Roteiro no 8

Características do 555/Multivibradores Astável e Monoestável

Fundação Universidade Federal de Rondônia, Núcleo de Ciência e Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica - DEEBacharelado em Engenharia Elétrica - 5o Período - Disciplina de Eletrônica II

I. INTRODUÇÃO

De todos os circuitos integrados usados atualmente, talvezo mais popular seja o 555. Criado para funcionar comotimer e oscilador de uso geral, esse circuito integrado semostrou tão versátil, que milhares de aplicações decorrenteslogo foram criadas. Hoje, quando se fala em qualquer projetoem que se necessite da geração de formas de onda, retardos,temporizações ou ainda disparo de dispositivos a partir desinais lógicos o primeiro componente que vem à cabeça dequalquer projetista é o 555. [2]

II. CONCEITUAÇÃO TEÓRICA

A. Estrutura Interna

O CI 555 possui, em sua estrutura interna, 2 Comparadores,uma rede resistiva para produzir os potenciais para compara-ção, uma célula de memória e driver de saída, como mostradona figura 1.

Figura 1. Estrutura Interna do 555

Sua pinagem é dada pela figura 2.

Figura 2. Pinagem do 555

Definição e função dos pinos do CI:

1) GND Tensão de referência, correspondendo à massa dafonte de alimentação DC;

2) Trigger Se a tensão neste pino for inferior a 1/3 deVCC, a saída do comparador interno C2 fica no estadoAlto, ativando desta forma a entrada S (Set) do Flip-Flope a saída do 555 (pino 3) fica no nível Alto, desativandoainda o pino 7; esta mantém-se neste estado até haveruma activação da entrada R(Reset) do Flip-Flop;

3) Output é a saída do 555; pode encontrar-se no nívelAlto (aproximadamente VCC) ou Baixo (aproximada-mente 0V); este pino pode fornecer (Source) ou receber(Sink) correntes a uma carga, com valor até 200 mA;

4) Reset quando colocada uma tensão inferior a VCC-0,7coloca a saída do 555 (pino 3) no nível Baixo e inibe ofuncionamento do CI;

5) Control quando ligada a uma fonte de sinal, permitealterar os níveis de Threshold e de Trigger;

6) Threshold - Se a tensão neste pino for superior a 2/3 deVCC, a saída do comparador interno C1 fica no estadoAlto, ativando desta forma a entrada R (Reset) do Flip-Flop e a saída do 555 (pino 3) fica no nível Baixo,activando ainda o transístor de descarga; esta mantém-se neste estado até haver uma activação da entrada S(Set)do Flip-Flop;

7) Discharge activo quando pino 3 (Output) está no nívelBaixo e vice-versa; tipicamente utilizado para descar-regar condensador da malha RC;

8) VCC Tensão positiva da fonte de alimentação DC (4,5.. 18V)

B. Configuração Astável

A figura 3 mostra o 555 em sua configuração astável.Nesse tipo de circuito, a saída nunca fica estável em nenhum

dos dois estados possíveis, logo produz um trem de impulsoscom uma determinada frequência.

Como pode-se observar pela figura 4, quando o capacitorC1 está carregando, o sinal de saída vai para o nível lógicoalto e quando ele está descarregando o sinal de saída vai parao nível lógico baixo.

Ocorre que quando o circuito é energizado, não pode-mos saber em que estado está o Flip-Flop interno do 555,supondo que ele esteja ativo, o pino 7 (descarga) estará emalta impedância, assim o capacitor C1 se carrega através deR1 e R2. No instante que a tensão no pino 6 (limiar) forligeiramente maior do que 2/3 de Vcc, o pino 7 vai para

Figura 3. Modelo de Configuração Astável do 555

Figura 4. Tensão de carga no capacitor e tensão de saída do astável

baixa impedância descarregando o capacitor C1 através de R2,voltando ao estado inicial e recomeçando a operação.

Para este circuito são válidas as seguintes relações:

• Duração do nível alto da saída, ou ciclo de carga nocapacitor C1:

T1 = 0, 693(R1 +R2)C1 (1)

• Duração do nível baixo da saída, ou ciclo de descarga nocapacitor C1:

T2 = 0, 693(R2)C1 (2)

• Ciclo de Trabalho (D):

D =W

T=

R1 +R2

2R2 +R1(3)

• Período total (T):

T = T1 + T2 = 0, 693(R1 +R2)C1 (4)

Figura 5. Circuito Monoestável

III. CONFIGURAÇÃO MONOESTÁVEL

Neste modo de operação, figura 5, o temporizador funcionacom um único estado. O capacitor externo C1 é inicial-mente mantido descarregado por um transistor interno ao555. Quando um pulso negativo de trigger menor que 1/3 deVcc é aplicado ao pino 2 o flip-flop é acionado, liberandoo curto circuito sobre o capacitor C1 e levando a saída aum nível elevado (High). A tensão sobre o capacitor cresceexponencialmente por um período descrito pela equação 5.

