CI 555 - TUTORIAL BÁSICO - “FOR DUMMIES AND FOR ME”

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Departamento Acadêmico de EletrônicaCEFET/SC – Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica
Curso Técnico em Eletrônica Disciplina: Aplicações com Amplificadores Operacionais. Professor: Charles Borges de Lima. Data: 29/03/2007.
CI 555 - TUTORIAL BÁSICO - “FOR DUMMIES AND FOR ME”.
1. INTRODUÇÃO O circuito integrado 555 é um temporizador de uso geral, amplamente utilizado em eletrônica, com baixo custo e alta versatilidade. Foi introduzido no inicio da década de 70 pela Signetic Corporation como SE555/NE555 e era chamado de “Máquina do Tempo” (The IC Time Machine), também foi o primeiro circuito integrado temporizador disponível. A tabela abaixo mostra os principais fabricantes do 555 e suas nomenclaturas.
Fabricante Código ECG Philips ECG955M Exar XR-555 Fairchild NE 555 Harris HA 555 Intersil SE 555/NE 555 Lithic Systems LC 555 Maxim ICM 7555 Motorola MC 1455/MC 1555 National LM 1455/LM 555C NTE Sylvania NTE 955M Raytheon RM 555/RC 555 RCA CA 555/CA 555C Sanyo LC 7555 Texas Instruments SN 52555/SN 72555
O 555 pode ser utilizado em circuitos monoestáveis ou astáveis (osciladores), com períodos que podem variar de microssegundos a vários minutos. A tensão de alimentação do CI situa-se entre 5V e 18V, o que o torna compatível com a família TTL, bem como ideal para aplicações em circuitos alimentados por baterias. É capaz de fornecer ou drenar correntes de até 200mA, permitindo o comando direto de relés, lâmpadas e outras cargas relativamente grandes. O circuito interno do 555 requer cerca de 10mA quando a saída se encontra em estado alto (período temporizado), e 1mA no estado de repouso (saída baixa). A estas correntes deve ser adicionada a corrente solicitada pela carga. 2. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
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O 555 possui 8 pinos como pode ser observado na Fig. 1, sendo composto basicamente por dois comparadores, um Flip-Flop RS, um estágio de saída e uma rede resistiva com três resistores iguais R=R=R= 5k (daí o nome 555). O CI é composto por mais de 20 transistores, 15 resistores e 2 diodos, como pode ser visto na Fig. 2.
Fig. 1. Pinagem do 555 (encapsulamento DIL – Dual In Line).
Fig. 2. Diagrama esquemático do 555. O CI é o resultado de uma combinação de comparadores lineares e um Flip-Flop conforme mostrado na Fig. 3. Uma conexão em série de três resistores determina os valores das tensões de referência para os dois comparadores (2/3 VCC e 1/3 VCC). A saída desses comparadores habilita ou desabilita o Flip-Flop. A saída do Flip-Flop é, então, aplicada a um estágio amplificador de saída (não aparece na Fig. 3). O Flip-Flop também opera um transistor dentro do CI, que têm a função de descarregar o capacitor de temporização. Como será visto, o processo de temporização é baseado no tempo de carga e descarga de um capacitor externo, adequadamente conectado ao 555.
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Fig. 3. Detalhes do CI temporizador 555.
2.1 DESCRIÇÃO DOS PINOS Pino 1 (GND): Pino de terra ou ponto comum à alimentação. Pino 2 (Disparo): É a entrada do comparador com referência em 1/3 VCC, sendo usado para setar o Flip-Flop (Q e 1= 0Q = ). Quando a tensão neste pino é menor que 1/3 VCC, ou menor que metade da tensão que aparece no pino 5, a saída vai para o estado alto. Como a ação do pino de disparo é sensível ao nível de tensão nele aplicado, a tensão de disparo pode variar lentamente. O pulso de disparo deve ser de duração menor que o intervalo de tempo determinado pela resistência e capacitância externa. Se o pino é mantido em nível baixo por um tempo maior, a saída permanecerá em nível alto até que a tensão seja corrigida. Pino 3 (Saída): É a saída do sinal temporizado, o qual é adequadamente tratado para poder fornecer corrente à carga. Pino 4 (Reset): Usado para resetar/reciclar o Flip-Flop e retornar a saída ao estado zero (Q 0= ) e acionar o transistor de descarga ( 1=Q ). O pino é ativo quando a tensão aplica tiver nível lógico zero. Caso o reset não seja utilizado esse pino deve ser conectado ao VCC para evitar qualquer reciclagem indevida. Pino 5 (Tensão de Controle): Este pino permite o acesso direto ao ponto do divisor de tensão com 2/3 VCC. O uso deste pino é opcional, entretanto, possibilita uma grande flexibilidade na mudança do período de temporização. É recomendado o uso de um pequeno capacitor cerâmico (0,01µF) entre esse pino e o terra para aumentar a imunidade do CI ao ruído e eliminar um indesejável disparo. Pino 6 (Limiar): é a entrada para o comparador que têm uma tensão de 2/3 VCC como referência. É esse comparador que irá resetar o Flip-Flop. Resetar através deste terminal significa uma entrada de tensão superior a 2/3 VCC ou a tensão aplicada no pino 5. Pino 7 (Descarga): é ligado a um transistor NPN com coletor aberto. Quando este pino é acionado o transistor funciona como uma chave e o coletor é efetivamente conectado ao terra. É usado para descarregar o capacitor associado a esse pino. Pino 8 (VCC): É o pino de alimentação do CI onde será conectado o terminal positivo da fonte.
