555 Timer IC – Princípio de Funcionamento, Diagrama de Bloco, Esquema de Circuito

Overview

O Temporizador 555, concebido por Hans Camenzind em 1971, pode ser encontrado em muitos dispositivos electrónicos, desde brinquedos e electrodomésticos de cozinha até mesmo numa nave espacial. É um circuito integrado altamente estável que pode produzir atrasos e oscilações de tempo precisos. O temporizador 555 tem três modos de funcionamento, biestável, monoestável e astable.

O divisor de tensão consiste em três resistências idênticas de 5k que criam duas tensões de referência a 1/3 e 2/3 da tensão fornecida, que podem variar de 5 a 15V.

P>Próximos são os dois comparadores. Um elemento de comparação é um elemento de circuito que compara duas tensões de entrada analógicas no seu terminal de entrada positivo (não-invertido) e negativo (invertido). Se a tensão de entrada no terminal positivo for superior à tensão de entrada no terminal negativo, o elemento de comparação sairá 1. vice-versa, se a tensão no terminal de entrada negativo for superior à tensão no terminal positivo, o elemento de comparação sairá 0.

O primeiro terminal de entrada negativo do comparador é ligado à tensão de referência 2/3 no divisor de tensão e no pino externo de “controlo”, enquanto que o terminal de entrada positivo é ligado ao pino externo de “Limiar”.

Por outro lado, o segundo terminal de entrada negativo do comparador é ligado ao pino “Trigger”, enquanto que o terminal de entrada positivo é ligado à tensão de referência 1/3 no divisor de tensão.

Assim, usando os três pinos, Trigger, Threshold e Control, podemos controlar a saída dos dois comparadores que são depois alimentados às entradas R e S do divisor de tensão. O flip-flop sairá 1 quando R é 0 e S é 1, e vice-versa, sairá 0 quando R é 1 e S é 0. Adicionalmente, o flip-flop pode ser reinicializado através do pino externo chamado “Reset” que pode anular as duas entradas, assim reiniciando todo o temporizador em qualquer altura.

A saída da barra Q do flip-flip vai para a fase de saída ou para os drivers de saída que podem tanto fonte como afundar uma corrente de 200mA para a carga. A saída do flip-flip está também ligada a um transistor que liga o pino de “Descarga” à terra.

555 Temporizador – Modo Biestável

Agora vamos fazer um exemplo do Temporizador 555 a operar em modo biestável. Para isso, precisamos de duas resistências externas e dois botões.

O Trigger e os pinos de reinicialização do CI estão ligados ao VCC através das duas resistências, e assim estão sempre elevados. Os dois botões de pressão estão ligados entre estes pinos e a terra, portanto, se os mantivermos premidos, o estado de entrada será baixo.

Inicialmente, as saídas dos dois comparadores são 0, portanto, a saída de inverter assim como a saída do Temporizador 555 são 0.

Se premirmos o botão Trigger, o estado na entrada do Trigger tornar-se-á Baixo, de modo que o comparador sairá Alto e isso fará com que a saída flip-flip Q-bar saia Baixo. A fase de saída inverterá isto e a saída final do Temporizador 555 será Alta.

A saída permanecerá alta mesmo quando o botão de gatilho não for premido, porque nesse caso as entradas flip-flop R e S serão 0, o que significa que o flip-flop não irá alterar o estado anterior. Para fazer a saída Baixa precisamos de premir o botão Reset, que reinicia o flip-flop e todo o IC.

Tutorial relacionado: O que é o Gatilho Schmitt | Como Funciona

555 Temporizador – Modo Monoestável

P>Próximo, vamos ver como funciona o Temporizador 555 em modo monoestável. Aqui está um exemplo de circuito.

A entrada do gatilho é mantida alta ligando-o ao VCC através de uma resistência. Isto significa que o comparador do gatilho irá emitir 0 para a entrada S do flip-flop. Por outro lado, o pino do Limiar é Baixo e isso faz com que o comparador do Limiar também saia 0. O pino do Limiar é na realidade Baixo porque a saída da barra Q do flip-flop é Alta, o que mantém o transistor de descarga activo, pelo que a tensão proveniente da fonte vai para a terra através desse transistor.

