Um multivibrador é um circuito que alterna entre AGUDO e BAIXO para criar pulsos, sinais de temporização e ações de comutação. Ele pode funcionar continuamente, produzir um pulso temporizado ou manter um estado até que uma nova entrada o mude. Este artigo aborda seus tipos, operação, temporização, formas de circuito, projeto do temporizador 555 e aplicações.
Visão geral do multivibrador
Um multivibrador é um circuito eletrônico que alterna entre dois estados de saída, chamados ALTO e BAIXO. Ele faz isso de forma controlada para gerar sinais de temporização, pulsos ou ações de comutação em regime estacionário. Dependendo do seu design, um multivibrador pode alternar sozinho, produzir um pulso único quando acionado ou permanecer em um estado até que uma nova entrada o mude.
Multivibradores são comuns em muitos circuitos eletrônicos porque ajudam a controlar o tempo e o fluxo de sinal. Eles são usados em geradores de pulsos, circuitos de atraso de tempo, circuitos de luz intermitente, circuitos de alarme e tom, circuitos de memória simples e circuitos de contagem. Esses circuitos podem ser feitos com portas lógicas, transistores, amplificadores operacionais ou CIs temporizadores como o temporizador 555.
Tipos de Multivibradores
Multivibradores Estáveis
Um multivibrador estável não possui um estado de saída estável. Assim que a energia é aplicada, ele continua alternando entre ALTO e BAIXO sem precisar de nenhum gatilho. Isso o torna um oscilador de funcionamento livre.
Sua ação é controlada por uma rede capacitor-resistor. O capacitor carrega e descarrega ao longo do tempo. Quando sua tensão atinge um certo nível, a saída muda de estado. Esse ciclo se repete, produzindo uma onda contínua quadrada ou retangular. A velocidade de comutação depende dos valores RC, e o ciclo de trabalho depende dos caminhos de carga e descarga.
Multivibradores Monoestáveis
Um multivibrador monoestável possui um estado estável e um estado temporário. Ele permanece em seu estado normal até receber um sinal de gatilho. Depois disso, ele muda de estado por um período determinado de tempo e depois retorna ao seu estado estável.
Essa ação de temporização é controlada por um resistor e um capacitor. Uma vez acionado, o capacitor começa a carregar ou descarregar. Quando sua tensão atinge um limite estabelecido, o circuito retorna ao seu estado original. Como cada gatilho produz um único pulso de saída, esse tipo também é chamado de circuito de disparo único.
Multivibradores Estáveis
Um multivibrador bistábulo possui dois estados de saída estáveis. Ele não liga nem retorna ao estado padrão sozinho. Ele permanece em um estado até que um sinal de entrada diga para mudar.
Este tipo utiliza feedback positivo para manter seu estado atual. Entradas como Set, Reset ou Toggle controlam quando a saída muda. Como não há ação automática de temporização, a saída permanece em seu estado atual até que outra entrada chegue.
Operação e Temporização do Multivibrador
Todos os multivibradores operam com base em dois princípios básicos: feedback positivo e uma rede de temporização. O feedback positivo ajuda o circuito a mover-se fortemente para um de dois estados de saída. A rede de temporização, frequentemente feita com um resistor e um capacitor, ajuda a decidir quando a saída deve mudar de um estado para o outro.
Em muitos circuitos multivibradores, o capacitor carrega ou descarrega através de resistores ao longo do tempo. À medida que sua voltagem sobe ou desce, ela segue uma curva exponencial em vez de mudar em linha reta. Quando essa tensão atinge um limite estabelecido, o circuito muda de estado. O feedback positivo então reforça o novo estado e prepara o circuito para a próxima mudança.
Como funciona o tempo RC?
• Um capacitor carrega ou descarrega através de um ou mais resistores.
• A tensão do capacitor varia exponencialmente.
• Quando a tensão atinge um nível limite, a saída se alterna.
• O feedback positivo ajuda a travar o circuito em seu novo estado.
• O ciclo então continua com base no tipo de circuito.
Principais termos de temporização e forma de onda
• Largura de pulso (TON ou TOFF) - o tempo em que a saída permanece em um estado
• Período (T) - o tempo necessário para um ciclo completo
• Frequência (f) - o número de ciclos por segundo
• Ciclo de trabalho (D) - a porcentagem de um ciclo em que a produção permanece ALTA
• Aresta ascendente - a mudança de BAIXO para ALTO
• Borda descendente - a mudança de ALTO para BAIXO
Fórmulas Básicas
• Frequência:
f = 1 / T
• Ciclo de trabalho:
D = (T_HIGH / T) × 100%
Implementações de Circuitos Multivibradores
Multivibradores com porta lógica
• Construído com portas NAND, NOR ou inversor
• Usar peças de temporização RC para controlar a comutação
• Produzir saídas que correspondam aos níveis de lógica digital
• Encaixam bem em circuitos que já utilizam CIs lógicos
Multivibradores transistores
• Construído com transistores, resistores e capacitores
• Mostrar cada estágio de comutação de forma mais direta
• Permitir o design de circuitos flexíveis
• Pode ser configurado para diferentes condições de tensão ou corrente
Amplificador operacional e multivibradores comparadores
• Uso de amplificadores operacionais ou comparadores com feedback positivo
• Incluir redes RC para controlar o tempo
• Pode produzir fortes variações de tensão de saída
• Funcionar bem com circuitos de sinal analógico
Multivibradores temporizadores 555
• Usar o CI temporizador 555 em modo instável ou monoestável
• Necessita apenas de um pequeno número de componentes externos
• Oferecer controle de tempo simples e constante
• Suportar uma ampla faixa de larguras e frequências de pulso
Projeto de Multivibrador com Temporizador 555
Níveis internos de limiar
• Limiar inferior: 1/3 VCC
• Limiar superior: 2/3 VCC
• A tensão do capacitor se move entre esses dois níveis para controlar a comutação
Configuração 555 Estável
No modo instável, o 555 alterna entre ALTO e BAIXO sem um gatilho externo. Essa ação é definida por dois resistores, R1 e R2, e um capacitor, C. O capacitor carrega através de ambos os resistores e descarrega através de um, criando uma forma de onda de saída repetitiva.
