Aula 17 - Circuito Integrado NE555 Temporizador

Figura 01 - CI NE555.

O temporizador de 8 pinos 555 deve ser um dos CIs mais úteis já feitos e é usado em muitos projetos de eletrônica. Com apenas alguns componentes externos, ele pode ser usado para construir muitos circuitos, nem todos eles envolvem temporizadores.
Uma versão popular é o NE555 e este componente é adequado na maioria dos casos em que um "temporizador 555" é especificado. O NE555 pode ser usado em vários circuitos:

• Astável - produz uma onda quadrada para acionar LEDs piscantes, produzir sons, contadores e etc.
• Monoestável - produz um único pulso quando acionado, isso pode ser usado para sincronismo.
• Biestável - uma memória simples com dois estados.
• Buffer - para de inversão de sinais (NOT gate).

Figura 02 - Pinos do CI NE555.

Os pinos e símbolos do circuito são dispostos de acordo com o circuito: por exemplo, o pino 8 na parte superior para a alimentação Positiva (+Vcc), a saída do pino 3 à direita. Normalmente, apenas os números dos pinos são usados ​​e eles não são rotulados com sua função no diagrama elétrico.
Pinos 1 e 8 - Alimentação

O temporizador 555 pode ser usado com uma tensão de alimentação (+Vcc) na faixa de 4,5V a 15V. A alimentação é realizada através do pino 1 (se conecta a 0V) e do pino 8 conecta-se á alimentação positiva (+Vcc).
Pino 2 - Trigger Input

Quando menor que 1/3 da tensão de alimentação estiver presente no pino 2 ( trigger - ativo em nível lógico baixo) faz com que a saída pino 3 vá nível lógico alto (+ Vcc). Esta entrada tem uma alta impedância de entrada de pelo menos. Geralmente esta entrada monitora a descarga do capacitor de temporização em um circuito astável.
Pino 6 - Threshold Input

Figura 03 - Saída do CI NE555.

Quando maior que 2/3 da tensão de alimentação estiver presente no pino 6 ( threshold - ativo em nível lógico alto) faz com que a saída pino 3 vá nível lógico baixo (0V). Esta entrada tem uma alta impedância de entrada. Ele monitora o carregamento do capacitor de temporização em circuitos estáveis ​​e monoestáveis. 

Pino 4 -  Reset Input
Quando menor que cerca de 0,7V (reset - ativo em nível lógico baixo) isto faz a saída pino 3 vá nível lógico baixo (0V), sobrepondo as outras entradas. Quando não for necessário, deve estar conectado a + Vcc. 

Pino 5 - Control

Pode ser utilizado para ajustar a tensão de limiar (pino 6) que é ajustado internamente para ser 2/3  vcc. Geralmente esta função não é necessária e a entrada de controle é freqüentemente deixada desconectada. Se o ruído elétrico for um problema, um capacitor de 0,01µF pode ser conectado entre a entrada de controle e 0V para fornecer alguma proteção.

Figura 04 - CI NE555
conectado  á auto falante.

Pino 7 - Discharge

Quando a saída do circuito integrado NE555 (pino 3) está baixa, o pino de descarga é conectado a 0V internamente. Sua função é descarregar o capacitor de temporização em circuitos astáveis ​​e monoestáveis.

Pino 3 - Output

A saída do circuito integrado NE555 pode consumir ou gerar corrente. Isso significa que dois dispositivos podem ser conectados à saída de modo que um esteja ligado quando a saída estiver baixa e o outro esteja ligado quando a saída estiver alta, o diagrama mostrará dois LEDs conectados dessa maneira.

A corrente de saída máxima é de 200mA , é mais do que a maioria dos ICs e é suficiente para acionar diretamente muitos transdutores de saída incluindo LEDs (com um resistor em série), lâmpadas de baixa corrente, transdutores piezoelétricos, alto-falantes (com um capacitor em série) bobinas (com proteção de diodo) e alguns pequenos motores (com proteção de diodo). A tensão de saída não chega a 0V e + Vcc, especialmente se uma grande corrente estiver circulando.

