O IC 555 é um dispositivo extremamente útil e versátil que pode ser aplicado para configurar muitos circuitos úteis no campo da eletrônica. Uma característica muito útil deste CI é sua capacidade de gerar pulsos PWM que podem ser dimensionados ou processados conforme a necessidade da aplicação ou do circuito.
O que é PWM
PWM significa modulação de largura de pulso, um processo que envolve o controle das larguras de pulso, ou os períodos ON/OFF ou saídas lógicas geradas a partir de uma fonte específica, como um circuito oscilador ou microcontrolador.
Basicamente, o PWM é usado para dimensionar ou ajustar a tensão de saída ou a potência de uma carga específica de acordo com os requisitos individuais ou da aplicação.
É uma forma digital de controlar a potência e é mais eficaz do que os métodos analógicos ou lineares.
Existem muitos exemplos que ilustram o uso efetivo do PWM no controle dos parâmetros fornecidos.
É usado para controlar a velocidade de motores DC, em inversores para controlar o RMS da saída AC ou para produzir saídas de onda senoidal modificada.
Também pode ser visto em fontes de alimentação SMPS para controlar a tensão de saída em níveis precisos.
Também é aplicado em circuitos de driver de LED para permitir o funcionamento do escurecimento do LED.
É amplamente usado em topologias buck/boost para derivar tensões reduzidas ou aumentadas sem usar transformadores volumosos.
Então, basicamente, pode ser usado para adaptar um parâmetro de saída de acordo com nossas próprias preferências.
Com tantas opções interessantes de aplicativos, isso significa que o método pode ser muito complicado ou caro para configurar?
A resposta é definitivamente, não. Na verdade, pode ser implementado de forma muito simples usando um único IC o LM555.
Existem basicamente dois métodos pelos quais o IC 555 pode ser usado para gerar saída de modulação de largura de pulso. O primeiro método usa apenas um único IC 555 e algumas peças associadas, como diodos, potenciômetros e capacitores. O segundo método é usando uma configuração padrão monoestável de IC 555 e usando um sinal de modulação externo.
IC 555 PWM usando diodos
O primeiro método é o mais simples e eficaz, que utiliza a configuração mostrada abaixo:
Demonstração de vídeo
O funcionamento do circuito IC 555 PWM de dois diodos mostrado acima é bastante simples. Na verdade, é um projeto de multivibrador astável padrão, com exceção de um controle independente do período ON/OFF da saída.
Como sabemos, o tempo de ON do circuito IC 555 PWM é decidido pelo tempo que seu capacitor leva para carregar no nível de 2/3 Vcc através do resistor do pino 7, e o tempo de OFF é determinado pelo tempo de descarga do capacitor abaixo de 1/3 Vcc através do próprio pino 7.
No circuito PWM simples acima, esses dois parâmetros podem ser definidos ou fixados independentemente por meio de um potenciômetro e de um par de diodos bifurcados.
O diodo do lado esquerdo que tem seu cátodo conectado ao pino #7 separa o tempo OFF, enquanto o diodo do lado direito que tem seu ânodo conectado ao pino #7 separa o tempo ON da saída do IC.
Quando o braço deslizante do potenciômetro está mais para o lado esquerdo do diodo, faz com que o tempo de descarga diminua, devido à menor resistência ao longo do caminho de descarga do capacitor. Isso resulta em um aumento no tempo ON e diminuição no tempo OFF do IC PWM.
Por outro lado, quando o controle deslizante do potenciômetro está mais para o lado direito do diodo, ele faz com que o tempo de ativação diminua devido à diminuição da resistência do potenciômetro no caminho de carga do capacitor. Isso resulta em um aumento no período OFF e diminuição nos períodos ON dos PWMs de saída do IC.
Você pode substituir os resistores de temporização por um único potenciômetro se quiser alterar o ciclo de trabalho mantendo a frequência constante, conforme ilustrado na figura a seguir.
O circuito 555 pode ser ajustado conforme ilustrado abaixo para alterar a frequência, mantendo o dever constante em cerca de 50%.
