Tecnologia em Automação Industrial

ELETRÔNICA II

Temporizador 555

Prof. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

https://giovanatangerino.wordpress.comgiovanatangerino@ifsp.edu.br

giovanatt@gmail.com

Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

TEMPORIZADOR 555

• Há circuitos encapsulados, disponíveis no mercado, que contêm a base dos circuitos necessários para a implementação dos multivibradores monoestáveise astáveis com características bastante precisas. O mais popular desses circuitos é o temporizador 555.

• Aplicações principais:• gerador de pulsos (sinais quadrados) para acionar circuitos lógicos• Temporizadores, multivibradores, alarmes, etc.

• Circuito interno:• Três resistores de 5Ω, dois comparadores, um flip-flop SR, um transistor Q1 (que

funciona como uma chave), fonte de alimentação Vcc (geralmente de 5V).• ... ou 23 transistores 2 diodos e 16 resistores num chip de silício em um encapsulamento

duplo em linha (DIP) de 8 pinos.

• Permite correntes de saída de até 200mA (pode acionar cargas TTL, pequenos alto-falantes e relés diretamente)

Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

TEMPORIZADOR 555

Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

TEMPORIZADOR 555• Pino 1: GND: terra

• Pino 2: TRIGGER (TRIG): gatilho/disparo• um valor de tensão baixo (<1/3 Vcc) neste terminal ativa o flip-flop SR interno e a saída vai para o estado alto.• Ou um valor de tensão menor que a metade da tensão que aparece no pino 5, a saída vai para o estado alto• O pulso de disparo deve ser de duração menor que o intervalo de tempo determinado pela resistência e capacitância externa. Se o pino é

mantido em nível baixo por um tempo maior, a saída permanecerá em nível alto até que a tensão seja corrigida

• Pino 3: OUT: saída

• Pino 4: RESET: • Usado para inicializar o flip-flop e retornar a saída ao estado zero e acionar o transistor de descarga.• um intervalo de temporização pode ser interrompido pela aplicação de um pulso de reset.• Ativado quando a tensão aplicada estiver em nível lógico zero.• Quando não estiver sendo utilizado deve estar conectado ao Vcc para evitar qualquer inicialização indevida

• Pino 5: CONTROL VOLTAGE (CV): tensão de controle• permite acesso ao divisor de interno de tensão (2/3 Vcc). • Uso opcional. Possibilita grande flexibilidade na mudança do período de temporização. • É recomendado o uso de um pequeno capacitor cerâmico (0,01uF) entre ele e o terra para aumentar a imunidade do CI ao ruído e eliminar

um indesejável disparo.

• Pino 6: THRESHOLD (THRES): limiar • um valor de tensão alto (>2/3 Vcc) neste terminal desativa o flip-flop SR interno e a saída.

• Pino 7: DISCHARGE (DIS): descarga • a sua função é descarregar o capacitor conectado a este terminal.• Ligado a um transistor NPN com coletor aberto• Quando é acionado, o transistor funciona como uma chave e o coletor é conectado à referência.

• Pino 8: VCC: alimentação do CI

Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

FLIP FLOP

• Muda de estado apenas quando as variáveis de entrada mudam

• Qa - estado anterior da saída Q

S R 𝑸𝒇 𝑸𝒇

0 0 𝑄𝑎 𝑄𝑎

0 1 0 1

1 0 1 0

1 1 X X

S Q

R 𝑄

S

R

Qa

Qf

Fixa Qf=Qa Fixa Qf em 0 Fixa Qf em 1 Não permitido

Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

TEMPORIZADOR 555

COMP. 1 (R)

COMP. 2 (S)

SAÍDA Q

THRESHOLD

TRIGGER

ESTADO ESTÁVEL (0V)

VTH

VTL

Qa

Fixa Qf=Qa Fixa Qf em 0 Fixa Qf em 1 Não permitido

Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

MULTIVIBRADOR MONOESTÁVEL USANDO 555

COMP. 1 (R)

COMP. 2 (S)

SAÍDA Q

THRESHOLD(Vc)

TRIGGER

ESTADO ESTÁVEL (0V)

VTH

VTL

Q’

BJT Q1 conduz(saturação)

não conduz(corte)

conduz(saturação)

ESTADO INSTÁVEL (Vcc)

ESTADO ESTÁVEL (0V)

Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

MULTIVIBRADOR MONOESTÁVEL USANDO 555• No estado estável (Q=0V):

• O flip-flop estará no estado reset: sua saída 𝑄 será alta• O transistor Q1 entra em condução (saturação)• Com o transistor Q1 saturado, Vc estará próximo de 0V, resultando em um nível baixo na saída do comparador 1• A tensão no terminal de entrada de disparo, Vtrigger, é mantida alta (maior do que VTL);• Portanto a saída do comparador 2 será baixa.• Como o flip-flop se encontra no estado de reset, Q será baixo e, portanto, V0 estará próximo de 0V.

• Para disparar o multivibrador monoestável:• é aplicado um pulso negativo ao terminal de disparo (trigger)• Como Vtrigger vai para o nível baixo, menor que VTL, a saída do comparador 2 vai para o nível alto, levando o flip-flop

a seu estado de set.• A saída Q do flip-flop vai para o nível alto e, portanto, Vo vai para o nível alto e a saída 𝑄vai para o nível baixo,• Fazendo o transistor Q1 entrar em corte.• O capacitor C inicia agora sua carga através de R e sua tensão VC aumenta exponencialmente em direção a VCC.

