Circuito integrado 555 e suas aplicações Introdução Um circuito integrado popular é o versátil 555. Introduzido pela em 1973 pela Signetcs, este circuito integrado tem aplicações que variam de equipamentos domésticos a circuitos de sincronização de precisão. A popularidade do CI 555 deve-se ao controle de sua largura de pulso e ao reduzido número reduzido de componentes externos para uma infinidade de aplicações. Nesta aula trataremos dos multivibradores: Monoestável Num circuito monoestável, a saída produz um pulso quando se aplica um sinal na entrada no pino 2 Trigger, assim a saída só é estável num estado. Astável A saída não permanecerá em nenhum dos dois estados possíveis, logo produz um trem de pulsos ou clock com dois níveis de saída distintos, com uma determinada frequência. Biestável 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 pino 2 ou Reset pino 4. Circuitos com 555 Autor: Clodoaldo Silva - Revisão: 27Nov2012 1
Encapsulamento: A versão mais comum é o encapsulamento numa caixa DIL 8. O circuito integrado 556 é um duplo 555 e é encapsulado numa caixa DIL 14. Tensão de alimentação de 4,5 a 16 V Corrente de Saída 200mA Estrutura interna Um divisor de tensão construído a partir de três resistores iguais e em série divide uma tensão de alimentação em três partes iguais. Um terço da tensão de alimentação permanece sobre cada resistor. Dois comparadores de alto ganho controlam um flip flop que habilita-desabilita. Funcionamento Enquanto a entrada "Limiar" (Threshold) (pino 6) estiver num nível inferior a 2/3 de Vcc, a saída do comparador permanecerá no nível baixo. Quando esta tensão for superada, a saída do comparador passará para nível alto, impondo na saída do Flip-Flop o nível alto. O transistor de descarga fica diretamente polarizado, passando à condução, e a saída do circuito passa para nível baixo. Quando a tensão aplicada na entrada "Disparo" (Trigger) (pino 2) cai abaixo de 1/3 de Vcc, a saída do comparador atua sobre a entrada S (Set) do Flip Flop, fazendo com que a saída Q passe para nível baixo. O transistor de descarga passa ao corte e a saída do circuito passa para nível alto. Independentemente dos níveis de tensão presentes nas entradas "Threshold" (pino 6) e "Trigger" (pino 2), se a entrada "Reset" (pino 4) estiver a nível baixo, a saída Q do Flip Flop passa para nível alto e a saída do circuito (pino 3) passa para nível baixo, assim permanecendo enquanto estas condições se mantiverem. Multivibrador monoestável Um temporizador 555 ligado como um circuito de comutação monoestável é mostrado abaixo. Em seu estado estável, o capacitor C1 estará descarregado por meio de um transistor interno conectado no pino 7. desse modo a tensão de saída (no pino 3) estará em nível baixo. Um pulso negativo no pino 2 fará com que o circuito comute de nível baixo para alto (no pino 3) e o transistor de descarga no pino 7 será desligado, permitindo assim que o capacitor C1 comece a carregar. Circuitos com 555 Autor: Clodoaldo Silva - Revisão: 27Nov2012 2
Quando a tensão no capacitor C1 alcança 2/3 de VCC o circuito se regenera e volta a seu estado estável. O transistor de descarga é novamente ligado e descarrega o C1 para terra e o circuito permanece nesse estado até que um novo pulso chegue na entrada de disparo ( pino 2 ). O tempo alto ( ligado ) poderá ser calculado pela seguinte expressão : TA=1,11.R.C Verifique o aprendizado: 1- Calcule a largura de pulso ( nível alto ) de saída para o temporizador se RA =10kΩ e C1= 0,1µF. 2- Qual o valor necessário de capacitor para mudar a largura de pulso do exemplo anterior para 10 ms. Aplicações práticas Timer para acionar um LED O circuito abaixo é bastante didático, onde o resistor R e o capacitor C deverá ser dimensionado de acordo com o tempo alto que o projetista desejar. O Resistor