Figura 03 - Proteção da saída do CI NE555.

Um alto-falante (resistência mínima 64 ohm) pode ser conectado à saída de um circuito NE555, mas um capacitor (cerca de 100µF) deve ser conectado em série. A saída astável é equivalente a uma fonte de corrente contínua estável de cerca de ½Vs combinada com um sinal AC (áudio) de onda quadrada. O capacitor bloqueia a corrente contínua, mas permite que a corrente alternada (quadrada) passe conforme explicado no acoplamento do capacitor .

Os transdutores piezoelétricos podem ser conectados diretamente à saída e não exigem um capacitor em série.

Como todos os CIs, o NE555 deve ser protegido de "transições" breves de alta tensão produzida quando uma carga indutiva, quando uma bobina do relé, é desligada. O diodo de proteção padrão deve ser conectado "reversamente" através da bobina do relé, conforme mostrado no diagrama.

No entanto, o 555 requer um diodo extra conectado em série com a bobina para garantir que uma pequena falha não possa ser realimentada no CI. Sem este diodo extra, os circuitos monoestáveis ​​podem reativar-se quando a bobina é desligada. A corrente da bobina passa através do diodo extra, de modo que deve ser um diodo retificador 1N4001 ou similar, capaz de passar corrente suficiente, um diodo de sinal como um 1N4148 geralmente não é adequado.

1 - Circuito Integrado NE555 como Monoestável

Figura 1.1 - NE555 como circuito monoestável

O circuito integrado Temporizador NE555 pode ser usado com alguns componentes simples para construir um circuito monoestável que produz um único pulso de saída quando acionado. É chamado de mono estável porque é estável em apenas um estado: 'saída em nível lógico baixo'. O estado "saída em nível lógico alto" é temporário.

A duração do pulso é chamada de período de tempo (T) e isso é determinado pela resistência R1 e pelo capacitor C1:

Período de tempo é calculado por: 

T = 1,1 × R1 × C1 [ s ]

T = período de tempo em segundos (s) 

R1 = resistência em ohms ( ohm) 

C1 = capacitância em farads (F) 

O período de tempo máximo confiável é de aproximadamente 10 minutos.

Figura 1.2 - Duração do pulso monoestável.

O carga do capacitor atinge 67% da tensão de alimentação com o tempo 10% maior que a constante de tempo (R1 × C1), que é o tempo necessário para carregar a 63%.  Devemos escolher o capacitor C1 primeiro porque há relativamente poucos valores disponíveis. R1 deve estar na faixa de 1k ohm a 1M ohm. Tenha em atenção que os capacitores eletrolíticos não possuem valores precisos (erros de pelo menos 20% são comuns) e tendem a perder carga, o que aumenta o período de tempo, especialmente se você estiver usando um resistor de alto valor. 

Figura 1.3 - Operação do NE555. 

O período de tempo é iniciado quando o gatilho de entrada (pino 2) é menor do que 1/3  Vs, isto faz com que a saída alta (+ Vs) e o capacitor C1 começa a ser carregado através da resistência R1. Uma vez iniciado o período de tempo, os impulsos de disparo adicionais são ignorados.

O limiar de entrada (pino 6) monitora a tensão entre C1 e quando este atinge 2/3  Vs o período de tempo é longo e a saída torna-se baixo. Ao mesmo tempo, a descarga (pino 7) é conectada internamente a 0V, descarregando o capacitor pronto para o próximo disparo.

A entrada de reset (pino 4) anula todas as outras entradas e a temporização pode ser cancelada a qualquer momento, conectando o reset a 0V, isto instantaneamente faz a saída baixa e descarrega o capacitor. Se a função de reset não for necessária, o pino de reset deve ser conectado diretamente a + V com fio ou com um resistor de cerca de 10k ohm (o valor não é crítico).

