q6
Q7
Q8
Q9
Q10
Q11
Q12
0
1
1
1
1
0
1
.
10 kΩ
*
C
1
1
0
1
ai s
*
R
Q1
Q2
Q3
Q4
eit
os
555
9
7
6
5
12 Stage
Riplle
Counter
tor
10
Input
pulses
1 kΩ
au
GND
os
dir
8
os
Figura 28
st
od
Na figura 28 temos um timer ultra-rápido, que funciona do seguinte modo:
rva
do
• Suponha que o CLOCK do circuito da figura 35 seja de 100 kHz,
.
o que resulta em um pulso a cada 10 µs (microsegundo) T = 1 = 1
F 100 kHz
Re
se
• A chave lógica, porta AND está programada para o binário
1011110010112 , ou seja, sua saída só irá a nível lógico 1 quando
em suas entradas aparecer exatamente 1011110010112.
a.
• 1011110010112 corresponde ao decimal 3.019.
riz
ad
• Partindo do ZERO a saída só será ativada 3.019 pulsos de CLOCK após o início.
uto
• A saída só será ativada e a carga acionada 3.019 × 10µS = 0,03019s
após o RESET.
nã
oa
• Sendo o CLOCK estável em 100kHz, a carga será acionada em
3,019 centésimos de segundo, após o RESET.
Có
pia
Este tipo de Timer é muito utilizado em máquinas automatizadas de alta velocidade, como impressoras de jornais e revistas,
cortadoras de embalagens, carimbadoras, etc. O sinal de RESET
viria de sensores posicionados na máquina.
Este tipo de timer utiliza um motor síncrono com tempo de
revolução de eixo a um minuto. Outras velocidades mais baixas
podem ser utilizadas. Desse modo o motor cumprirá 360° em 60
segundos.
135/22
○
○
○
○
○
ai s
tor
Quando o rolete é atingido por um came, este desloca a haste
acionando a chave elétrica, figura 29. Este tipo de temporizador já
foi muito utilizado em controle de semáforos, máquinas automáticas de lavar e secar, etc.
.
Sobre o eixo do motor são colocados cames ou saliências em
contato direto com chaves NA-NF com roletes.
au
Chaves Elétricas
st
od
os
os
dir
eit
os
Disco com encaixes
rva
do
Redução
riz
ad
a.
Re
se
Motor Síncrono
uto
Cames
oa
Figura 29
Có
pia
nã
Anotações e Dicas
135/23
○
○
○
○
○
ai s
tor
A figura 30 mostra em detalhes um sistema de Timer patenteado pela Eagle Company USA para controle de semáforos.
.
Distribuindo os cames sobre o disco, acionaremos as chaves
elétricas em ciclos de um minuto de duração. Dependendo da quantidade de cames, a chave será acionada mais vezes dentro do mesmo ciclo.
eit
os
au
Gabinete
Redução
Disco de Cames
Chaves Elétricas
Figura 30
Có
pia
nã
oa
uto
riz
ad
a.
Re
se
rva
do
st
od
os
os
dir
Motor
135/24
○
○
○
○
○
ai s
tor
eit
os
au
- Qual é a base dos temporizadores eletrônicos?
) a) Circuito tanque LC.
) b) Circuito Série RC.
) c) Circuito Paralelo LC.
) d) Clock ou relógio.
) e) Descarga de um indutor.
dir
1
(
(
(
(
(
.
st
od
os
os
2 - Qual é a vantagem dos temporizadores digitais?
( ) a) Precisão para tempos muito longos.
( ) b) Precisão para tempos muito curtos.
( ) c) Analógico está fora de moda.
( ) d) Não utilizam RC.
( ) e) As alternativas a e b estão corretas.
VDD
16
10
Input
pulses
a.
12 Stage
Riplle
Counter
ad
1 kΩ
*
R
riz
555
Re
GND
10 kΩ
Reset
uto
1 nF
CD 4040
10 µF
oa
*
C
se
+ VCC
rva
do
3 - Para o circuito da figura 31, o Clock do 555 é de 10 Hz, gerando um pulso a cada
0,1s. Após quanto tempo depois do RESET a carga será ligada?
10 µF
nã
11
Saída
4,7
kΩ
9
7
6
5
Q1
Q2
Q3
Q4
3 Q5
2
4
13
12
14
15
1
Q6
Q7
Q8
Q9
Q10
Q11
Q12
Para acionador
da carga
Có
pia
8
Figura 31
(
(
(
(
(
) a) 3.019 segundos.
) b) 301,9 segundos.
) c) 30,19 segundos.
) d) 3,019 segundos.
) e) nenhuma das alternativas anteriores.
135/25
○
○
○
○
○
4 - Complete o circuito de CLOCK 100 Hz, com inversores e jumpers, de modo à
carga ser ligada após 5 segundos e 3 décimos de segundo a partir do RESET.
+ VCC
VDD
*
R
10 µF
10 µF
11
Saída
4,7
kΩ
ai s
eit
os
Reset
Q6
Q7
Q8
Q9
Q10
Q11
Q12
Para acionador
da Carga
dir
1 nF
2
4
13
12
14
15
1
CD 4040
au
3 Q5
10 kΩ
*
C
Q1
Q2
Q3
Q4
8
od
os
os
555
9
7
6
5
12 Stage
Riplle
Counter
tor
10
Input
pulses
1 kΩ
.
16
GND
Có
pia
nã
oa
uto
riz
ad
a.
Re
se
rva
do
st
Figura 32
135/26
○
○
○
○
○
dir
eit
os
au
6 - Como a base de tempo do timer eletro-mecânico funciona?
( ) a) Um motor com rotação fixa gira seu eixo a 1 RPM ou menos.
( ) b) Um relógio gira o motor fazendo 1 RPM ou menos.
( ) c) Um circuito RC demora 1 minuto para se carregar e descarregar.
( ) d) Não há base de tempo em timer eletro-mecânico.
( ) e) Um oscilador de 1Hz movimenta um motor síncrono.
tor
ai s
.
5 - Qual é a diferença entre um timer eletrônico e um eletro-mecânico?
( ) a) Nenhuma.
( ) b) O princípio do timer eletrônico é o circuito RC, e do eletro-mecânico é
um motor síncrono.
( ) c) O princípio do timer eletrônico é a contagem de tempo por um relógio, e
do eletro-mecânico pela freqüência da rede elétrica.
( ) d) As alternativas a e c estão corretas.
( ) e) Todas as alternativas estão erradas.
Có
pia
nã
oa
uto
riz
ad
a.
Re
se
rva
do
st
od
os
os
7 - Para mudar a quantidade de pulsos por ciclo em um timer eletro-mecânico
devemos:
( ) a) colocar ou retirar cames do disco giratório;
( ) b) aumentar a velocidade do motor;
( ) c) diminuir a velocidade do motor;
( ) d) aumentar a redução do eixo;
( ) e) é impossível alterar a quantidade de pulsos.
135/27
○
○
○
○
○
.
ai s
Controladores
tor
3
de sinais vindos de sensores, analisa seus valores e toma uma decisão de acordo com uma
programação, mandando sinais para os atuadores e recebendo novos dados dos sensores.
○
os
○
○
○
dir
○
○
○
○
Circuitos controladores são divididos em
manual e microprocessado, podendo ser
hidráulicos, pneumáticos, eletromecânicos,
mecânicos ou eletrônicos. No controlador manual é obrigatória a presença de um operador,
sem o qual não haverá controle.
eit
os
○
○
○
au
○
lição
○
os
○
○
Aproveitando o último exemplo da lição
anterior, veja na figura 33 o elemento controlador do acionamento das lâmpadas de um semáforo.
○
st
○
○
○
od
○
No controlador microprocessado, sensores
ativam diretamente atuadores (motores, lâmpadas, eletro-válvulas, eletro-ímãs, etc.), não
sendo necessária a presença de qualquer operador.
○
○
rva
○
○
do
○
Este controlador é ligado ao timer eletromecânico da lição anterior. Cada pulso vindo
da chave elétrica acionada pelos cames do eixo
aciona o eletro-ímã, que puxa a alavanca que
aciona uma catraca girando o eixo.
○
○
○
○
○
Có
○
○
○
pia
○
○
○
nã
Resalto: chave aberta
Rebaixo: chave fechada
○
oa
○
○
○
uto
○
Chaves
elétricas
Eletro-ímã
riz
○
○
ad
○
○
Sinal do Timer
a.
○
○
○
Re
○
○
○
se
○
No terceiro há um microprocessador ou
um microcontrolador que controla a entrada
○
Resalto
○
○
○
○
Eixo
○
○
Rebaixo
○
○
○
Catraca
○
○
Figura 33
135/29
○
○
○
○
○
Preso ao eixo, outro conjunto de cames aciona chaves elétricas
de maior capacidade. Cada chave liga/desliga uma lâmpada do semáforo de acordo com a posição do came no momento. O esquema
elétrico é bastante simples (figura 34).
AM
AM
ai s
VM
tor
VM
.
+B
au
Eletro-ímã
Cames
Catraca
VD
VD
eit
os
Sinal do Timer
dir
Chaves elétricas
os
os
Cabeamento
st
od
Figura 34
se
rva
do
Antigamente era assim que os controles eram feitos, quando a
eletrônica surgiu no mercado, algumas partes foram substituídas
por circuitos a transistores, chamados de Solid State. Toda a parte
lógica do controle era feita com engrenagens, eixos e motores
síncronos.
ad
a.
Re
Para mudar a lógica de controle era necessário mudar várias
peças mecânicas do aparelho de controle.
uto
riz
A idéia também foi utilizada nas máquinas domésticas como
lava-roupas, lava-louças, secadoras de roupas, etc. A figura 35 mostra um exemplo muito utilizado em lava-roupas.
