A História do 555 Timer IC – História da Invenção de Hans Camenzind

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O 555 Timer IC é um dos mais renomados ICs, no meio eletrônico. No entanto, sua história de invenção não é conhecida por muitos. Este artigo o leva em uma jornada de 555 CI do temporizador desde o momento de sua criação até os dias atuais.

O que é um 555 timer IC?

Um CI 555 temporizador, é um chip de circuito integrado multiuso, que encontra sua aplicação em circuitos de temporizador, oscilação e geração de pulso. É uma das invenções proeminentes e populares do mundo eletrônico. Um circuito de temporização monolítico, o temporizador 555, é igualmente confiável e barato como amplificadores operacionais trabalhando nas mesmas áreas. É capaz de produzir formas de onda quadradas estabilizadas com taxa de trabalho de 50% a 100%.

O nascimento do 555 Timer IC

Hans R. Camenzind, projetou o primeiro CI de cronômetro 555 em 1971, sob uma empresa americana Signetics Corporation. É este seu trabalho de design que é mais proeminente na carreira ilustre de Hans no campo da tecnologia de circuitos integrados. No verão de 1971, foi revisado o primeiro projeto, que usava uma fonte de corrente constante e tinha 9 pinos. Depois que a revisão foi aprovada, Hans pensou em uma nova ideia de substituir a fonte de corrente constante por uma resistência direta. Isso reduziu o número de pinos de 9 para 8 e permitiu que o chip se encaixasse em um pacote de 8 pinos em vez de um pacote de 14 pinos. Este novo projeto foi aprovado na revisão em outubro de 1971. O CI consiste em 25 transistores, 2 diodos e 15 resistores. A fim de definir os tempos, provisão para anexar R e C externamente.

Em 1972, a Signetics Corp. lançou então seu primeiro CI de temporizador 555 em embalagens de latas de metal TO5 de 8 pinos e DIP de 8 pinos, como temporizador SE / NE555 e era o único temporizador IC disponível comercialmente na época. Seu baixo custo e versatilidade o tornaram um sucesso instantâneo no mercado. Posteriormente, foi fabricado por outras 12 empresas e tornou-se o produto mais vendido.

Embora se acredite que este IC tenha o nome de três resistores 5k em seu circuito interno, Hans R Camenzind revelou em seu livro, “Designing Analogue Chips”, que era o gerente da Signetics, da ArtFury, que amava o número “555 ”, Que deu origem à denominação do circuito.

Aplicações de 555 Timer IC

Ao longo dos anos, entusiastas e engenheiros eletrônicos exploraram várias áreas onde este IC pode ser usado. De medição de temperatura a reguladores de tensão e vários multivibradores, este IC encontrou seu lugar de destaque em milhares de aplicações. A implementação do 555 TIMER IC depende do seu modo de operação. É esta versatilidade do 555Timer IC, que o torna útil para muitas aplicações.

Basicamente, um CI 555 temporizador tem três modos de operação.

Modo biestável: o gatilho Schmitt Modo monoestável: modo de disparo único Modo Astable: modo de execução livre

555 temporizador como multivibrador

Dependendo do tipo de multivibrador (multivibrador astável/monoestável ou biestável) a ser usado, o modo de operação do temporizador 555 é selecionado. Por exemplo, se quisermos projetar um multivibrador monoestável, conectaremos o temporizador 555 no modo monoestável.

Esses multivibradores são usados em vários dispositivos de dois estados, como osciladores de relaxamento, temporizadores e flip-flops

555 temporizador IC como um gerador PWM

Usando a entrada de “controle” variável, um IC de temporizador 555 pode ser usado para criar um gerador de modulação por largura de pulso (PWM). O ciclo de trabalho aqui depende da tensão de entrada analógica.

Esta operação do temporizador 555 também pode ser vista no circuito de alimentação comutada (SMPS). Como esses circuitos SMPS funcionam com modulação por largura de pulso (PWM), o temporizador 555 passa a ser a escolha mais importante para os projetistas, pois é barato e fácil de incorporar em um projeto de circuito. Aqui nestes circuitos, dois CIs de temporizador são usados; um opera no modo astável e o outro no modo PWM.

