Tecnologia em Automação Industrial ELETRÔNICA II. Temporizador 555. Prof. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

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1 Tecnologia em Automação Industrial ELETRÔNICA II Temporizador 555 Prof. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

2 TEMPORIZADOR 555 Há circuitos encapsulados, disponíveis no mercado, que contêm a base dos circuitos necessários para a implementação dos multivibradores monoestáveis e astáveis com características bastante precisas. O mais popular desses circuitos é o temporizador 555. Aplicações principais: gerador de pulsos (sinais quadrados) para acionar circuitos lógicos Temporizadores, multivibradores, alarmes, etc. Circuito interno: Três resistores de 5Ω, dois comparadores, um flip-flop SR, um transistor Q 1 (que funciona como uma chave), fonte de alimentação V cc (geralmente de 5V).... ou 23 transistores 2 diodos e 16 resistores num chip de silício em um encapsulamento duplo em linha (DIP) de 8 pinos. Permite correntes de saída de até 200mA (pode acionar cargas TTL, pequenos alto-falantes e relés diretamente)

3 TEMPORIZADOR 555

4 TEMPORIZADOR 555 Pino 1: GND: terra Pino 2: TRIGGER (TRIG): gatilho/disparo um valor de tensão baixo (<1/3 Vcc) neste terminal ativa o flip-flop SR interno e a saída vai para o estado alto. Ou um valor de tensão menor que a metade da tensão que aparece no pino 5, a saída vai para o estado alto 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: OUT: saída Pino 4: RESET: Usado para inicializar o flip-flop e retornar a saída ao estado zero e acionar o transistor de descarga. um intervalo de temporização pode ser interrompido pela aplicação de um pulso de reset. Ativado quando a tensão aplicada estiver em nível lógico zero. Quando não estiver sendo utilizado deve estar conectado ao Vcc para evitar qualquer inicialização indevida Pino 5: CONTROL VOLTAGE (CV): tensão de controle permite acesso ao divisor de interno de tensão (2/3 Vcc). Uso opcional. Possibilita grande flexibilidade na mudança do período de temporização. É recomendado o uso de um pequeno capacitor cerâmico (0,01uF) entre ele e o terra para aumentar a imunidade do CI ao ruído e eliminar um indesejável disparo. Pino 6: THRESHOLD (THRES): limiar um valor de tensão alto (>2/3 Vcc) neste terminal desativa o flip-flop SR interno e a saída. Pino 7: DISCHARGE (DIS): descarga a sua função é descarregar o capacitor conectado a este terminal. Ligado a um transistor NPN com coletor aberto Quando é acionado, o transistor funciona como uma chave e o coletor é conectado à referência. Pino 8: VCC: alimentação do CI

5 FLIP FLOP Muda de estado apenas quando as variáveis de entrada mudam Q a - estado anterior da saída Q S Q R Q S R Q f Q f 0 0 Q a Q a X X S R Q a Q f Fixa Q f =Q a Fixa Q f em 0 Fixa Q f em 1 Não permitido

6 TEMPORIZADOR 555 ESTADO ESTÁVEL (0V) THRESHOLD VTH TRIGGER VTL COMP. 1 (R) COMP. 2 (S) Q a SAÍDA Q Fixa Q f =Q a Fixa Q f em 0 Fixa Q f em 1 Não permitido

7 MULTIVIBRADOR MONOESTÁVEL USANDO 555 ESTADO ESTÁVEL (0V) ESTADO INSTÁVEL (Vcc) ESTADO ESTÁVEL (0V) THRESHOLD (Vc) VTH TRIGGER VTL BJT Q1 conduz (saturação) não conduz (corte) conduz (saturação) COMP. 1 (R) COMP. 2 (S) Q SAÍDA Q

8 MULTIVIBRADOR MONOESTÁVEL USANDO 555 No estado estável (Q=0V): O flip-flop estará no estado reset: sua saída Q será alta O transistor Q 1 entra em condução (saturação) Com o transistor Q 1 saturado, V c estará próximo de 0V, resultando em um nível baixo na saída do comparador 1 A tensão no terminal de entrada de disparo, V trigger, é mantida alta (maior do que V TL ); Portanto a saída do comparador 2 será baixa. Como o flip-flop se encontra no estado de reset, Q será baixo e, portanto, V 0 estará próximo de 0V. Para disparar o multivibrador monoestável: é aplicado um pulso negativo ao terminal de disparo (trigger) Como V trigger vai para o nível baixo, menor que V TL, a saída do comparador 2 vai para o nível alto, levando o flip-flop a seu estado de set. A saída Q do flip-flop vai para o nível alto e, portanto, V o vai para o nível alto e a saída Qvai para o nível baixo, Fazendo o transistor Q 1 entrar em corte. O capacitor C inicia agora sua carga através de R e sua tensão V C aumenta exponencialmente em direção a V CC. Multivibrador no estado instável: O estado instável prevalece até V C atingir e começar a ultrapassar o limiar do comparador 1, V TH, no instante em que a saída do comparador 1 vai para o nível alto, levando o flip-flop para o estado de reset. A saída Q do flip-flop vai agora para o nível alto e faz o transistor Q 1 conduzir A condução de Q 1 descarrega rapidamente o capacitor C, fazendo com que V c fique com 0V. Além disso, quando o flip-flop está no estado de reset, sua saída Q vai para o nível baixo e V o volta para 0V. O multivibrador está agora em seu estado estável e pronto para receber um novo pulso de disparo.

