Um transistor ou multivibrador BJT é um circuito de comutação de dois estágios que é configurado de maneira cruzada. Isso permite que cada um dos estágios BJT ativos seja acoplado de forma regenerativa com o outro estágio BJT, de modo que um seja ligado quando o outro for desligado e vice-versa.
Este acoplamento cruzado pode ser configurado para alternar de forma estável ou semi-estável. Sempre que um acoplamento cruzado estável for necessário, a chave do transistor continua na condição LIGADO ou DESLIGADO até que uma entrada de sinal externa o force a mudar.
Uma vez que o circuito é acoplado de forma cruzada em um modo semiestável, o transistor trava originalmente em uma posição LIGADO ou DESLIGADO. No entanto, após algum atraso, conforme especificado pela constante de tempo RC do acoplamento cruzado, o transistor é imediatamente “desbloqueado” novamente.
Tipos de Multivibrador Transistor
As Figuras 1 a 4 ilustram circuitos para os quatro tipos mais básicos de circuitos multivibradores de transistores.
- Biestável: Um multivibrador transistorizado biestável pode ser usado para gerar estados fixos de saída ON ou OFF em resposta ao pressionar de um botão.
- Astável: Em um multivibrador astável os transistores ligam/desligam alternadamente e este ciclo continua indefinidamente enquanto o circuito estiver energizado. A frequência de comutação é determinada pelos componentes RC do circuito.
- Monoestável: Em um circuito monoestável transistorizado, a saída pode ser ligada momentaneamente por um período de tempo desejado pressionando um botão de disparo associado. O atraso de tempo é decidido pelo componente de temporização RC do circuito.
Um exemplo de multivibrador biestável acionado (dois estados estáveis) é mostrado na Fig. 1, que pode ser acionado manualmente.
A polarização de base de cada transistor é derivada através do coletor do segundo transistor, fazendo com que o primeiro transistor desligue quando o segundo transistor for ligado e vice-versa.
Desligando momentaneamente Q1 com S1, a saída pode ser empurrada para baixo; o circuito permanecerá nesta condição até que Q2 seja desligado por S2.
A saída trava no estado alto nesse ponto e o processo pode ser repetido enquanto o circuito permanecer energizado.
Um multivibrador monoestável (estado estável único) ou circuito gerador de pulso de disparo único é mostrado na Figura 2.
A saída desta configuração é normalmente baixa, porém se Q2 for momentaneamente desligado com S1, ele ficará alto por um determinado período de tempo (definido pelos valores de C1 e R2).
Multivibrador Astável
Um multivibrador astável (sem estados estáveis) ou gerador de ondas quadradas de funcionamento livre é mostrado na Figura 2.
Os valores de R3 e C1, assim como R2 e C2, definem os tempos de ativação e desativação da onda quadrada.
Um gatilho Schmitt, geralmente conhecido como conversor de forma de onda senoidal para quadrada, é mostrado na Figura 3.
O transistor Q2 muda rapidamente de LIGADO para DESLIGADO, ou vice-versa, quando a base do transistor Q1 sobe acima ou cai abaixo dos limites de tensão de disparo predefinidos.
Os parágrafos a seguir explicam os 3 circuitos multivibradores básicos de transistores acima em mais detalhes:
Multivibrador de transistor monoestável
O gerador de pulsos acionado na Fig. 4 indica um exemplo de um circuito multivibrador monoestável.
Normalmente, R2 leva o transistor Q2 à saturação, resultando em uma saída baixa (derivada do coletor do transistor Q2).
Nesta circunstância, o transistor Q1, que obtém sua polarização de base através do coletor do transistor Q2 e do resistor R4, é desligado e seu coletor está agora com 100% de tensão de alimentação.
Quando a chave S1 é fechada brevemente, um sinal START é aplicado a Q2. Q2 desliga, forçando a saída alta e ligando Q1 via R4. O desligamento de S1 causa atividade de comutação regenerativa.
Quando a reação regenerativa é implementada, a carga em C1 aciona a base do transistor Q2 negativa.
