Circuitos Osciladores IC 555

Neste artigo, aprenderemos como construir e otimizar circuitos osciladores IC 555 básicos, cujas formas de onda podem ser aprimoradas para gerar efeitos sonoros complexos.

Visão geral

O modo básico normalmente empregado para fazer os osciladores IC 555 é o modo de circuito astável.

Se olharmos para o circuito astável mostrado abaixo, encontramos as pinagens unidas da seguinte maneira:

Pino 2 do gatilho em curto com o pino 6 do limiar.
Um resistor R2 conectado entre o pino 2 e o pino de descarga 7.
Neste modo, quando a energia é aplicada, o capacitor C1 carrega exponencialmente por meio dos resistores R1 e R2. Quando o nível de carga sobe até 2/3 do nível da tensão de alimentação, faz com que o pino de descarga 7 fique baixo. Devido a isso, C1 agora começa a descarregar exponencialmente e, quando o nível de descarga cai para 1/3 do nível de alimentação, envia um gatilho no pino 2.Circuito oscilador de 1 kHz com IC 555

Quando isso acontece, o pino 7 novamente fica alto, iniciando a ação de carga no capacitor até que ele ensine o nível de alimentação 2/3. O ciclo continua infinitamente estabelecendo o modo astável do circuito.

O funcionamento do astável acima resulta em dois tipos de oscilações que ocorrem em C1 e no pino de saída 3 do IC. Em C1, o aumento e queda exponencial da voltagem cria uma frequência dente de serra para aparecer.

O flip-flop interno responde a essa frequência dente de serra e se converte em ondas retangulares no pino de saída 3 do IC. Isso nos fornece as oscilações de onda retangulares necessárias na saída do pino 3 do IC.

Uma vez que a frequência de oscilação depende inteiramente de R1, R2 e C1, o usuário é capaz de alterar os valores desses componentes para obter quaisquer valores desejados para os períodos ON OFF das frequências de oscilação, que também é chamado de controle PWM ou controle de ciclo de trabalho.

O gráfico acima nos fornece a relação entre R1 e C1.

R2 é ignorado aqui porque seu valor é desprezivelmente pequeno em comparação com R2.

Circuito oscilador de onda quadrada básico usando IC 555

Com a discussão acima, aprendemos como um IC 555 pode ser usado no modo astável para criar um circuito oscilador de onda quadrada básico.

A configuração permite que o usuário varie os valores de R1 e R2 de 1K a muitos mega ohms para obter uma ampla gama de frequências selecionáveis ​​e ciclos de trabalho na saída do pino 3.

No entanto, deve-se notar que o valor de R1 não deve ser muito pequeno, pois o consumo efetivo de corrente do circuito é determinado por R1. Isso acontece porque durante cada processo de descarga C1, o pino 7 atinge o potencial de aterramento sujeitando R1 diretamente através da linha positiva e da linha de aterramento. Se seu valor for baixo, pode haver um dreno de corrente significativo, aumentando o consumo geral do circuito.

R1 e R2 também determinam a largura dos pulsos oscilatórios produzidos no pino 3 do IC. R2 pode ser usado especificamente para controlar a relação marca / espaço dos pulsos de saída.

Para as várias fórmulas para calcular o ciclo de trabalho, frequência e PWM de um oscilador IC 555 (astável) podem ser estudados neste artigo.

Oscilador de frequência variável usando IC 555

O circuito astável explicado acima pode ser atualizado com um recurso variável que permite ao usuário variar o PWM e também a frequência do circuito conforme desejado. Isso é feito simplesmente adicionando um potenciômetro em série com o resistor R2, conforme mostrado abaixo. O valor de R2 deve ser pequeno em comparação com o valor do pote.Circuito oscilador variável único IC 555

Na configuração acima, a frequência de oscilação pode ser variada desde 650 Hz, a 7,2 kHz através das variações de potenciômetro indicadas. Essa faixa pode ser ainda mais aumentada e aprimorada com a adição de uma chave para selecionar valores diferentes para C1, uma vez que C1 também é diretamente responsável por definir a frequência de saída.

Circuitos osciladores PWM variáveis ​​usando IC 555

A figura acima mostra como uma facilidade de relação de espaço de marca variável pode ser adicionada a qualquer circuito oscilador astável IC 555 básico por meio de dois diodos e um potenciômetro.

O recurso permite ao usuário obter qualquer PWM desejado ou períodos ON OFF ajustáveis ​​para as oscilações na saída do pino 3 do IC.

No diagrama do lado esquerdo, a rede envolvendo R1, D1 e o potenciômetro R3 carregam alternadamente C1, enquanto o potenciômetro R4, D2 e ​​R2 descarregam alternadamente o capacitor C1.

R2 e R4 determinam a taxa de carga / descarga de C1 e podem ser ajustados adequadamente para obter a relação ON / OFF desejada para a frequência de saída.

O diagrama do lado direito mostra a posição R3 deslocada em série com R1. Nessa configuração, o tempo de carga de C1 é fixado por D1 e seu resistor em série, enquanto o potenciômetro só permite o controle do tempo de descarga de C1, daí o tempo OFF dos pulsos de saída. O outro potenciômetro R3 essencialmente ajuda a alterar a frequência da saída em vez do PWM.