Có
pia
nã
oa
O Motor-Timer tem uma velocidade muito baixa, completando
um ciclo em 30 ou 45 minutos. Ele gira um conjunto de lâminas que,
dependendo do seu formato, abrem e fecham algumas chaves. Nos
terminais externos são ligados motores, lâmpadas, eletro-válvulas,
resistências de aquecimento, etc.
135/30
○
○
○
○
○
Chaves elétricas
od
os
os
dir
eit
os
au
tor
ai s
.
Terminais externos
st
Discos de
acionamento
Re
se
Figura 35
rva
do
Motor do Timer
ad
a.
As chaves podem ser do tipo NA ou NF de três posições. Sua
escolha depende do processo a ser controlado.
Có
pia
nã
oa
uto
riz
Na figura 36, vemos um exemplo de chave de três posições,
acionada por um disco giratório de contorno apropriado. Dependendo do desenho do disco, ao girar, ele pode acionar uma ou outra
chave, ou até mesmo nenhuma delas.
Figura 36
135/31
○
○
○
○
○
O formato do disco determina quais chaves, de que forma e por
quanto tempo serão acionadas.
eit
os
au
tor
Sabemos que um transistor pode ser utilizado como amplificador de sinais elétricos ou como chave eletrônica. Aqui daremos
ênfase à utilização do transistor como chave. Vamos avançando
nos controladores sempre com um timer acoplado.
ai s
.
Os transistores e o surgimento da lógica digital permitiram
maior flexibilidade dos sistemas, redução de custos e redução de
tamanho.
os
os
dir
A figura 37 mostra um disco com 96 divisões. Cada uma pode
ter ou não um pino de programação.
st
do
1
od
0
9
2
Re
se
rva
8
ad
a.
7
riz
3
uto
6
4
Có
pia
nã
oa
5
Figura 37
Se o disco completar um ciclo em 24 horas, cada pino de programação corresponderá a 15 minutos.
135/32
○
○
○
○
○
Incluiremos um pino quando desejarmos acionar uma carga
num determinado horário.
Se desejarmos que a carga fique acionada por 1 hora e 45 minutos colocamos 7 pinos consecutivos (7 15 minutos = 105 minutos = 1h45m) e assim por diante.
au
tor
.
ai s
.
Se desejarmos que a carga fique acionada por 30 minutos, colocamos dois pinos consecutivos nas marcas referentes ao horário
desejado.
0
1
2
st
22
od
23
os
os
dir
eit
os
Neste caso, seria conveniente numerá-lo em horas, conforme
mostra a figura 38.
3
do
21
4
rva
20
5
se
19
6
Re
18
7
ad
a.
17
8
riz
16
9
uto
15
14
13
10
11
Có
pia
nã
oa
12
Figura 38
Podemos aumentar a velocidade do motor do Timer fazendo-o
completar um ciclo em, por exemplo, 96 minutos. Assim cada pino
colocado corresponderá a um minuto de acionamento da carga. Mas,
como os pinos acionam a carga?
135/33
○
○
○
○
○
Cada pino de programação preso ao disco passará por um Optoacoplador obstruindo a passagem de luz do emissor para o receptor.
Com isso, o circuito atua num transistor trabalhando como chave
que, por sua vez, aciona um relé que aciona a carga. Veja o esquema:
+5
tor
ai s
Disco giratório
5V
+5
au
5V
.
Pino de programação
Disco giratório
R1
Q1
os
os
Q1
dir
eit
os
R1
Opto-acoplador
od
Opto-acoplador
st
Carga
rva
VAC
Carga
~
Relé
VAC
se
Relé
do
~
~
Re
~
ad
a.
Figura 39
oa
uto
riz
O opto-acoplador substitui as partes móveis mecânicas evitando o desgaste dos contados e dos discos. O circuito fica menor,
mais barato, mais confiável e mais durável.
Có
pia
nã
Anotações e Dicas
135/34
○
○
○
○
○
O uso de relés diretamente ou relés que acionam contatores é
a opção para cargas de maior potência, conforme a figura 40.
Disco giratório
5V
ai s
.
+5
au
tor
R1
dir
eit
os
Q1
os
Opto-acoplador
Contator
~
VAC
~
do
st
od
os
Carga
se
rva
Relé
auxiliar
ad
a.
Re
Figura 40
uto
riz
Para melhorar ainda mais os controladores e timers, era preciso incluir uma lógica em “Malha Fechada”.
pia
nã
oa
É preciso que o controlador possa tomar decisões em função
dos parâmetros do processo vindos dos sensores, além de
flexibilizar a linha de produção. Isso é possível utilizando máquinas que possam ser reprogramadas facilmente.
Có
A lógica mecânica se adapta bem a trabalhos fixos e repetitivos
como o ciclo de lavagem de roupas, semáforos, empacotadoras, etc.
Para processos mais complicados, onde se deseja um produto
resultante de ações de pressão variável, temperatura variável, tempo variável, etc., é necessário o uso de “cérebros eletrônicos” utilizando microprocessadores ou microcontroladores.
135/35
○
○
○
○
○
• alguns toca-CDs avisam, através de luzes
ou códidos em um display, que existe muita umidade no interior do aparelho e que
você deve deixar a porta do CD aberta por
alguns minutos até que a situação se normalize;
○
○
○
○
○
○
A caminhada na substituição do ser humano em sistemas que precisam ser controlados está quase no fim.
.
○
○
○
○
○
Câmeras de vídeo substituem os olhos do
homem, microfones substituem os ouvidos,
sensores variados substituem o tato, motores e
eletro-ímãs substituem os músculos e microprocessadores substituem o cérebro humano.
○
○
tor
○
○
○
ai s
• alguns automóveis informam que você está
sem cinto, que a porta não foi bem fechada, que com a quantidade de combustível
no tanque a 60 km/h você pode rodar por
mais alguns kilômetros, etc.
○
eit
os
○
○
○
au
○
Entretanto, máquinas são máquinas e não
podem pensar. Alguém tem que ensiná-las o
que fazer dentro de suas limitações. Aí é que
entram os programadores, criando softwares.
○
○
Tudo isso só foi possível quando os
controladores puderam “pensar”.
○
○
○
dir
○
Os softwares ou programas de computador devem conter as decisões que a máquina
deve tomar de acordo com as combinações
de dados vindas dos sensores.
○
os
○
○
os
○
Microcontroladores, controladores lógicos programáveis (CLPs) e conversores
analógico/digital (CNCs) são ferramentas da
moderna indústria no controle de processos
produtivos.
○
Hoje é comum você encontrar aparelhos
domésticos que após apresentar um defeito
avisam qual é o problema e indicam uma possível solução. Por exemplo:
rva
○
○
○
do
○
○
st
○
○
od
○
○
O programador deve tentar prever as possíveis situações e programar soluções para
cada possível evento. É uma brincadeira de
tentar adivinhar o que vai ou pode acontecer
de errado ou estranho durante um processo.
○
○
Re
○
○
○
se
○
O controlador lógico programável já vem
montado em várias opções. Compete ao técnico ou engenheiro escolher o melhor modelo para a aplicação que deseja controlar, e
programar o dispositivo para que a máquina
execute o desejado.
a.
Anotações e Dicas
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
Có
○
○
○
pia
○
○
○
nã
○
○
○
oa
○
○
○
uto
○
○
riz
○
○
ad
○
○
○
• alguns vídeo-cassetes informam, através de
texto na tela, que é hora de limpar as cabeças,
ou que a fita não foi devidamente colocada;
135/36
○
○
○
○
○
processo a ser controlado. CLPs com muitos
recursos são caros e destinados a aplicações
mais complexas.
○
○
○
○
○
○
Um CLP contém em seu interior as seguintes características:
○
Terminais de entrada
00.0
CLPs mais simples, como um de quatro
entradas digitais com oito saídas digitais, são
destinados a aplicações simples de controle do
tipo LIGA ou DESLIGA, em função de um
sensor estar ativado ou desativado.
○
10.1
○
○
10.0
10.4
○
○
ai s
.
○
00.1
○
○
eit
os
○
○
○
Linguagem de
Programação
au
○
○
○
tor
○
10.5
○
Terminais de saída
○
dir
○
Atuadores
○
○
od
○
○
○
Entradas
analógicas
ou digitais
os
○
Microprocessador
○
st
○
Memória
de programa
os
○
○
○
Estrutura Interna de um CLP
○
○
rva
○
○
se
○
○
Re
○
ad
a.
○
○
○
Temporizadores
(TIMERs)
○
Contadores
Figura 42
Um CLP como mostra a figura 42 já tem
em seu interior um microcontrolador, além
de vários recursos extras como contadores e
timers.
○
CLP
○
Saídas
analógicas
ou digitais
Sensores
do
○
CPU
○
○
Figura 41
A dúvida que pode surgir é quando utilizar um CLP e quando utilizar um microcontrolador. Não há uma regra, mas podemos
definir alguns parâmetros.
○
riz
○
○
○
uto
○
Os CLPs são fabricados em diferentes
versões.
○
○
○
Utilizamos microcontroladores quando:
○
○
nã
• quantidade de entradas analógicas;
oa
• quantidade de entradas digitais;
• temos conhecimento de desenvolvimento de
hardware para o mesmo. Inclui drivers de
potência;
○
○
○
pia
○
• quantidade de temporizadores internos
(timers);
○
○
Có
• quantidade de contadores internos
(counters);
○
○
• o projeto deve ser feito sob medida, com
número de entradas analógicas ou digitais
for grande;
○
○
• quantidade de conversores D/A e A/D;
○
○
• saídas a relés ou saídas a transistores.
○
○
• queremos um baixo custo de projeto, pois
tudo pode ser otimizado. CLPs são muito
caros comparativamente.
