Osciladores: Explique como funciona um oscilador de sinal quadrado e cite um exemplo de aplicacao.
Passo 1
Beleza, a questão pede pra explicar como funciona um oscilador que gera sinal quadrado e, no final, dar um exemplo de aplicação. Isso entra na parte de circuitos osciladores em eletrônica, onde precisamos entender realimentação positiva, comparadores (ou amplificadores operacionais com histerese) e redes RC que determinam o tempo de carga e descarga.
Passo 2
Primeiro, o que é um oscilador de sinal quadrado?
– É um circuito que produz uma saída que alterna entre dois níveis (por exemplo 0 V e +5 V) em intervalos regulares.
– Para isso, ele usa realimentação positiva: o sinal de saída volta pra entrada de forma a virar o estado do circuito assim que bate num limite.
– A frequência dessa alternância vem do tempo que um componente (geralmente um capacitor) leva pra carregar e descarregar.
– É um circuito que produz uma saída que alterna entre dois níveis (por exemplo 0 V e +5 V) em intervalos regulares.
– Para isso, ele usa realimentação positiva: o sinal de saída volta pra entrada de forma a virar o estado do circuito assim que bate num limite.
– A frequência dessa alternância vem do tempo que um componente (geralmente um capacitor) leva pra carregar e descarregar.
Passo 3
Vamos ver a teoria por trás disso:
-
Histerese e comparador (Schmitt Trigger)
Um comparador com histerese tem dois limites de tensão, V_TH (limite alto) e V_TL (limite baixo).- Quando o sinal de entrada ultrapassa V_TH, a saída vai pro nível alto.
- Quando cai abaixo de V_TL, a saída vai pro nível baixo.
Isso cria um “vai e vem” automático se você aplicar um sinal que sobe e desce devagar (como a tensão de um capacitor carregando).
-
Rede RC como gerador de rampa
– Um capacitor C carrega através de uma resistência R até um nível, depois descarrega pelo mesmo caminho.
– A equação de carga é– Quando v_C(t) atinge V_TH, o comparador muda a saída e o capacitor começa a descarregar até V_TL.
– Então ele carrega de novo, e o ciclo se repete. -
Fórmula geral da frequência
Em muitos esquemas simples, o tempo de carga e descarga é igual, então o período T ≈ 2·R·C·\ln\frac{V_supply-V_TL}{V_supply-V_TH}. A frequência é
Passo 4
Exemplo prático: o famoso circuito com o temporizador 555 em modo astável
– No 555, temos dois resistores R_A, R_B e um capacitor C.
– O pino de disparo e o de limiar formam uma histerese interna que vira a saída alto/baixo.
– O capacitor carrega por R_A+R_B até 2/3·Vcc e depois descarrega só por R_B até 1/3·Vcc.
A frequência aproximada desse astável é:
– No 555, temos dois resistores R_A, R_B e um capacitor C.
– O pino de disparo e o de limiar formam uma histerese interna que vira a saída alto/baixo.
– O capacitor carrega por R_A+R_B até 2/3·Vcc e depois descarrega só por R_B até 1/3·Vcc.
A frequência aproximada desse astável é:
Passo 5
Um exemplo de aplicação real
– Relógios de microcontroladores e de circuitos digitais: eles precisam de um sinal quadrado estável como referência de tempo (clock).
– Outros usos: gerador de tom em sonares, pisca-pisca de LED (para indicar funcionamento), PWM simples etc.
– Relógios de microcontroladores e de circuitos digitais: eles precisam de um sinal quadrado estável como referência de tempo (clock).
– Outros usos: gerador de tom em sonares, pisca-pisca de LED (para indicar funcionamento), PWM simples etc.
Resposta
Um oscilador de sinal quadrado funciona usando realimentação positiva (histerese) junto com uma rede RC que carrega e descarrega um capacitor entre dois limiares, fazendo a saída “piscar” entre dois níveis. Um exemplo clássico é o temporizador 555 em modo astável, cujo sinal quadrado é usado como clock em microcontroladores.