9 MULTIVIBRADOR MONOESTÁVEL USANDO 555 A largura T do pulso: É o intervalo de tempo em que o multivibrador monoestável permanece no estado instável Representa o instante em que o pulso de disparo é aplicado como t=0, a forma de onda exponencial de V C pode ser expressa como t CR V C = V CC 1 e Substituindo V C = V TH = 2/3V CC, em t=t, temos: T = CR ln 3 1,1CR Portanto a largura do pulso é determinada pelos componentes externos C e R, que podem ser escolhidos com a precisão desejada.

10 conduz (saturação) conduz (saturação) conduz (saturação) MULTIVIBRADOR ASTÁVEL USANDO 555 ESTADO ESTÁVEL (0V) ESTADO INSTÁVEL (Vcc) ESTADO ESTÁVEL (0V) THRESHOLD (Vc) E TRIGGER VTH VTL BJT Q1 não conduz (corte) não conduz (corte) não conduz (corte) COMP. 1 (R) COMP. 2 (S) Q SAÍDA Q (Vo)

11 MULTIVIBRADOR ASTÁVEL USANDO 555 CI 555, dois resistores externos R A e R B e um capacitor externo C Estado de set Supondo C inicialmente descarregado e o flip-flop no estado de set Portanto o nível de V o é alto e Q 1 está em corte O capacitor C carrega através da combinação em série R A e R B e a tensão V C aumenta exponencialmente em direção a V cc. Quando V C cruza o nível igual a V TL, a saída do comparador 2 vai para o nível baixo. Isso, contudo, não afeta o funcionamento do circuito e o flip-flop permanece no estado de set Na realidade, esse estado permanece até V C atingir e começar a ultrapassar o limiar do comparador 1, V TH. Nesse instante a saída do comparador 1 vai para o nível alto e o flip-flop assume o estado de reset. Estado reset Portanto a saída V o vai para o nível baixo, Q vai para o nível alto e o transistor Q 1 conduz. A saturação do transistor Q 1 faz aparecer uma tensão de cerca de zero volt no ponto comum entre R A e R B. Portanto, C inicia sua descarga através de R B e do coletor Q 1. A tensão V C diminui exponencialmente com uma constante de tempo C RB em direção a 0V. Quando V C atingir o limiar do comparador 2, V TL, a saída do comparador 2 vai para o nível alto e o flip-flop assume seu estado de set. Estado de set A saída V o vai para o nível alto e Q vai para o nível baixo, fazendo Q 1 conduzir. O capacitor C inicia sua carga através do equivalente em série R A e R B, e sua tensão aumenta exponencialmente em direção a V CC, com uma constante de tempo C(R A +R B ). Essa tensão continua a aumentar até V C atingir V TH, no instante em que a saída do comparador 1 vai para o nível alto, levando o flip-flop para o estado de reset. E o ciclo continua...

12 MULTIVIBRADOR ASTÁVEL USANDO 555 A saída oscila e tem uma forma de onda quadrada A saída terá nível alto durante o tempo T H em que V C aumenta de V TL para V TH. A saída terá nível baixo durante o tempo T L em que V C diminui de V TH para V TL. O período T da onda quadrada na saída pode ser determinado por: T = T H + T L = 0,69C(R A + 2R B ) O fator de trabalho (duty cycle) da onda quadrada na saída: Duty Cycle = T H T H +T L = R A+R B R A +2R B

13 Exemplo 1) Usando um capacitor C de 10nF, calcule o valor de R capaz de produzir um pulso de saída de 100us no circuito monoestável da figura 1 2) Para o circuito do multivibrador astável com 555 da figura 2, use um capacitor de 1000pF e calcule os valores de R A e R B que resultam em uma frequência de oscilação de 100kHz e um fator de trabalho de 75%;

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15 BIBLIOGRAFIA BOYLESTAD, Robert L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. 11ª ed. São Paulo: Pearson Prentice-Hall do Brasil, PERTENCE JR, A. Amplificadores operacionais e filtros ativos. 8ª ed. Porto Alegre: Bookman, SEDRA, A.S.; SMITH, K.C. Microeletrônica. 4ª ed. São Paulo: Pearson Makron Books, MALVINO, A,. BATES, D.J. Eletrônica. V. 1. São Paulo: Mcgraw Hill, MALVINO, A,. BATES, D.J. Eletrônica. V. 2. São Paulo: Mcgraw Hill,