Neste post vamos aprender como construir e otimizar circuitos osciladores básicos do IC 555, cujas formas de onda podem ser melhoradas para gerar efeitos sonoros complexos.
Visão geral
O modo básico que é normalmente empregado para fazer osciladores IC 555 é o modo de circuito astável.
Se observarmos o circuito astável mostrado abaixo, encontramos as pinagens unidas da seguinte maneira:
- Pino de gatilho 2 em curto com o pino de limite 6.
- 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 através 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.
Quando isso acontece, o pino 7 volta a ficar alto iniciando a ação de carga no capacitor até que ele ensine o nível de alimentação de 2/3. O ciclo continua infinitamente estabelecendo o modo astável do circuito.
O funcionamento acima do astável 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 tensão cria uma frequência dente de serra para aparecer.
O flip-flop interno responde a essas frequências dente de serra e as converte em ondas retangulares no pino de saída 3 do CI. Isso nos fornece as oscilações de onda retangular necessárias na saída do pino 3 do IC.
Como a frequência de oscilação depende inteiramente de R1, R2 e C1, o usuário pode alterar os valores desses componentes para obter quaisquer valores desejados para os períodos ON OFF das frequências de oscilação, que também são chamados de controle PWM ou controle do ciclo de trabalho .
O gráfico acima nos fornece a relação entre R1 e C1.
R2 é ignorado aqui porque seu valor é insignificantemente pequeno em comparação com R2.
Circuito oscilador de onda quadrada básico usando IC 555
A partir da discussão acima, aprendemos como um IC 555 pode ser usado em modo astável para criar um circuito oscilador básico de onda quadrada.
A configuração permite que o usuário varie os valores de R1 e R2 de 1K a muitos mega ohms para obter uma grande variedade de frequências selecionáveis e ciclos de trabalho no pino de saída 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 de C1 o pino 7 atinge o potencial de terra submetendo R1 diretamente através da linha positiva e da linha de terra. 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 especificamente pode ser usado 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 como mostrado abaixo. O valor de R2 deve ser pequeno comparado ao valor do pote.
Na configuração acima, a frequência de oscilação pode ser variada de 650 Hz a 7,2 kHz através das variações de potenciômetros indicadas. Esta faixa pode ser aumentada e aprimorada ainda mais adicionando uma chave para selecionar diferentes valores para C1, já que C1 também é diretamente responsável pela configuração da frequência de saída.
Circuitos osciladores PWM variável usando IC 555
A figura acima mostra como uma facilidade de razão de espaço de marca variável pode ser adicionada a qualquer circuito oscilador astável IC 555 básico através de um par de diodos e um potenciômetro.
O recurso permite que o usuário obtenha qualquer PWM desejado ou períodos de ON OFF ajustáveis para as oscilações no pino de saída 3 do IC.
No diagrama do lado esquerdo, a rede envolvendo R1, D1 e o pote R3 carrega alternadamente C1, enquanto o pote R4, D2 e R2 descarrega 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. Nesta 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 pote 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 ligado/tempo desligado) 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 a ajuda 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 carregado alternadamente via R1 e D1 e a metade direita do potenciômetro R3, e descarregado através do meio potenciômetro esquerdo R3, D2 e R2.
Em ambos os astáveis acima, o valor de C1 define a frequência oscilatória para cerca de 1,2 kHz.
Como pausar ou iniciar/parar a função oscilador astável IC com botão de pressão
Você pode ativar/desativar um oscilador astável IC 555 de algumas maneiras simples.
Pode ser feito através de botões ou através de um sinal de entrada eletrônico.
Na figura acima, o pino 4, que é o pino de reset do IC, é aterrado através de R3, e um interruptor push-to-ON é conectado através da linha de alimentação positiva.
O pino 4 do IC 555 precisa de no mínimo 0,7 V para permanecer polarizado e manter o funcionamento do IC habilitado. Pressionar o botão ativa a função de oscilador astável do IC, enquanto soltar o interruptor remove a polarização do pino 4 e a função do IC é desabilitada.
Isso também pode ser implementado através de um sinal positivo externo no pino 4 com a chave removida e R3 conectado como está.
Na outra alternativa, como mostrado acima, o pino 4 do IC pode ser visto permanentemente polarizado via R3 e a alimentação positiva. Aqui, o botão de pressão é conectado ao pino 4 e ao terra. Isso implica que quando o botão de pressão é pressionado, desativa as ondas quadradas de saída do IC, fazendo com que a saída gire 0V.
Soltar o botão de pressão inicia a geração das ondas quadradas astáveis normalmente através do pino 3 do IC.
O mesmo pode ser obtido através 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 obtido através do pino 2 do CI como mostrado acima.
Quando S1 é pressionado, o pino 2 é subitamente aplicado 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 mantido abaixo de 1/3 de Vcc, o pino de saída 3 fica alto permanentemente.
Portanto, pressionar S1 causa uma queda de tensão em C1 abaixo de 1/3 de Vcc, forçando o pino de saída 3 a subir enquanto S1 permanecer pressionado. Isso inibe o funcionamento normal das oscilações astáveis. Quando o botão de pressão 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 pressionar o botão de pressão.
A operação acima também pode ser controlada 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. Ele facilita ao usuário modular a frequência de saída do CI simplesmente aplicando um nível DC ajustável no pino #5.
Um aumento do potencial CC faz com que a largura do pulso de frequência de saída aumente proporcionalmente, enquanto a diminuição do potencial CC faz com que a largura do pulso de frequência se torne proporcionalmente mais estreita. Esses potenciais devem estar estritamente dentro de 0V e do nível de Vcc total.
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.
Como a modulação faz com que a largura do pulso de saída mude, ela também afeta a frequência, já que C1 é forçado a alterar seus períodos de carga/descarga dependendo do ajuste do potenciômetro.
Quando um AC variável com uma amplitude entre 0V e Vcc é aplicado no pino 5, o PWM de saída ou largura de pulso também segue a amplitude AC variável gerando um trem contínuo de pulsos de alargamento e estreitamento no 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
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FONTE
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