○
○
○
○
O projetista deve escolher o modelo de
CLP que melhor atende as necessidades do
135/37
○
○
○
○
○
Utilizamos CLPs quando:
• é necessária rapidez no desenvolvimento de soluções;
ai s
tor
• não queremos criar dependência de um projetista. Qualquer engenheiro ou técnico que saiba programar o CLP pode ser facilmente substituído por outro.
.
• queremos uma flexibilidade pós-projeto, ou seja, poder alterar a
lógica fácil e rapidamente;
dir
eit
os
au
Nas entradas de um CLP são conectados sensores diretamente.
Sensores do tipo chave aberta/chave fechada são conectados exclusivamente nas entradas digitais. Sensores como NTC, PTC,
Termopar, LDR, Foto-diodo, etc., que variam suas características
proporcionalmente às grandezas físicas que os afetam, devem ser
conectados exclusivamente às entradas analógicas.
do
st
od
os
os
Nas saídas, os CLPs podem internamente conter relés, oferecendo três terminais por saída (pólo, NA e NF). Por questões técnicas, às vezes não precisamos de relés nas saídas, mas um simples
controle liga/desliga em DC. Isto é feito colocando-se um transistor na configuração Open-Collector (coletor aberto), que funciona
como uma chave DC.
rva
Temos saídas NPN ou PNP conforme a necessidade, ou seja,
entrada/saída negativa ou positiva.
Entradas Analógicas
A1
D0
D1 D2 D3
Có
pia
nã
oa
A0
uto
riz
ad
Entradas Digitais
a.
Re
se
Nas figuras 43 e 44 são apresentados dois tipos de CLPs com
saídas a relé ou transistorizada.
P1 NA1 NF1
P2 NA2 NF2
P6 NA6 NF6
P7 NA7 NF7
Saídas Relé 1x2
Figura 43
135/38
○
○
○
○
○
Entradas Analógicas
A1
D0
D1 D2 D3
P2
P6
P7
os
dir
P1
eit
os
au
tor
ai s
.
A0
Entradas Digitais
os
Saídas a transistor
st
od
Figura 44
Có
pia
nã
oa
uto
riz
ad
a.
Re
se
rva
do
Existem vários fabricantes nacionais estrangeiros produzindo
CLPs: Atos, Matsushita, Siemens, Weg, etc. Nas figuras 45 e 46 são
apresentados dois tipos de CLPs. O primeiro, da NAIS, de 03
módulos e o segundo, da ATOS, de 06 módulos.
Figura 45
135/39
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
Em um CLP (PLC) você programa abertura ou fechamento das chaves de saída em
função dos sinais nos terminais de entrada do
CLP, seguindo uma lógica de programação.
○
○
○
tor
○
○
○
ai s
.
○
○
Na figura 47 podemos ver um “Diagrama
de Contatos” ou Ladder Diagram cuja estrutura está fundamentada na linguagem de relés
tais como em comandos elétricos.
○
○
○
eit
os
○
○
○
au
Deste modo, basicamente, os principais
símbolos na linguagem lodder são:
○
Figura 46
○
○
dir
Chave aberta
○
os
○
○
Todos os modernos CLPs têm sua programação facilitada através de softwares fornecidos pelos próprios fabricantes, para uso
através de um computador PC normal, rodando em ambiente Windows.
○
od
○
○
○
os
○
Chave fechada
○
do
○
○
st
○
Bobina
4
1
2
A1
A2
Camadas elétricas
○
se
○
○
rva
○
○
Lodder
○
○
Re
○
○
A programação é feita como se fosse um
desenho de esquema elétrico com chaves de
contatos e bobinas.
ad
a.
○
○
○
3
○
○
○
○
○
nã
○
○
○
pia
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
Có
Figura 47
Além dos terminais das entradas, você
tem o recurso de bobinas virtuais, que só existem na lógica de programação do CLP.
○
oa
○
○
○
uto
○
○
riz
○
○
Diversas funções lógicas podem ser
implementadas, entre elas as funções OR e
AND.
135/40
○
○
○
○
○
São exemplos de funções lógicas:
S1
S2
Y0
Função AND
S3
Y1
ai s
.
Função OR
S5
au
tor
S4
Y2
dir
eit
os
Função inversora
os
Figura 48
st
od
os
As chaves S1, S2, S3, S4 e S5 são terminais de entrada do CLP.
Note que quando houver tensão nos terminais de entrada S1, S2,
S3 e S4 o CLP entende que estas chaves se fecharam. Caso contrário, o CLP entende que as chaves estão abertas.
rva
do
A chave S5 é o inverso, veja o símbolo. Quando houver tensão
no terminal de entrada S5, o CLP entende que a chave se abriu.
Re
se
As saídas Y0, Y1 e Y2 representam saídas a relé ou
transistorizadas (lógica TTL).
oa
uto
riz
ad
a.
Na primeira linha, a carga em Y0 só será ligada quando houver
tensão nos terminais S1 e S2 simultaneamente, o que caracteriza a
função lógica AND. Na segunda linha, a carga em Y1 só será ligada
quando houver tensão no terminal S3 ou S4 caracterizando função
lógica OR. Na última linha a carga em Y2 inicia ligada e só desligará quando houver tensão no terminal de entrada S5.
Có
pia
nã
Você ainda pode contar com contadores numéricos e temporizadores internos, cada um deles com quantos contatos virtuais o
CLP permitir, o que pode ser visto no manual do CLP.
135/41
○
○
○
○
○
au
eit
os
st
od
os
os
dir
1 - A seqüência correta é:
( ) a) tempo D sinal do timer D aciona eletro-ímã
D gira eixo de discos D aciona chaves D liga carga;
( ) b) tempo D aciona eletro-ímã D gira eixo de discos
D aciona chaves D liga carga D sinal do timer;
( ) c) tempo D aciona eletro-ímã D sinal do timer
D aciona chaves D gira eixo de discos D liga carga;
( ) d) liga carga D sinal do timer D aciona eletro-ímã
D gira eixo de discos D aciona chaves D tempo;
( ) e) gira eixo de discos D sinal do timer D aciona eletro-ímã
D tempo D aciona chaves D liga carga.
tor
ai s
.
a.
Re
se
rva
do
2 - Para um disco de controle completando um giro em 24 horas com 96 divisões,
quantos pinos de programação são necessários para acionar e manter uma carga ligada por toda a madrugada das 0h0min até 6h30min?
( ) a) 7 pinos alternados.
( ) b) 7 pinos consecutivos.
( ) c) 26 pinos consecutivos.
( ) d) 630 pinos consecutivos.
( ) e) 24 pinos consecutivos.
oa
uto
riz
ad
3 - Marque na figura 49 a posição dos pinos para acionar uma carga por 1h45min a
partir das 3h15min da madrugada.
0
22 23
3
4
pia
20
2
nã
21
1
19
6
Có
18
Figura 49
5
17
7
16
15
8
9
14
13 12 11
10
135/42
○
○
○
○
○
ai s
.
4 - Quando devemos utilizar um CLP ou um microcontrolador?
( ) a) Não há regra.
( ) b) Utilizamos microcontroladores em sistemas digitais.
( ) c) Utilizamos CLP em sistemas analógicos.
( ) d) As alternativas b e c estão corretas.
( ) e) Nenhuma das alternativas anteriores.
dir
st
od
os
os
6 - Como se programa um CLP?
( ) a) Através de software para PC fornecido pelo fabricante.
( ) b) Com gravadores especiais.
( ) c) Não são programáveis.
( ) d) Já vem programado de fábrica.
( ) e) Através de um hardware.
eit
os
au
tor
5 - O que compõe um CLP?
( ) a) Controlador, lógica e programação.
( ) b) Microfone, alto-falante e sensores.
( ) c) Sensores e atuadores.
( ) d) Microprocessador, memória e relés.
S2
S3
S5
Y0
se
S1
rva
do
7 - No programa abaixo, a carga em Y0 será acionada quando houver sinal elétrico em:
ad
a.
Re
S4
nã
oa
uto
) a) S1, S3 e S5;
) b) S2, S3 e S5;
) c) S1, S4 e S5;
) d) S4 e S5;
) e) S1, S2 e S3.
Có
pia
(
(
(
(
(
riz
Figura 50
135/43
○
○
○
○
○
.
ai s
Fonte de Alimentação
tor
4
eit
os
au
lição
dir
Nesta lição abordaremos as características e o funcionamento
da fonte de alimentação para o projeto do alarme residencial.
od
os
os
Ao final desta lição você deverá saber sobre fontes de tensão
contínua, aplicação e princípio de funcionamento.
Có
pia
nã
oa
uto
riz
ad
a.
Re
se
rva
do
st
Uma fonte de alimentação contínua é na verdade um conversor de sinal alternado (AC) em sinal contínuo (dC). Para isto é dotada de um circuito eletrônico constituído tipicamente por um
transformador, diodos, capacitores e reguladores de tensão como o
LM 7805, LM 317, conforme apresentado na figura 51.
Legenda
T1: transformador de tensão
D1 e D2: diodos de junção retificadores
C1: capacitor
R1 e R2: resistores
P1: potenciômetro
7805: chip eletrônico regulador de tensão
Figura 51
135/45
○
○
○
○
○
○
○
○
○
No esquema da figura 51 uma tensão AC
é rebaixada pelo transformador T1, após, por
meio dos diodos D1 e D2 a tensão alternada é
retificada para contínua. O capacitor C1 filtra o sinal proveniente dos diodos deixandoo próximo do valor ideal retificado. Um
indicador luminoso de tensão formado por um
led (diodo emissor de luz) indica se o processo de retificação está sendo realizado. Por fim
um registrador de tensão - 7805 permite registrar a tensão de saída da fonte dC.
