Disparador Schmitt Teoria, Notas de estudo de Eletrônica

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Eletrônica Eletrônica básica - Teoria

Disparador Schmitt

Disparador Schmitt

© SENAI-SP, 2003

Trabalho editorado pela Gerência de Educação da Diretoria Técnica do SENAI-SP, a partir dos conteúdos extraídos da apostila homônima Disparador Schmitt - Teoria. SENAI - DN, RJ, 1987.

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Introdução

Existe um grande número de circuitos constituídos basicamente por um par de transistores e seus elementos polarizadores.

Alguns destes circuitos, com larga aplicação, já foram apresentados, discutidos e estudados. É o caso dos multivibradores astável, biestável e monoestável.

Esta unidade tratará de mais um circuito constituído basicamente por um par de transistores e com muita aplicação prática: o disparador Schmitt.

Este circuito, simples na sua essência, é muito utilizado para a conversão de sinais analógicos, que variam amplamente ao longo do tempo, em sinais digitais com dois níveis distintos.

Na última unidade desta série de eletrônica básica, você estudará os “sensores” e poderá então aplicar o disparador Schmitt para controles de iluminação, temporização e outros, comprovando então a sua versatilidade.

Pré-requisitos

Para ter sucesso no desenvolvimento dos conteúdos e atividades desta unidade você já deverá ter conhecimentos relativos a:

• Transistor, princípio de funcionamento.
• Saturação e corte.

O disparador Schmitt

O disparador Schmitt ou Schmittrigger, como também é conhecido, é um tipo de circuito biestável largamente empregado nos circuitos eletrônicos digitais.

Sua diferença básica em relação ao biestável convencional reside nas condições de disparo:

• Um biestável comum necessita de uma transição rápida aplicada à entrada de disparo para que ocorra a troca de estado.
• O disparador Schmitt troca de estado em um determinado valor de tensão de entrada , independentemente de uma variação rápida.

Conforme mostra figura acima, a saída do disparador Schmitt se mantém em um estado estável até que a tensão de entrada atinja o valor V’ , quando a saída passa para o outro lado estável.

A principal aplicação do disparador Schmitt é justamente a transformação de um sinal analógico (que assume qualquer valor de tensão ao longo do tempo) em um sinal que está sempre em dois níveis definidos (sinal digital).

O disparador Schmitt pode ser representado pelos blocos mostrados na figura abaixo, que dão a idéia exata do seu comportamento.

Princípio de funcionamento do disparador Schmitt

A figura abaixo mostra o circuito do disparador Schmitt.

Conforme pode-se observar, o circuito do Schmitt difere do biestável convencional porque não tem a realimentação do coletor de T 2 para a base T 1.

No circuito do Schmitt os valores dos resistores da base de T 2 são dimensionados de tal forma que, nesta situação, a corrente na base T 2 seja muito maior que a necessária para a sua saturação.

Tomando como base um disparador Schmitt padrão, as tensões no circuito teriam os valores típicos (em relação ao terra) mostrados na figura abaixo.

Como pode-se observar, V (^) BET 2 = 0,7V e VCET 2 = 0,3V, o que significa T 2 saturado. Enquanto VBET 1 estiver em 0V, a tensão de saída entre o coletor de T 2 e terra será de 1,3V.

A corrente I (^) E2, quando T 2 esta saturado pode ser determinada aproximadamente através da equação:

I (^) E 2 (RC 2 +RE )

VCC VCESAT

Onde VCESAT é de 0,3V para os transistores de silício.

O estado do circuito é estável e só pode ser alterado pela aplicação de um determinado valor de tensão na base de T 1. Esta tensão pode ser fornecida, por exemplo, através de um divisor de tensão conectado à base de T 1.

Se o divisor de tensão aplica um potencial V^1 0,5V positivo à base T 1 permanece cortado porque a base (+ 0,5V) é negativa em relação ao emissor (+1V).

A medida que VE aumenta e VCT1 diminui, diminui o VBE aplicado à base de T 2. T 2 permanece saturado porque a corrente em sua base ainda não caiu abaixo do valor de saturação.

VCT1↓ e VE↑ logo VBE2↓

Quando a tensão entrada atingir um valor tal que T 1 conduza mais fortemente (V (^) BE ≅ 0,6V) a tensão no coletor de T 1 cai rapidamente.

A corrente na base de T 2 já não é mais suficiente para manter T 2 saturado. T 2 começa a sair da saturação em direção do corte.

A corrente I (^) E 2 diminui rapidamente, fazendo com que a tensão do resistor de emissor diminua também rapidamente. T 2 começa a bloquear ⇒ I (^) E 2 ↓ VRE ↓

Com redução na tensão do emissor (de T 1 e T 2 ) o VBET 1 aumenta, conduzindo mais. Em resumo, a partir do momento em que T 2 começa a sair da saturação cria-se um elo de realimentação.

A realimentação faz com que a troca de estado de T 2 seja rápida.

A nova condição do circuito é T 1 saturado e T 2 cortado. Esta situação permanecerá estável mesmo que a tensão de entrada continue aumentando

A figura abaixo mostra valores típicos de tensão no circuito na nova condição, imediatamente após a transição.

Os valores típicos da figura abaixo mostram que VRE cai de 1V (T 2 saturado, T (^1) cortado) para 0,3V quando T 1 está saturado e T 2 cortado.

Para permitir que o circuito volte ao estado original (T 2 saturado ) é necessário fazer com que T 1 corte (VBE1 = 0,5V ou menos).

Isto só irá ocorrer quando V^1 atingir aproximadamente 0,8V (V (^) RE + 0,5V). O gráfico da figura abaixo mostra o retorno do circuito ao estado original.

A figura abaixo mostra um gráfico denominado de curva de transferência do circuito que apresenta o comportamento da tensão de saída em função da tensão de entrada.

A linha tracejada mostra que é preciso que VE atinja 1,6V para que a tensão de saída (coletor de T 2 ) passe de 1,3V para 12V.

A linha de traços e pontos mostra que uma vez que T 2 esteja cortado (VS = 12V) é necessário que a tensão de entrada caia para 0,8V, para que T 2 volte a saturar.

Esta diferença entre os valores de tensão para troca de um estado para o outro, é denominada de histerese.

Redução da histerese do

disparador Schmitt

Em muitas ocasiões a histerese é indesejável, sendo necessário reduzi-la a um valor mínimo. Uma das formas de reduzir a histerese é alterando o ganho do circuito através do resistor de coletor de T 1. Entretanto, corre-se o risco de tornar o circuito instável.

Outra forma consiste em acrescentar uma resistência em série apenas com o emissor de um dos transistores.

A figura abaixo mostra o resistor acrescentando em série com T 1.

Nesta posição o resistor não altera o comportamento de T 2 , de forma que a tensão de entrada em que T 2 vai da saturação para o corte ( V ) permanece inalterada. 11

Já a tensão de retorno ( V ) torna-se maior com acréscimo do resistor, resultando em 21

uma redução da histerese.

As figuras abaixo ilustram a histerese de um circuito sem o resistor e com o resistor.

Também é possível manter V’ 2 fixo e reduzir V’ 1 diminuindo a histerese, colocando um resistor em série somente com T (^) 2.

As figuras abaixo ilustram o efeito do acréscimo de RE2 em série com T 2.

Sem o resistor RE2 (Histerese 1v) Com o resistor RE2 (Histerese 0,5v)