Circuitos integrados IC 555, circuitos estáveis, monoestáveis ​​e biestáveis ​​com fórmulas exploradas

A publicação explica como o IC 555 funciona, seus detalhes básicos de pinagem e como configurá-lo em seus modos de circuito padrão ou popular: astável, biestável e monoestável. A publicação também detalha as várias fórmulas para o cálculo dos parâmetros IC 555.

Vista superior original do NE555 IC

Introdução

Nosso mundo do hobby seria menos interessante sem o IC 555. Seria um dos nossos primeiros CIs a usar na eletrônica. Neste artigo, revisaremos o histórico do IC555, seus três modos de operação e algumas de suas especificações.

O IC 555 foi introduzido em 1971 por uma empresa chamada “Signetics”; Foi desenhado por Hans R. Camenzind. Estima-se que cerca de um bilhão de IC 555 sejam fabricados a cada ano. Esse é um IC 555 para cada 7 pessoas no mundo.

A Signetics Company é propriedade da Philips Semiconductor. Se olharmos para o diagrama de blocos interno do IC 555, encontramos três resistores de 5K ohm conectados em série para decidir o fator de temporização, então é provavelmente como o dispositivo recebeu o nome do temporizador do IC 555. No entanto, algumas hipóteses afirmam que a seleção do nome não tem relação com os componentes internos do CI, foi arbitrariamente selecionada.

Como o IC 555 funciona

circuitos integrados ic 555 circuitos estaveis monoestaveis e biestaveis com

Um IC555 padrão consiste em 25 transistores, 15 resistores e 2 diodos embutidos em uma matriz de silício. Existem duas versões do CI disponíveis, a saber, o temporizador 555 militar e civil.

O NE555 é um IC de nível civil e tem uma faixa de temperatura operacional de 0 a +70 graus Celsius. O SE555 é de nível militar IC e tem uma faixa de temperatura operacional de -55 a +125 graus Celsius.

Você também encontrará a versão CMOS do cronômetro conhecida como 7555 e TLC555; Eles consomem menos energia em comparação com o padrão 555 e operam a menos de 5V.

Os temporizadores da versão CMOS consistem em MOSFET em vez de um transistor bipolar, que é eficiente e consome menos energia.

Pin 555 Pinagem e detalhes de trabalho:

DIAGRAMA DE PINOUT: do IC 555

  1. Pino 1: Terra ou 0V: é o pino de alimentação negativo do IC
  2. Pino 2: Disparo ou entrada: Um disparo momentâneo negativo neste pino de entrada faz com que o pino de saída 3 fique ALTO. Isso é causado por uma descarga rápida do capacitor de temporização abaixo do nível limite mais baixo de 1/3 da tensão de alimentação. O capacitor é então carregado lentamente através do resistor de temporização e, quando ultrapassa o nível de alimentação 2/3, o pino3 fica LOW novamente. Essa comutação ON / OFF é feita através de um estágio FLIP-FLOP interno.
  3. Pino 3: Saída: é a saída que responde aos pinos de entrada para cima ou para baixo, ou oscilando ON / OFF
  4. Pino 4: Reset: Este é o pino de reset que está sempre conectado à fonte positiva para a operação normal do IC. Quando aterrado, redefine momentaneamente a saída do IC para sua posição inicial e, se permanentemente aterrado, mantém as operações do IC desativadas.
  5. Pino 5: Controle: Um potencial DC externo variável pode ser aplicado a este pino para controlar ou modular a largura do pulso do pino3 e gerar um PWM controlado.
  6. Pino 6: Threshold: Este é o pino do limite que baixa a saída (0 V) assim que a carga do capacitor de tempo atinge o limite superior de 2/3 da tensão de alimentação.
  7. Pino 7: Descarga: Este é o pino de descarga controlado pelo flip-flop interno, que força o capacitor de temporização a descarregar assim que atinge o nível limite de tensão de alimentação de 2/3.
  8. Pino 8: Vcc: é a entrada de potência positiva entre 5 V e 15 V.

3 modos de temporizador:

  1. Flip-flop ou Schmitt
  2. Monoestável ou um tiro
  3. Estábulo

Modo flip-flop:

Quando o IC555 é configurado no modo flip-flop, ele funciona como um flip-flop básico. Em outras palavras, quando o gatilho de entrada é ativado, ele liga ou desliga o estado de saída.