Através de R2, C1 começa a descarregar. Sua carga finalmente cai ao ponto em que Q2 liga novamente, causando o desencadeamento de mais uma reação regenerativa.
Em seguida, o pulso de saída para e ambos os transistores restauram seus estados originais, completando a atividade do circuito.
Portanto, quando um sinal de disparo de entrada é aplicado desligando brevemente a chave S1, um pulso positivo é criado na saída do circuito multivibrador monoestável. Os valores de R2 e C1 definem o período do pulso.
A equação a seguir fornece a relação:
Período de pulso = -0,7 x R2 x C1
O tempo de pulso é medido em microssegundos, C é medido em microfarads e R é medido em kilohms. Simplesmente ativar uma chave momentânea ou fornecer sinais de comando de entrada pode acionar o circuito na Fig. 2.
Um pulso negativo aplicado à base de Q2 ou um pulso positivo aplicado à base de Q1 pode ser usado como sinal de disparo.
Um projeto realista para um multivibrador monoestável acionado mecanicamente é mostrado na Figura 5-a. Ele pode ser iniciado entregando um pulso positivo à base de Q1 via R2 usando a chave momentânea S1.
As formas de onda do circuito são mostradas na Figura 5-b. Durante a operação, a junção base-emissor de Q2 é reversamente polarizada por uma tensão de pico que é igual ao nível de tensão de alimentação, conforme mostrado na Fig. 5.
Isso implica que, para evitar danos ao transistor, a tensão máxima de alimentação deve ser restrita a cerca de 9 volts.
Se o diodo de silício D1 estiver conectado em série com a base de Q2, uma tensão de alimentação maior do que o valor de ruptura do emissor de base reversa de Q2 pode ser fornecida de forma confiável, conforme ilustrado na Fig. 5.
No circuito da Fig. 5, a magnitude do resistor de temporização R3 deve ser significativamente maior em comparação com R1, mas menor que o produto de R5 e o hFE de Q1.
O tempo de pulso na Fig. 5 é de 50 milissegundos dividido pelo valor do capacitor C1 em microfarads. Com o valor de Cl conforme indicado no diagrama, a saída de temporização de pulso será de 5 segundos.
Multivibrador de transistor com períodos de atraso
Quando Q2 na Fig. 5 é substituído por uma combinação de transistor Darlington, o circuito pode fornecer intervalos de tempo muito longos. Conforme demonstrado na Fig. 6, essa substituição leva a um hFE relativamente alto e permite o uso de grandes valores de R3.
Com os valores dos resistores e capacitores ilustrados, o circuito da Fig. 6 pode ser fornecido através de qualquer fonte DC com uma saída entre +6 e +15 volts para produzir um comprimento de saída de pulso de aproximadamente 100 segundos.
Lembre-se de que o comprimento do sinal de disparo de entrada é crítico para um circuito monoestável acionado manualmente como os mostrados nas Figuras 5 e 6.
Quando um pulso positivo é fornecido à base de Q1 na Fig. 5 ou Q3 na Fig. 6, o circuito é ativado.
O período terminará regenerativamente assim que este pulso for retirado antes que o multivibrador monoestável termine seu período de tempo usual, conforme mencionado anteriormente.
O ciclo de temporização terminará de forma não regenerativa caso o sinal de disparo não tenha sido eliminado dentro do período em que o monoestável atinge seu período de temporização normal.
O pulso de saída teria uma duração e tempo de queda mais longos como resultado disso em comparação com se o sinal de disparo fosse encerrado mais cedo.
Como acionar usando formas de onda
As Figuras 7 e 8 demonstram duas abordagens diferentes de ativação do gerador de pulso monoestável usando formas de onda de entrada. Um sinal de entrada de onda quadrada com um breve tempo de subida aciona o circuito para cada cenário.
O circuito de diferenciação, que consiste em C1 e R1, diferencia esta forma de onda para gerar um pulso de ativação curto.
O sinal de entrada diferenciado é retificado usando o diodo D1 no circuito da Fig. 7, resultando em um pulso de disparo positivo na base do transistor Q1, caso seja introduzido um sinal de disparo externo.
