555: Entendendo o canivete suiço da eletrônico
O Circuito Integrado 555 é um componente primordial na eletrônica, amplamente utilizado em circuitos dos mais diversos tipos.
No post de hoje iremos falar sobre o que é o 555, como funciona e onde/como podemos utilizá-lo nos projetos.
Acredito que muitos já tenha esbarrado com um CI 555 em projetos dos mais diversos, do qual é amplamente utilizado para criar ondas quadradas temporizadas no geral.
Em resumo, o 555 é basicamente isto mesmo, um circuito que gera pulsos temporizados. Por definição é somente isso que ele faz. Mas, então, o que ele faz de diferente de um circuito RC, ou de um cristal oscilador?
Para entendermos, vamos começar com o seu funcionamento e sua estrutura interna.
Em sua estrutura, logo a esquerda de verde, temos o motivo de o chamarmos de 555. Temos três resistores de 5 kΩ associados de forma a garantir uma divisão de tensão entre os comparadores (vermelho e amarelo).
De amarelo e vermelho, temos dois comparadores de tensão, de roxo temos um flip-flop RS seguido de uma porta lógica inversora NOT de rosa. E finalmente, de azul, temos nosso transistor de descarga.
Esta simples associação é o que constrói o 555 como um CI.
Funcionamento do 555
O CI 555 tem três configurações com três funcionalidades diferentes: Astável, Monoestável e Biestável.
Para entendermos o 555, vamos dividi-lo em partes.
Em todas as configurações, o 555 parte do funcionamento dos comparadores.
O primeiro comparador em amarelo, irá ter sua saída em nível lógico alto quando a tensão no pino THR for superior a 2/3 da tensão de entrada no 555, Vcc. Esses 2/3 se dão pelo divisor de tensão, onde este comparador está comparando o pino THR e a tensão sob o segundo nó da associação de resistores.
O segundo comparador está comparando a tensão do pino TRIG e o último resistor do divisor, logo, quando a tensão for inferior a 1/3 no pino TRIG, ele irá colocar a saída em nível lógico alto.
Como os comparadores possuem sua saída ligada diretamente no flip-flop, o flip-flop irá comutar juntamente com os comparadores, acionando assim a saída do 555.
Ligado a saída do flip-flop temos, também, o transistor de descarga, cujo qual será ativado quando o comparador em amarelo estiver mandando um nível lógico alto para o flip-flop. Este é o responsável por fazer os ciclos da oscilação geradores de ondas com o 555 funcionarem, visto que ele é responsável por “Resetar” o capacitor, descarregando-o.
Agora, vamos falar sobre as configurações do 555.
Configuração Astável
Na configuração astável, temos o nosso 555 como um circuito oscilador, onde ele irá repetir o ciclo de carga e descarga de um capacitor que adicionaremos no nosso circuito, criando ao final, uma onda quadrada.
A montagem do 555 deve ser feita desta forma para se obter o circuito astável. (Devemos considerar os fios vermelhos e preto como a alimentação do 555, considerando o vermelho como a alimentação positiva e o preto como o GND).
No circuito astável, o capacitor C é carregado ao primeiro momento. Durante a sua carga, ao atingir uma tensão de 2/3 do Vcc, o comparador ligado ao pino THR seja acionado, gerando um sinal positivo no flip-flop e acionando o transistor de descarga do capacitor, fazendo o capacitor descarregar pelo pino DIS.
Ao começar a descarregar, as saídas em ambos os comparadores serão de nível lógico baixo (0), fazendo com que não ocorra mudanças no flip-flop. Quando o capacitor C atingir 1/3 do Vcc, o comparador ligado ao pino TRIG será acionado, fazendo com que a saída no flip-flop fique com nivel lógico baixo e fazendo com que o capacitor pare de descarregar com o “desligamento” do transistor de descarga ligado ao pino DIS, fazendo o capacitor entrar em carga, repetindo o ciclo.
A saída do 555 no pino 3 é dada pela saída do flip-flop barrada pela porta NOT, fazendo assim a saída de uma onda quadrada.
Na simulação referente ao gráfico acima, temos conectados o canal em amarelo na saída do 555 e o gráfico em azul no pino TRIGGER, sendo observado a comutação no fip-flop e a descarga do capacitor nas tensões de 2/3 do Vcc e carga a 1/3 do Vcc.
O pino 5, neste caso, ele não é utilizado, entretanto, existem outras aplicações para este pino, tal como modular a frequência de oscilação da onda, aplicação não muito usual com o 555.
Os cálculos referentes a temporização do modo astável, considerando os resistores e capacitores externos ao 555, são:
Período total = Ln(2)*C*(R1+R2*2)
Período Alta = Ln(2)*C*(R1+R2)
Período Baixa = Ln(2)*C*R2
O período de oscilação é observável pelo LED conectado na saída do 555 em nossa montagem.