Outra área onde o 555timer IC é implementado é em pequenos circuitos conversores DC-DC. O 555 Timer, quando operando no modo astável, pode produzir um fluxo contínuo de pulsos de frequência especificada. A saída IC é alimentada ao conversor para produzir as tensões de saída desejadas. Esses circuitos conversores têm amplas aplicações industriais.

Outros circuitos que usam o temporizador 555 incluem o de medição de temperatura, geradores de forma de onda de medição de umidade, vários circuitos de temporizador, etc.

Recentemente, a versão CMOS do IC é mais comumente usada. Entre eles, os mais populares são os ICs fabricados pela MOTOROLA como o MC1455. Ele pode ser usado diretamente como um substituto para o IC NE555 original. Este IC é de bolso e custa cerca de 0,28 US$.

As versões bipolar e CMOS do 555 Timer IC

Desde que o primeiro CI foi fabricado, mais de 12 empresas independentes fabricaram o mesmo. O projeto original tinha algumas falhas de projeto, como comparadores não balanceados, grandes circuitos operacionais e sensibilidade à temperatura.

Portanto, Hans R Camenzind, redesenhou o CI existente para diminuir as falhas de design. O design deste IC foi melhor do que seu design original. O IC melhorado foi vendido pela ZSCTI555, mas não conseguiu criar um burburinho como o IC 555timer original. Assim, o design original continuou a ser um sucesso no mercado.

No entanto, a versão clássica bipolar 555 IC, como o NE555 IC, usa transistores bipolares, que dissipam grande quantidade de energia e produzem picos de alta corrente. Conseqüentemente, esses ICs não poderiam ser usados em aplicações de baixa potência. Isso abriu caminho para o design de uma nova versão do mesmo, a versão CMOS.

CMOS significa “semicondutor de óxido de metal complementar” e usa uma combinação de MOSFET tipo n (NMOS) e MOSFET tipo p (PMOS), no modo de aprimoramento. Todos os transistores PMOS têm entrada da fonte de tensão ou de outro PMOS, enquanto todos os transistores NMOS têm uma entrada conectada ao terra ou a outro transistor NMOS. Essa composição leva à redução da dissipação de potência e menores picos de corrente.

Um exemplo da versão CMOS do temporizador 555 é o LMC555 produzido por instrumentos texas.

Os derivados do 555 Timer IC:

Agora sabemos o que um único CI 555 temporizador pode fazer. Isso significa que um temporizador 555 pode ser usado como oscilador e como gerador de pulso no mesmo circuito. Para este propósito, vários derivados compatíveis com pinos, para as versões bipolar e CMOS do 555 Timer IC, foram produzidos por muitas empresas ao longo dos anos.

Os ICs estão disponíveis em embalagens redondas de metal ou na embalagem DIP de 8 pinos, mais comumente vista.

Uma variação de pacote de 14 pinos de 555 CI de temporizador, chamada de 556 IC, foi fabricada com dois 555 CIs de temporizador em um chip. Aqui, os dois ICs compartilham um aterramento comum e um pino de alimentação. Os outros 12 pinos são alocados para as entradas e saídas de 555 timers individuais.

LM556, um CI de temporizador duplo fabricado pela texas Instruments é um desses CI. Esses ICs são ideais para aplicações de temporização sequencial.

Outro derivado no pacote DIP de 16 bits, o 558 e o 559 tinham quatro ICs, nos quais DIS e THR eram conectados internamente. O 558 IC é um quad IC e acionado por borda. Isso elimina a necessidade de usar o capacitor de acoplamento para aplicações de temporização sequencial.

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Tutorial CI 555: Interruptor anti ruídos

Componentes Eletronicos Tutorial CI 555: Interruptor anti ruídos

Amplamente utilizado como interruptor imune a ruídos, possui dois níveis lógicos de atuação (nível alto ou nível baixo). Interruptores imunes a ruídos são utilizados em circuitos sensíveis e aplicações precisas como controle de satisfação de clientes, em que é pressionado um botão para registrar sua satisfação, deve ser contabilizado apenas uma vez. Os ruídos produzidos por uma botoeira podem ser interpretados com sinais, fazendo com que o sistema não funcione corretamente.