Alternativamente, como mostrado nas figuras acima, também pode ser possível conectar o IC 555 no modo astável para ajustar discretamente a relação marca / espaço (tempo ON / tempo OFF) sem afetar a frequência oscilatória.

Nessas configurações, o comprimento dos pulsos aumenta inerentemente à medida que o intervalo de espaço é reduzido e vice-versa.

Devido a isso, o período total de cada ciclo de onda quadrada permanece constante.

A principal característica desses circuitos é o ciclo de trabalho variável, que pode ser variado de 1% a 99% com o auxílio do potenciômetro R3 fornecido.

Na figura do lado esquerdo, C1 é carregado alternadamente por R1, a metade superior de R3 e D1, enquanto é descarregado por meio de D2, R2 e a metade inferior do potenciômetro R3. Na figura do lado direito, C1 é alternadamente carregado por meio de R1 e D1 e da metade direita do potenciômetro R3, e descarregado por meio do meio potenciômetro esquerdo R3, D2 e ​​R2.

Em ambas as tabelas acima, o valor de C1 define a frequência oscilatória para cerca de 1,2 kHz.

Como pausar ou iniciar / parar a função do oscilador astável IC com botão de pressão

Você pode ativar e desativar um oscilador astável IC 555 de algumas maneiras simples.

Isso pode ser feito por meio de botões ou por meio de um sinal de entrada eletrônico.

Na figura acima, o pino 4, que é o pino de reinicialização do IC, é aterrado por meio de R3 e uma chave push-to-ON é conectada à linha de alimentação positiva.

O pino 4 do IC 555 precisa de no mínimo 0,7 V para permanecer polarizado e para manter o funcionamento do IC habilitado. Pressionar o botão habilita a função de oscilador astável do IC, enquanto a liberação da chave remove a polarização do pino 4 e a função do IC é desabilitada.

Isso também pode ser implementado por meio de um sinal positivo externo no pino 4 com a chave removida e R3 conectado como está.

Na outra alternativa, conforme mostrado acima, o pino 4 do IC pode ser visto permanentemente polarizado por meio de R3 e da alimentação positiva. Aqui, o botão de pressão é conectado ao pino 4 e ao aterramento. Isso significa que quando o botão é pressionado desabilita as ondas quadradas de saída do IC, fazendo com que a saída gire 0V.

Liberar o botão de pressão começa a geração de ondas quadradas astáveis, normalmente através do pino 3 do IC.

O mesmo pode ser obtido por meio de um sinal negativo aplicado externamente ou um sinal de 0 V no pino 4 com R3 conectado como está.

Usando o pino 2 para controlar a frequência astável

Em nossas discussões anteriores, aprendemos como a geração de pulso de um IC 555 pode ser controlada através do pino 4.

Agora veremos como o mesmo pode ser alcançado através do pino 2 do IC, conforme mostrado acima.

Quando S1 é pressionado, o pino 2 é aplicado repentinamente com um potencial de terra, fazendo com que a tensão em C1 caia abaixo de 1/3 Vcc. Como sabemos que quando a tensão do pino 2 ou o nível de carga em C1 é mantida abaixo de 1/3 Vcc, a saída do pino 3 fica alta permanentemente.

Portanto, pressionar S1 causa uma queda de tensão em C1 abaixo de 1/3 Vcc, forçando o pino 3 de saída a ficar alto enquanto S1 permanecer pressionado. Isso inibe o funcionamento normal de oscilações astáveis. Quando o botão é liberado, a função astbale é restaurada de volta às condições normais. A forma de onda do lado direito reconhece a resposta do pino 3 ao pressionamento do botão.

A operação acima pode ser controlada da mesma forma usando um circuito digital externo através do diodo D1. Uma lógica negativa no cátodo do diodo inicia as ações acima, enquanto uma lógica positiva não tem efeito e permite que as funções do astável restaurem seu funcionamento normal.

Como modular o oscilador IC 555

O pino 5, que é a entrada de controle do IC 555, é uma das pinagens importantes e úteis do IC. Facilita o usuário a modular a freqüência de saída do IC simplesmente aplicando um nível DC ajustável no pino # 5.

Um potencial CC crescente faz com que a largura do pulso da frequência de saída aumente proporcionalmente, enquanto a redução do potencial CC faz com que a largura do pulso da frequência se torne proporcionalmente mais estreita. Esses potenciais devem estar estritamente entre 0 V e o nível Vcc completo.

Na figura acima, o ajuste do potenciômetro gera um potencial variável no pino 5, que faz com que a largura do pulso de saída da frequência de oscilação mude de acordo.

Uma vez que a modulação faz com que a largura do pulso de saída mude, ela também afeta a frequência, uma vez que C1 é forçado a mudar seus períodos de carga / descarga dependendo da configuração do potenciômetro.

Quando uma CA variável com uma amplitude entre 0 V e Vcc é aplicada no pino 5, o PWM de saída ou largura de pulso também segue a amplitude CA variável, gerando um trem contínuo de pulsos de alargamento e estreitamento de um pino 3.

Um sinal AC também pode ser usado para a modulação, simplesmente integrando o pino 5 com um AC externo através de um capacitor de 10uF.

Para aprender a fazer circuitos de alarme e sirene interessantes usando o conceito de oscilador IC explicado acima, você pode ler o artigo completo AQUI


FONTE

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

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