Circuitos Integrados Temporizadores. Circuitos Temporizadores. O Circuito do Temporizador 555. O Circuito do Temporizador 555

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1 Circuitos Temporizadores Prof. Gustavo de Lins e Horta Circuitos Integrados Temporizadores O circuito integrado temporizador 555 foi introduzido no mercado em 1972 pela Signetics Corporation como um circuito integrado bipolar, o 555 está disponível também na tecnologia CMOS e é fornecido por um grande número de fabricantes. A principal característica deste integrado é a estabilidade, é pouco sensível a variação de temperatura e tensão de alimentação. Essa pode se estender desde 4.5 volts até 18 Volts. Este CI pode manipular diretamente, sob certas condições, cargas maiores que 100mA. 2 O Circuito do Temporizador 555 V TH V TL O Circuito do Temporizador 555 O circuito consiste em dois comparadores, um flip-flop SR e uma transistor Q1 que funciona como uma chave. Um divisor de tensão resistivo, consistindo de três resistores de valores iguais (R1, R2, R3), está conectado à fonte de alimentação VCC e estabelece as tensões de referência (limiares) para os dois comparadores. Eles são: = = 3 4

2 O Circuito do Temporizador 555 Observe que os terminais de entrada reset e set do flip-flop no circuito 555 são conectados às saídas do comparador 1 e comparador 2, respectivamente. O terminal de entrada positivo do comparador 1 é ligado ao terminal externo do 555, denominado Limiar (Threshold). O terminal de entrada negativa do comparador 2 é conectado ao terminal externo denominado Disparo (Trigger). O coletor do transistor Q1, está conectado ao terminal denominado Descarga (Discharge). A saída Q do flip-flop está conectada ao terminal de saída do temporizador, denominada saída (Out). Descrição dos Pinos Pinos 1 e 8- Alimentação Destina se a alimentação do CI, que pode variar de 4.5 a 15V. Pino 2-Disparo Este pino possibilita situar o CI, no ciclo ativo, toda vez que nele for aplicado uma tensão inferior que a terça parte de VCC. Pino 3 Saída Quando este está ativo, assume nível próximo de +VCC, quando em repouso o nível é praticamente nulo 0V. Pino 4- Reciclagem Quando nesta for aplicado nível baixo, a saída irá para o repulso. Pino 5- Tensão de controle Esta entrada é destinada a realizar desacoplamentos dos resistores internos, permite a alteração dos níveis de referencia em tensão para cada um dos comparadores, possibilitando a modulação de sinais. Pino 6- Sensor de Nível Esta entrada, recicla o CI, quando a tensão aplicada a ele for superior a dois terços de VCC. Pino 7 Descarga Este pino é uma saída tipo coletor aberto, o qual acompanha as variações do pino Circuito Interno Componentes Internos O 555 é formado internamente por 2 comparadores de tensão, um flip-flop do tipo RS, 3 resistores de 5KΩ (daí o nome 555) e um transistor de descarga do capacitor. O comparador de tensão é um amplificador operacional configurado para comparar 2 níveis de tensão distintos. 7 8

3 Componentes Internos FLIP-FLOP tipo RS O flip-flop do tipo RS é um circuito digital que possui a seguinte tabela verdade : Descrição Do Circuito Integrada 555 Os circuitos 555, são circuitos monolíticos projetados para funcionarem como temporizadores de precisão. Estes circuitos integrados são capazes de produzir atrasos de tempo e oscilações. Os CI s 555, operam nos modos astável e/ou monoestável. No modo monoestável, o tempo é controlado por uma simples malha composta de um resistor e um capacitor, conectados externamente ao CI. No modo astável, a frequência e o período de operação podem ser controlados independente por meio de dois resistores e um capacitor, conectados externamente ao C.I Num circuito monoestável, a saída produz um impulso quando se aplica um sinal na entrada de trigger, assim a saída só é estável num estado. Na saída de um temporizador, pode-se apresentar na sua saída apenas dois estados: Alta - tensão de saída próxima da tensão de alimentação (VCC); Baixa - tensão da saída próxima a zero (GND). Apenas um destes dois estados é permanente. Desta forma, o circuito quando estiver em repouso, apresentará sempre 0V (zero volts) em sua saída. Para alterar esta situação, basta levar o pino 2 de disparo para nível baixo (0 volts). (Neste pino geralmente liga-se um resistor de 10KΩ entre ele e o VCC) logo o 555 começa a temporizar. Isto pode ser feito através de uma chave do tipo push-botton. Quando a temporização se inicia, a saída que estava em estado baixo, passará para estado alto (próximo a Vcc). Este tempo é determinado pela constante RC

