Ao conceber dispositivos electrónicos é muitas vezes necessário gerar impulsos de um determinado comprimento ou gerar um sinal rectangular com uma dada frequência e uma certa relação comprimento/pausa. Um designer experiente não deve ter dificuldade em conceber um tal dispositivo a partir de elementos digitais únicos, mas é mais conveniente utilizar um chip especializado para este fim.
Conteúdos
O que é o NE555 e onde pode ser utilizado
O NE555 foi desenvolvido nos anos 70 e ainda é muito popular entre profissionais e amadores. É um dispositivo temporizador alojado num pacote de 8 pinos. Está disponível nas versões DIP ou de montagem à superfície (SMD).
O microcircuito contém dois comparadores, um superior e um inferior. Uma tensão de referência igual a 2/3 e 1/3 da tensão de alimentação é formada nas suas entradas. A divisória é formada por resistências 5 kΩ resistor. Os comparadores controlam o gatilho RS. Um amplificador tampão e um interruptor transistor estão ligados à sua saída. Cada elemento de comparação tem uma entrada livre e é utilizado para sinais de controlo externo. O comparador superior dispara quando aparece um nível alto e define a saída do chip para um nível baixo. O comparador inferior "monitora" a redução da tensão abaixo de 1/3 VCC e define a saída do temporizador para a lógica 1.
As principais características do chip NE555
As características do temporizador podem variar ligeiramente de fabricante para fabricante, mas nenhum fabricante tem quaisquer diferenças fundamentais (excepto no caso dos chips de origem desconhecida, pode-se esperar qualquer coisa deles):
- A tensão de alimentação é especificada como padrão de +5V a +15V, embora as folhas de dados especifiquem um intervalo de 4.5...18V.
- A corrente de saída é de 200 mA.
- A tensão de saída é VCC máxima menos 1,6V, mas não inferior a 2V à tensão de alimentação de 5V.
- Consumo de corrente a 5 V max 5 mA, a 15 V max 13 mA.
- Erro de formação de largura de pulso - não mais de 2,25%.
- A frequência máxima de funcionamento é de 500 kHz.
Todos os parâmetros são especificados para a temperatura ambiente +25°C.
Atribuição e arranjo de pinos
Independentemente do desenho do caso, as saídas do temporizador são dispostas de forma padrão, de 1 a 8, em ordem ascendente no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio (quando vistas de cima). A cada pino é atribuída uma função diferente:
- GND - é o condutor de alimentação comum do dispositivo.
- TRIG - Quando é aplicado um nível baixo, dispara o segundo (mais baixo no diagrama) comparador, a sua saída é lógica, o que define o disparo RS interno para 0. Uma cadeia de tempo RC externa está ligada a ela. Tem prioridade sobre o THR.
- SAÍDA - saída. O nível de sinal alto está imediatamente abaixo da tensão de alimentação, o nível de sinal baixo é de 0,25V.
- RESET - reinicialização. Independentemente dos sinais nas outras entradas, se forem baixos, repõe a saída em 0 e inibe o funcionamento do temporizador.
- CTRL - controlo. Tem sempre um nível de 2/3 da tensão do autocarro de alimentação presente. Um sinal externo pode ser aplicado aqui e a saída pode ser modulada com ele.
- THR - Quando é atingido um nível elevado (mais de 2/3 da tensão de alimentação) o primeiro disparo (circuito superior) é definido para 1 e o interno Gatilho RS 1. o gatilho RS interno volta à lógica 1.
- DIS - Descarga do condensador de tempo. Quando a saída do gatilho é alta, o transistor interno abre-se e ocorre uma descarga rápida. O temporizador está pronto para o próximo ciclo de trabalho.
- VCC - Saída da fonte de alimentação. Pode ser-lhe aplicada uma tensão de 5 a 15 V.
Descrição dos modos de funcionamento NE555
Embora a arquitectura do temporizador permita a sua utilização numa variedade de modos, existem três modos típicos de funcionamento do NE555.
Vibrador único (Multivibrador Standby)
Posição inicial:
- Na entrada 2, o nível lógico é elevado;
- As entradas de gatilho R e S são zeros;
- Saída do gatilho - 1;
- O transistor do circuito de descarga está aberto, o condensador C está ligado;
- na saída 3 - nível 0.
Quando aparece o nível zero na entrada 2, o comparador inferior muda para 1, reiniciando o gatilho para 0. Aparece um nível elevado na saída do chip. Ao mesmo tempo, o transístor fecha, deixando de manobrar o condensador. Começa a carregar através da resistência R. Assim que a tensão através dele atingir 2/3 do VCC, o comparador superior dispara, colocando o gatilho de volta em 1 e a saída do temporizador em 0. O transístor abre e descarrega o condensador. Isto gera um impulso positivo na saída, cujo início é determinado pelo sinal externo na entrada 2 e cujo fim depende do tempo de carga do condensador, que é calculado de acordo com a fórmula t=1.1⋅R⋅C.