Normalmente # pin2 e # pin4 estão conectados aos resistores pull-up neste modo de operação.

Quando o # pin2 é aterrado por um curto período, a saída no # pin3 aumenta; Para redefinir a saída, # pin4 diminui momentaneamente para o terra e a saída cai.

Não há necessidade de um capacitor de temporização aqui, mas é recomendável conectar um capacitor (0,01uF a 0,1uF) através do pino 5 e do terra. # pin7 e # pin6 podem ser deixados offline nesta configuração.

Aqui está um simples flip-flop:

Flip-flop simples com IC 555

Quando o botão de configuração é pressionado, a saída aumenta e quando o botão de reset é pressionado, a saída passa para o estado baixo. R1 e R2 podem ter 10k ohms, o capacitor pode estar em qualquer lugar entre o valor especificado.

Modo monoestável:

Outra aplicação útil do temporizador IC 555 está na forma de um circuito multivibrador monoestável ou monoestável, conforme mostrado na figura abaixo.

Assim que o sinal de disparo de entrada ficar negativo, o modo de disparo único é ativado, fazendo com que o pino de saída 3 suba para o nível Vcc. O período de tempo da condição de saída alta pode ser calculado aplicando a fórmula:

  • TAlto = 1,1 RUMAC

Como visto na figura, o
a borda negativa da entrada força o comparador 2 a alternar o flip-flop.
Esta ação faz a saída no pino 3 alto.

Na verdade, nesse processo, o capacitor C é carregado em direção a VCC através da resistência RA. Enquanto o capacitor está carregando, a saída permanece alta no nível Vcc.

Fórmula e forma de onda monoestável única IC 555

Vídeo de demonstração

Quando a tensão no capacitor atinge o nível limite de 2VCC/ 3, o comparador 1 ativa o flip-flop, forçando a saída a mudar de estado e ficar baixa.

Posteriormente, isso reduz a descarga, fazendo com que o capacitor descarregue e mantenha em torno de 0 V até o próximo acionador de entrada.

A figura acima mostra todo o procedimento quando a entrada desarma, levando a uma forma de onda de saída para a ação monoestável do IC 555.

A hora de partida para este
o modo pode variar de microssegundos a muitos segundos, permitindo que esta operação
Torna-se idealmente útil para uma variedade de aplicações diferentes.

Explicação simplificada para iniciantes

Geradores de pulso único ou monoestáveis ​​são amplamente utilizados em muitas aplicações eletrônicas, nas quais um circuito precisa estar ligado por um tempo predeterminado após um disparo. A largura do pulso de saída em # pin3 pode ser determinada usando esta fórmula simples:

  • T = 1.1RC

Onde

  • T é o tempo em segundos
  • R é resistência em ohms
  • C é capacitância em farads

O pulso de saída cai quando a tensão no capacitor é igual a 2/3 do Vcc. O gatilho de entrada entre dois pulsos deve ser maior que a constante de tempo RC.

Aqui está um circuito monoestável simples:

Circuito monoestável simples com IC 555

Solução de uma aplicação monoestável prática

Descubra o período da forma de onda de saída para o exemplo do circuito mostrado abaixo quando acionado por um pulso de borda negativo.

1590384872 229 circuitos integrados ic 555 circuitos estaveis monoestaveis e biestaveis com

Solução:

  • TAlto = 1,1 RUMAC = 1,1 (7,5 x 103) (0,1 x 10-6) = 0,825 ms

Como o modo estável funciona:

Referindo-se à figura do circuito IC555, abaixo, o capacitor C é carregado em direção a VCC nível através dos dois resistores RUMA e Rsim. O capacitor é carregado até atingir mais de 2VCC/ 3. Essa tensão se torna a tensão limite no pino 6 do IC. Essa tensão opera o comparador 1 para ativar o flip-flop, fazendo com que a saída no pino 3 seja baixa.

1590384872 921 circuitos integrados ic 555 circuitos estaveis monoestaveis e biestaveis com

Junto com isso, o transistor de descarga é LIGADO, o que resulta na saída do pino 7 descarregando o capacitor através do resistor RB.

Isso faz com que a tensão dentro do capacitor caia até finalmente cair abaixo do nível do acionador (VCC/ 3) Essa ação desarma instantaneamente o estágio de flip-flop do IC, fazendo com que a saída do IC fique alta e desligue o transistor de descarga. Isso novamente permite que o capacitor carregue através de resistores RA e RB em direção a VCC.