4 Funcionamento A entrada de disparo aciona o flip-flop e a saída passa a ser alta. O transistor entra em corte e o capacitor C começa a se carregar através do resistor R. Isto ocorre até que a tensão em C atinja o valor da tensão de controle, neste momento o comparador 1 (veja a configuração interna) recicla o flip-flop, a saída passa para o estado baixo. Podemos perceber que o período de temporização é o tempo gasto para que o capacitor C se carregue através do resistor R até o valor da tensão de controle. Este período de temporização pode ser calculado pela expressão: Limitações: 1kΩ R 1MΩ Quanto ao capacitor, no que se refere a valores não há nenhum problema. Mas ao se utilizar capacitores eletrolíticos o valor da tensão de isolação deve ser de no máximo cinco vezes maior do que a tensão de alimentação. (Isto se deve a corrente de fuga), quanto maior a tensão de isolação de um capacitor eletrolítico maior sua corrente de fuga. Esta corrente faz com que se perca a precisão da temporização. Capacitores de tântalo podem fornecer uma precisão maior. O pino 4 (reset) funciona como ENABLE ou HABILITADOR. Quando esta entrada estiver em nível alto (geralmente liga-se esta entrada no VCC) o 555 funciona normalmente. Quando esta entrada estiver em nível baixo o 555 para de funcionar. Num circuito astável, a saída nunca fica estável em nenhum dos dois estados possíveis, logo produz um trem de impulsos com uma determinada frequência

5 Nesta configuração, a saída fica variando entre os estados alto e baixo em uma frequência que é determinada pela constante RC. Nesta configuração (ao contrário da anterior) a variação é infinita. Ao ligar a alimentação, o capacitor C carregará até 2/3 da tensão de alimentação. Neste ponto o pino 6 (sensor de nível), percebe este valor e faz com que o circuito comece a descarregar o capacitor através do pino 7 (pino de descarga). Quando o valor da tensão do capacitor chegar em 1/3 da tensão de alimentação, o pino 2 percebe e acaba a descarga. E o ciclo se inicia novamente (o capacitor começa a carregar novamente). Na carga do capacitor, a saída do 555 ficará em alto e na descarga a saída ficará em zero Nesta situação, carga e descarga, continuará indefinidamente de acordo com a figura seguinte: Funcionamento Interno Partindo do início que a saída esteja em nível alto, teremos na saída do flip-flop o estado zero e na saída do 555 o estado 1. O transistor estará no corte e o capacitor se carregará. Ao atingir 2/3 da tensão de alimentação, o comparador 1 perceberá e na sua saída teremos nível lógico 1, a saída do flip-flop passará para nível 1 fazendo o transistor saturar e o capacitor começa a descarregar. A saída do 555 (pino 3) ficará em zero. O capacitor descarregará até que a tensão sobre ele atinja 1/3 de Vcc, quando isso ocorrerá saída do comparador 2 passará para nível lógico 1 e a saída do flip-flop passará para zero fazendo o capacitor carregar novamente. A saída do 555 estará em 1 (+ ou -Vcc). Perceba que sempre que um comparador estiver em nível lógico 1 na sua saída, o outro terá

6 Para calcularmos o valor da frequência de saída usaremos a seguinte fórmula: Observação: Para circuitos onde o valor de RA é 100 vezes menor do que RB, podemos aproximar para a seguinte fórmula: Desta forma, a frequência de saída será muito parecida com uma onda quadrada, pois o período de carga ficará muito próximo do período de descarga. Podemos perceber que o período de carga nunca será menor do que o período de descarga. Isto acontece porque para carregar o capacitor a corrente terá de passar por RA e RB e descarregará apenas por RB. Na saída teremos sempre períodos altos e baixos e podemos calcular a duração dos períodos com as seguintes fórmulas abaixo: Na saída teremos sempre períodos altos e baixos e podemos calcular a duração dos períodos com as seguintes fórmulas abaixo: Biestável (comutador) Num circuito biestável, a saída fica estável num dos dois estados possíveis. A mudança de estado ocorre quando se aplica um sinal na entrada de trigger ou reset