Resumo

Nosso projeto funcionará da seguinte forma:

Ao energizar o circuito com 5V, o led permanecerá apagado, ao pressionar B1 o led acenderá, e permanecerá assim até que seja pressionado o reset.

Este circuito funciona como um sistema de retenção, porém sem gerar ruídos ao acionar.

Executando o projeto

Montando os componentes na protoboard:

O primeiro passo é conectar os jumpers de alimentação na protoboard como a seguir.

Conecte o CI 555 entre as trilhas da protoboard, repare que os pinos 1 e 6 se conectam ao GND, e o pino 8 ao VCC.

Conecte o pushbutton do gatilho na protoboard, um de seus terminais do lado esquerdo é conectado ao GND, os terminais do lado direito se ligam a um resistor pullup de 10K OHM, que por sua vez é conectado em VCC. Entre o terminal do pushbutton e do resistor, conecte um jumper até o pino 2 do CI, veja a imagem:

Monte o pushbutton de reset da mesma forma do anterior, porém ligado ao pino 4 do CI.

Ligue o resistor de 330 OHM no pino 3 do CI, em seguida o terminal positivo do led no terminal restante do resistor e por último, o terminal negativo do led no GND.

Ao final da montagem, seu circuito deve estar parecido com o circuito abaixo:

Confira e revise seu circuito, caso já esteja como o mostrado acima, significa que finalizamos a montagem, sendo assim ligue-o na sua fonte de energia e vamos aos testes.

555 temporizador IC

Vários livros relatam que o nome 555 vem de três resistores de 5 kilohm dentro do chip. [9] [10] [11] No entanto, em uma entrevista gravada com um curador de museu de transistores online, [12] Hans Camenzind disse "Foi escolhido arbitrariamente. Foi Art Fury (Gerente de Marketing) que pensou que o circuito iria vender grande que escolheu o nome '555'. " [13]

O temporizador IC foi projetado em 1971 por Hans Camenzind sob contrato com a Signetics . [3] Em 1968, ele foi contratado pela Signetics para desenvolver um circuito fechado de fase (PLL) IC. Ele projetou um oscilador para PLLs de forma que a frequência não dependesse da tensão ou temperatura da fonte de alimentação. Posteriormente, a Signetics demitiu metade de seus funcionários devido à recessão de 1970 , e o desenvolvimento do PLL foi congelado. [6] Camenzind propôs o desenvolvimento de um circuito universal baseado no oscilador para PLLs e pediu que ele o desenvolvesse sozinho, pegando emprestado o equipamento da Signetics em vez de ter seu salário reduzido pela metade. A ideia de Camenzind foi inicialmente rejeitada, uma vez que outros engenheiros argumentaram que o produto poderia ser construído com peças existentes vendidas pela empresa; no entanto, o gerente de marketing aprovou a ideia. [7]

Versões CMOS de baixa potência do 555 também estão disponíveis, como Intersil ICM7555 e Texas Instruments LMC555, TLC555, TLC551. [16] [17] [18] [19] Os temporizadores CMOS usam significativamente menos energia do que os temporizadores bipolares; Os temporizadores CMOS também causam menos ruído de alimentação do que a versão bipolar quando a saída muda de estado. [ citação necessária ]

As peças do NE555 estavam na faixa de temperatura comercial, 0 ° C a +70 ° C, e o número da peça SE555 designava a faixa de temperatura militar, -55 ° C a +125 ° C. Eles estavam disponíveis em embalagens de lata de metal de alta confiabilidade (embalagem em T) e embalagens de plástico epóxi (embalagem em V) de baixo custo. Assim, os números de peça completos foram NE555V, NE555T, SE555V e SE555T.

