Pinagem IC 555, circuitos astáveis, monoestáveis ​​e biestáveis ​​com fórmulas exploradas

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:

1. Pino 1 : Terra ou 0V: É o pino de alimentação negativo do IC
2. 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.
3. Pino 3 : Saída: É a saída que responde aos pinos de entrada indo alto ou baixo, ou oscilando ON / OFF
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. Pino 8 : Vcc: É a entrada de alimentação positiva entre 5 V e 15 V.

3 modos de cronômetro:

1. Gatilho biestável ou Schmitt
2. Monoestável ou um tiro
3. 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:

• T_Alto= 1,1 R_PARAC

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:

• T_Alto= 1,1 R_PARAC = 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 R_PARAe R_B. 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

• T_Alto≈ 0,7 (R_PARA+ R_B) C
• T_baixo≈ 0,7 R_B C

O período total é

• T = período = T_Alto+ T_baixo

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:

T_Alto≈ 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:

T_Alto≈ 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.

T_Alto≈ 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