2) IC 555 PWM usando Modulação Externa
O segundo método é um pouco mais complexo do que o anterior e requer um DC externo variável no pino 5 (entrada de controle) do IC para implementar a largura de pulso proporcionalmente variável na saída do IC.
Vamos aprender a seguinte configuração de circuito simples:
Pinagem IC 555
O diagrama mostra o IC 555 conectado em um modo multivibrador monoestável fácil. Sabemos que neste modo o IC é capaz de gerar um pulso positivo no pino 3 em resposta a cada disparo negativo em seu pino 2.
O pulso no pino 3 é sustentado por um período de tempo predeterminado, dependendo dos valores de Ra e C. Também podemos ver o pino 2 e o pino 5 atribuídos como entradas de clock e modulação, respectivamente.
A saída é retirada do pino 3 usual do chip.
Na configuração direta acima, o IC 555 está pronto para gerar os pulsos PWM necessários, apenas requer um pulso de onda quadrada ou uma entrada de clock em seu pino 2, que determina a frequência de saída, e uma entrada de tensão variável no pino 5 cuja amplitude ou o nível de tensão decide as dimensões da largura de pulso na saída.
Os pulsos de um pino #2 geram ondas triangulares alternadas correspondentemente no pino #6/7 do IC, cuja largura é determinada pelos componentes de temporização RA e C.
Esta onda triangular é comparada com a medida instantânea de tensão aplicada no pino 5 para dimensionar os pulsos PWMs na saída do pino 3.
Em palavras simples, só precisamos fornecer um trem de pulsos no pino 2 e uma tensão variável no pino 5 para obter os pulsos PWM necessários no pino 3 do IC.
A amplitude da tensão no pino 5 será diretamente responsável por tornar os pulsos de saída PWM mais fortes ou mais fracos, ou simplesmente mais grossos ou mais finos.
A tensão de modulação pode ser um sinal de corrente muito baixa, mas daria os resultados pretendidos.
Por exemplo, suponha que aplicamos uma onda quadrada de 50 Hz no pino 2 e uma constante de 12 V no pino 5, o resultado na saída mostrará PWMs com RMS de 12 V e frequência de 50 Hz.
Para reduzir o RMS, precisamos apenas diminuir a tensão no pino 5. Se variarmos, o resultado será um PWM variável com valores RMS variados.
Se este RMS variável for aplicado a um estágio de driver de mosfet na saída, qualquer carga suportada pelo mosfet também responderá com resultados altos e baixos correspondentes.
Se um motor estiver conectado ao mosfet, ele responderá com velocidades variadas, uma lâmpada com intensidades de luz variadas enquanto um inversor com equivalentes de onda senoidal modificada.
A forma de onda de saída
A discussão acima pode ser testemunhada e verificada a partir da ilustração da forma de onda abaixo:
A forma de onda superior representa a tensão de modulação no pino 5, a protuberância na forma de onda representa a tensão crescente e vice-versa.
A segunda forma de onda representa o pulso de clock uniforme aplicado no pino 2. É apenas para permitir que o IC comute em uma determinada frequência, sem a qual o IC não seria capaz de funcionar como um dispositivo gerador de PWM.
A terceira forma de onda representa a geração PWM real no pino 3, podemos ver que a largura dos pulsos é diretamente proporcional ao sinal de modulação superior.
As larguras de pulso correspondentes à “protuberância” podem ser vistas como muito mais amplas e espaçadas, que proporcionalmente se tornam mais finas e esparsas com a queda do nível de tensão de modulação.
O conceito acima pode ser aplicado de maneira muito fácil e eficaz em aplicações de controle de energia, conforme discutido anteriormente no artigo acima.
Como gerar um ciclo de trabalho fixo de 50% de um circuito IC 555
A figura a seguir mostra uma configuração simples que fornecerá PWMs de ciclo de trabalho fixo de 50% em seu pino 3. A ideia foi apresentada em um dos datasheets do IC 555, e este projeto parece muito interessante e útil para aplicações que precisam de um estágio gerador de ciclo de trabalho fixo de 50% simples e rápido.
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FONTE
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