○
○
○
○
○
○
○
Este circuito faz basicamente filtragem
e retificação podendo ser dividido em duas
partes:
O componente TER1 limita a corrente de
partida da fonte, F1 protege a rede e o conversor, limitando a corrente de entrada em 3
Ampères, VR1 protege o conversor limitando a tensão de entrada até 250Vac, C16, C17
e C24 constitui um filtro evitando ruídos em
alta frequência.
○
○
dir
○
○
○
○
A fonte de alimentação que iremos utilizar é do tipo chaveada, apresentando as seguintes características:
eit
os
○
○
○
au
○
○
○
tor
○
○
○
ai s
.
• Filtro de entrada e proteção: Constitui-se
de um filtro duplo pi formado pelos componentes C5, R17, T2, R18 e C6. Tem como
objetivo atenuar transientes gerados pelo
chaveamento na rede ou vice-versa.
○
• grande potência;
od
○
○
○
• controle de tensão de saída otimizado;
os
○
○
• compacta;
os
○
○
• leve;
st
○
• Retificador principal: A tensão alternada
proveniente da rede AC (127/220) é
retificada em onda completa pela configuração em ponte formado pelos componentes D1 a D4 e filtrado por C1 e C2 que se
descarregam quando necessário em cima
de R1 e R2.
○
do
○
○
• baixo custo.
○
Re
○
○
○
se
○
○
rva
○
○
Este tipo de fonte, utilizada muito em telecomunicação, é caracterizada por possuir
circuitos eletrônicos que realizam as seguintes funções1:
○
• Interface com a rede AC
Quando a chave CHI está em 220V, o circuito se encontra na configuração direta, estando CHI em 127V o circuito se encontra na
configuração de dobrador de tensão, em qualquer condição será fornecido 300Vdc.
ad
a.
○
○
○
• Circuito de controle (PWM)
○
riz
○
○
• Chaveamento
○
uto
○
• Transformador de potência e retificador
○
oa
○
○
• Limitador de corrente
○
Formado por CI1, e componentes associados, gera os sinais necessários ao funcionamento básico da fonte, descrito a seguir.
○
Có
○
○
○
pia
○
○
○
nã
• Indicador visual
• Filtro de RF
○
• Comutação, flutuação e descarga de bateria
Os transistores de potência Q1 e Q2 são
usados para chavear tensão DC do retificador principal, gerando uma forma de onda
alternada (aproximadamente 28 kHz).
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
A seguir descrevemos as funções dos itens
acima tendo como base o circuito apresentado na figura 52.
○
○
○
1. Dados obtidos da fonte MTAC1212F da Montel
Sistemas de Comunicação LTDA.
135/46
○
○
○
○
○
alternadamente apenas nas regiões de corte
ou saturação. O circuito integrado PWM e
composto basicamente de um oscilador e um
modulador por largura de pulso, este oscilador fornece duas saídas de controle (Pinos 8
e 11) que estão defasadas entre si 180° e excitam o circuito de potência.
○
○
ai s
.
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
Este sinal é modificado e aplicado ao primário do transformador T3, com adequada
relação de espiras, é induzido no secundário
uma tensão que passará por retificação para
se obter a desejada tensão DC na saída. Esta
tensão é proporcional à largura de pulso de
chaveamento. Portanto, variando-se a largura desses pulsos, é possível controlar a tensão DC na saída.
é formado por PD1 e
PD2. É filtrado por T4, C21 e C22 de onde
se origina a tensão de saída.
•
é formado por D12, D13
e C20 de onde se origina a tensão de +B que
alimenta os circuitos lógicos.
○
○
od
○
○
○
os
○
○
os
○
○
○
○
dir
○
○
eit
os
•
○
○
○
A largura dos pulsos de chaveamento é
monitorada dinamicamente pelo circuito de
controle formado por R31, TP1, R32. Fazendo com que a tensão de saída permaneça
constante, mesmo quando ocorram variações
na tensão de entrada AC. Para tornar possível este controle, toma-se uma amostra de
tensão DC na saída através do elo de realimentação que atua no pino 1 do CI1, onde se
ajusta esta tensão em TP1. Independente da
corrente de saída é necessário circular uma
corrente de manutenção que é imposta por
R27 a R30.
au
○
○
○
tor
○
O secundário de T3 sofre dois tipos de retificação:
○
se
○
○
rva
○
○
○
do
○
○
st
○
○
O circuito limitador de corrente é formado por SH1, R25, TP2, R24, C12, CI1 e componentes associados. A configuração do
circuito é feita de tal forma que, quando a
corrente de saída supera 18 Ampères é gerada uma queda de tensão em SH1, que atua
sobre CI1 diminuindo a largura dos pulsos, e
conseqüentemente, a tensão de saída.
a.
○
○
riz
○
○
ad
○
○
○
○
○
Re
○
○
O circuito de chaveamento é formado
pelos transistores Q1 a Q4, T1 e demais componentes associados. Os pulsos gerados por
CI1 excitam os transistores Q3 e Q4 que, conduzindo alternadamente, permite um fluxo
alternado de corrente no enrolamento primário de T1. A configuração do secundário faz
com que Q1 e Q2 conduzam alternadamente,
chaveando potência DC sobre o enrolamento
primário de T3.
A intensidade da corrente de
flutuação é no máximo de 2 Ampères, ajustando-se proporcionalmente à quantidade
de carga perdida e diminui à medida que a
bateria se recarrega, estabilizando em 100
mA com bateria em plena carga. A operação de flutuação se inicia quando tem energia na rede Ac através de R19 a R22.
○
○
nã
○
○
○
oa
○
○
○
uto
O circuito de comutação automática de bateria garante o fornecimento
ininterrupto de energia à saída da fonte.
○
○
○
○
○
○
○
○
Có
○
○
○
pia
○
Os diodos D5 e D6 protegem os transistores Q1 e Q2 no sentido de eliminar a corrente reversa gerada pelo transformador Tl
○
A tensão é induzida no primário do transformador de potência T3 através dos transistores de chaveamento, que operam
○
○
○
○
○
Incondicionalmente se houver bateria e faltar energia na rede AC, o relê RL1
135/47
○
○
○
○
○
ai s
au
tor
O LD1 exibe luz verde para indicar que a fonte está ligada, e
está em operação normal.
.
conecta a bateria na saída fornecendo carga até descarregar totalmente a bateria, ou voltar a energia na rede AC.
dir
eit
os
Tem o objetivo de eliminar ruídos em alta frequência gerado
pelo conversor; é formado por C23,C25 e C26.
127 ou 220 Vac (+/-15%) selecionável
externamente
os
Tensão de entrada
13,8 Vcc +/-1 % Ajustável de 10 a 15 Vcc
Corrente nominal
12 Ampères em regime contínuo
Corrente máxima (pico)
16 Ampères (regime 30/70 - máx. 3 minutos
c/ carga)
Ondulação (ripple)
0,13 Vpp máximo
0,04 Vpp típico
Melhor que 2 mVrms psofométricos
rva
do
st
od
os
Tensão de saída
13,8Volts
Corrente de carga de bateria
2 Ampères máximo
Corrente de flutuação
Maior que 0,1 Ampères
Eficiência
85% típico
Peso aproximado
1,5 Kg
ad
a.
Re
se
Tensão de carga da bateria
riz
Dimensões mecânicas de caixa L = 185mm
A = 65mm
C = 158mm
oa
uto
Na figura 52 mostramos um diagrama completo de uma fonte
chaveada.
Có
pia
nã
Anotações e Dicas
135/48
○
○
○
○
○
Figura 52
Có
pia
nã
oa
uto
riz
ad
a.
Re
se
rva
do
st
od
os
os
dir
eit
os
au
tor
ai s
.
135/49
○
○
○
○
○
Existem vários modelos e processos de chaveamento destas
fontes, mas o princípio básico não muda em nenhuma delas.
ai s
tor
A redução do peso final e do volume total da fonte permite
fabricar aparelhos mais finos e leves. Televisores, FAX, microcomputadores, scanners, monitores de vídeo, etc., são exemplos atuais.
.
Atualmente, a maioria dos aparelhos eletroeletrônicos utiliza
este tipo de fonte.
eit
os
au
Na figura 53 mostramos um outro exemplo de circuito de fonte
chaveada, no qual você pode notar:
dir
• Entrada CA retificada e filtrada pelo capacitor eletrolítico C1,
cuja tensão de isolação é da ordem de 300 V a 600 V.
• CI controle PWM ligado aos transistores de potência.
os
os
• Secundário com dois enrolamentos, produzindo tensões de +5 V
e +12 V.
Figura 53
Có
pia
nã
oa
uto
riz
ad
a.
Re
se
rva
do
st
od
• Retorno de informação da saída para a entrada por meio de
um pequeno transformador de isolação galvânica.
Veja na figura 54 a etiqueta de uma fonte chaveada para um
antigo IBM-PC compatível 386 SX – 33 MHz.
135/50
○
○
○
○
○
eit
os
au
tor
ai s
.
dir
Figura 54
os
os
Destacamos, nesta figura, os valores de tensão, corrente e potência:
od
• +5 V - 20 ampères de corrente; potência de 100 watts;
st
• +12 V - 8 ampères de corrente; potência de 96 watts;
do
• - 12 V - 0,5 ampère de corrente; potência de 6 watts;
rva
• - 5 V - 0,5 ampère de corrente; potência de 2,5 watts.
Re
se
Somando todas as potências incluidas teremos 204,5 watts disponíveis.
uto
riz
ad
a.
Assim esta fonte tem as tensões básicas e necessárias ao projeto proposto, além de saídas estabilizadas, proteção contra curtocircuito, proteção contra aquecimento, etc.
nã
oa
Todos os circuitos do projeto do alerme residêncial não possuem um consumo total abaixo de 10 W.
