A postagem explica como funciona o IC 555, seus detalhes básicos de pinagem e como configurar o IC em seus modos de circuito padrão ou popular astável, biestável e monoestável. A postagem também detalha as várias fórmulas para calcular os parâmetros 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” e foi projetado 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 o diagrama de bloco interno do IC 555, encontraremos três resistores de 5K ohm conectados em série para decidir o fator de tempo, então provavelmente foi assim que o dispositivo recebeu o nome de temporizador IC 555. Porém, algumas hipóteses afirmam que a seleção do nome não tem relação com os componentes internos do CI, ela foi selecionada arbitrariamente.
Como funciona o IC 555
Um IC555 padrão consiste em 25 transistores, 15 resistores e 2 diodos integrados em um molde de silício. Existem duas versões do CI disponíveis: cronômetro 555 militar e civil.
O NE555 é um IC de nível civil e tem faixa de temperatura operacional de 0 a +70 graus Celsius. O SE555 é um IC de nível militar e tem uma faixa de temperatura operacional de -55 a +125 graus Celsius.
Você também encontrará o Versão CMOS do temporizador conhecido como 7555 e TLC555 estes consomem menos energia em comparação com o padrão 555 e operam menos de 5V.
Os temporizadores da versão CMOS consistem em MOSFETs em vez de transistor bipolar, que é eficiente e consome menos energia.
Detalhes de Pinagem e Trabalho do IC 555:
- Pino 1 : Terra ou 0V: É o pino de alimentação negativo do IC
- Pino 2 : Gatilho ou entrada: Um gatilho momentâneo negativo neste pino de entrada faz com que o pino 3 de saída fique 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 torna-se BAIXO novamente. Esta comutação ON / OFF é feita por um interno CHINELO DE DEDO etapa.
- 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 IC. Quando aterrado, redefine momentaneamente a saída do IC para sua posição inicial e, se estiver permanentemente conectado ao aterramento, mantém as operações do IC desabilitadas.
- Pino 5 : Controle: Um potencial CC variável externo pode ser aplicado a este pino para controlar ou modular a largura de pulso do pino 3 e gerar um PWM controlado.
- Pino 6 : Limite: Este é o pino de limite que faz com que a saída fique BAIXA (0V) assim que a carga do capacitor de temporização atinge o limite 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 2/3 da tensão de alimentação.
- Pino 8 : Vcc: É a entrada de alimentação positiva entre 5 V e 15 V.
3 modos de cronômetro:
- Gatilho biestável ou Schmitt
- Monoestável ou um tiro
- Astable
Modo biestável:
Quando o IC555 é configurado no modo biestável, ele funciona como um flip-flop básico. Em outras palavras, quando o acionador de entrada é dado, ele alterna o estado de saída ON ou OFF.
Normalmente # pin2 e # pin4 são conectados a resistores pull-up neste modo de operação.
Quando o # pino2 é aterrado por curta duração, a saída em # pino3 fica alta para reinicializar a saída, # pino4 é momentaneamente em curto com o terra e, em seguida, a saída é baixa.
Não há necessidade de um capacitor de temporização aqui, mas é recomendado conectar um capacitor (0,01uF a 0,1uF) em # pino 5 e aterramento. # 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 de 10k ohm, 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 one-shot ou monoestável , conforme mostrado na figura abaixo.
Assim que o sinal de acionamento de entrada torna-se negativo, o modo de disparo único é ativado, fazendo com que o pino de saída 3 fique alto no nível Vcc. O período de tempo da condição alta de saída pode ser calculado usando a fórmula:
- TAlto= 1,1 RPARAC
Como visto na figura, a borda negativa da entrada força o comparador 2 a alternar o flip-flop. Esta ação faz com que a saída no pino 3 fique alta.
Na verdade, neste processo, o capacitor C é cobrado em direção VCC através do resistor FORA . Enquanto o capacitor carrega, a saída é mantida alta no nível Vcc.
