Oscilador IC 555, circuitos de alarme e sirene

Neste artigo, aprenderemos como construir e otimizar circuitos osciladores IC 555 básicos, cujas formas de onda podem ser aprimoradas para gerar efeitos sonoros complexos, como alarme sonoro, sirene da polícia, alarme de alerta vermelho, alarme de viagem nas estrelas, etc.

Visão geral

O modo básico normalmente empregado para fazer os osciladores IC 555 é o modo de circuito astável.

Se olharmos para o circuito astável mostrado abaixo, encontre a pinagem juntou-se da seguinte maneira:

• Pino 2 do gatilho em curto com o pino 6 do limiar.
• 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 por meio 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 abastecimento, envia um gatilho no pino 2.

Quando isso acontece, o pino 7 novamente fica alto, iniciando a ação de carga no capacitor até que ele ensine o nível de alimentação 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 voltagem cria uma frequência dente de serra para aparecer.

O flip-flop interno responde a essa frequência dente de serra e se converte em ondas retangulares no pino de saída 3 do IC. Isso nos fornece as oscilações de onda retangulares necessárias na saída do pino 3 do IC.

Uma vez que a frequência de oscilação depende inteiramente de R1, R2 e C1, o usuário é capaz de alterar os valores desses componentes para obter quaisquer valores desejados para os períodos ON OFF das frequências de oscilação, que também é chamado de controle PWM ou controle de ciclo de serviço .

O gráfico acima nos fornece a relação entre R1 e C1.

R2 é ignorado aqui porque seu valor é desprezivelmente pequeno em comparação com R2.

Circuito oscilador de onda quadrada básico usando IC 555

Com a discussão acima, aprendemos como um IC 555 pode ser usado no modo astável para criar um circuito oscilador de onda quadrada básico.

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 na saída do pino 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 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 pode ser usado especificamente para controlar a relação marca / espaço dos pulsos de saída.

Para as várias fórmulas de cálculo do ciclo de trabalho, frequência e PWM de um oscilador IC 555 (astável) pode ser estudado 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, conforme mostrado abaixo. O valor de R2 deve ser pequeno em comparação com o valor do pote.

Na configuração acima, a frequência de oscilação pode ser variada desde 650 Hz, a 7,2 kHz através das variações de potenciômetro indicadas. Essa faixa pode ser ainda mais aumentada e aprimorada com a adição de uma chave para selecionar valores diferentes para C1, uma vez que C1 também é diretamente responsável por definir a frequência de saída.

Circuitos osciladores PWM variáveis ​​usando IC 555

A figura acima mostra como um facilidade de proporção de espaço de marca variável pode ser adicionado a qualquer circuito oscilador astável IC 555 básico por meio de alguns diodos e um potenciômetro.

O recurso permite ao usuário obter qualquer PWM desejado ou períodos 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 potenciômetro R3 carregam alternadamente C1, enquanto o potenciômetro R4, D2 e ​​R2 descarregam 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. Nessa configuração, o tempo de carga de C1 é fixado por D1 e seu resistor em série, enquanto o potenciômetro só permite o controle para o tempo de descarga de C1, daí o tempo OFF dos pulsos de saída. O outro potenciômetro 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 ON / tempo OFF) 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 o auxílio 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 por meio de R1 e D1 e da metade direita do potenciômetro R3, e é descarregado por meio do meio potenciômetro esquerdo R3, D2 e ​​R2.

Em ambas as tabelas acima, o valor de C1 define a frequência oscilatória para cerca de 1,2 kHz.

Como pausar ou iniciar / parar a função do oscilador astável IC com botão de pressão

Você pode acionar um oscilador astável IC 555 ON / OFF de algumas maneiras simples.

Isso pode ser feito por meio de botões ou por meio de um sinal de entrada eletrônico.

Na figura acima, o pino 4, que é o pino de reinicialização do IC, é aterrado através de R3 e uma chave push-to-ON é conectada à linha de alimentação positiva.

O pino 4 do IC 555 precisa de no mínimo 0,7 V para permanecer polarizado e para manter o funcionamento do IC habilitado. Pressionar o botão habilita a função de oscilador astável do IC, enquanto a liberação da chave remove a polarização do pino 4 e a função do IC é desabilitada.

