O post explica como o IC 555 funciona, seus detalhes básicos de pinagem e como configurar o IC em seus modos de circuito astável, biestável e monoestável padrão ou popular. O post também detalha as várias fórmulas para calcular os parâmetros do IC 555.
Introdução
Nosso mundo de hobby seria menos interessante sem o IC 555. Seria um dos nossos primeiros IC a usar em eletrônica. Neste artigo vamos relembrar a história do IC555, seus 3 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 1 bilhão de IC 555s são fabricados a cada ano. Isso 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 provavelmente é assim que o dispositivo recebeu o nome IC 555 timer. No entanto, algumas hipóteses afirmam que a seleção do nome não tem relação com os componentes internos do CI, ele foi selecionado arbitrariamente.
Como funciona o IC 555
Um IC555 padrão consiste em 25 transistores, 15 resistores e 2 diodos integrados em uma matriz de silício. Existem duas versões do IC disponíveis, ou seja, temporizador 555 de grau militar e civil.
O NE555 é um IC de grau civil e possui faixa de temperatura operacional de 0 a +70 graus Celsius. O SE555 é IC de grau militar e possui faixa de temperatura operacional de -55 a +125 graus Celsius.
Você também encontrará a versão CMOS do timer conhecida como 7555 e TLC555; estes consomem menos energia em comparação com o padrão 555 e operam menos de 5V.
Os temporizadores de versão CMOS consistem em MOSFETs em vez de transistores bipolares, que são eficientes e consomem menos energia.
Detalhes de trabalho e pinagem IC 555:
- Pino 1: Terra ou 0V: É o pino negativo de alimentação do IC
- Pino 2: Gatilho ou entrada: Um gatilho momentâneo negativo neste pino de entrada faz com que o pino3 de saída fique em ALTO. Isso acontece por uma descarga rápida do capacitor de temporização abaixo do nível de limite inferior de 1/3 da tensão de alimentação. O capacitor então carrega lentamente através do resistor de temporização e, quando sobe acima de 2/3 do nível de alimentação, o pino 3 fica BAIXO novamente. Esta comutação ON/OFF é feita por um estágio FLIP-FLOP interno.
- Pino 3: Saída: É a saída que responde aos pinos de entrada indo alto ou baixo, ou oscilando ON/OFF
- Pino 4: Reset: É o pino de reset que está sempre conectado à alimentação positiva para o funcionamento normal do CI. Quando aterrado, redefine momentaneamente a saída do IC para sua posição inicial e, se permanentemente conectado ao terra, mantém as operações do IC desabilitadas.
- Pino 5: Controle: Um potencial DC variável externo pode ser aplicado neste pino para controlar ou modular a largura de pulso do pino3 e gerar um PWM controlado.
- Pino 6: Threshold: Este é o pino de limiar que faz com que a saída fique em LOW (0V) assim que a carga do capacitor de tempo atingir o limiar superior de 2/3 da tensão de alimentação.
- Pino 7: Descarga: Este é o pino de descarga controlado pelo flip-flop interno, que força o capacitor de temporização a descarregar assim que atingir o nível de limite de tensão de alimentação de 2/3.
- Pino 8: Vcc: É a entrada de alimentação positiva entre 5 V e 15 V.
3 Modos de temporizador:
- Gatilho biestável ou Schmitt
- Monoestável ou um tiro
- Astável
Modo biestável:
Quando o IC555 está configurado no modo biestável, ele funciona como um flip-flop básico. Em outras palavras, quando o trigger de entrada é dado, ele alterna o estado de saída para ON ou OFF.
Normalmente #pin2 e #pin4 são conectados a resistores pull-up neste modo de operação.
Quando o #pin2 é aterrado por curta duração, a saída no #pin3 fica alta; para redefinir a saída, #pin4 é momentaneamente curto com o terra e, em seguida, a saída fica baixa.
Não há necessidade de um capacitor de temporização aqui, mas é recomendado conectar um capacitor (0,01uF a 0,1uF) entre #pin5 e terra. #pin7 e #pin6 podem ser deixados desconectados nesta configuração.
