O circuito integrado 555 (ART011)

Pela utilidade do circuito integrado 555, este artigo é um dos mais acessados deste site. Nele explicamos quase tudo (pois tudo que ele pode fazer é impossível de descrever) sobre o funcionamento e utilidades do mais popular detodos os circuitos integrados usados atualmente. O circuito integrado 555 foi criado originalmente para funcionar como timer e oscilador de uso geral. No entanto, esse circuito integrado se mostrou tão versátil, que milhares de aplicações foram criadas e continuam criadas ainda hoje, quando já se anuncia que ele vendeu mais de 1 bilhão de unidades. Assim. quando se pensa em qualquer projeto em que a geração de formas de onda é necessária, retardos, temporizações ou o disparo de dispositivos a partir de sinais de todos os tipos o componente que em primeiro lugar vem à cabeça do projetista é o 555. Este artigo dá apenas uma breve idéia do que se pode fazer com este componente fabuloso.

 

Com mais de 1 bilhão de unidades vendidas, o circuito integrado 555 provavelmente é o mais importante componente dessa família, de todos até hoje lançados no mundo. Com versões CMOS e de baixa tensão, esse componente é insuperável quando se deseja uma temporização até 1 hora ou geração de pulsos de duração constante, ou ainda em aplicações em que precisam ser gerados sinais retangulares de até 500 kHz.

 


O CIRCUITO INTEGRADO 555
O circuito integrado 555 consiste em um timer de uso geral que pode operar tanto na configuração astável quanto monoestável. A pinagem básica deste CI é mostrada na figura 1

Figura 1 – Pinagem do 555.


Embora exista uma versão antiga com invólucro de 14 pinos, ela dificilmente é encontrada em nossos dias. Uma versão importante do 555 é o duplo 555 conhecido como 556, cuja pinagem é vista na figura 2.

 


Figura 2 - Pinagem do 556 – Duplo 555.



Na prática, os fabricantes acrescentam prefixos para identificar os seus 555, e denominações como LM555, NE555, µA555 e outras são comuns. Temos ainda versões "diferentes" do 555 que empregam tecnologias mais avançadas que a tradicional linear. Assim, um primeiro destaque é o 555 CMOS, também especificado como TL7555 ou TLC7555, e que se caracteriza por poder operar com tensões menores que o 555 comum, ter menor consumo e alcançar freqüências mais elevadas. Na figura 3 temos um diagrama simplificado das funções existentes no circuito integrado 555.

 

 


Figura 3 – Diagrama interno de blocos do 555.

 


Esses blocos podem ser usados de duas formas básicas (que serão analisadas em pormenores), as quais são astável (free running) e monoestável (pulso único). Na versão astável, o circuito opera como oscilador gerando sinais retangulares disponíveis na saída do pino 3. Na versão monoestável, o circuito gera um pulso retangular único ao ser disparado externamente. As características principais do 555 são:


Características: (*)
Faixa de Tensões de Alimentação: 4,5 - 18 V
Corrente máxima de saída: +/- 200 mA
Tensão de limiar típica com alimentação de 5 V: 3,3 V
Corrente de limiar típica: 30 nA
Nível de disparo típico com alimentação de 5 V: 1,67 V
Tensão de reset típica: 0,7 V
Dissipação máxima: 500 mW
Corrente típica de alimentação com 5 V: 3 mA
Corrente típica de alimentação com 15 V: 10 mA
Tensão típica de saída no nível alto com 5 V de alimentação (Io = 50 mA): 3,3 V
Tensão típica de saída no nível baixo com 5 V de alimentação (Io = 8 mA): 0,1 V

(*) As características dessa tabela são dadas para o NE555 da Texas Instruments, podendo variar levemente para CIs de outros fabricantes ou ainda com eventuais sufixos indicando linhas especiais.


CONFIGURAÇÕES
O circuito integrado 555 pode ser empregado em duas configurações básicas, astável e monoestável, que analisamos a seguir:


a)Astável

Na figura 4 temos o circuito básico do 555 na configuração astável.


Figura 4 – 555 na configuração astável.

 


Esse circuito pode gerar sinais de 0,01 Hz a 500 kHz e os valores limites para os componentes usados são:

R1, R2 = 1k a 3,3 Mohms
C = 500 pF a 2 200 µF


A freqüência de oscilação é dada por:

f = 1,44 /[(R1 + 2R2) C]


Onde:
f é a freqüência em hertz
R1 e R2 são os valores dos resistores em Ohms
C é a capacitância em farads.

O tempo em que a saída permanece no nível alto é dado por:

th = 0,693 x C (R1 + R2)

O tempo em que a saída permanece no nível baixo é dado por:

tl = 0,693 x R2 x C


Veja que, nessa configuração, o ciclo ativo não pode ser 50% em nenhum caso, pois o tempo de carga do capacitor é sempre maior que o tempo de descarga. Para se obter ciclos ativos menores existem configurações em que os percursos das correntes de carga e descarga são alterados, mas nesse caso, não vale o programa do CD para cálculo de freqüência.

Também é importante observar que a carga e descarga do capacitor permitem a obtenção de uma forma de onda dente-de-serra sobre esse componente, conforme ilustra a figura 5.

 

Figura 5 – Formas de onda no circuito.

 


Evidentemente, trata-se de um ponto do circuito em que esse sinal é de alta impedância e, portanto, não pode ser usado diretamente para excitar cargas de maior potência.


b)Monoestável
Na configuração monoestável, quando a entrada de disparo (pino 2) é momentaneamente levada ao nível baixo, a saída (pino 3) vai ao nível alto por um intervalo de tempo que depende dos valores de R e de C no circuito da figura 6.

 

 

Figura 6 – Carga com capacitores de diversos valores e com fuga.

Os valores limites recomendados são:
R - 1 k a 3,3 Mohms
C - 500 pF a 2 200 µF

Esse tempo também pode ser calculado pela fórmula:

T = 1,1 x R x C


Onde:
T é o tempo em segundos
R é a resistência em ohms
C é a capacitância em farads

Com os elementos fornecidos, o leitor poderá criar seus próprios projetos usando o 555 a partir dos circuitos aplicativos que damos a seguir.

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