Questão 1: Circuitos geradores de clock
Sobre geração de sinais de clock, responda:
Descreva o temporizador 555 e disserte sobre seu funcionamento como multivibrador astável.

Passo 1

O enunciado pede para a gente descrever o temporizador 555 e explicar como ele funciona quando está configurado como multivibrador astável (ou seja, gerador de pulsos contínuo). Para isso, vamos primeiro entender a arquitetura interna do CI e depois ver como a ligação externa com dois resistores e um capacitor faz com que ele oscile.

Passo 2

O temporizador 555 é um circuito integrado que contém internamente:
– Dois comparadores (um compara a tensão do pino 6 com 2/3\,V_{CC} e o outro compara a tensão do pino 2 com 1/3\,V_{CC}).
– Um flip-flop SR que muda de estado com as saídas dos comparadores.
– Um transistor de descarga que, quando saturado, conecta o pino 7 (discharge) ao terra.
– Um estágio de saída capaz de fornecer ou drenar corrente no pino 3 (output).
Além disso ele tem pinos para alimentação ( V_{CC} e GND), reset (pino 4), controle de tensão (pino 5), além dos já citados threshold (6), trigger (2) e discharge (7).

Passo 3

Para configurá-lo como multivibrador astável, faz-se a ligação externa assim:
– Conecta R_A entre V_{CC} e o pino 7.
– Conecta R_B entre o pino 7 e os pinos 2 e 6 (que ficam unidos).
– Conecta o capacitor C entre os pinos 2/6 e o terra.
No início, o capacitor está descarregado e a tensão em 2/6 é abaixo de 1/3\,V_{CC}, o que faz o comparador de trigger “setar” o latch e desligar o transistor de descarga, levando a saída (pino 3) a nível alto. Aí o capacitor começa a carregar através de R_A + R_B até atingir 2/3\,V_{CC}. Quando isso acontece, o comparador de threshold “reseta” o latch, o transistor de descarga liga, e o capacitor passa a descarregar por R_B até 1/3\,V_{CC}, reiniciando o ciclo.

Passo 4

Dos tempos de carga e descarga obtemos as fórmulas:
t_{\text{alto}} = 0,693\,\bigl(R_A + R_B\bigr)\,C
t_{\text{baixo}} = 0,693\,R_B\,C
Daí a frequência de oscilação é
f = \frac{1}{t_{\text{alto}} + t_{\text{baixo}}}
e a relação cíclica (duty cycle) vale
D = \frac{t_{\text{alto}}}{t_{\text{alto}} + t_{\text{baixo}}}\,.

Passo 5

Com isso você pode ajustar R_A, R_B e C para obter a frequência e o duty cycle de clock desejados. O 555 astável é muito usado por ser simples, barato e permitir faixas de frequência de alguns hertz até algumas centenas de kilohertz, embora tenha um pouco de jitter e limite na frequência máxima.

Resposta

O temporizador 555 é um CI que combina dois comparadores (threshold a 2/3\,V_{CC} e trigger a 1/3\,V_{CC}), um flip-flop interno e um transistor de descarga. No modo astável ele usa dois resistores R_A e R_B e um capacitor C para gerar pulsos periódicos sem sinal de disparo externo. O capacitor carrega por R_A+R_B até 2/3\,V_{CC}, faz o transistor conduzir e descarrega por R_B até 1/3\,V_{CC}, repetindo o ciclo. Os tempos são
t_{\text{alto}} = 0,693\,(R_A+R_B)\,C,\quad t_{\text{baixo}} = 0,693\,R_B\,C,
o que dá frequência f = 1/(t_{\text{alto}}+t_{\text{baixo}}) e duty cycle D = t_{\text{alto}}/(t_{\text{alto}}+t_{\text{baixo}}).

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