Intervalos de tempo
responsável pela conversão da saída para alta e baixa pode ser calculado usando
as relações

  • TAlto ≈ 0,7 (RUMA + Rsim)C
  • Tbaixo ≈ 0,7 RsimC

O período total é

  • T = período = TAlto + Tbaixo

1590384873 369 circuitos integrados ic 555 circuitos estaveis monoestaveis e biestaveis com

Vídeo tutorial

Explicação simplificada para iniciantes

Esse é o projeto multivibrador ou AMV mais comumente usado, como osciladores, sirenes, alarmes, sinais de mudança de direção, etc., e este seria um dos nossos primeiros circuitos implementados para o IC 555 como hobby (lembre-se do LED intermitente alternativo?).

Quando o IC555 é configurado como um multivibrador astável, emite pulsos retangulares contínuos em # pino3.

A frequência e a largura do pulso podem ser reguladas por R1, R2 e C1. R1 é conectado entre descarga Vcc e # pin7, R2 é conectado entre # pin7 e # pin2 e também # pin6. O # pin6 e # pin2 são curtos.

O capacitor está conectado entre o # pin2 e o terra.

A frequência de Um multivibrador estável pode ser calculado usando esta fórmula:

  • F = 1,44 / ((R1 + R2 * 2) * C1)

Onde,

  • F é a frequência em hertz
  • R1 e R2 são resistores em ohms
  • C1 é um capacitor em farads.

O tempo alto para cada pulso dado por:

  • Alto = 0,693 (R1 + R2) * C

O tempo baixo é dado por:

  • Baixo = 0,693 * R2 * C

Todos os “R” estão em ohms e “C” estão em ohms.

Aqui está um circuito multivibrador astável básico:

Circuito estável simples com IC 555

Para os temporizadores 555 IC com transistores bipolares, deve-se evitar R1 com um valor baixo para que a saída permaneça saturada próxima à tensão de terra durante o processo de descarga, caso contrário, o ‘tempo baixo’ poderá não ser confiável e poderemos ver valores mais altos por um tempo praticamente menor que o valor calculado.

Resolvendo um problema de exemplo estável

Na figura abaixo, encontre a frequência do IC 555 e desenhe os resultados da forma de onda de saída.

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Solução:

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Imagens de forma de onda podem ser vistas abaixo:

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Circuito IC 555 PWM com diodos

Se você deseja que a saída seja inferior a 50% do ciclo de trabalho, ou seja, tempo mais alto e mais baixo, você pode conectar um diodo via R2 com o cátodo no lado do capacitor. Também chamado de modo PWM para o temporizador 555 IC.

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Você também pode projetar um circuito PWM 555 com dois diodos de ciclo de serviço variável, como mostrado na figura acima.

O circuito PWM IC 555 usando dois diodos é basicamente um circuito estável em que o tempo de carga e descarga do capacitor C1 é bifurcado através de canais separados usando diodos. Essa modificação permite ao usuário ajustar os períodos IC ON / OFF separadamente e, assim, alcançar a taxa PWM desejada rapidamente.

Cálculo PWM

Em um circuito IC 555 que usa dois diodos, a fórmula para calcular a taxa de PWM pode ser realizada usando a seguinte fórmula:

TAlto ≈ 0,7 (resistência R1 + POT)C

Aqui, o resistor POT refere-se à configuração do potenciômetro e ao nível de resistência daquele lado específico do pote através do qual o capacitor C é carregado.

Digamos que o pote é um pote de 5K e se ajusta a um nível 60/40, produzindo níveis de resistência de 3K e 2K. Então, dependendo de qual parte da resistência o capacitor está carregando, o valor pode ser usado na fórmula acima.

Se o trim lateral de 3K estiver carregando o capacitor, a fórmula poderá ser resolvida da seguinte forma:

TAlto ≈ 0,7(R1 + 3000 Ω) C

Por outro lado, se houver 2 K no lado da carga do ajuste do pote, a fórmula poderá ser resolvida como.

TAlto ≈ 0,7(R1 + 2000Ω) C

Lembre-se, nos dois casos, o C estará em Farads. Portanto, você deve primeiro converter o valor das microfarads no seu esquema para Farad, para obter uma solução correta.

Referências Stackexchange



FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…

Veja na FONTE até ser revisado o post.

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