Pode ser útil garantir que um circuito monoestável seja reinicializado ou acionado automaticamente quando a fonte de alimentação for conectada ou ligada. Isso é obtido usando um capacitor em vez de (ou além de) um comutador, conforme mostrado no diagrama.

O capacitor demora um pouco para carregar, mantendo brevemente a entrada perto de 0V quando o circuito é ligado. Um interruptor pode ser conectado em paralelo com o capacitor se a operação manual também for necessária.

Se a entrada de disparo é ainda menos do que 1 / 3  Vs no final do período de tempo a saída permanecerá alto até que o gatilho for maior do que 1 / 3  vs. Esta situação pode ocorrer se o sinal de entrada for de um interruptor ou sensor on-off.

O monoestável pode ser acionado por borda , respondendo apenas a mudanças de um sinal de entrada, conectando o sinal de disparo através de um capacitor à entrada do acionador. O capacitor passa por mudanças repentinas (AC), mas bloqueia um sinal constante (DC). Para mais informações, consulte a página sobre capacitância . O circuito é " borda negativa acionada " porque responde a uma queda súbita no sinal de entrada.

O resistor entre o gatilho (pino 2) e + Vs garante que o gatilho seja normalmente alto (+ Vs).

2 - Circuito Integrado NE555 como Astável

Figura 2.1 - NE555 como circuito astável.

O circuito integrado temporizador NE555 pode ser usado com alguns componentes simples para construir um circuito astável que produz uma 'onda quadrada'. Esta é uma forma de onda digital com transições nítidas entre baixa (0V) e alta (+ Vs), as durações dos estados baixo e alto podem ser diferentes. O circuito é chamada de uma estável porque não é estável em qualquer estado: a saída está em constante mudança entre 'baixo' e 'alto'.

Período de tempo e frequência

O período de tempo (T) da onda quadrada é o tempo para um ciclo completo, mas muitas vezes é melhor considerar a frequência (f) que é o número de ciclos por segundo.

T = 0,7 × (R1 + 2R2) × C1 ;

f = 1,4 / (R1 + 2R2) × C1 ; Onde:

T = período de tempo em segundos (s) 

f = frequência em hertz (Hz) 

R1 = resistência em ohms ( ohm) 

R2 = resistência em ohms ( ohm) 

C1 = capacitância em farads (F)

O período de tempo pode ser dividido em duas partes:

Figura 2.2 - Duração do pulso astável.

Período de tempo, T = Tm + Ts

O tempo ativado (saída alta), 

Tm = 0,7 × (R1 + R2) × C1

Tempo desativado (saída baixa), 

Ts = 0,7 × R2 × C1

É importante notar que Tm deve ser maior que Ts, já que R1 não pode ser 0 ohm (o mínimo é 1k ohm). Muitos circuitos exigem que Tm e Ts sejam aproximadamente iguais. Isto é conseguido se R2 for muito maior que R1.

Escolhendo R1, R2 e C1

Figura 2.3 - Tabela para escolha de R1 e R2.

R1 e R2 devem estar no intervalo de 1k ohm a 1M ohm. É melhor escolher C1 primeiro porque os capacitores estão disponíveis em apenas alguns valores.

Escolha C1 para se adequar à faixa de freqüência desejada (use a tabela como guia).

Escolha R2 para fornecer a frequência (f) desejada. Suponha que R1 seja muito menor que R2 (para que Tm e Ts sejam quase iguais), então você pode usar:

Se R1 << R2 usar R2 =    0,7 / f × C1

Escolha R1 para ser um décimo de R2 (o mínimo é 1k ohm), a menos que você queira que o tempo de marca Tm seja significativamente maior que o tempo de espaço Ts.

Ciclo de trabalho

Figura 2.4 - Ciclo de trabalho.