No entanto, o sinal diferenciado é fornecido à porta do transistor Q1 no circuito da Fig. 8.
O sinal de disparo agora se tornou independente de Q2 devido a esta alteração no design. Para otimizar a estrutura da forma de onda de saída, o capacitor de “aceleração” C3 é conectado em paralelo com o resistor de feedback R5 na Fig. 8.
Com os valores indicados de resistores e capacitores nas Figs. 7 e 8, ambos os circuitos produzem uma duração de pulso de saída de aproximadamente 110 microssegundos.
Com valores apropriados para o capacitor C2 e o resistor R4, essa duração pode ser ajustada de uma fração de microssegundo a muitos segundos.
Quando regulados por um gatilho Schmitt ou circuito conversor de onda senoidal para onda quadrada equivalente, os circuitos nas Figuras 7 e 8 podem ser ativados através de uma onda senoidal ou outras ondas não retangulares.
Circuitos multivibradores biestáveis a transistor
A Figura 9 mostra um projeto realista para o multivibrador biestável acionado mecanicamente descrito na Figura 1 e explicado anteriormente.
Este circuito também é caracterizado como um flip-flop R/S (reset/set) e é uma memória digital rudimentar, semelhante a um switch SPDT.
Ao travar brevemente o interruptor S2, a saída pode ser ajustada para o estado alto. (Em outras palavras, aplique um pulso negativo na base de Q2.)
O circuito subsequentemente “lembra” essa condição até que S1 seja momentaneamente fechado, redefinindo-o para o estado baixo (o que também pode ser feito aplicando um pulso negativo na base de Q1).
Este novo estado é então “lembrado” pelo circuito até que S2 o redefina. Enquanto a energia for fornecida, o ciclo continuará se repetindo para sempre.
Um par de diodos de orientação (diodos D1 e D2) e peças acompanhantes podem ser adicionados ao circuito na Fig. 9 para fornecer uma função de divisão por dois ou contagem, conforme ilustrado na Fig. 10.
Quando um pulso de disparo negativo é fornecido ao circuito da Fig. 10, ele muda de estado.
O circuito criará um sinal de saída de onda quadrada a 1/2 da frequência de entrada caso, por exemplo, os pulsos de entrada sejam gerados a partir de um pulso de onda quadrada.
O circuito cria alguns sinais de saída de 180° fora de fase, designados Q1 e Q2. A chegada dos equivalentes CMOS IC de circuitos contadores biestáveis eliminou essencialmente a necessidade de montagem transistorizada discreta de tais projetos de multivibradores.
Multivibradores de transistor com gatilhos Schmitt
O circuito de disparo Schmitt é o último membro da família de multivibradores a ser explorado.
É um circuito de comutação sensível à tensão que alterna seu estado de saída sempre que o sinal de entrada aumenta além e cai abaixo de certos valores de limite superior e inferior.
O gatilho Schmitt transforma ondas senoidais em ondas quadradas, como visto na Figura 11.
O circuito de disparo Schmitt é uma configuração acoplada ao emissor, que consiste em um acoplamento cruzado entre a base e o coletor do transistor Q1, permitindo uma comutação regenerativa.
Ao desviar R4, o capacitor C2 acelera a velocidade de comutação. Uma tensão CC é sobreposta ao sinal de entrada de onda senoidal. (A tensão fornecida à base de Q1 é ajustada pelo potenciômetro do trimmer R8 e pelos resistores R1 e R2).
Um sinal de entrada de onda senoidal com uma amplitude mínima de 0,5 volts rms é necessário para um disparo Schmitt efetivo. R8 deve ser modificado para maximizar a uniformidade da amplitude do sinal de saída da onda quadrada com a amplitude do sinal de entrada.
Em frequências de aproximadamente algumas centenas de quilohertz, o gatilho Schmitt funciona bem como um conversor de onda senoidal para onda quadrada.
O circuito pode gerar sinais de saída de onda quadrada com tempos de subida de apenas alguns microssegundos.
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