Có
pia
Cada câmera de vídeo possui caracteristicamente 2 W de potência e tensão de alimentação de 12 volts. Logo as quatro câmeras
demandarão 8 watts de potência e o receptor de rádio-freqüência,
demandará uma potência da ordem de 1 W. O receptor de radiofreqüência deve ficar um pouco abaixo de 1 W.
Concluindo, uma fonte chaveada comercial, como a mostrada, de
200 W, é suficiente para alimentar todos os circuitos e dispositivos.
O motor do portão e a tranca elétrica da porta devem ser alimentados pela rede elétrica AC.
135/51
○
○
○
○
○
tor
ai s
.
os
od
rva
do
st
2 - Quais são as vantagens da fonte chaveada?
( ) a) É pequena, leve e potente.
( ) b) É grande, pesada e potente.
( ) c) É média, normal e impotente.
( ) d) Não usa transformador, sem diodos e sem filtros.
( ) e) Alto custo, complexa e várias tensões.
os
dir
eit
os
au
1 - Por que as fontes de alimentação são chamadas de chaveadas?
( ) a) Porque um transistor funciona como chave controlando a corrente num
transformador.
( ) b) Porque ela tem tranca.
( ) c) Porque ela só funciona se ligar a chave.
( ) d) Porque PWM significa fonte de tensão chaveada.
Có
pia
nã
oa
uto
riz
ad
a.
Re
se
3 - Qual é o princípio para manter a tensão estável na saída independentemente
do valor da carga?
( ) a) Um sinal de tensão da saída avisa o PWM que a tensão está caindo, com
isso o PWM aumenta a largura do pulso.
( ) b) Um sinal de corrente da saída avisa o transistor que a tensão está caindo,
com isso ele oscila mais rápido para corrigir.
( ) c) Um sinal de resistência da carga é enviado para a entrada e é ignorado.
( ) d) Um sinal de tensão da entrada é enviado para a saída para manter a
tensão fixa.
( ) e) Um sinal de potência avisa que a tensão está caindo e o transformador
eleva a tensão.
135/52
○
○
○
○
○
.
ai s
tor
5
Controle Remoto
por Radiofreqüência
Na saída do pino 15 teremos um sinal codificado de acordo com o botão pressionado,
vermelho ou azul. Este sinal é enviado a um
modulador que opera na faixa permitida pela
ANATEL para telecomandos de uso geral.
○
○
dir
○
○
○
○
Esta lição abordará a montagem do controle remoto do alarme, onde detalharemos os
esquemas do transmissor e receptor de RF,
codificador digital, decodificador e driver de
potência.
eit
os
○
○
○
au
○
lição
○
od
○
○
os
○
○
○
os
○
O circuito tanque LC gera a freqüência,
que é mantida pelo transistor BF199 por meio
de uma realimentação pela base.
○
○
rva
○
○
do
○
○
Este circuito se baseia no CI MC 145026P
da Motorola, um codificador digital e seu complementar, o CI 145028P, um decodificador digital. A figura 55 mostra o esquema elétrico
do transmissor de RF codificado.
st
○
○
O sinal modulador sai do pino 15 e vai até a
base do transistor, aumentando e diminuindo
a amplitude do sinal modulado conforme o código ajustado nos jumpers de 1 a 9.
a.
Por ser portátil, este circuito pode ser colocado como chaveiro e alimentado por uma
bateria de 12 volts para controle remoto.
○
○
uto
○
○
riz
○
○
ad
○
○
○
○
○
Re
○
○
○
se
○
O ajuste da freqüência é feito no trimmer.
A antena transmissora está na própria PCI
(placa de circuito impresso) desenhada como
trilha.
○
○
○
Có
○
○
○
pia
○
○
○
nã
○
○
○
oa
○
Os jumpers de 1 a 9 formam o código transmitido. Cortando-os ou deixando-os ligados,
você tem até 512 códigos diferentes. Além disto, é preciso saber a freqüência exata do receptor, senão não funciona. Com estas duas
combinações, este tipo de transmissor e código são considerados seguros para aplicações.
○
○
○
○
○
○
○
○
○
Na figura 56 temos uma sugestão de placa
de circuito impresso.
○
○
Figura 55
135/53
○
○
○
○
○
sa
uto
rai
s.
L1
Figura 56
rva
do
st
od
o
so
sd
ire
ito
A figura 57 mostra a pinagem deste CI.
Re
se
Figura 57
+4
Divisor
Seleção de
Dados e
Buffer
oa
3-PIN
Oscilador e
Habilitador
uto
riz
ad
a.
A figura 58 mostra a parte lógica interna do MC 145026P. Como
você pode ver, é só ligar e usar, tamanha a simplicidade.
Có
pia
nã
Contador de Anel e Decodificador
Detector
Triplo
Figura 58
135/54
○
○
○
○
○
dir
eit
os
a
uto
r
ai s
.
Ao apertar o botão no pino 14, o código sai pelo pino 15. Note o
que já comentamos: o botão leva o pino 14 a nível lógico zero. Montado, o circuito ficaria como mostrado na figura 59.
os
os
Figura 59
Figura 60
Có
pia
nã
oa
uto
riz
ad
a.
Re
se
rva
do
st
od
A figura 60 mostra a primeira etapa do receptor.
O circuito sintonizado LC receberá somente a RF de sua sintonia, por isso o transmissor tem que estar ajustado para a mesma
freqüência e exata. O sinal recebido passa pelo detector formado
por R9 e C2, enviando um sinal de envoltória para o LM358, que é
um amplificador operacional na configuração ganho de tensão. Esta
aumenta, e muito, o nível do sinal. Basta calcular a relação entre
R10 e R12, que é maior que 1.000 vezes (L1 - no impresso).
135/55
○
○
○
○
○
Na figura 61 mostramos o aspecto e a pinagem do LM358.
VCC
Saída A
+
to r
ais
.
Saída B
Entradas A +
Entradas B
VEE/Gnd
au
Figura 61
oa
uto
r
iza
da
.R
es
er
va
do
st
od
os
o
sd
ire
ito
s
A saída do amplificador pelo pino 1 vai para o decodificador
MC 145028P (figura 62).
Figura 62
Có
pia
nã
Este circuito está dividido em três partes, que passaremos a
analisar.
O decodificador MC 145028P recebe o sinal pelo pino 9 e, se o
código coincidir com o ajuste de seus jumpers, é ativada a saída
pelo pino 11, significando que o código é válido. Por isso podemos
ter vários transmissores e receptores trabalhando no mesmo espaço, bastando utilizar códigos e/ou freqüências diferentes para cada
um. Na figura 63 mostramos o diagrama de blocos do decodificador
MC145028.
135/56
○
○
○
○
○
○
○
eit
os
○
○
○
au
○
○
○
tor
○
○
○
ai s
.
○
○
○
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○
○
○
○
○
○
○
Na figura 66 ilustramos a placa de circuito impresso montada.
○
Figura 63
○
○
A saída válida ativa o clock do flip-flop-1 do
CI 4013. Enquanto a saída do flip-flop-2 for lógico
ZERO, o MC145028P reconhece um código;
quando esta saída for lógico UM, o MC145028P
só reconhecerá outro código. Isto é feito para
que você tenha um código que LIGA e outro que
DESLIGA. A figura 64 ilustra o diagrama de
conexões e sua tabela verdade.
os
○
○
○
○
dir
○
Figura 66
○
st
○
○
od
○
○
○
os
Todo circuito encarregado de aumentar
a oferta de corrente para uma carga é chamado de driver de potência.
a.
○
ad
○
○
○
○
○
Re
○
○
○
se
○
○
rva
○
○
○
do
○
É sabido que os CIs têm baixa capacidade de oferta de corrente elétrica em suas saídas, acendendo no máximo um LED. Os
transistores são os componentes ideais para
fazer esse “meio campo” ou interface, e no
circuito notamos dois: um deles satura quando a saída do flip-flop, pino 13, está em lógico
UM e o outro quando está em lógico ZERO.
○
○
○
uto
○
○
riz
○
Como carga destes transistores temos
relés com contatos reversíveis NA-NF, que
podem acionar cargas CA ou CC no limite de
corrente de seus contatos. Pronto! Agora já
temos um transmissor e um receptor de códigos por radiofreqüência. A saída dos relés
mandará sinais ao controlador 89C2051.
○
○
○
oa
Figura 64
○
○
Có
○
○
○
pia
○
○
○
nã
Na figura 65 temos uma sugestão de placa de circuito impresso para o receptor.
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
Estes circuitos são bastante flexíveis. Caso
você não queira um controle com alcance de
40 metros como o circuito dado oferece, mas
algo mais próximo, poderá fazer as seguintes
adaptações:
○
○
Figura 65
135/57
○
○
○
○
○
○
○
○
○
eit
os
○
○
○
○
○
○
au
tor
○
○
○
ais
.
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
• No transmissor basta substituir o transmissor de RF, saída do pino 15 do MC145028P
por um transistor e um LED emissor de
infravermelho. A figura 67 mostra o diagrama esquemático do transmissor alterado para emitir infravermelho.
os
○
○
○
○
dir
Figura 68
da
○
tor
○
○
iza
○
○
○
○
○
.R
○
○
es
○
○
er
○
○
va
○
○
○
do
○
○
st
○
○
od
○
○
○
os
○
○
Aponte o transmissor para o receptor. O
alcance máximo é de 10 metros em campo
aberto. Retire o sinal pelo cátodo do LED.
Agora somente o código é a segurança do projeto, pois o infravermelho é único. Só alteramos o modo de enviar o código do controle
remoto, ao invés de RF utilizamos infravermelho. A figura 69 ilustra o receptor amplificador de infravermelho.
○
○
○
○
nã
o
○
• No receptor basta retirar o radiorreceptor
e ligar um receptor de infravermelho. A figura 68 mostra o diagrama esquemático do
receptor alterado para receber infravermelho.
