ela008 008 aula comparadores

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Engenharia mecatrônica 2018/2

Multivibradores

Filipe Andrade La-Gatta filipe.lagatta@ifsudestemg.edu.br

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Multivibradores biestáveis

Implementam circuitos conhecidos como osciladores não lineares ou geradores de função.

Há três tipos de multivibradores: biestável, monoestável, astável. Nesta aula o foco são os biestáveis:

Figura:Analogia física para o conceito de biestabilidade.

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Multivibradores biestáveis Malha de realimentação

Malha de realimentação

Princípio básico: AmpOp com realimentação positiva, e ganho maior que a unidade.

Figura:Circuito com realimentação positiva.

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Ao analisar percebe-se que a tensão em v+, por mais próxima de zero que seja, em

determinado momento sofrerá influência de ruído, e portanto será amplificada de acordo com o ganho em malha aberta, A.

Parte dessa saída será realimentada por R2até o terminal v+, levando a aumento

da diferença para o terra, iniciando um ciclo de incrementos, sempre por uma fração

β ≡ R1/(R1+ R2), ( em v+) (1)

levando a

vo = Aβ. (2)

Assim, caso Aβ > 1, inicia-se esse processo regenerativo, até que a saída sature em L+.

E a tensão passa a ser

v+= L+R₁/(R₁+ R₂), (3)

que é positivo, e mantém a saída do circuito indefinidamente em L+.

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Caso haja um incremento em v+negativo, ao contrário do suposto inicialmente, o

AmpOp entra em saturação negativa

vo= L₋, (4)

e

v+= L₋R₁/(R₁+ R₂) (5)

Que é o outro modo de estabilidade do circuito.

E raramente o circuito se mantém com v+= 0 e vo= 0 por muito tempo

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Multivibradores biestáveis Características de transferência do circuito biestável inversor

Características de transferência do circuito biestável

Pela figura anterior, há dois nós ligados ao terra, e portanto duas alternativas podem ser propostas.

Neste primeiro momento, propoem-se

Figura: Sinal conectado à entrada inversosa do AmpOp.

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Assumindo que vo = L+, e obviamente v+= βL+.

Caso vI comece a variar para valores positivos, não haverá mudanças enquanto vI

não alcança v+= βL+.

Quando este valor de vI > βL+, começa a surgir uma diferença de potencial entre

os terminais do AmpOp.

Essa diferença de tensão recebe o sinal negativo (ganho de malha aberta) e pelo divisor de tensão da realimentação positiva v+< 0 reforçando a diferença de

tensão entre os terminais, reforçando o processo regenerativo, e levando a vo= L₋ e consequentemente v+= βL₋.

De todo esse processo percebe-se que o circuito passa a representar um comparador com tensão de limiar (threshold) VTH = βL₋.

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No caso da tensão vI tender a valores negativos, a lógica usada é a mesma, porém

só haverá mudanças na saída saturada em L− no ponto em que vI = βL−, e uma

tensão positiva surge entre os terminais do AmpOp, levando a uma tensão na saída do AmpOp positiva, iniciando a acção regenerativa, levando a vo= L+e

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E a combinação das duas características de transferências parcias leva a

Em que VTH = βL+ VTL= βL − Histerese ≡ VTH_{− V}TL= β(L+− L₋) β = R1/(R1+ R2)

A saída tem sentido lógico negado ao sentido lógico da entrada.

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Características de transferência do circuito biestável não

inversor

Pela simples inversão do nó de conexão da fonte de sinal ao circuito do multivibrador, propoem-se agora o seguinte circuito:

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Analisando o nó em v+, aplica-se o princípio da superposição em vI e em vo, e

pode-se escrever que

v+= vI R2

R1+ R2

+ vo R1

R1+ R2

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Assumindo o circuito no estado estável vo= L+, valores positivos de vI não têm

efeito (regeneração positiva).

Caso faça-se vI negativos tais que v+= 0, tem-se então a troca da saída.

E portanto VTLpode ser calculado na equação acima para a condição de v+= 0 e

vI = VTLlevando a VTL= −L+ R1 R2 (7)

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E quando vo= L

− os valores negativos de vI tornarão v+mais negativa, em

regeneração negativa.

Para retornar à saída positiva, basta fazer com que v+seja ligeiramente positiva.

Este limiar, VTH, pode ser calaulado na mesma equação do nó de v+caso

vo= L₋ e v+= 0, levando a

VTH = −L₋ R1

R2

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Multivibradores biestáveis Características de transferência do circuito biestável inversor E a característica de transferência é Em que VTH = βL − VTL= βL+ Histerese ≡ VTH_{− V}TL= β(L −− L+) β = −R1/R2

A saída tem sentido lógico igual ao sentido lógico da entrada.

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Multivibradores biestáveis Histerese

Histerese

Casos em que se deseja usar os multivibradores para comparação de valores de tensão, deve ser tomado com as variações dos sinais em análise.

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Multivibradores biestáveis Aumentando a precisão da saída

Aumentando a precisão da saída

Como L+ e L₋ podem variar entre CIs, vários circuitos podem ser propostos para

melhorar a precisão dos níveis de saída, e consequentemente os valores de referência.

Baseia-se principalmente no uso de circuitos limitadores cascateados aos AmpOp’s

Figura:Para este circuito, L+= VZ1+ VD e L−= −(VZ2+ VD)

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Ou um circuito mais aprimorado:

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