O 555 IC tem os seguintes modos de operação:

Modo astável (funcionamento livre) - o 555 pode operar como um oscilador eletrônico . Os usos incluem pisca-piscas de LED e lâmpada, geração de pulso, relógios lógicos, geração de tom, alarmes de segurança, modulação de posição de pulso e assim por diante. O 555 pode ser usado como um ADC simples , convertendo um valor analógico em um comprimento de pulso (por exemplo, selecionar um termistor como resistor de temporização permite o uso do 555 em um sensor de temperatura e o período do pulso de saída é determinado pela temperatura) . O uso de um circuito baseado em microprocessador pode então converter o período de pulso em temperatura, linearizá-lo e até mesmo fornecer meios de calibração. Modo monoestável (one-shot) - neste modo, o 555 funciona como um gerador de pulso "one-shot". As aplicações incluem temporizadores, detecção de pulso faltando, interruptores sem salto, interruptores de toque, divisor de frequência, medição de capacitância, modulação por largura de pulso (PWM) e assim por diante. Modo biestável (flip-flop) - o 555 opera como um flip-flop SR . Os usos incluem interruptores travados sem saltos. Modo Schmitt Trigger (inversor) - o 555 opera como uma porta inversora Schmitt trigger que converte uma entrada ruidosa em uma saída digital limpa.

Astable

Esquema de um temporizador 555 no modo astável. Esquema de um temporizador 555 no modo astável.

Forma de onda no modo astável Forma de onda no modo astável

Exemplos de modos astáveis ​​com valores comuns Frequência C R 1 R 2 Ciclo de trabalho 0,1 Hz (+ 0,048%) 100 µF 8,2 kΩ 68 kΩ 52,8% 1 Hz (+ 0,048%) 10 µF 8,2 kΩ 68 kΩ 52,8% 10 Hz (+ 0,048%) 1 µF 8,2 kΩ 68 kΩ 52,8% 100 Hz (+ 0,048%) 100 nF 8,2 kΩ 68 kΩ 52,8% 1 kHz (+ 0,048%) 10 nF 8,2 kΩ 68 kΩ 52,8% 10 kHz (+ 0,048%) 1 nF 8,2 kΩ 68 kΩ 52,8% 100 kHz (+ 0,048%) 100 pF 8,2 kΩ 68 kΩ 52,8%

Na configuração astável, o temporizador 555 emite um fluxo contínuo de pulsos retangulares com uma frequência específica. A configuração astável é implementada usando dois resistores, R 1 { displaystyle R_ {1}} e R 2 { displaystyle R_ {2}} , e um capacitor C { displaystyle C} . Nesta configuração, o pino de controle não é utilizado, portanto, ele é conectado ao aterramento por meio de um capacitor de desacoplamento de 10 nF para desviar o ruído elétrico. Os pinos de limiar e gatilho são conectados ao capacitor C { displaystyle C} , portanto, eles têm a mesma voltagem. Inicialmente, o capacitor C { displaystyle C} não está carregado, portanto, o pino do gatilho recebe tensão zero, que é inferior a um terço da tensão de alimentação. Consequentemente, o pino de disparo faz com que a saída fique alta e o transistor de descarga interna vá para o modo de corte. Uma vez que o pino de descarga não está mais em curto-circuito com o aterramento, a corrente flui através dos dois resistores, R 1 { displaystyle R_ {1}} e R 2 { displaystyle R_ {2}} , para o capacitor que o carrega. O capacitor C { displaystyle C} começa a carregar até que a tensão se torne dois terços da tensão de alimentação. Nesse caso, o pino de limite faz com que a saída seja baixa e o transistor de descarga interna entre no modo de saturação. Consequentemente, o capacitor começa a descarregar através R 2 { displaystyle R_ {2}} até que se torne menos de um terço da tensão de alimentação, caso em que o pino de disparo faz com que a saída fique alta e o transistor de descarga interna vá para o modo de corte mais uma vez. E o ciclo se repete.