○
au
○
○
Figura 67
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
Có
○
○
○
pia
○
Figura 69
135/58
○
○
○
○
○
.
ai s
Seqüencial de Vídeo
tor
6
eit
os
au
lição
os
dir
Este circuito é independente e controla sozinho a seqüência
de câmeras que serão mostradas no monitor, caso deseje no projeto de alarme o monitoramento via câmeras de vídeo. É o que veremos nesta lição.
od
os
A base de tempo é ajustável pois o CLOCK do circuito é feito
com um CI 555, e a seqüência pode ser alterada por jumpers.
do
st
A interrupção da seqüência de modo a sempre mostrar a câmera
da portaria da casa, é feita por um sinal do microprocessador.
Có
pia
nã
oa
uto
riz
ad
a.
Re
se
rva
Vamos ao circuito, apresentado na figura 70, que é bastante
simples e reúne os conhecimentos adquiridos.
Figura 70
Confira as ligações clássicas do 555 como gerador de onda quadrada ajustável por trimpot.
135/59
○
○
○
○
○
tor
ai s
.
Pino 1 - Terra (0v).
Pino 3 - Saída do sinal onda quadrada.
Pino 4 - Ligado ao Pino 8.
Pino 5 - Um capacitor de 10nf para o terra.
Pino 6 - Um capacitor C para o terra.
Pino 7 - Trimpot R para o pino 6.
Pino 8 - Resistor de >= 1 kohm para o pino 7, além de
receber o +Vcc.
eit
os
au
Obs.: o +Vcc pode ser qualquer valor entre 3V e 15V. Escolha a
tensão do circuito ao qual ele será ligado.
os
os
dir
Variando o trimpot, variamos a constante de tempo RC, fazendo o circuito aumentar ou diminuir sua freqüência.
do
st
od
A base do seqüencial é o CI 4017. Veja seu diagrama de tempos
ao receber pulsos de CLOCK estando habilitado na figura 71.
CLOCK
rva
RESET
se
CLOCK
ENABLE
3
“3”
uto
4
“4”
5
oa
“5”
6
7
nã
“6”
8
pia
“8”
9
Có
CARRYOUT
2
ad
2
“2”
“9”
1
a.
1
“1”
0
riz
“0”
Re
0
Figura 71
135/60
○
○
○
○
○
○
○
○
Note que:
○
• somente uma saída se ativa em nível
lógico “UM” a cada pulso de CLOCK;
○
○
○
A base deste circuito é o CI 4066, figura
73, com quatro chaves analógicas de controle
digital.
○
○
○
○
• quando a entrada ENABLE fica em nível
“UM” a seqüência PÁRA;
○
○
ai s
.
• o RESET sempre ativa a saída 0, pino 3.
○
1
14
○
SW A
OUT/IN
3
eit
os
○
○
○
OUT/IN
SW D
○
○
As dimensões da placa são 80mm × 55mm.
O layout foi feito para a transferência por fotocópia. Inverta a imagem para obter o lado
cobreado.
○
4
dir
○
○
IN/OUT
○
5
○
○
○
OUT/IN
SW C
8
IN/OUT
st
○
○
do
○
○
○
○
○
Re
○
○
○
se
○
○
rva
○
V1
a.
6
V2
1 µF
11 10
12
V3
1 F
1
2
13
1 F
○
○
ad
8
9
V4
3
4
○
riz
○
○
○
○
○
1 F
○
10 kΩ
1 kΩ
1 kΩ 1 kΩ
○
○
1 kΩ
CN
○
○
○
J3
Figura 73 - Estrutura interna do 4066
e ligações elétricas.
○
○
○
○
○
Có
J4
nã
J5
C1
C2
C3
C4
○
oa
L
E
D
4017
J6
uto
J2
555
5
○
RST
J1
pia
KOUT J0
OUT/IN
9
od
○
7
IN/OUT
os
○
○
CONTROL C
CONTROL D
11
os
○
○
6
VSS
12
CONTROL A
10
SW B
CONTROL B
○
○
○
Placa 80 mm x 55 mm
+
-
13
au
○
2
VDD
tor
IN/OUT
○
A cada saída se encontra um LED sinalizador e um terminal para programação da seqüência. A figura 72 mostra uma PCI sugerida.
○
○
○
○
○
○
○
○
○
Figura 72
135/61
○
○
○
○
○
Re
se
rva
do
st
od
os
os
dir
eit
os
au
tor
ai s
.
Placa sugerida:
ad
a.
Figura 74
oa
uto
riz
Ao receber nível lógico “UM” nas entradas C1, C2, C3 ou C4 o
sinal analógico passa da entrada de sinal para a saída de sinal.
Có
pia
nã
Anotações e Dicas
135/62
○
○
○
○
○
dir
eit
os
au
tor
ais
.
Recorde que os sinais de vídeo composto apresentam tensão de
1 Vpp e são ligados aos aparelhos monitores de vídeo ou televisores
com a função monitor via cabos RCA macho e fêmea blindados.
os
os
Figura 75
Có
pia
nã
oa
uto
riz
ad
a.
Re
se
rva
do
st
od
O CI 4066 funciona bem com sinais de vídeo e áudio, portanto,
o mesmo circuito pode comutar diferentes fontes de áudio para um
amplificador.
Figura 76
135/63
○
○
○
○
○
As quatro primeiras saídas foram ligadas a cada uma das entradas de controle do 4066.
eit
os
au
tor
Com algumas portas lógicas, você pode alterar o circuito variando a seqüência de quatro câmeras.
ai s
.
O pino 10 do 4017 foi ligado ao RESET, desta forma a seqüência fica somente entre as quatro primeiras saídas ressetando logo
em seguida e fechando o ciclo.
os
dir
Formado por portas AND, este circuito agregado ao conjunto
permite que um microcontrolador ou outro circuito digital interrompa a seqüência e mostre as imagens de uma câmera específica.
rva
do
st
od
os
Sinal do
microprocessador
Sinais para
4066
riz
ad
a.
Re
se
Sinais do 4017
uto
Figura 77
pia
nã
oa
Quando o sinal externo estiver em nível lógico “ZERO”, o inversor habilita as quatro portas AND e teremos nas saídas delas os
mesmos níveis da entrada.
Có
Quando o sinal externo enviar sinal lógico “UM”, o inversor
bloqueia todas as portas AND e o sinal segue via diodo para ativar
a imagem de uma só câmera.
Note que os dois diodos fazem o papel de uma porta OR. Lembre que existe, na entrada do 4066, um resistor para o terra que
será a carga dos diodos para conduzir.
135/64
○
○
○
○
○
da
.R
es
e
rva
do
st
od
o
so
sd
ire
ito
sa
ut
ora
is.
O circuito completo está mostrado na figura 78.
ori
za
Figura 78
nã
oa
ut
Você pode colocar mais algumas portas lógicas e criar interrupções para todas as câmeras através de botões, assim o vigilante
não precisa esperar até que chegue a imagem de uma determinada
câmera. Ele também pode parar na câmera que estiver detectando
algo suspeito.
Có
pia
Não foi criada uma sugestão de layout completa. Espera-se que
o aluno junte todos os circuitos interligando através de trilhas, cabos ou jumpers, caso resolva montar este alarme. De qualquer forma ilustramos aqui algumas possibilidades.
Deixamos claro que o projeto de um determinado aparelho é
composto de vários circuitos separados, trabalhando juntos e em
harmonia elétrica.
135/65
○
○
○
○
○
○
○
○
Utilizaremos um controle remoto por rádio freqüência, codificado para abrir e fechar
o portão e a porta de entrada principal.
○
○
Os alarmes se dividem em duas categorias:
○
• os que simplesmente tocam uma sirene ou
sinal sonoro bem ruidoso;
○
○
○
Quando a casa for adentrada pelo portão
com o controle remoto, a sirene não deverá
tocar.
○
○
ai s
.
○
○
• os que tocam a sirene, trancam portas,
acendem as luzes, chamam a polícia por
telefone, etc.
○
tor
○
Com o carro já na garagem e não se passando pelo jardim, só se pode entrar na casa
pela porta principal utilizando o controle remoto para abrir a fechadura elétrica.
○
eit
os
○
○
○
au
○
○
Sugerimos um alarme simples para que
você comece a desenvolver o raciocínio lógico
quanto a sistemas de proteção contra invasão.
○
Qualquer movimento no jardim será
identificado pelo sensor de presença, regulado para pessoas e não para pequenos animais.
○
○
• um portão externo;
dir
○
○
Suponhamos uma casa com:
○
• uma porta dos fundos;
os
○
○
• duas janelas;
os
○
Qualquer tentativa de arrombamento da
porta dos fundos ou das janelas ativará a
sirene pelo alarme.
○
○
• uma porta de entrada principal;
○
Desenvolveremos um circuito eletrônico
de alarme que soará uma sirene quando houver invasão da casa.
st
○
○
od
○
• um jardim grande.
○
se
○
○
rva
○
○
○
do
○
Colocamos também um monitoramento por
câmeras de vídeo seqüenciadas (figura 79).
○
+ 5V
Câmera 1
Câmera 2
Câmera 3
a.
○
○
+ 12V
uto
○
A
+ 5V
○
B
S1
○
S2
○
C
D
CHAVEADOR
DE VÍDEO
○
○
TV
○
○
○
+ 12V
110 Vac
○
○
pia
RELÉ
○
RX-1
Fechadura
Elétrica
○
Có
+ 12V
nã
Sensor de
Presença
○
oa
+ 12V
Câmera 4
ad
○
74LS150
MUX
○
Chave 2
Chave 3
riz
Chave 1
○
○
○
○
Portas Internas e Janelas
Sensores Tipo Chave NA
Re
○
+ 5V
110 Vac
○
○
○
+ 12V
M
Motor do
Portão
○
○
○
RELÉ
CONTADOR
○
RELÉ
MANUAL /
AUTOMÁTICO
○
RX-2
110 Vac
○
+ 12V
○
○
+ 12V
○
○
Figura 79 - Esquema do alarme proposto
135/66
○
○
○
○
○
ai s
tor
Para que haja nível lógico UM na saída do CI é preciso que o
sensor ligado ao terminal A se feche, ou que o sensor ligado ao
terminal B se feche, ou que o sensor preso ao terminal C se feche
ou, ainda, que o sensor de presença detecte algo à sua frente e envie nível lógico UM ao terminal D.