O ciclo de trabalho de um circuito astável é a proporção do ciclo completo para o qual a saída é alta (o tempo de marcação). Geralmente é dado como uma porcentagem.

Para um circuito padrão padrão 555, o tempo de marcação (Tm) deve ser maior que o tempo de espaço (Ts), portanto o ciclo de trabalho deve ser pelo menos 50%:

Ciclo de trabalho: ( Tm / Tm + Ts ) =  ( R1 + R2 ) / (R1 + 2R2). Para alcançar um ciclo de trabalho de menos de 50%, um diodo de sinal (como 1N4148) pode ser adicionado em paralelo com R2, como mostrado no diagrama. Isso ignora R2 durante a parte de carregamento (marca) do ciclo, de modo que Tm dependa apenas de R1 e C1:

Tm = 0.7 × R1 × C1   (ignorando 0.7V no diodo)

Figura 2.5 - NE555 com ciclo de trabalho menor que 50%.

Ts = 0,7 × R2 × C1   (inalterado)

T = Tm + Ts = 0,7 × (R1 + R2) × C1

Ciclo de trabalho com diodo  = R1  / ( R1 + R2 )

Operação Astable

Com a saída alta (+ Vs), o capacitor C1 é carregado pela corrente que flui através de R1 e R2. As entradas de limiar de desencadeamento e monitorizar a tensão do condensador e quando ele atinge 2 / 3 Vs (tensão limiar) a saída torna-se baixo e o pino de descarga está ligado a 0V.

O capacitor agora descarrega com corrente fluindo através de R2 para o pino de descarga. Quando a voltagem cai para 1 / 3 Vs (tensão de disparo), a saída torna-se elevada de novo e o pino de descarga é desligado, permitindo que o condensador de carga para iniciar de novo.

Figura 2.6 - Operação do NE555. 

Este ciclo se repete continuamente, a menos que a entrada de reset seja conectada a 0V, o que força a saída baixa enquanto o reset é 0V.

Um astable pode ser usado para fornecer o sinal de clock para circuitos como contadores.

Uma frequência baixa (<10Hz) pode ser usada para acender e apagar um LED, flashes de frequência mais alta são muito rápidos para serem vistos claramente. Dirigir um alto-falante ou transdutor piezo com uma baixa freqüência de menos de 20Hz produzirá uma série de 'cliques' (um para cada transição baixa / alta) e isso pode ser usado para criar um metrônomo simples.

Uma frequência de áudio astable (20Hz a 20kHz) pode ser usada para produzir um som de um alto-falante ou transdutor piezo. O som é adequado para zumbidos e bipes. A frequência natural (ressonante) da maioria dos transdutores piezo é de cerca de 3kHz e isso fará com que eles produzam um som particularmente alto.

3 - Circuito Integrado NE555 como Biestável

Figura 3.1 - NE555 como circuito biestável.

O circuito integrado temporizador NE555 pode ser usado com alguns componentes simples para construir um circuito biestável, também conhecido como 'flip-flop'. Flip-Flop é um circuito de memória muito simples.

O circuito é chamado de bi estável porque é estável em dois estados: saída alta e saída baixa.

O circuito biestável tem duas entradas:

Trigger (pin 2) faz a saída alta . Trigger ( Gatilho ) é acionado com "baixo ativo", que funciona quando a tensão for menor que <  1 / 3  vs.

Reset (pino 4) faz a saída baixa . Reset éé acionado com "ativo baixo", ele é redefinido quando a tensão for menor que < 0.7V.

Figura 3.2 - Operação do NE555. 

Os circuitos de reinicialização de inicialização, acionamento de partida e acionamento por borda podem ser usados ​​conforme descrito para o circuito NE555 monoestável.

Referência: electronicsclub.info - © John Hewes 2015

A folha de dados do CI NE55 está disponíveis em: LM NE 555
© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 09/11/2018.