Fórmulas de temporização instáveis
• TEMPO MÁXIMO: t1 = 0,693 (R1 + R2) C
• TEMPO MÍNIMO: t2 = 0,693 (R2) C
• Período: T = t1 + t2 = 0,693 (R1 + 2R2) C
• Frequência: f = 1 / T
Configuração 555 monoestável
No modo monoestável, o 555 permanece em um estado estável até receber um pulso de disparo. Quando a tensão de disparo cai abaixo de um terço do VCC, a saída fica ALTA e o capacitor de temporização começa a carregar através do resistor R. Quando a tensão do capacitor atinge dois terços do VCC, a saída retorna para BAIXO.
Isso cria um pulso para cada sinal de disparo. A largura do pulso depende dos valores do resistor e capacitor escolhidos para a rede de temporização.
Benefícios de usar o 555
• Utiliza apenas um pequeno número de peças externas
• Proporciona um tempo estável e previsível
• Suporta uma ampla faixa de larguras e frequências de pulso
• Funciona tanto em modos instáveis quanto monostáveis
• Torna o projeto de temporização mais simples por meio de limiares internos fixos
Aplicações com Multivibradores
Circuitos de Relógio e Cronometragem
Multivibradores são frequentemente usados para criar sinais de temporização repetitivos e atrasos controlados. Esses sinais ajudam os circuitos a comutar em intervalos regulares ou a esperar um tempo determinado antes de mudar de estado.
Circuitos de Sinalização Visual
Eles também são usados em circuitos de sinalização visual onde uma saída precisa piscar, piscar ou comutar em um padrão repetido. Isso os torna úteis para temporização baseada em luz e indicação de status.
Circuitos de Áudio e Alerta
Multivibradores podem gerar pulsos repetidos que são usados em circuitos produtores de som. Ao controlar a taxa de comutação, eles ajudam a criar sinais de alerta ou tom estáveis.
Circuitos de condicionamento de sinal
No condicionamento de sinais, multivibradores ajudam a moldar e controlar os sinais de entrada. Eles podem limpar mudanças instáveis, estender pulsos curtos ou criar um sinal de saída mais uniforme.
Lógica e Controle de Estado
Alguns multivibradores são usados para manter um dos dois estados de saída até que uma nova entrada mude a entrada. Isso os torna úteis em circuitos que exigem controle simples de estado, armazenamento ou contagem repetida.
Vantagens e limitações do multivibrador
| Vantagens | Limitações |
|---|---|
| Estrutura simples de circuito com um pequeno número de componentes | O tempo baseado em RC pode desviar devido a tolerâncias de peças, temperatura ou mudanças na alimentação |
| Operação flexível para oscilação, geração de pulsos ou armazenamento de estados | Sinais de disparo ruidosos podem causar comutação falsa ou mudanças instáveis na saída |
| Pode ser construído com transistores, portas lógicas, amplificadores operacionais, comparadores ou um temporizador 555 | Cronometragem muito preciso pode exigir peças de precisão ou um circuito dedicado de temporização |
| Funciona bem para circuitos de temporização, comutação e controle de pulsos | A carga de saída pode afetar a forma da forma de onda ou o tempo em alguns circuitos |
Conclusão
Multivibradores são circuitos simples usados para temporização, geração de pulsos e controle de estado. Tipos estáveis, monoestáveis e bistáveis funcionam de maneiras diferentes, mas todos dependem da troca entre dois estados de saída. O comportamento deles é moldado pelo feedback positivo e pelo timing RC. Com diferentes formas de circuitos, 555 projetos de temporizador, aplicações e pontos de projeto, os multivibradores continuam sendo uma parte útil dos circuitos eletrônicos.
Perguntas Frequentes [FAQ]
Uma onda quadrada é igual a uma onda retangular?
Não. Uma onda quadrada tem tempos iguais para ALTO e BAIXO. Uma onda retangular tem tempos ALTOS e BAIXOS desiguais.
Por que o feedback positivo é usado em um multivibrador?
O feedback positivo ajuda o circuito a alternar rapidamente e a se manter estável tanto no estado ALTO quanto no BAIXO.
O que mudar o capacitor faz em um circuito multivibrador?
Isso muda o tempo. Um capacitor maior faz o circuito comutar mais lentamente. Um capacitor menor faz com que ele comute mais rápido.
Um multivibrador pode produzir mais de uma forma de onda?
Sim. A saída principal é uma forma de onda comutada, mas a tensão do capacitor pode mostrar uma forma de onda que sobe e desce.
Por que a voltagem de alimentação importa em um multivibrador?
A tensão de alimentação afeta os níveis de comutação e o tempo. Se mudar, o tempo de saída também pode mudar.
Todo multivibrador é um oscilador?
Não. Apenas um multivibrador instável funciona como oscilador porque ele alterna continuamente sozinho.