.
O dispositivo de controle é um CI multiplexador, cuja saída,
quando em nível lógico UM, acionará a sirene do alarme.
eit
os
au
Note que S1 e S2 compartilham contato NF com os relés do
portão e da fechadura, respectivamente.
oa
uto
riz
ad
a.
Re
se
rva
do
st
od
os
os
dir
Quando o portão se abrir pelo acionamento do controle remoto,
o contato S1 se abre inibindo o alarme. O mesmo ocorre com a fechadura da porta principal que, quando aberta pelo controle remoto, o
alarme é inibido.
Có
pia
nã
Anotações e Dicas
135/67
○
○
○
○
○
tor
ai s
.
Exercício Proposto
Có
pia
nã
oa
uto
riz
ad
a.
Re
se
rva
do
st
od
os
os
dir
eit
os
au
A partir do circuito da página a seguir descreva o funcionamneto de cada uma das
etapas.
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
135/68
○
○
○
○
○
Có
pia
nã
oa
uto
riz
ad
a.
Re
se
rva
do
st
od
os
os
dir
eit
os
au
tor
ai s
.
135/69
○
○
○
○
○
tor
a
is.
Módulos de
Amplificação
Um sinal de áudio causa a variação de um
sinal elétrico no tempo.
au
○
○
eit
os
○
○
Conheceremos nesta lição alguns circuitos utilizados na indústria, e faremos uma análise de seu funcionamento.
○
es
○
○
.R
○
○
○
○
○
da
Compressão Rarefação
Normal
○
iza
○
Rarefação
do ar
Rarefação
do ar
er
○
○
○
va
○
Resumidamente os alto-falantes são compostos por uma bobina móvel imersa em um
campo magnético forte e presa a um cone, com
a fonte apresentada na figura 80.
Compressão
do ar
do
Compressão
do ar
○
○
○
○
○
○
Alto-falantes são dispositivos transdutores, que convertem sinais elétricos em sinais
sonoros auditivos.
od
○
○
os
○
○
○
os
○
○
○
dir
○
○
○
A passagem de corrente pela bobina do
alto-falante cria um campo magnético que varia de acordo com a variação da corrente. Os
campos magnéticos interagem provocando o
movimento da bobina do alto-falante, para
frente e para trás conforme a polaridade do
sinal elétrico e o sentido da corrente elétrica
(figura 81).
st
7
○
lição
○
○
○
nã
oa
uto
r
Cone
○
Magneto
Ímã
○
○
○
○
○
Bobina
○
1 ciclo
○
Aranha
○
○
○
○
Se desejarmos potência sonora de um altofalante, temos que aumentar o fluxo de corrente na bobina do mesmo. Os módulos amplificadores ou estágios de potência fazem exatamente isto.
○
○
○
Bobina
Figura 81
○
Chassi
Có
pia
Cone
○
○
○
○
○
○
○
○
○
Figura 80
135/70
○
○
○
○
○
○
○
○
Como aumentar o fluxo de corrente por
uma carga de impedância 8, 4 ou 2 ohms? Aumentando a amplitude do sinal de saída e escolhendo os dispositivos de saída que suportem tal tensão e fluxo de corrente.
Módulo
Amplificador
Alto-falante
○
○
○
○
Auto-rádio
○
○
Ligação do módulo ao auto-rádio
○
Figura 82
○
ai s
.
○
Não importa o processo utilizado, pois em
se tratando de automóveis a alimentação é de
12VDC. Assim, 120W consumidos puxam 10A
da bateria.
○
au
○
○
○
tor
○
○
Este tipo de módulo foi muito utilizado.
Seu circuito exigia dois transformadores e
trabalhava em classe AB com transistores
TBJ. O transformador de entrada servia para
casar a impedância do módulo com a saída
do aparelho.
○
○
○
○
eit
os
○
○
As baterias de automóveis fornecem, após
totalmente carregadas, 36 AH (ampéres-hora),
56 AH, 62 AH, etc., quanto mais ampéres-hora,
maior será o volume da bateria.
○
○
○
dir
Como o módulo trabalhava com o sinal já
amplificado, o transformador servia para
ajustar os níveis de tensão e corrente com seu
estágio amplificador de potência classe AB.
○
○
rva
○
TIP 105
Branco
○
○
○
se
Entrada
Marrom
TIP 105
Lilás
Controle
Transformador
de Saída
○
uto
○
○
riz
○
○
ad
○
○
• módulo de amplificação com entrada de
sinal de áudio em níveis padronizados.
a.
○
○
○
Re
○
• módulo de amplificação de acoplamento
direto à saída de potencia do auto-rádio;
Laranja
do
○
○
Transformador
Driver
○
Existem praticamente duas abordagens
com relação a esses amplificadores:
+ 12V
st
○
○
Quantos ampéres são necessários para
um equipamento que consuma 4.000 Watts a
12 VDC?
od
○
○
○
os
○
○
os
○
A opção é manter o motor do veículo ligado. Assim, toda a potência virá do alternador
do veículo.
○
oa
○
○
Figura 83
Note que o circuito é muito simples e todo
o controle de graves, agudos, volume, efeitos,
etc., fica a cargo do aparelho de áudio. A função do módulo é apenas amplificar (em potência) ainda mais o sinal. Como conseguir isto
com apenas 12 V e a mesma carga de 8, 4 ou 2
ohms?
○
○
○
Có
○
○
○
pia
○
○
○
nã
○
○
Observe na figura 82 o método de ligação
do AMP ao aparelho.
○
Alto-falante
○
○
○
Auto-rádio
○
Calculando:
○
○
○
Ligação do auto-rádio
○
○
○
P=
Vef2
[Watt RMS]
R
135/71
○
○
○
○
○
magnéticos de alta-intensidade, condutores
de baixíssima resistência e elementos móveis
de baixo atrito consegue um rendimento melhor na conversão de energias. Ou seja, apesar de ambos terem as mesmas especificações,
um tocará mais alto que o outro com a mesma
potência elétrica dissipada.
.
ai s
○
○
Produz
36 WRMS
○
tor
2Ω
○
Tabela 1
eit
os
○
○
○
au
○
18 WRMS
○
9 WRMS
4Ω
○
8.5 VRms com
carga de
8Ω
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
Supondo um sinal senoidal com freqüência fixa, teríamos 12 Volts pico-a-pico resultando em 8,5 Vef ou VRMS. Deste modo, na tabela 1, para cargas de 8Ω, 4Ω e 2Ω, a potência resusltante é de 9W, 18W e 36 W eficazes.
○
Estes módulos são modernos e de características diferentes. Não trabalham com o
sinal de saída dos auto-rádios, mas sim com a
saída de áudio do estágio de pré-amplificação, logo após os controles de volume, graves, agudos e balanço.
○
os
○
○
○
○
dir
○
○
Atualmente as cargas estão com 4 ohms.
Desta forma cada canal pode produzir até 18
Watts RMS.
○
od
○
○
○
os
○
Somando as potências em um amplificador estéreo, teríamos 36 WRMS.
Alto-falante
○
se
○
○
rva
○
○
○
do
○
○
Auto-rádio
Saída de áudio
(audio-out)
a.
ad
○
○
○
○
○
Re
○
○
Considere isso sobre uma carga de 4 ohms,
cada canal poderia dissipar no máximo 72
WRMS por canal ou 144 WRMS no modo estéreo.
Saída de potência
st
○
Utilizando amplificador classe AB com
saída a transformador, é possível fazer com
que cada semi-ciclo tenha a tensão máxima
de 12 Volts, resultando em 24 Volts pico-apico ou 17 VRMS.
Alto-falante
○
uto
○
○
riz
○
○
Chamamos a atenção de que estes valores de potência não tem nada a ver com intensidade sonora. São valores de energia elétrica dissipada pelo circuito ou consumo de
energia elétrica. A unidade de medida que
mede intensidade sonora é o deciBel.
Módulo
Amplificador
○
○
oa
○
○
Figura 84
○
○
nã
○
Observe, (figura 84) que a saída de potência do aparelho pode continuar a ser utilizada diretamente em alto-falantes.
O módulo amplificador, (figura 85a e
85b) utiliza o sinal do terminal AUDIOOUT, que é uma saída de áudio em níveis
padronizados.
○
○
○
Có
○
○
○
pia
○
Um sinal sonoro de 120 dB é muito alto e
provoca no ser humano a sensação de dor no
ouvido.
○
○
○
○
○
O dispositivo responsável por transformar a dissipação de energia elétrica em sinal
acústico é o alto-falante. Dois alto-falantes
de mesma potência, tamanho e impedância
podem gerar intensidades sonoras diferentes. O alto-falante fabricado com elementos
○
○
○
○
○
○
Alguns módulos têm internamente um
conversor CC-CC para elevar o nível da tensão DC para 24 Volts ou até 40 volts e, com
135/72
○
○
○
○
○
isso, conseguir uma dissipação de energia maior na mesma carga
de impedância de 4 ohms.
GND
+12V
do
st
od
os
REMOTE
os
d
ire
ito
s
au
t
ora
is .
Lembramos que uma bateria pequena para automóvel com 36
AH pode fornecer em torno de 400 Watts em uma hora. Existem
ainda baterias de 54AH, 60AH, etc.