Isso também pode ser implementado por meio 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 por meio de R3 e da alimentação positiva. Aqui, o botão de pressão é conectado ao pino 4 e ao aterramento. Isso significa que quando o botão é pressionado desabilita as ondas quadradas de saída do IC, fazendo com que a saída gire 0V.

Liberar o botão de pressão inicia a geração de ondas quadradas astáveis ​​normalmente através do pino 3 do IC.

O mesmo pode ser obtido por meio 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 IC, conforme mostrado acima.

Quando S1 é pressionado, o pino 2 é repentinamente 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 mantida abaixo de 1/3 Vcc, a saída do pino 3 fica alta permanentemente.

Portanto, pressionar S1 causa uma queda de tensão em C1 abaixo de 1/3 Vcc, forçando o pino de saída 3 a ficar alto enquanto S1 permanecer pressionado. Isso inibe o funcionamento normal de oscilações astáveis. Quando o botão é liberado, a função astbale é restaurada às condições normais. A forma de onda do lado direito reconhece a resposta do pino 3 ao pressionamento do botão.

A operação acima pode ser controlada da mesma forma 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. Facilita o usuário a modular a freqüência de saída do IC simplesmente aplicando um nível DC ajustável no pino # 5.

Um potencial DC crescente faz com que a largura do pulso da freqüência de saída aumente proporcionalmente, enquanto a redução do potencial DC faz com que a largura do pulso da freqüência se torne mais estreita proporcionalmente. Esses potenciais devem estar estritamente entre 0 V e o nível Vcc completo.

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 mudar seus períodos de carga / descarga dependendo da configuração do potenciômetro.

Quando uma AC variável com uma amplitude entre 0 V e Vcc é aplicada no pino 5, a saída PWM ou largura de pulso também segue a amplitude AC variável, gerando um trem contínuo de pulsos de alargamento e estreitamento de um pino 3.

Um sinal AC também pode ser usado para a modulação, simplesmente integrando o pino 5 com um AC externo por meio de um capacitor de 10uF.

Fazendo alarmes e sirenes com IC 555

A configuração versátil do oscilador astável do IC 555 nos permite implementá-lo para fazer vários tipos de sirenes e circuitos de alarme. Isso se torna possível porque um astável é basicamente um gerador de forma de onda, e pode ser personalizado para gerar diferentes tipos de formas de onda de som, semelhantes a alarmes e sirenes.

Na figura acima, podemos ver o IC 555 configurado como um monótono de frequência de 800 Hz circuito de alarme .

O alto-falante pode ter qualquer valor de impedância, devido à presença da resistência limitadora de corrente Rx. Um valor seguro pode ser cerca de 70 Ohms 1 watt.

Para fazer um circuito de alarme de tom contínuo de alta potência, podemos atualizar o circuito acima através de um driver de transistor de potência Q1 e um alto-falante mais potente, como mostrado abaixo:

Uma vez que o projeto pode produzir um alto nível de volatilidade de ondulação, D1 e C3 são incluídos para evitar a interferência de ondulação com o funcionamento do IC 555.

Os diodos D2 e ​​D3 são incluídos para neutralizar os picos de chaveamento indutivo gerados pela bobina do alto-falante e para proteger o transistor Q1 contra danos.

Circuito de Alarmes IC 555 Pulsado

O alarme monótono anterior de 800 Hz poderia ser convertido em um alarme de 800 Hz pulsado mais intresreting adicionando outro multivibrador astável com o circuito gerador de tom conforme mostrado abaixo.

Já estudamos como o pino 5 pode ser usado para controlar a largura de pulso do IC 555.

Aqui o IC 2 é configurado como um circuito oscilador de 1 Hz que faz com que o pino 5 do IC 1 se torne alternadamente baixo a uma taxa de 1 Hz. Isso, por sua vez, faz com que a largura de pulso do pino 3 800 Hz se estreite a uma extensão que quase desliga Q1. Isso produz um efeito de alarme pulsado agudo de 1 Hz no alto-falante.

