Professor: Ivair José de Souza

O Circuito integrado 555

O CI 555 é utilizado em temporizadores de precisão e osciladores.
Com o "timer" 555  obtém-se temporizações precisas desde microssegundos até horas.
Pode-se também utilizá-lo como multivibrador astável (oscilador) em que a freqüência de oscilação é controlada externamente por resistores e capacitores.

Ligações dos pinos (pinagem)

Diagrama em blocos
 

Situações	Pino 2	Pino 6	R	S	Q		Transistor	Saída (pino 3)
1	> 1/3 VCC	< 2/3 VCC	0	0	Não  muda		Não muda	Não  muda
2	< 1/3 VCC	< 2/3 VCC	0	1	1	0	Em corte	1
3	> 1/3 VCC	> 2/3 VCC	1	0	0	1	Saturado	0
4	< 1/3 VCC	> 2/3 VCC	1	1	0	0	Em corte	1

  Flip- Flop  R S com portas NOR 

 Multivibrador astável


O ciclo de trabalho, considerando o nível alto na saída, será:   D = ( t1 / T ) . 100%   => D = ( R1 + R2 ) / ( R1 + 2.R2 ). 100%
No circuito acima, o ciclo de trabalho (para nível alto) será sempre maior do que 50% devido a se ter  t1 > t2. 

A animação abaixo mostra o acionamento de dois LEDs.
O  LED1 é acionado quando se tem  nível 1 (VCC)  na saída do CI-555.
O  LED2 é acionado quando se tem  nível 0   (0V)    na saída do CI-555.

Multivibrador monoestável
O estado estável da saída é nível 0 (0V). 

Aplicando um pulso de disparo ao pino 2, a saída muda de 0V para VCC e permanece neste estado durante a carga do capacitor C1.

C1 carrega através do resistor R1 e assim que a tensão no mesmo atinge 2/3 VCC a saída volta a 0V. 

C1 carrega de 0V até 2/3 VCC
T=  R1 . C1. ln VCC / (VCC -- 2/3 VCC)           =>    VCC / (VCC -- 2/3 VCC) = 3 
T = R1 . C1 . ln 3
T = 1,1. R1 . C1

T = 1,1 . 100K . 100 uF     =>      T = 1,1 . 100 . 10³ . 100 . 10^--6   =>    T = 11 segundos.
Pressionar momentaneamente PB para obter o pulso de disparo. A saída volta a 0V após a temporização se a tensão no pino 2 estiver em nível alto isto é, se após a temporização (tempo de carga de C1) o pino 2 ainda estiver aterrado, a saída não voltará a zero.

Multivibrador monoestável - Temporização independente da duração do pulso de disparo

Pressionando PB, o ponto A é aterrado e liga C3 entre o pino 2 e terra. Como C3 está descarregado é aplicado 0V ao pino 2 e tem-se o disparo. A saída do 555 muda de 0V para VCC e permanece nesta condição durante o tempo de carga de C1. 

C3 carrega "rapidamente"através de R2  tornando a tensão no pino 2 em nível alto que é a condição para que a saída volte a 0V no final da carga de C1.

Neste circuito, mesmo mantendo a botoeira (PB) pressionada, a saída volta a 0V após o tempo de carga de C1. 

.

Deve-se ter o tempo de carga de C3 menor do que o tempo de carga de C1  isto é    R2 . C3 < R1.C1.
O diodo D é uma proteção para o 555 pois evita sobretensão no pino 2 no instante em que a tensão no ponto A muda de 0V para VCC (instante em que o PB é liberado).

Multivibrador Astável com ciclo de trabalho igual a 50%

C1 carrega de       1/3VCC até 2/3VCC através de R1 e D1 
C1 descarrega de 2/3VCC até 1/3VCC através de D2 e R2.

t1  = 0,693.R1.C1   =>   t1 = 0,693.68K.10uF    =>     t1 = 0,47 seg.
t2  = 0,693.R2.C1   =>   t2  = 0,693.68K.10uF   =>     t2 = 0,47 seg.
Para  R1 = R2 tem-se  t1 = t2 e com isto o ciclo de trabalho será de 50% e a onda quadrada na saída será simétrica .
T = t1 + t2               =>   T = 0,47s + 0,47s              =>     T  = 0,94 seg.  
f  = 1 / T                  =>    f  = 1 / 0,94s                     =>      f  = 1,06Hz          (f  é a freqüência de oscilação)

T = t1 + t2     =>   T = 0,693.R1.C1 +  0,693.R2.C1     =>   T  = 0,693 . C1 . ( R1 + R2 )
f  = 1 / T     =>   f = 1 / 0,693.C1.(R1 + R2)                   =>   f = 1,44 / [( R1 + R2 ) . C1 ]
                                          Para R1 = R2 = R  resulta em:   f = 1,44 / ( 2 . R . C1 )       =>    f = 0,72 / ( R . C1 )

Trocando C1 de 10uF  por 0,01uF (10nF), a freqüência de oscilação será de aproximadamente 1KHz (1000Hz)  e  T = 1ms. 

D = (t1 / T) .100%
D = R1 / (R1+R2) .100%
O ciclo de trabalho D, normalmente, é a relação entre o tempo em que a saída fica em nível alto (t1) e o período T. 
Pode-se alterar o ciclo de trabalho através de R1 ou de R2 no entanto, o período T altera e conseqüentemente também altera a freqüência de oscilação. 

Se R1 = 9.R2 tem-se D = 90%  ->  saída em nível alto (VCC) durante 90% do período T e tem-se  t1 > t2
Se R2 = 4.R1 tem-se D = 20%  ->  saída em nível alto (VCC) durante 20% do período T e tem-se  t1 < t2

Ajuste do ciclo de trabalho sem alterar o período T

T = t1 + t2
Se t1 aumenta t2 diminui mantendo o valor de T.
Se t1 diminui t2 aumenta mantendo o valor de T.