No primeiro pulso, o capacitor carrega de zero a dois terços da tensão de alimentação, no entanto, em pulsos posteriores, ele carrega apenas de um terço a dois terços da tensão de alimentação. Consequentemente, o primeiro pulso tem um intervalo de tempo alto mais longo em comparação com os pulsos posteriores. Além disso, o capacitor carrega através de ambos os resistores, mas apenas descarrega através de R 2 { displaystyle R_ {2}} , portanto, o intervalo alto é mais longo do que o intervalo baixo. Isso é mostrado nas seguintes equações.

O intervalo de tempo máximo de cada pulso é dado por:

t h eu g h = em ⁡ ( 2 ) ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C { displaystyle t_ {high} = ln (2) cdot (R_ {1} + R_ {2}) cdot C}

O intervalo de tempo baixo de cada pulso é dado por:

t eu o C = em ⁡ ( 2 ) ⋅ R 2 ⋅ C { displaystyle t_ {low} = ln (2) cdot R_ {2} cdot C}

Portanto, a frequência f { displaystyle f} do pulso é dado por:

f = 1 t h eu g h + t eu o C = 1 em ⁡ ( 2 ) ⋅ ( R 1 + 2 R 2 ) ⋅ C { displaystyle f = { frac {1} {t_ {alto} + t_ {baixo}}} = { frac {1} { ln (2) cdot (R_ {1} + 2R_ {2}) cdot C}}} [24]

e o ciclo de trabalho (%) é dado por:

d você t y = t h eu g h t h eu g h + t eu o C ⋅ 100 { displaystyle duty = { frac {t_ {alto}} {t_ {alto} + t_ {baixo}}} cdot 100}

Onde t { displaystyle t} está em segundos (tempo), R { displaystyle R} está em ohms (resistência), C { displaystyle C} está em farads (capacitância), em ⁡ ( 2 ) { displaystyle ln (2)} é o logaritmo natural da constante 2 , que é 0,693147 (arredondado para 6 dígitos finais), mas é comumente arredondado para menos dígitos em 555 livros de cronômetro e planilhas de dados como 0,7 ou 0,69 ou 0,693.

Esquema de um temporizador 555 no modo astável com um diodo 1N4148 para criar ciclos de trabalho inferiores a 50% Esquema de um temporizador 555 no modo astável com um diodo 1N4148 para criar ciclos de trabalho inferiores a 50%

Resistor R 1 { displaystyle R_ {1}} requisitos:

C { displaystyle W} R 1 { displaystyle R_ {1}} V c c ⋅ V c c R 1 { displaystyle { frac {V_ {cc} cdot V_ {cc}} {R_ {1}}}}

Particularmente com 555s bipolares, baixos valores de R 1 { displaystyle R_ {1}}

O primeiro ciclo levará consideravelmente mais tempo do que o tempo calculado, pois o capacitor deve carregar de 0 V a 2 ⁄ 3 de V CC da inicialização, mas apenas a partir de 1 ⁄ 3 de V CC para 2 ⁄ 3 de V CC nos ciclos subsequentes.

Ciclo de trabalho mais curto

Para criar um tempo alto de saída menor do que o tempo baixo (ou seja, um ciclo de trabalho menor que 50%), um diodo rápido (ou seja, diodo de sinal 1N4148 ) pode ser colocado em paralelo com R 2 , com o cátodo no lado do capacitor. Isso ignora R 2 durante a parte alta do ciclo, de modo que o intervalo alto depende apenas de R 1 e C, com um ajuste baseado na queda de tensão no diodo. A queda de tensão através do diodo retarda o carregamento no capacitor de modo que o tempo alto é mais longo do que o esperado e frequentemente citado ln (2) * R 1 C = 0,693 R 1 C. O tempo baixo será o mesmo que acima, 0,693 R 2 C. Com o diodo de bypass, o tempo alto é

t h eu g h = em ⁡ ( 2 V cc - 3 V diodo V cc - 3 V diodo ) ⋅ R 1 ⋅ C { displaystyle t_ {high} = ln left ({ frac {2V _ { textrm {cc}} - 3V _ { textrm {diode}}} {V _ { textrm {cc}} - 3V _ { textrm { diodo}}}} right) cdot R_ {1} cdot C}

onde o diodo V é quando a corrente "ligada" do diodo é 1 ⁄ 2 de V cc / R 1 que pode ser determinado a partir de sua ficha de dados ou por meio de testes. Como um exemplo extremo, quando V cc = 5 V e diodo V= 0,7 V, tempo alto = 1,00 R 1 C que é 45% mais longo do que o "esperado" 0,693 R 1 C. No outro extremo, quando V cc = 15 Diodo V e V= 0,3 V, o tempo máximo = 0,725 R 1 C que está mais próximo do esperado 0,693 R 1 C. A equação se reduz ao esperado 0,693 R 1 C se o diodo V= 0 V.