Circuito de alarme Warble He-Haw

Se você deseja converter o projeto anterior em um alarme sonoro penetrante, você pode fazê-lo simplesmente substituindo o diodo D1 por um resistor de 10 K, conforme revelado no diagrama acima. Também conhecido como alarme he-haw, são comumente usados ​​em veículos de emergência europeus.

Sabemos que o pino 5 pode ser usado com um sinal alto / baixo externo para modular a saída do pino 3 com larguras de pulso de alargamento / estreitamento correspondentes. A alimentação alta baixa alternativa de 1 Hz no pino 5 do IC2 força a tensão do pino # 3 de saída do IC 1 a gerar uma frequência de mudança simétrica variando de 500 Hz a 440 Hz. Isso faz com que o alto-falante gere o som agudo necessário do alarme agudo de alto volume na taxa de 1 Hz.

Fazendo uma Sirene de Polícia

O IC 555 também pode ser usado para fazer um circuito de sirene de polícia que imita perfeitamente como demonstrado acima.

O circuito é projetado para produzir o som de lamento típico comumente ouvido nas sirenes da polícia.

Aqui o IC2 é conectado como um oscilador de baixa frequência com uma frequência ajustada em uma taxa ON OFF de 6 segundos.

A rampa de onda do triângulo exponencial lento gerada em seu C1 é alimentada na base de Q1 configurada como um seguidor de emissor .

A frequência de IC1 é definida em 500 Hz, que se torna sua frequência central.

A rampa de subida e descida lenta na base de Q1 segue em seu emissor e modula o pino 5 de IC1. A rampa lenta causa ciclos alternados de voltagem de aumento lento por 3 segundos e voltagem de decadência lenta por 3 segundos no pino 5. Devido a esta frequência do pino 3 e o PWM também modula de acordo, gerando o efeito sonoro da sirene da polícia.

Circuito de alarme de Red Alert Star Trek

O circuito final da lista é outro gerador de efeitos sonoros muito interessante usando o oscilador astável IC 555. É o gerador de som do alarme de alerta vermelho, também chamado de alarme de Star Trek devido ao seu uso frequente na popular série de TV Star Trek.

Normalmente, o som do alarme de alerta vermelho inicia com um tom de baixa frequência, que aumenta para uma nota de alta frequência em um intervalo rápido de cerca de 1,15 segundos, e é interrompido por 0,35 segundos, e novamente sobe de uma frequência baixa para alta, e o ciclo continua dando origem ao som de alerta vermelho da jornada nas estrelas.

Assim como o alarme anterior e os circuitos de som da sirene, este circuito também continua repetindo a sequência enquanto permanecer energizado.

O IC 2 aqui é configurado como um circuito oscilador não simétrico. O capacitor C1 é alternadamente carregado através dos elementos R1 e D1, e é descarregado alternadamente através de R2.

Isso produz uma subida rápida e desvanecimento positivo do dente de serra em todo o capacitor C1. Este sinal de rampa é armazenado em buffer pelo seguidor de emissor e aplicado como uma tensão de modulação ao pino de entrada de controle 5 do IC1 via R7.

Devido à natureza dente de serra, esta forma de onda faz com que a frequência de saída do pino 3 de IC1 aumente gradualmente para a parte de decadência lenta da forma de onda e, em seguida, caia rapidamente durante a parte de colapso da forma de onda.

Durante cada seção de decadência do ciclo da forma de onda, o pulso retangular correspondente do pino 3 do IC2 desliga instantaneamente Q2, o que por sua vez faz com que o pino 2 do IC2 diminua. Isso interrompe a saída C2 e o tom crescente do alto-falante, dando origem ao peculiar efeito sonoro do alarme de alerta vermelho nas estrelas.

De volta para você

Bem, essas foram algumas dicas sobre como usar o IC 555 para criar circuitos úteis de alarme e oscilador de sirene. Você tem algum outro gerador de efeitos sonoros interessante usando IC 555? Em caso afirmativo, forneça os detalhes aqui, teremos o maior prazer em incluí-lo na lista acima.