de 150Ω tem a função de limitar a corrente que passa pelo LED. O resistor de 10kΩ evita o curto circuito quando a chave for pressionada para gerar o disparo. O capacitor de 100nF proporciona estabilidade de tensão ao circuito. Timer acionando uma carga O circuito abaixo tem a função de acionar uma carga que exige um pouco mais de corrente. O potenciômetro P + o resistor R e o capacitor C farão o ajuste do tempo através da equação TA=1,11.R.C. Os resistores de 10 kω impedem o curto circuito no momento do disparo e no momento do reset. O diodo contra paralelo como a bobina do relé serve para evitar que picos de corrente queimem o transistor quando o circuito é desligado. Circuitos com 555 Autor: Clodoaldo Silva - Revisão: 27Nov2012 3
Sugestão para esta aplicação A chave S1 pode ser substituída por um LDR ou outro sensor qualquer, ligue o relé de forma que a lâmpada esteja apagada. O disparo será dado assim que a luz iluminar o LDR acendendo a lâmpada pelo tempo determinado. Coloque o circuito na garagem de sua casa de forma que o farol de seu carro ilumine o LDR, acendendo a lâmpada. Multivivrador astável Com poucas mudanças podemos montar um circuito gerador de pulsos clock. Através dos resistores RA, RB e do capacitor C podemos controlar o nível alto on e o nível baixo off do gerador de pulsos, controlando então a velocidade. Equações necessárias para controle do gerador de clock. Freqüência (f) f = 1,44 ( RA + 2.RB ).C Periodo (T) T = 1 f Tempo alto (TA) TA = 0,693.( RA + RB ).C Circuitos com 555 Autor: Clodoaldo Silva - Revisão: 27Nov2012 4
Tempo baixo (TB) TA = 0,693. RB.C Ciclo de atividade (CA) CA = TB ( TA+TB ). 100 CA = RB ( RA+2.RB ). 100 Na prática, quando queremos colocar o tempo alto igual ao tempo baixo fazemos RB 100 vezes maior que RA, também podemos colocar um resistor variável para controlar a velocidade. Verifique o aprendizado Monte o circuito abaixo em laboratório e compare os valores medidos e calculados de freqüência (f), Tempo alto (TA), Tempo baixo (TB), Período ( T ) e Ciclo de atividade. Dados: VCC=5V RA = 3k3 RB = 330kΩ C1= 10µF C2= 4,7µF C3= 1µF R = 150Ω Controle para motor DC (PWM) Um motor de corrente continua pode ter sua velocidade controlada utilizando um método conhecido como modulação por largura de pulso que é muito eficiente. O ajuste vai de 5 a 95% da potência máxima a frequência é de aproximadamente 100Hz. Circuitos com 555 Autor: Clodoaldo Silva - Revisão: 27Nov2012 5
Clock do contator BCD UP/DOWN HFE 4510 B Uma aplicação do CI 555 operando como multivibrador astável e gerar pulsos a circuitos digitais, neste exemplo usaremos o contador CMOS 4510 Descrição dos pinos PL = Habilita entrada paralela ( nível alto ) P0 a P3 = Preset ( ativa em nível alto ) O0 a O3 = Saídas paralelas CP = Entrada dos pulsos UP/DN = Nível alto (0 a 15) nível baixo (15 a 0) MR = Reset ( nível 0 interrompe contagem ) TC = Saída de contagem (nível baixo) CE = Habilita entrada de contagem (Nível baixo) VSS = Terra VDD = Alimentação 5 a 15 V Circuito com saída binária de 0 a 15 Podemos projetar o circuito abaixo, ligando as saídas ao decodificador 4511 e ao display de sete segmentos. Enfim, poderíamos projetar mais circuitos, mas é desnecessário, pois poderíamos construir os mesmos circuitos com microcontroladores mais isso é uma outra história. A primeira e pior de todas as fraudes é enganar-se a si mesmo. Depois disto, todo o pecado é fácil. (J. Bailey) Referências bibliográficas: http://www.uoguelph.ca/~antoon/index.htm http://www.doctronics.co.uk/4510.htm Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos Robert Boylestad e Louis Nashelsky Circuitos e Soluções Vol I 100 projetos Editora Saber Dispositivos e circuitos eletrônicos David E. LaLond e Jonh A Ross Circuitos com 555 Autor: Clodoaldo Silva - Revisão: 27Nov2012 6