Monoestável

Esquema de um 555 em modo monoestável. Valores de exemplo R = 220 kΩ, C = 100 nF para eliminar um botão de pressão. Esquema de um 555 em modo monoestável. Valores de exemplo R = 220 kΩ, C = 100 nF para eliminar um botão de pressão.

Forma de onda em modo monoestável Forma de onda em modo monoestável

Exemplos de modo monoestável com valores comuns Tempo C R 100 µs (-0,026%) 1 nF 91 kΩ 1 ms (-0,026%) 10 nF 91 kΩ 10 ms (-0,026%) 100 nF 91 kΩ 100 ms (-0,026%) 1 µF 91 kΩ 1 s (-0,026%) 10 µF 91 kΩ 10 s (-0,026%) 100 µF 91 kΩ

No modo monoestável, o pulso de saída termina quando a tensão no capacitor é igual 2 ⁄ 3 da tensão de alimentação. A largura do pulso de saída pode ser alongada ou reduzida de acordo com a necessidade da aplicação específica, ajustando os valores de R e C. [25]

O pulso de saída é de largura t , que é o tempo que leva para carregar C para 2 ⁄ 3 da tensão de alimentação. É dado por

t = em ⁡ ( 3 ) ⋅ R ⋅ C { displaystyle t = ln (3) cdot R cdot C}

Onde t { displaystyle t} está em segundos (tempo), R { displaystyle R} está em ohms (resistência), C { displaystyle C} está em farads (capacitância), em ⁡ ( 3 ) { displaystyle ln (3)} é o logaritmo natural da constante 3, que é 1,098612 (arredondado para 6 dígitos finais), mas é comumente arredondado para menos dígitos em 555 livros de cronômetro e planilhas de dados como 1,1 ou 1,099.

Ao usar o temporizador IC no modo monoestável, o intervalo de tempo entre quaisquer dois pulsos de disparo deve ser maior do que a constante de tempo RC. [26]

Biestável

Esquema de um 555 em modo flip-flop biestável. Resistores pull-up de alto valor devem ser adicionados às duas entradas. Esquema de um 555 em modo flip-flop biestável. Resistores pull-up de alto valor devem ser adicionados às duas entradas.

O símbolo flip-flop SR invertido (sem / Q) é semelhante ao circuito à direita O símbolo flip-flop SR invertido (sem / Q) é semelhante ao circuito à direita

No modo biestável, o temporizador 555 atua como um flip-flop SR. As entradas de disparo e reset são mantidas altas por meio de resistores pull-up enquanto a entrada de limite é aterrada. Assim configurado, que puxa o gatilho momentaneamente para chão actua como um 'conjunto' e transições do pino de saída para V CC (estado alto). Puxar a entrada de reset para o terra atua como um 'reset' e faz a transição do pino de saída para o terra (estado baixo). Nenhum capacitor de temporização é necessário em uma configuração biestável. O pino de descarga é deixado desconectado ou pode ser usado como uma saída de coletor aberto . [27]

Gatilho Schmitt

Esquema de um 555 no modo de disparo Schmitt biestável. Valores de exemplo R1 e R2 = 100 kΩ, C = 10 nF. Esquema de um 555 no modo de disparo Schmitt biestável. Valores de exemplo R1 e R2 = 100 kΩ, C = 10 nF.

A porta do inversor de gatilho Schmitt (símbolo inferior) é semelhante ao circuito à direita A porta do inversor de gatilho Schmitt (símbolo inferior) é semelhante ao circuito à direita