Aqui está um circuito biestável simples:
Quando o botão set é pressionado, a saída fica alta e quando o botão reset é pressionado, a saída vai para o estado baixo. R1 e R2 podem ser 10k ohm, o capacitor pode estar em qualquer lugar entre o valor especificado.
Modo monoestável:
Outra aplicação útil do temporizador IC 555 é na forma de um circuito multivibrador monoestável ou monoestável, conforme mostrado na figura abaixo.
Assim que o sinal de disparo de entrada se torna negativo, o modo one-shot é ativado, fazendo com que o pino de saída 3 fique alto no nível Vcc. O período de tempo da condição de saída alta pode ser calculado usando a fórmula:
- TAlto = 1,1 RUMAC
Como visto na figura, a borda negativa da entrada força o comparador 2 a alternar o flip-flop. Essa ação faz com que a saída no pino 3 fique alta.
Na verdade, neste processo, o capacitor C é cobrado para VCC através do resistor AR. Enquanto o capacitor carrega, a saída é mantida alta no nível Vcc.
Demonstração de vídeo
Quando a tensão através do capacitor atinge o nível limite de 2VCC/3, o comparador 1 aciona o flip-flop, forçando a saída a mudar de estado e diminuir.
Isso subsequentemente reduz a descarga, fazendo com que o capacitor descarregue e mantenha em torno de 0 V até o próximo disparo de entrada.
A figura acima mostra todo o procedimento quando a entrada é acionada baixa, levando a uma forma de onda de saída para uma ação monoestável de um disparo do IC 555.
A temporização da saída para este modo pode variar de microssegundos a muitos segundos, permitindo que esta operação se torne idealmente útil para uma variedade de aplicações diferentes.
Explicação simplificada para os novatos
Geradores de pulso monoestáveis ou de disparo único são amplamente utilizados em muitas aplicações eletrônicas, onde um circuito precisa ser ligado por um tempo pré-determinado 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 a resistência em ohm
- C é a capacitância em farads
O pulso de saída cai quando a tensão no capacitor é igual a 2/3 do Vcc. O disparo de entrada entre dois pulsos deve ser maior que a constante de tempo RC.
Aqui está um circuito monoestável simples:
Resolvendo uma aplicação prática monoestável
Descubra o período da forma de onda de saída para o exemplo de circuito mostrado abaixo quando ele é acionado por um pulso de borda negativo.
Solução:
- TAlto = 1,1 RUMAC = 1,1(7,5 x 103)(0,1 x 10-6) = 0,825ms
Como funciona o modo astável:
Referindo-se à figura do circuito astável IC555 abaixo, o capacitor C é cobrado para VCC nível através dos dois resistores RUMA e RB. O capacitor é carregado até atingir acima de 2VCC/3. Esta tensão torna-se a tensão limite no pino 6 do IC. Essa tensão opera o comparador 1 para acionar o flip-flop, o que faz com que a saída no pino 3 fique baixa.
Junto com isso, o transistor de descarga é ligado, resultando na saída do pino 7 descarregando o capacitor via resistor RB.
Isso faz com que a tensão dentro do capacitor caia até que finalmente caia abaixo do nível de disparo (VCC/3). Esta ação aciona instantaneamente o estágio de flip-flop do IC, fazendo com que a saída do IC fique alta, desligando o transistor de descarga. Isso mais uma vez permite que o capacitor seja carregado através de resistores AR e RB em direção a VCC.
Os intervalos de tempo responsáveis por tornar a saída alta e baixa podem ser calculados usando as relações
- TAlto ≈ 0,7(RUMA + RB)C
- Tbaixo ≈ 0,7 RBC
O período total é
- T = período = TAlto + Tbaixo
Vídeo tutorial
Explicação simplificada para os novatos
Este é o projeto de multivibrador ou AMV mais comumente usado, como em osciladores, sirenes, alarmes, piscas etc.
Quando o IC555 é configurado como multivibrador astável, ele emite pulsos retangulares contínuos no #pin3.