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2.2 OPERAÇÃO ASTÁVEL (OSCILADOR) Neste modo de operação um capacitor é constantemente carregado e descarregado, sendo utilizados os comparadores internos do CI para o disparo de saída e descarga do capacitor, gerando uma onda quadrada com ciclo alto e baixo ajustável. A Fig. 4 ilustra a utilização do 555 em modo astável. O capacitor C carrega-se, tendendo ao valor de VCC, através dos resistores externos RA e RB. A tensão do capacitor aumenta até ultrapassar 2/3 VCC. Essa tensão é o limiar do pino 6, que leva o seu comparador a disparar o Flip-Flop e a saída do pino 3 a nível baixo. Além disso o transistor de descarga é ligado, fazendo com que o capacitor seja descarregado através de RB pelo pino 7. A tensão do capacitor diminui até cair abaixo do valor de disparo 1/3 VCC. O Flip-Flop é acionado, a saída retorna ao nível alto e o transistor de descarga é desligado. O capacitor pode, então, ser novamente carregado e o processo repetido. A tensão do capacitor ficará entre 1/3 VCC e 2/3 VCC.
Fig. 4. Multivibrador astável com o CI 555.
Os cálculos dos intervalos de tempo nos quais a saída é alta e baixa podem ser feitos
utilizando as relações:
C)R2R( 44,1
T 1f
BA + == [Hz]
2.2.1 EXEMPLOS DO 555 EM MODO ASTÁVEL Exemplo 1: O circuito da Fig. 5 apresenta um circuito para piscar dois LEDS com uma determinada freqüência e a Fig. 6 pode ser utilizada para compreender esse funcionamento.
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Fig. 5. Circuito para piscar dois LEDs com um determinada freqüência.
Fig. 6. Esquema para compreensão do circuito da Fig. 5 e do modo de operação astável do 555.
Exemplo 2: Determine a freqüência e desenhe a forma de onda de saída para o circuito da Fig. 7.
Fig. 7. Multivibrador astável para o exemplo 2.
05,1=+≈ -6 alto 07,5k)0,1.10,7(7,5kT ms T ms 525,010.1,0.k5,7.7,0 6
baixo =≈ −
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2.3 OPERAÇÃO MONOESTÁVEL Quando o sinal na entrada de disparo apresentar uma borda negativa o comparador relativo a essa entrada aciona o Flip-Flop e a saída vai a nível alto e aí permanece por um período de tempo:
CR1,1T Aalto = [s] Em relação à Fig. 8, a borda negativa na entrada de disparo faz o comparador (1/3 VCC) disparar o Flip-Flop, produzindo uma tensão de saída em nível alto. O capacitor C é carregado pela fonte VCC através de RA. Durante o intervalo de carga a saída permanece alta. Quando a tensão do capacitor atinge o valor limiar de 2/3 VCC, o outro comparador dispara o Flip-Flop levando a saída a nível baixo. O transistor de descarga também conduz fazendo o capacitor descarregar. O processo pode ser repetido com novo pulso de disparo.
Fig. 8. Operação do 555 como monoestável. 2.3.1 EXEMPLO DO 555 EM MODO MONOESTÁVEL
Exemplo: Determine o período da forma de onda de saída para o circuito da Fig. 9.
Fig. 9. Figura para o exemplo do 555 monoestável.
ms825,0)10.1,0.k5,7.(1,1T 6 alto == −
2.4 RESUMO ESQUEMÁTICO DOS MODOS ASTÁVEL E MONOESTÁVEL
Fig. 10. Diagrama e formas de onda para o 555 em modo astável e monoestável.
O valor de mínimo de RT deve ser de 1k e o máximo de 1M, acima disso até 20M (limite) a precisão da temporização é comprometida. RT = RA + RB no caso do circuito astável.
Fig. 11. Formas de ondas obtidas com um osciloscópio para o modo astável do 555.
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Fig. 12. Formas de ondas obtidas com um osciloscópio para o modo monoestável do 555. 2.5 PROBLEMAS COM O USO DE CAPACITORES ELETROLÍTICOS
Se forem utilizados capacitores eletrolíticos a tensão de isolação deve ser compatível com a tensão de alimentação do circuito. Um capacitor eletrolítico só se torna realmente um capacitor com o valor de capacitância nominal, quando a tensão entre seus terminais ultrapassar 1/10 da sua tensão de isolamento. Se, por exemplo, um capacitor com isolamento de 100V for utilizado com uma fonte de 15V, no circuito do 555, pode-se observar as formas de onda semelhantes às da Fig. 13, que têm um período muito menor que o fornecido pelos cálculos.
Fig. 13. Problemas que podem surgir com o uso do capacitor eletrolítico no 555.
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4. BIBLIOGRAFIA BOYLESTAD, Robert L. NASHELSKY, Louis. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 8 ed., Person Brasil, 2004. PARR, E. A. Projetos Eletrônicos com o CI 555, Seleções Eletrônicas Editora Ltda - SELTRON, 1981. PERTENCE JR, Antônio. Eletrônica Analógica - Amplificadores Operacionais e Filtros Ativos – 6 ed., Bookman Companhia Ed., 2003. http://www.uoguelph.ca/~antoon/gadgets/555/555.html, by Tonny Van Roon, março 2007. http://www.williamson-labs.com/480_555.htm, março de 2007.
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