Gerador de pulsos para teste e controle (INS225)

Escrito por Newton C Braga

Um gerador que produza pulsos com freqüência e duração controlados pode ser de grande utilidade em muitas aplicações de desenvolvimento de projetos, teste e controle de diversos tipos de cargas. Mostramos neste artigo uma idéia prática de controle baseada num astável e monoestável, capaz de controlar cargas de diversos ampères, dependendo apenas das características do transistor de potência usado.

Os controles PWM podem ser elaborados a partir de diversas configurações, muitas das quais usando poucos componentes especificamente projetados para essa finalidade.

No entanto numa bancada de desenvolvimento ou teste, ou ainda numa aplicação menos crítica, a disponibilidade de um circuito que possa gerar pulsos de freqüência e duração numa ampla faixa de valores é muito interessante.

É justamente isso que descrevemos neste artigo prático para o desenvolvedor ou para a bancada de testes.

Conforme mostra a figura 1, o circuito consta de dois multivibradores elaborados em torno do conhecido circuito integrado 555, excitando uma etapa de potência com um MOSFET de potência.

 

Figura 1
Figura 1

 

O astável, que consiste no primeiro bloco, determina a freqüência com que os pulsos são produzidos. O capacitor C1 pode assumir uma ampla faixa de valores, conforme a tabela que daremos mais adiante. Para essa tabela o valor do capacitor determina a duração do ciclo.

Os pulsos produzidos pelo astável são aplicados a um 555 configurado como monoestável. Assim, a cada pulso do primeiro bloco, o segundo bloco dispara por um tempo determinado pelo capacitor C2 e pelo ajuste de P2.

Evidentemente, a escolha de C2 e o ajuste de P2 devem ser sempre tais que o tempo do monoestável deva ser menor do que um ciclo completo do astável, por motivos óbvios. Caso contrário, teremos um ciclo ativo de 100% e com isso a carga ficará permanentemente ligada.

Uma idéia, num controle PWM é calcular C2 para que na posição de máxima resistência de P2 tenhamos o tempo máximo e com isso a plena potência da carga.

 

Montagem

Na figura 2 temos o circuito completo do gerador que tanto poderá ser elaborado com base n uma matriz de contactos, para testes, como numa placa de circuito impresso para uma aplicação definitiva.

 

Figura 2
Figura 2

 

A faixa de tensões de entrada vai de 12 a 25 V. O circuito integrado regulador de tensão pode ser omitido para tensões de alimentação em torno de 12 V.

Para tensões maiores, o circuito regulador é importante, mas não precisa ser dotado de radiador de calor, dado o baixo consumo da etapa de excitação.

O MOSFET de potência pode ser de qualquer tipo que suporte a corrente exigida pela carga controlada. Evidentemente, esse componente deverá ser montado num radiador de calor apropriado.

Para os capacitores C1 e C2 a escolha é feita a partir da seguinte tabela:

 

C1 e C2

Freqüência dos Pulsos

Duração dos Pulsos

1 nF

10 kHz a 100 kHz

10 us a 100 us

10 nF

1 kHz a 10 kHz

100 us a 1 ms

100 nF

100 Hz a 1 kHz

1 ms a 10 ms

1 uF

10 Hz a 100 Hz

10 ms a 100 ms

10 uF

1 Hz a 10 Hz

100 ms a 1 s

100 uF

0,1 Hz z 1 Hz

1 s a 10 s

 

Lembramos que o 555 comum só alcança freqüências da ordem de 500 kHz e que, com valores de capacitâncias acima de 1 000 µF o circuito se torna instável devido à fugas nos capacitores.

Na comporta do MOSFET e na saída do astável foram incluídos LEDs que se tornam especialmente interessantes nas baixas freqüências para monitorar o acionamento da carga, principalmente se ela for do tipo silencioso, como um elemento de aquecimento, ou ainda for remota.

Nas aplicações de baixas freqüências o MOSFET pode ser substituído por um transistor bipolar comum, como o BC548 acionando um relé.

Quando usar o circuito observe com cuidado as limitações de corrente e nas aplicações de altas freqüências, é interessante ajustar os sinais com a ajuda de um osciloscópio.

Para uma aplicação de muito baixo consumo, em que a tensão esteja na faixa de 12 V a 15 V pode ser usada a versão CMOS do 555 (7555) sem o regulador de tensão.

Uma aplicação interessante desse circuito é numa cerca eletrônica, mostrada na figura 3, em que o MOSFET alimenta um transformador de alta tensão que pode ser um flyback comum adaptado.

 

Figura 3
Figura 3

 

Para melhor rendimento desse circuito use pulsos na faixa de 1 kHz a 10 kHz com ciclos ativos entre 5 e 20%. A fonte deve ser isolada da rede de energia.

Observe as restrições legais que envolvem a instalação desse tipo de dispositivo em residências e outros locais sujeitos a contacto de humanos.

 

 

CI-1 - 7812 - Circuito integrado, regulador de tensão

CI-2, CI-3 - 555 - circuito integrado, timer

Q1 - MOSFET de potência - qualquer um de acordo com a carga

D1 - 1N4004 - diodo de silício

LED1, LED2 - LEDs comuns de qualquer cor

R1, R2, R4 - 22 k ? x 1/8 W - resistores

R3, R6 - 1 k ? x 1/8 W - resistores

R5 - 10 k ? x 1/8 W - resistor

R7 - 220 ? x 1/8 W - resistor

P1 - 220 k ? - trimpot ou potenciômetro

P2 - 100 k ? - trimpot ou potenciômetro

C1, C2 - Ver tabela - valor conforme duração e freqüência dos pulsos

C3 - 100 µF x 16 V - capacitor eletrolítico

C4 - 1 000 µF x 40 V - capacitor eletrolítico

S1 - Interruptor simples

 

Diversos:

Placa de circuito impresso ou matriz de contacto, dissipador de calor para o transistor, botões para os potenciômetros (se usados), caixa para montagem, fios, solda, etc.