Re
se
rva
Cabo para acionamento remoto
REM OUT
Auto-rádio
Aterramento na
carroceria do
automóvel
-
+
+12V
Bateria de
carro
ori
za
d
a.
Fusível de
50A
-
oa
ut
Figura 85a - Módulo: lado da alimentação
Có
pia
nã
Anotações e Dicas
135/73
○
○
○
○
○
Line OUT (Audio)
Auto-rádio
+
+
-
-
Canal direito
dir
Canal esquerdo
SPEAKER OUT
eit
os
SPEAKER OUT
au
tor
ai s
.
INPUT
Alto-falante de 8 a 10 ohm
os
Alto-falante de 8 a 10 ohm
st
od
os
Figura 85b - Módulo: lado da saída
oa
uto
riz
ad
a.
Re
se
rva
do
Na figura 86 é apresentado um desenho esquemático no modo
vista explodida com detalhes internos do módulo.
Có
pia
nã
Anotações e Dicas
135/74
○
○
○
○
○
tor
ai s
.
eit
os
au
Tampa
os
dir
Dissipador de
alumínio
st
od
os
Fusível
do
Placa de
Circuito Impresso
Terminal de
alimentação
+12VDC
rva
Transistores
Power FET
se
Fusível
oa
uto
riz
ad
a.
Re
Transistores
Power FET
Có
pia
nã
Terminais de
saída para
alto-falante
Fundo
Figura 86
135/75
○
○
○
○
○
Sinal de entrada
canal direito
Sinal de saída
canal direito
POWER FET AMP
+34V
au
+15V
tor
ai s
PRÉ-AMP
.
Para conseguir uma potência maior, estes módulos utilizam o
recurso de aumentar a tensão para alimentar os estágios de saída.
Observe o diagrama de blocos deste amplificador na figura 87.
Sinal de entrada
canal esquerdo
+34V
PRÉ-AMP
dir
+15V
eit
os
INVERSOR CC-CC
+12V
Sinal de saída
canal esquerdo
od
os
os
POWER FET AMP
st
Figura 87
se
rva
do
Os novos módulos utilizam saídas diretas pelos transistores sem
o auxílio de transformadores de saída. Com isso reduz-se o tamanho e o peso do amplificador, em contra-partida é preciso acrescentar circuitos de proteção contra curto-circuito.
riz
ad
a.
Re
Nesses novos módulos são utilizados os POWER FET, que suportam altas correntes, são rápidos no chaveamento e não apresentam os ruídos característicos dos transistores de junção, conforme mostra a figura 88.
TO-3P
1. Gate
2. Drain (Flame)
3. Source
nã
oa
uto
TO-3P
1. Gate
2. Drain (Flame)
3. Source
D
pia
D
Có
G
1
2
G
1
3
2SJ217
2
3
2SK1304
S
S
Figura 88
135/76
○
○
○
○
○
Utilizam-se, também, amplificadores operacionais híbridos
com FET nas entradas para casar a impedância, balancear os níveis de entrada, filtrar ou realçar freqüências.
ai s
.
Na figura 89 são apresentados esquemáticos característicos do
amplificador operacional - Ao, modelo NJM4580L.
NJM4580L - Amplificador Operacional Duplo
tor
PINAGEM
0
B
+ -
7
-
A
+
+
B
-
6
4
5
2
3
4
5
6
7
8
os
1
eit
os
3
A
- +
dir
2
au
8
1
NJM4580L
od
os
NJM4580D, NJM4580E
NJM4580M, NJM4580V
st
CIRCUITO INTERNO EQUIVALENTE
a.
Re
se
rva
do
V+
ad
- ENTRADA
nã
oa
uto
riz
+ ENTRADA
SAÍDA
pia
V+
Có
Figura 89 - Características do A.O. NJM4580L
Um circuito integrado fica responsável pela conversão CC-CC,
mantendo os níveis de tensão estáveis e sem ruídos.
135/77
○
○
○
○
○
TL494 - Controlador de PWM
Controle de saída
6
Cr
8 C1
13
Oscilador
5
D Q
11 C2
CK Q
4
tor
Controlador
de tempo
E1
ai s
9
.
Rr
1,2V
-
EA (+) 16
+
15
-
EA (-)
Band Gap
Reference
1
dir
2
0,7MA
os
EA (-)
2
3
os
+
Comp input
12 V cc
14 VREF
7
GND
od
1
5V
st
EA (+)
PWM
Comp
eit
os
au
10 E2
do
Figura 90
a.
Re
se
rva
O circuito integrado TL494, controlador do conversor CC-CC
por PWM, apresentado na figura 90, utiliza uma tensão de referência de 5 Volts para controlar seu oscilador interno, o qual comandará o chaveamento de transistores em PWM para um transformador elevador de tensão.
uto
riz
ad
Neste ponto, os + 12V da bateria serão chaveados nas bobinas
do transformador, circulando correntes pelas bobinas em dezenas
de ampéres. A potência extraída da bateria será dissipada na saída
do amplificador, atingindo assim potências acima dos 100 Watts.
pia
nã
oa
No secundário do transformador teremos diferentes tensões e
capacidades de corrente. Vale lembrar que a freqüência de
chaveamento do primário não é 60 Hz como na rede elétrica e sim
algo em torno de 40 kHz a 300 kHz.
Có
Para essas freqüências, guardadas as relações VOLT-ESPIRA,
o núcleo deve ser de material permeável magnético, como o ferrite.
São necessárias poucas espiras e a bitola do condutor deve ser tal
que suporte correntes entre 40 e 50 ampéres.
Nestas condições, o usuário do automóvel deve providenciar a
troca da bateria do veículo pela maior possível ou formar um banco
de baterias em paralelo, além de substituir o alternador do veículo
por um de capacidade maior.
135/78
○
○
○
○
○
tor
ai s
.
os
dir
eit
os
au
1 - O que indica a potência elétrica do amplificador?
( ) a) A altura que será tocada a música nos alto-falantes.
( ) b) O consumo de energia da fonte DC.
( ) c) Quanto deve custar o aparelho.
( ) d) Quanto maior, melhor o som.
( ) e) O tamanho do amplificador.
rva
do
st
od
os
2 - Qual é o recurso utilizado para conseguir mais potência das baterias
automotivas de + 12V em uma carga de 4 ohms?
( ) a) Utilizar um transformador de saída no amplificador.
( ) b) Aumentar a impedância.
( ) c) Aumentar as baterias.
( ) d) Colocar um divisor de freqüências.
( ) e) Eliminar os ruídos.
uto
riz
ad
a.
Re
se
3 - Os modernos amplificadores de potência utilizam qual recurso para conseguir maior potência de saída?
( ) a) Utilizam um conversor CC-CC para gerar uma tensão maior e mais
corrente.
( ) b) Aumentar a impedância.
( ) c) Aumentar as baterias.
( ) d) Colocar um divisor de freqüências.
( ) e) Eliminar os ruídos.
Có
pia
nã
oa
4 - Como podemos dividir os amplificadores em relação ao estágio de saída?
( ) a) Classe AB - PWM - híbridos.
( ) b) Saída a transformador - saída direta a transistores FET.
( ) c) Saída a indutor - entrada direta a transistor.
( ) d) Entrada a transistor - saída a transistor.
135/79
○
○
○
○
○
tor
ai s
.
Respostas dos Exercícios Propostos
au
Lição 1
eit
os
1 - Sensores analógicos retornam com um valor de tensão, corrente,
resistência, capacitância ou indutância proporcional a cada variação da grandeza física.
dir
2-C
os
3-E
od
os
4-D
st
Lição 2
do
1-B
rva
2-E
Re
se
3-B
riz
ad
a.
4 - Tempo desejado 5,3 segundos, cada pulso de CLOCK é de 0,01
segundo. Logo 5,3/0,01 = 530 pulsos de CLOCK gastam 5,3
segundos, Convertendo 530 em binário 0010000100102 onde cada
zero corresponde a um INVERSOR.
uto
5 - B+ VCC
oa
GND
10
Input
pulses
*
C
1 nF
Saída
10 kΩ
pia
*
R
Có
555
nã
1 kΩ
Reset
VDD
16
12 Stage
Riplle
Counter
Q1
Q2
Q3
Q4
2
4
13
12
14
15
1
Q6
Q7
Q8
Q9
3 Q5
CD 4040
10 µF
10 µF
11
4,7
kΩ
9
7
6
5
Para acionador
da Carga
8
135/80
6-A
7-A
Lição 3
1-A
ai s
.
2-C
tor
3-
1
2
3
20
dir
21
0
23
22
eit
os
au
4-A
19
os
4
6
od
18
os
5
17
st
7
16
9
11
12
rva
13
10
a.
Re
se
14
do
8
15
ad
5-D
riz
6-A
uto
7-E
oa
Lição 4
Lição 5
pia
3-A
Có
2-A
nã
1-A
1-B
2-A
3-A
4-B
135/81
tor
ai s
.
Bibliografia
eit
os
au
Patente Americana do Timer Eletro-Mecânico e Controle
de Semáforo.
os
os
Catálogo de fabricantes diversos de dispositivos sensores.
dir
Data sheet de diversos componentes MOTOROLA, INTEL,
ATMEL, TEXAS INSTRUMENTS, FAIRCHILD, SIEMENS,
NEC.
st
od
Apostilas de microprocessadores e microcontroladores do
Prof. Wilson Ruiz – CEFET-SP.
do
Apostilas de Rádio – Prof. Wilson Araújo – CEETEPS-SP.
rva
Service Manual XM-2100G da Sony.
Re
se
Site de eletrônica
a.
Prof. Edgar Zuim - CEETEPS-SP.
Có
pia
nã
oa
uto
riz
ad
www.ezuim.com.
135/82

Indice e aresentação - Instituto Monitor - e

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