T = R1C1ln(3) (5)

Quando a tensão no capacitor atinge 2Vcc/3 o comparadordá o reset no flip-flop descarregando rapidamente o capacitore comutando a saída para um nível baixo. A saída permaneceentão no estado baixo até que um novo pulso de trigger sejaaplicado. A Figura 6 mostra as formas de onda geradas nestaconfiguração. Uma vez disparado, o circuito permanece nesteestado, até que o tempo colocado seja decorrido, mesmo queum pulso de disparo seja aplicado novamente durante esteintervalo. Quando o reset não está sendo usado, recomenda-seque seja conectado a Vcc, para evitar qualquer possibilidadede falso disparo.

Figura 6. Operação Monoestável: I - Tensão de disparo, II - Tensão nocapacitor C1 e III - Tensão de saída

IV. OBJETIVOS

Os objetivos desta experiência resumem-se à familiarizaçãocom o circuito integrado Timer 555 e algumas de suas apli-cações.

V. MATERIAIS UTILIZADOS

• 1 Circuito Integrado LM555;• 1 Led;• 1 Resistor de 560 Ω ;• 2 Resistores de 100 KΩ ;• 1 Potenciômetro de 100 KΩ ;• 1 Resistor de 68 KΩ;• 1 Resistores de 56 KΩ;• 2 Resistores de 10 KΩ;• 1 Resistor de 80 KΩ;• 1 Capacitor de 100 nF;• 1 Capacitor de 1 nF;• 1 Capacitor de 10 nF;• 1 Capacitor de 10 µF ;• 1 Capacitor de 100 µF ;• 1 Gerador de Função;• 1 Fonte DC;• 1 Osciloscópio• 1 Protoboard.

VI. EXPERIMENTOS

A. Oscilador Astável

Figura 7. Oscilador Astável utilizando o 555

1) Monte o circuito da figura 7;2) Ajuste o potenciômetro para a sua máxima resistência;3) Ligue a fonte DC, configure-a para funcionar de forma

independente, ajuste para 12 V e conecte no circuito,como na figura 7;

4) Configure a entrada A e B do osciloscópio em 5 V/div-DC, ajuste o time base em 10 ms/div, outras configu-rações são:modo AUTO e SLOP+.

5) Com um canal do osciloscópio, meça a tensão de cargado capacitor C1, com o outro, meça a tensão no pino desaída. Anote os sinais medidos.

6) Ajuste o potenciômetro para a mínima resistência. O queocorre com a amplitude e freqüência do sinal de cargado capacitor. Por que?

7) Meça a freqüência do sinal de saída e calcule o ciclode trabalho da mesma. É igual ou diferente que 50 porcento? Justifique sua resposta.

8) Como você faria para que o ciclo de trabalho fosse de50 por cento?

B. Temporizador Monoestável

Figura 8. Temporizador monoestável utilizando o 555

1) Monte o circuito da figura 8;2) Ligue a fonte DC, configure-a para funcionar de forma

independente, ajuste para 12 V e conecte-a ao circuito,como na figura 8;

3) Configure a entrada A e B do osciloscópio em 5 V/div-DC, ajuste o time base em 100 ms/div, outras configu-rações são:modo AUTO e SLOP+.

4) Conecte o canal A do osciloscópio na saída(pino 3);5) Dê um pulso na chave A e cronometre o tempo em que

a saída permanece no estado alto, preenchendo a tabela1.

6) Faça o mesmo para RX = 100 KΩ e CX = 10 µF ;7) Faça o mesmo para RX = 56 KΩ e CX = 100 µF ;8) Faça o mesmo para RX = 80 KΩ e CX = 100 µF ;

RX CX Tempo Medido Tempo Calculado68 kΩ 10 µF100 kΩ 10 µF56 kΩ 100 µF80 kΩ 100 µF

9) Calcule o tempo para os passos 5 a 8;10) O tempo medido é igual ao tempo calculado? Se não,

explique o motivo.

REFERÊNCIAS

[1] Kit Didádico de Eletrônica Analógica, Teoria e Prática, Bit9 Automação,Experiência 08.

[2] http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/592-o-circuito-integrado-555-art011.html

[3] National Linear Data Book, 1976, U. S . A[4] Jung, Walter G. IC Timer Cook Book, Howard, 1978, U.S.A.[5] Projetos eletrônicos com 555, autor: E. A. Parr, ed. Seltron;[6] Apostila de eletrônica geral 3 do CEFET-PE, autor: Antônio Jorge

Carvalho;[7] Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos, autores: Boylestad e Nashel-

sky, ed. PHB;[8] Linear Circuits Applications, Texas Instruments