Multivibrador
Quando a fonte de alimentação é aplicada, o condensador é descarregado, a entrada 2 (e 6) é lógica 0, a saída do temporizador é 1 (este processo é descrito na secção anterior). Uma vez carregado o condensador via R1 e R2 a 2/3 VCC, o nível elevado na entrada 6 irá repor a saída 3 a zero e o transistor de descarga irá abrir. Mas o condensador não será descarregado directamente, mas através do R2. Eventualmente, o circuito voltará à sua posição original e o ciclo repetir-se-á vezes sem conta. A partir da descrição do processo, pode-se ver que o tempo de carga é determinado pela soma das resistências R1, R2 e a capacidade do condensador, e o tempo de descarga é definido por R1 e C. Em vez de R1 e R2, podem ser fornecidas resistências variáveis e a frequência e a frequência de pulso podem ser controladas operacionalmente. As fórmulas de cálculo são as seguintes:
- duração do impulso t1=0.693⋅(R1+R2)⋅C;
- duração da pausa t2=0,693⋅R2⋅C;
- frequência de repetição de impulsos f=1/(0.693(R1+2⋅R2)⋅C.
O tempo de pausa não pode exceder o tempo de pulso. Para ultrapassar esta limitação, os circuitos de descarga e carga são separados pela inclusão de um díodo (cátodo para o pino 6, anodo para o pino 7) no circuito.
Gatilho Schmitt
Pode construir um gatilho Schmitt num chip 555. Converterá um sinal que muda lentamente (senoidal, forma de onda, etc.) para uma onda quadrada. Aqui não são utilizados circuitos de temporização, o sinal é aplicado às entradas 2 e 6 ligadas entre si. Ao atingir o limiar de 2/3 VCC, a tensão de saída salta para 1, ao cair para 1/3 também salta para zero. A zona de ambiguidade é de 1/3 da tensão de alimentação.
Vantagens e desvantagens
A principal vantagem do chip NE555 é a sua facilidade de utilização - um pacote pequeno e bem calculado é tudo o que é necessário para construir o circuito. Ao mesmo tempo, o custo do dispositivo é baixo.
A principal desvantagem do temporizador é uma pronunciada dependência da duração do impulso em relação à tensão de alimentação. Isto porque o condensador de um circuito flip-flop ou flip-flop é carregado através de uma resistência (ou duas), e o pino da resistência superior é ligado à calha de alimentação. A corrente através da resistência é gerada pela tensão VCC - quanto maior for a tensão, maior será a corrente, mais rápido será a carga do condensador, mais cedo o comparador disparará, e mais curto será o intervalo de tempo gerado. Por alguma razão desconhecida, este ponto está ausente na documentação técnica, mas é familiar aos criadores.
Outra desvantagem do temporizador é que as tensões limite dos comparadores são formadas por divisores internos e não podem ser ajustadas. Isto restringe as opções de aplicação para o NE555.
Há também outra característica desagradável. Devido ao desenho push-pull da fase de saída, no momento da comutação (quando o transistor a montante está aberto e o transistor a jusante ainda não está fechado, ou vice-versa.) há um pulso de corrente. A sua duração é pequena, mas leva ao aquecimento adicional do microcircuito e gera interferências no circuito de fornecimento de energia.
O que são os análogos
Desde a existência do temporizador, desenvolveu e libertou um grande número de clones. São produzidos por diferentes empresas, mas todos contêm os números 555. Entre as fábricas que produzem análogos, existem tanto fabricantes populares de componentes electrónicos como fabricantes desconhecidos do sudeste asiático. Enquanto os primeiros são capazes de oferecer o desempenho anunciado, os segundos não podem ser responsabilizados por quaisquer garantias. Os desvios em relação às características declaradas podem ser grandes.
A URSS desenvolveu o análogo KR1006VI1. A sua funcionalidade é idêntica à original, com uma excepção: o pino 2 tem prioridade sobre o pino 6 (e não o contrário, como no NE555). Isto deve ser tido em conta na concepção de circuitos. Mais uma coisa: a designação KR significa que o chip só está disponível num pacote DIP8.
Exemplos de aplicações práticas
A área de aplicação prática é ampla e não podemos cobrir todo o tópico na presente revisão. Mas vale a pena analisar os exemplos mais comuns.
No modo de oscilador único, um bloqueio de código com marcação limitada no tempo pode ser construído em vários microchips. Outra forma é utilizá-lo em conjunto com vários sensores como alarme de nível limite (luz, nível de capacidade, etc.).
No modo multivibrador (modo astable), o temporizador tem a mais vasta gama de aplicações. Um interruptor em cadeia daisy com controlo separado da frequência de intermitência, tempo ON e tempo de pausa pode ser construído em vários temporizadores. Pode utilizar o NE555 como base para um relé de tempo e formar o tempo de atendimento dos consumidores de 1 a 25 segundos. É possível construir um metrónomo para um músico. Este é o modo mais utilizado do chip e é impossível descrever todas as utilizações.
Como um Schmitt dispara o temporizador não é frequentemente utilizado. Mas no modo biestável, sem controladores de frequência, o NE555 é utilizado como um supressor de ressalto de contacto ou como um interruptor de dois botões no modo start/stop. Na realidade, apenas o gatilho RS integrado é utilizado. É também conhecido por construir um controlador PWM com base no temporizador.
Existem livros de circuitos que descrevem vários usos do temporizador NE555. Há milhares de formas de utilizar o chip. Mas mesmo isto não é suficiente para a mente inquisitiva do designer, e ele encontrará uma utilização adicional, ainda não descrita, para o temporizador. As capacidades dos criadores do chip permitem-no.
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