Para alterar o estado de saída do temporizador 555 para Alto, precisamos de premir o botão no pino do gatilho. Isso irá ligar o pino de disparo à terra, ou o estado de entrada será 0, assim, o comparador irá sair 1 para a entrada S do flip-flip. Isto fará com que a saída da barra Q passe para Baixo e a saída do temporizador 555 para Alto. Ao mesmo tempo, podemos notar que o transístor de descarga está desligado, pelo que agora o condensador C1 começará a carregar através da resistência R1.

O temporizador 555 permanecerá neste estado até a tensão através do condensador atingir 2/3 da tensão fornecida. Nesse caso, a tensão de entrada Threshold será mais alta e o comparador sairá 1 para a entrada R do flip-flip. Isto fará com que o circuito entre no estado inicial. A saída da barra Q tornar-se-á Alta, o que activará o transístor de descarga, bem como tornará a saída do CI Baixa novamente.

Por isso podemos notar que a quantidade de tempo de saída do temporizador 555 é Alta, depende de quanto tempo o condensador precisa para carregar até 2/3 da tensão fornecida, e isso depende dos valores tanto do condensador C1 como da resistência R1. Podemos de facto calcular este tempo com a seguinte fórmula, T=1.1*C1*R1.

555 Temporizador – Modo Astable

Next, vamos ver como funciona o temporizador 555 num modo astable. Neste modo, o CI torna-se um oscilador ou também chamado Multivibrador de Funcionamento Livre. Não tem um estado estável e alterna continuamente entre Alto e Baixo sem aplicação de qualquer gatilho externo. Aqui está um circuito de exemplo do Temporizador 555 a funcionar em modo astable.

Precisamos apenas de duas resistências e um condensador. Os pinos Trigger e Threshold estão ligados um ao outro, pelo que não há necessidade de pulso de disparo externo. Inicialmente, a fonte de tensão começará a carregar o condensador através das Resistências R1 e R2. Enquanto se carrega o comparador de Trigger, a tensão de entrada no pino de Trigger ainda é inferior a 1/3 da tensão fornecida. Isto significa que a saída da barra Q é 0 e o transístor de descarga está fechado. Neste momento a saída do temporizador 555 é Alta.

Após a tensão através do condensador atingir 1/3 da tensão fornecida, o comparador de Trigger sairá 0 mas neste momento isso não fará qualquer alteração uma vez que ambas as entradas R e S do flip-flop são 0. Assim, a voltagem através do condensador continuará a subir, e assim que atingir 2/3 da voltagem fornecida, o comparador de Limiar sairá 1 para a entrada R do flip-flop. Isto activará o transístor de descarga e agora o condensador começará a descarregar através da resistência R2 e do transístor de descarga. Neste momento, a saída do temporizador 555 é Low.

enquanto a descarga, a tensão através do condensador começa a diminuir, e o comparador de limiar começa imediatamente a sair 0, o que na realidade não faz qualquer alteração, uma vez que agora tanto a entrada R como a entrada S do flip-flop são 0. Mas quando a tensão através do condensador cai para 1/3 da tensão fornecida, o comparador de Trigger irá emitir 1. Isto irá desligar o transistor de descarga e o condensador começará a carregar novamente. Assim, este processo de carga e descarga entre 2/3 e 1/3 da tensão fornecida continuará a funcionar por si só, produzindo assim uma onda quadrada na saída do Temporizador 555.

Podemos calcular o tempo em que a saída é Alta e Baixa usando as fórmulas mostradas. O tempo Alto depende da resistência tanto de R1 como de R2, bem como da capacitância do condensador. Por outro lado, o tempo Baixo depende apenas da resistência de R2 e da capacitância do condensador. Se somarmos os tempos Alto e Baixo, obteremos o Período de um ciclo. Por outro lado, a frequência é quantas vezes isto acontece num segundo, pelo que uma ao longo do Período dará uso à frequência da saída da onda quadrada.

Se fizermos algumas modificações a este circuito, por exemplo, mudarmos a resistência R2 com uma resistência variável ou um pototenciómetro, podemos controlar instantaneamente a frequência e os ciclos de funcionamento da onda quadrada. No entanto, mais sobre isto no meu próximo vídeo onde faremos um controlador de velocidade do motor PWM DC usando o temporizador 555.