Girando o potenciômetro para a esquerda (RX < RY),  t1 diminui  e  t2 aumenta.
Girando o potenciômetro para a direita     (RX > RY),  t1 aumenta e  t2 diminui.

C1 carrega       de 1/3VCC até 2/3VCC através de R1, D1 e RX.
C1 descarrega de 2/3VCC até 1/3VCC através de D2, R2 e RY.

t1  = 0,693 . ( R1 + RX ) . C1
t2  = 0,693 . ( R2 + RY ) . C1
T = t1 + t2     =>   T = 0,693 . C1 . ( R1 + P + R2 )

P = RX + RY  e  P é o potenciômetro que no circuito acima é de 220KW

f = 1,44 / (R1 + P + R2). C1.            A freqüência de oscilação não varia mesmo variando o ciclo de trabalho D.

D = (t1 / T) .100%   =>   D = (R1 + RX) / (R1 + P + R2) .100%  

Outro modo de obter o multivibrador Astável com ciclo de trabalho igual a 50%

Quando a saída está em nível 1 (VCC), C1 irá carregar através de R1  de 1/3VCC até 2/3VCC.
Quando a saída está em nível 0 (0V), C1 irá descarregar através de R1 de 2/3VCC até 1/3VCC.

Sendo R1 o mesmo resistor para a carga e a descarga de C1 tem-se  t1 = t2 e a onda quadrada na saída será simétrica (D = 50 %).

Cálculo do período T e da freqüência de oscilação.
T = t1 + t2  sendo t1 e t2 os tempos de carga e de descarga de C1.
t1  = R1.C1.ln (VCC–1/3VCC) / (VCC – 2/3VCC)
t1  = R1.C1.ln 2
t1  = 0,693.R1.C1
............................................................................................................................................................................................................................
t2  = R1.C1.ln (2/3VCC) / (1/3VCC)
t2  = R1.C1.ln 2
t2  = 0,693.R1.C1

T = t1 + t2  =>  T = 1,386.R1.C1 

A freqüência de oscilação é o inverso do período.
f = 1 / T   
f = 1 / 1,386.R1.C1
f = 0,72 / R1.C1
f = 0,72 / (68K.10uF) =>         f = 0,72 / 0,68     =>   f = 1,06Hz  (aproximadamente 1Hz)

Modulação da freqüência de oscilação através do pino 5.

A tensão de referência normal no pino 5 é de 2/3 de VCC. Com isto, C3 carrega até 2/3 VCC e descarrega até 1/3 VCC. Esta tensão de referência será mudada de acordo com a saída (pino 3) do primeiro CI-555. Se a saída1 for VCC, a tensão de referência do segundo CI-555 aumentará e a freqüência de oscilação diminuirá. 
Se a saída1 for 0V, a tensão de referência do segundo CI-555 diminuirá e a freqüência de oscilação aumentará.
O primeiro multivibrador  astável (saída1) deve ter uma freqüência de oscilação menor do que o segundo (saída2).
O transistor de potência (TIP41) aumenta a corrente de saída do CI 555 para acionar o alto-falante. Pode-se utilizar o transitor de potência TIP120 para se ter uma maior corrente na saída. O TIP120 é um transistor Darlington de alto ganho de corrente e de alta potência.
Este circuito simula uma sirene onde se tem dois tons, um grave e outro agudo.

Nota: C3 carrega até a tensão de referência e descarrega até a metade desta tensão de referência.

Na saída2,  f1 = 108Hz. para saída1 = VCC   e  f2 = 230Hz para saída1 = 0V. 
Na saída1, a freqüência pode ser ajustada de 0,65Hz a 7 Hz através de P.

f1 é a freqüência na saída2  para saída1 igual a  VCC.
f2 é a freqüência na saída2  para saída1 igual a   0V.
Note que f2 > f1.

Modulação da freqüência de oscilação através do pino 4. 

O pino 4 tem a função de reset (clear).
Com o pino 4 em nível 1 (VCC), o CI-555 opera normalmente.
Com o pino 4 em nível 0 (GND), a saída (pino 3) permanece em nível 0 (zero).

Na saída1, a freqüência pode ser ajustada de 0,65Hz a 7 Hz através de P.
Na saída2, a  freqüência é de 150Hz.

Se a saída1 for 0V a saída2 também será 0V visto que o segundo CI-555 estará no estado RESET e não se tem sinal na saída2.
Se a saída1 for VCC tem uma onda quadrada na saída2  visto que o segundo multivibrador astável (CI-555) opera normalmente.

"Este circuito simula um BIP e o potenciômetro ajusta os intervalos t1 e t2".
O primeiro multivibrador  astável (saída1) deve ter uma freqüência de oscilação menor do que o segundo (saída2).

Gerador de pulsos de curta duração

C1 carrega através de R1 de 1/3 VCC até 2/3VCC e descarrega em R2 de 2/3VCC até 1/3VCC.
Fazendo R1 << R2 tem-se na saída pulsos de curta duração .

t1 = 0,693 . R1 . C1                      
t2 = 0,693 . R2 . C1
T = t1 + t2    =>    T = 0,693 . ( R1 + R2 ) . C1
f = 1 / T         =>    f = 1,44 / [( R1 + R2 ) . C1[]      =>     f  = 36Hz
D = (t1 / T)  .100%        =>     D = R1 / ( R1 + R2 ) . 100%
D = 1K / 40K . 100%    =>     D = 2,5 %        

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