MAPA - ELETRÔNICA ANALÓGICA - 51_2026

 

MAPA - ELETRÔNICA ANALÓGICA - 51_2026

QUESTÃO 1

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A Modulação por largura de pulso (PWM) é uma técnica digital que controla um sinal ligando-o e desligando-o repetidamente em um padrão. A quantidade de tempo em que o sinal permanece ligado e desligado é chamada de ciclo de trabalho (duty cycle). A PWM é usada para criar sinais analógicos a partir de sinais digitais.

Funcionamento da PWM:
Um sinal digital é ligado e desligado, sendo a duração do tempo “ligado” variável. O ciclo de trabalho é a razão entre o tempo ligado e o tempo desligado e determina a tensão média do sinal.

Aplicações da PWM:
A PWM pode ser utilizada para controlar a velocidade do eixo de motores CC, que são usados ​​em muitas aplicações, como pequenos brinquedos, modelos e robôs, na variação da intensidade luminosa, em efeitos sonoros, criando sons que ficam cada vez mais altos e mais baixos.

Alguns parâmetros da PWM:
Os dois parâmetros principais de um sinal PWM são a frequência e o ciclo de trabalho. Os ciclos de trabalho são frequentemente expressos como porcentagens, assim, podendo variar entre 0 e 100% do período do sinal.
Os microcontroladores possuem funções integradas que podem ser utilizadas para gerar um sinal PWM, entretanto, há circuitos integrados dedicados que são projetados exclusivamente para fornecer um sinal PWM para o controle de potência, a exemplo dos conversores chaveados em alta frequência, como é o caso das famílias UC384x, UC3854, UC3524, UC3525, entre outros.
Vamos analisar o caso do UC3524, que tem grande difusão e uso popular em projetos de fontes de alimentação chaveadas. A Figura 1 mostra o diagrama de blocos do UC3524.


Figura 1 – Diagrama de blocos do UC3524.
Fonte: Texas Instruments Incorporated (2002, p. 1).

O UC3524 é um circuito de controle regulador de tensão com modulação por largura de pulso de frequência fixa. O regulador opera em uma frequência programada por um resistor de temporização (RT) e um capacitor de temporização (CT). O RT estabelece uma corrente de carga constante para o CT. Isso resulta em uma rampa de tensão linear no CT, que é alimentada ao comparador, fornecendo controle linear da largura de pulso de saída pelo amplificador de erro.
O UC3524 contém um regulador de 5 V integrado que serve como referência, além de alimentar o circuito de controle interno, sendo também útil no fornecimento de funções de suporte externo.
Essa tensão de referência é reduzida externamente por um divisor de resistor para fornecer uma referência dentro da faixa de modo comum do amplificador de erro, ou uma referência externa pode ser utilizada.
A saída da fonte de alimentação é detectada por uma segunda rede divisora ​​de resistores para gerar um sinal de realimentação para o amplificador de erro. A tensão de saída do amplificador é então comparada à rampa de tensão linear no CT.
O pulso modulado resultante do comparador de alto ganho é então direcionado para o transistor de passagem de saída apropriado (Q1 ou Q2) pelo flip-flop de direcionamento de pulso, que é alternado de forma sincronizada pela saída do oscilador.
O pulso de saída do oscilador também serve como um pulso de apagamento para garantir que ambas as saídas nunca sejam ligadas simultaneamente durante os tempos de transição.
A saída do amplificador de erro compartilha uma entrada comum para o comparador com o circuito de limitação e desligamento de corrente e pode ser sobreposta por sinais de qualquer uma dessas entradas. Esse ponto comum também está disponível externamente e pode ser empregado para controlar o ganho ou compensar o amplificador de erro ou para fornecer controle adicional ao regulador.

Fonte: TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED. UC1524, UC2524, UC3524 - Advanced Regulating Pulse Width Modulators. Dallas: Texas Instruments, 2002.
 
Atividade MAPA

Com base no conhecimento da PWM e do exemplo dado, analise o circuito a seguir dado na Figura 2:

Figura 2  − PWM com NE555.

Na Figura 2 temos um timer NE555 atuando como gerador de PWM.

1) (1,0 ponto). O estudante deverá montar o circuito e simulá-lo no ambiente LTSpice conforme apresentado e obter as formas de onda dos pontos identificados:
 - Pulso_de_trigger.
- MODULAÇÃO.
- V_C1.
- Vout.
Observação: o circuito montado pelo estudante deve ser anexado na resposta dessa questão.

2) O estudante deverá realizar o agendamento de prática no seu polo de apoio presencial e:
a) (0,5 ponto). Realizar o experimento utilizando a maleta de eletrônica analógica com os recursos disponíveis nela, podendo variar os valores de resistor e capacitor para valores próximos caso necessário, obtendo cada forma de onda de acordo com os itens da questão 1.
Para essa etapa da atividade, o estudante ou sua equipe formada por até cinco estudantes deverá realizar o experimento e registrá-lo por meio de foto digital (pode utilizar smartphone). A foto deverá ser anexada nesta questão. 

Observação: mesmo que a atividade seja realizada em equipe, cada estudante deverá entregar o seu próprio arquivo MAPA de forma individual.
Dicas:
- Para gerar os sinais, o estudante deve utilizar o gerador de funções AFG1022 com dois canais de saída, sendo um para a MODULAÇÃO e o outro para o Pulso_de_trigger.
- Utilizar o osciloscópio digital para capturar as formas de onda do circuito.
b) (1,0 ponto). Uma vez montado o circuito, o estudante deverá apresentar as formas de onda dos mesmos pontos da questão 1 (Pulso_de_trigger, MODULAÇÃO, V_C1 e Vout), só que agora a partir do circuito físico.
3. (1,0 ponto). O estudante deverá explicar o que significa cada sinal obtido na questão 2 e sua relação na PWM.