Configuração Monoestável
A aplicação monoestável do 555 consiste em um circuito temporizador ou um disparador. Funciona similar a um temporizador off-delay, onde ao acionar o TRIG do 555 com o nível lógico baixo (0), o circuito irá acionar a saída do 555 até que o capacitor descarregue. O tempo que a saída do 555 demora com o pulso ativado é dado pelo calculo:
T = Ln(2) x R x C
Para observarmos o seu funcionamento, adicionamos na figura 9 dois pontos de teste (em vermelho), um no capacitor e outro no botão, para conseguirmos averiguar o funcionamento através do acionamento do botão.
Como observamos, ao dar um pulso no botão, representado pelo vale no gráfico rosa, teremos o acionamento da saída, do qual se manterá por um tempo determinado pela carga do capacitor.
O circuito monoestável pode ser utilizado em diversos tipos de aplicações, onde se faz necessário a temporização através de um pulso inicial.
Configuração Biestável
A aplicação biestável consiste na utilização do 555 como um flip-flop RS, onde os pinos TRIG e RES se tornam o SET e o RESET do flip-flop.
Como observamos no circuito interno do 555, o flip-flop interno é acionado através dos comparadores de tensão, dos quais temos acesso direto pelos pinos THR e TRIGG. Para acionar a saída do flip-flop em nível lógico alto, temos que acionar o pino TRIGG com 2/3 Vcc ou mais. Para deixar a saída do 555 com estado lógico baixo, basta acionar o Reset do 555.
Simplificando, ao aplicar um sinal no pino TRIG, o comparador irá acionar o SET do flip-flop interno do 555, mudando o estado lógico da saída do 555 para 1, e ao acionar o RESET do 555, o estado lógico da saída será 0.
Algumas aplicações
O 555 pode ser utilizado para diversas aplicações, alterando seu funcionamento dentre as configurações ao adicionar componentes como diodos, capacitores, potenciômetros, transistores.
O CI é comumente utilizado para o , visto que o seu pulso pode ser alterado a resistência, facilmente palpável com o uso de um potenciômetro, por exemplo. Temos inclusive um post explicando tudo sobre essa aplicação, visto neste link.
Ele pode ser utilizado, também, como um detector de ausência de pulso, modulador de frequência, divisor de frequência e modulação de posição de pulso (PPM) alterando a configuração externa.
Conclusão
A versatilidade do CI 555 o faz extremamente importante no meio da eletrônica, onde muitas vezes o incompreensão da estrutura interna e de seu funcionamento podem limitar o desenvolvimento de diversos sistemas.
Modos de Operação 555
O CI 555 é um circuito integrado dos mais conhecidos entre hobbystas e iniciantes no mundo da eletrônica, é raro ver uma publicação em que em pelo menos um circuito não seja utilizado um CI 555, a versatilidade é tal que pode ser utilizado em uma variedade de aplicações como temporizador ou multivibrador.
O CI 555 foi projetado criado em 1970 e começou a ser comercializado em 1971, os nomes comerciais eram SE555 que tinha o invólucro metálico e NE555 com invólucro DIP, de tão fácil de utilizar em vários tipos de circuitos foi apelidado de máquina do tempo num chip.
É um componente que já é vovô, mas ao contrário da maioria dos velhinhos esse continua em pleno uso, por ser simples de usar, ser de baixo custo e de boa estabilidade.
O CI 555 é composto por 23 transistores, 2 diodos e 16 resistores num chip de silício em um encapsulamento duplo em linha de 8 pinos.
O CI 556 é composto de dois temporizadores 555 combinados em um encapsulamento DIP de 14 pinos, o CI 558 é um encapsulamento DIP de 16 pinos que combina quatro temporizadores 555.
Também CIs nas versões de potência ultra baixa como o CI 7555, que utiliza um número menor de componentes externos e tem menor consumo de energia.
No modo monoestável o CI 555 funciona como um disparador, suas aplicações são temporizadores, detector de pulso, chaves com imunidade a ruído, interruptores de toque, e muitos outros circuitos.
No modo astávell o CI 555 opera como um oscilador, os usos incluem pisca-pisca, geradores de pulso, relógios, geradores de tom, alarmes de segurança, e outros.
No modo biestável o CI 555 opera como um flip-flop, se o pino de disparo não for conectado e se não for utilizado capacitor, as aplicações incluem interruptores imunes a ruído, e outros.
O nome 555 foi adotado pelo fato de existir uma rede interna de três resistores de 5k ohms que formam um divisor de tensão e que servem de referência de tensão para os comparadores do circuito integrado.
São inúmeros os circuitos com o 555, o problema é que nem sempre o iniciante sabe calcular o valor do componente para uma determinada frequência, então resolvi colaborar tornando mais fácil a utilização do CI 555.
Do valor do R1 e do R2 e do valor do capacitor dependem a frequência do astável, as aplicações a partir desse ponto ficam por conta da imaginação de cada um.
Funcionamento do IC 555 timer [PDF]
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Gustavo Rodrigues Cavalcanti
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