A frequência e largura de pulso podem ser reguladas por R1, R2 e C1. O R1 é conectado entre Vcc e a descarga #pin7, R2 é conectado entre #pin7 e #pin2 e também #pin6. O #pin6 e o #pin2 estão em curto.
O capacitor está conectado entre #pin2 e terra.
A frequência do multivibrador Astable pode ser calculada 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 o 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
Todo ‘R’ está em ohms e ‘C’ está em Farads.
Aqui está um circuito multivibrador astável básico:
Para temporizadores 555 IC com transistores bipolares, R1 com valor baixo deve ser evitado para que a saída fique saturada perto da tensão de terra durante o processo de descarga, caso contrário o ‘tempo baixo’ pode não ser confiável e podemos ver valores maiores para tempo baixo praticamente do que o valor calculado .
Resolvendo um problema de exemplo astável
Na figura a seguir, encontre a frequência do IC 555 e desenhe os resultados da forma de onda de saída.
Solução:
As imagens da forma de onda podem ser vistas abaixo:
Circuito IC 555 PWM usando diodos
Se você deseja que a saída seja inferior a 50% do ciclo de trabalho, ou seja, tempo de alta mais curto e tempo de baixa mais longo, um diodo pode ser conectado em R2 com cátodo no lado do capacitor. Também é chamado de modo PWM para o temporizador 555 IC.
Você também pode projetar um circuito de 555 PWM com dois diodos de ciclo de trabalho variável, conforme mostrado na figura acima.
O circuito PWM IC 555 usando dois diodos é basicamente um circuito astável onde o tempo de carga e descarga do capacitor C1 é bifurcado através de canais separados usando diodos. Esta modificação permite que o usuário ajuste os períodos ON/OFF do IC separadamente e, portanto, alcance a taxa PWM desejada rapidamente.
Calculando PWM
Em um circuito IC 555 usando dois diodos, a fórmula para calcular a taxa PWM pode ser obtida usando a seguinte fórmula:
TAlto ≈ 0,7(R1 + Resistência POT)C
Aqui, a resistência do potenciômetro refere-se ao ajuste do potenciômetro e ao nível de resistência daquele lado específico do potenciômetro através do qual o capacitor C é carregado.
Digamos que o pote é um pote de 5 K e é ajustado no nível 60/40, produzindo níveis de resistência de 3 K e 2 K. Então, dependendo de qual parte da resistência está carregando o capacitor, o valor pode ser usado no acima Fórmula.
Se é o ajuste lateral de 3 K que está carregando o capacitor, a fórmula pode ser resolvida como:
TAlto ≈ 0,7(R1 + 3000 Ω) C
Por outro lado, se for 2 K que está no lado do carregamento do ajuste do potenciômetro, a fórmula pode ser resolvida como.
TAlto ≈ 0,7(R1 + 2000Ω) C
Por favor, lembre-se, em ambos os casos o C estará em Farads. Portanto, você deve primeiro converter o valor de microfarad em seu esquema em Farad, para obter uma solução correta.
Gerador de pulso IC 555
Este circuito IC 555 pode parecer reconhecível para muitos visitantes porque está entre as várias versões de circuitos dos circuitos temporizadores 555 comuns.
Isso não reduz essencialmente sua utilidade. Simplesmente porque, um gerador de pulsos flexível com um ciclo de trabalho ajustável pode ser um equipamento muito útil para qualquer oficina eletrônica.
Em contraste com os circuitos astáveis 555 convencionais que são geralmente implementados, os resistores entre os pinos 6 e 7 incluem P1, P2, R2, DI e D2.
Um tempo de carregamento bem caracterizado para o capacitor C1 é estabelecido pelos diodos D1 e D2.
Isso normalmente resulta em um ciclo de trabalho de cerca de 50%, se não fosse o P2. Para o presente cenário, o ciclo de trabalho é determinado pela relação entre P1 e P2: n = 1 + P2/P1. Por exemplo, se P2 = 0 (n = 100%), a frequência será então:
f = 0,69 /[2(P1+P2+47kΩ)C1[2(P1+P2+47kΩ)C1
Referências: Troca de pilha
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FONTE
Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
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