Demonstração de vídeo
Quando a tensão através do capacitor atinge o nível de limite de 2 VCC / 3, o comparador 1 aciona o flip-flop, forçando a saída a mudar de estado e diminuir.
Isso posteriormente torna a descarga baixa, fazendo com que o capacitor descarregue e se mantenha em torno de 0 V até o próximo disparo de entrada.
A figura acima mostra todo o procedimento quando a entrada é disparada baixa, levando a uma forma de onda de saída para uma ação monoestável de um disparo do IC 555.
O tempo de saída para este modo pode variar de microssegundos a muitos segundos, permitindo que essa operação se torne idealmente útil para uma variedade de aplicações diferentes.
Explicação simplificada para iniciantes
Geradores monoestáveis ou de pulso único são amplamente usados 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 a hora 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 acionamento de entrada entre dois pulsos deve ser maior que a constante de tempo RC.
Aqui está um circuito monoestável simples:
Resolvendo um aplicativo monoestável prático
Descubra o período da forma de onda de saída para o exemplo de circuito mostrado abaixo quando ele é disparado por um pulso de borda negativa.
Solução:
- TAlto= 1,1 RPARAC = 1,1 (7,5 x 103) (0,1 x 10-6) = 0,825 ms
Como funciona o modo Astable:
Referindo-se à figura do circuito astável IC555 abaixo, o Capacitor C é cobrado para VCC nível através dos dois resistores RPARAe RB. O capacitor é carregado até atingir mais de 2 VCC / 3. Esta tensão se torna 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 dispara instantaneamente o estágio 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 por meio de resistores FORA e RB em direção a VCC .
Os intervalos de tempo que são responsáveis por tornar a saída alta e baixa podem ser calculados usando as relações
- TAlto≈ 0,7 (RPARA+ RB) C
- Tbaixo≈ 0,7 RB C
O período total é
- T = período = TAlto+ Tbaixo
Vídeo tutorial
Explicação simplificada para iniciantes
Este é o multivibrador ou designs AMV mais comumente usados, como em osciladores, sirenes, alarmes , pisca-pisca etc, e este seria um dos nossos primeiros circuitos implementados para IC 555 como um amador (lembra do LED pisca-pisca alternativo?).
Quando o IC555 é configurado como multivibrador astável, ele emite pulsos retangulares contínuos em # pin3.
A frequência e a largura de pulso podem ser reguladas por R1, R2 e C1. O R1 é conectado entre Vcc e descarga # pino7, R2 é conectado entre # pino7 e # pino2 e também # pino6. O # pin6 e # pin2 estão em curto.
O capacitor é conectado entre # pin2 e terra.
A frequência para Multivibrador astável 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 o capacitor em farads.
O tempo máximo 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 ohms.
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 permaneça saturada perto da tensão de aterramento 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 Exemplo de Problema Astable
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 quiser uma saída menor do que 50% do ciclo de trabalho, ou seja, um tempo alto mais curto e um tempo mais baixo mais longo, um diodo pode ser conectado através de R2 com cátodo no lado do capacitor. É também chamado de modo PWM para o temporizador 555 IC.
Você também pode criar um Circuito 555 PWM com ciclo de trabalho variável dois diodos 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 de PWM desejada rapidamente.
Calculando PWM
Em um circuito IC 555 usando dois diodos, a fórmula para calcular a taxa PWM pode ser alcançada usando a seguinte fórmula:
TAlto≈ 0,7 (R1 + Resistência POT) C
Aqui, a resistência do POT se refere 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 potenciômetro é um potenciômetro de 5 K e está 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 exemplo Fórmula.
Se for o ajuste do lado 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 de carregamento do ajuste do potenciômetro, a fórmula pode ser resolvida como.
TAlto≈ 0,7 (R1 + 2000 Ω) C
Lembre-se, em ambos os casos, o C estará em Farads. Portanto, você deve primeiro converter o valor do microfarad em seu esquema em Farad, para obter uma solução correta.
Referências: Stackexchange
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