• Multivibrador no estado instável:• O estado instável prevalece até VC atingir e começar a ultrapassar o limiar do comparador 1, VTH, no instante em

que a saída do comparador 1 vai para o nível alto, levando o flip-flop para o estado de reset.• A saída 𝑄 do flip-flop vai agora para o nível alto e faz o transistor Q1 conduzir• A condução de Q1 descarrega rapidamente o capacitor C, fazendo com que Vc fique com 0V.• Além disso, quando o flip-flop está no estado de reset, sua saída Q vai para o nível baixo e Vo volta para 0V.• O multivibrador está agora em seu estado estável e pronto para receber um novo pulso de disparo.

Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

MULTIVIBRADOR MONOESTÁVEL USANDO 555

• A largura T do pulso:• É o intervalo de tempo em que o

multivibrador monoestável permanece no estado instável

• Representa o instante em que o pulso de disparo é aplicado como t=0, a forma de onda exponencial de VC pode ser expressa como

• 𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐶 1 − 𝑒− 𝑡 𝐶𝑅

• Substituindo 𝑉𝐶 = 𝑉𝑇𝐻 = 2/3𝑉𝐶𝐶, em t=T, temos: 𝑇 = 𝐶𝑅 ln 3 ≅ 1,1𝐶𝑅

• Portanto a largura do pulso é determinada pelos componentes externos C e R, que podem ser escolhidos com a precisão desejada.

Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

MULTIVIBRADOR ASTÁVEL USANDO 555

COMP. 1 (R)

COMP. 2 (S)

SAÍDA Q (Vo)

THRESHOLD(Vc)

ETRIGGER

ESTADO ESTÁVEL (0V)

VTH

VTL

Q’

BJT Q1

con

du

z(s

atu

raçã

o)

ESTADO INSTÁVEL (Vcc)

ESTADO ESTÁVEL (0V)

não conduz(corte) co

nd

uz

(sat

ura

ção

)

não conduz(corte)

não conduz(corte) co

nd

uz

(sat

ura

ção

)

Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

MULTIVIBRADOR ASTÁVEL USANDO 555• CI 555, dois resistores externos RA e RB e um capacitor externo C

• Estado de set• Supondo C inicialmente descarregado e o flip-flop no estado de set• Portanto o nível de Vo é alto e Q1 está em corte• O capacitor C carrega através da combinação em série RA e RB e a tensão VC aumenta exponencialmente em direção a Vcc.• Quando VC cruza o nível igual a VTL, a saída do comparador 2 vai para o nível baixo.• Isso, contudo, não afeta o funcionamento do circuito e o flip-flop permanece no estado de set• Na realidade, esse estado permanece até VC atingir e começar a ultrapassar o limiar do comparador 1, VTH.• Nesse instante a saída do comparador 1 vai para o nível alto e o flip-flop assume o estado de reset.

• Estado reset• Portanto a saída Vo vai para o nível baixo, 𝑄 vai para o nível alto e o transistor Q1 conduz.• A saturação do transistor Q1 faz aparecer uma tensão de cerca de zero volt no ponto comum entre RA e RB.• Portanto, C inicia sua descarga através de RB e do coletor Q1.• A tensão VC diminui exponencialmente com uma constante de tempo CRB em direção a 0V.• Quando VC atingir o limiar do comparador 2, VTL, a saída do comparador 2 vai para o nível alto e o flip-flop assume seu estado

de set.

• Estado de set• A saída Vo vai para o nível alto e 𝑄 vai para o nível baixo, fazendo Q1 conduzir.• O capacitor C inicia sua carga através do equivalente em série RA e RB, e sua tensão aumenta exponencialmente em direção a

VCC, com uma constante de tempo C(RA+RB).• Essa tensão continua a aumentar até VC atingir VTH, no instante em que a saída do comparador 1 vai para o nível alto, levando

o flip-flop para o estado de reset.

• E o ciclo continua....

Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

MULTIVIBRADOR ASTÁVEL USANDO 555

• A saída oscila e tem uma forma de onda quadrada• A saída terá nível alto durante o tempo TH em que

VC aumenta de VTL para VTH.

• A saída terá nível baixo durante o tempo TL em que VC diminui de VTH para VTL.

• O período T da onda quadrada na saída pode ser determinado por:• 𝑇 = 𝑇𝐻 + 𝑇𝐿 = 0,69𝐶(𝑅𝐴 + 2𝑅𝐵)

• O fator de trabalho (duty cycle) da onda quadrada na saída:

• 𝐷𝑢𝑡𝑦 𝐶𝑦𝑐𝑙𝑒 =𝑇𝐻

𝑇𝐻+𝑇𝐿=

𝑅𝐴+𝑅𝐵

𝑅𝐴+2𝑅𝐵

Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

Exemplo

• 1) Usando um capacitor C de 10nF, calcule o valor de R capaz de produzir um pulso de saída de 100us no circuito monoestável da figura 1

• 2) Para o circuito do multivibrador astável com 555 da figura 2, use um capacitor de 1000pF e calcule os valores de RA e RB que resultam em uma frequência de oscilação de 100kHz e um fator de trabalho de 75%;

Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

Following are URLs where you can obtain information on other Texas Instruments products and application solutions:

• Products Applications Audio www.ti.com/audio

• Communications and Telecom www.ti.com/communications

• Amplifiers amplifier.ti.com

• Computers and Peripherals www.ti.com/computers

• Data Converters dataconverter.ti.com

• Consumer Electronics www.ti.com/consumer-apps

• DLP® Products www.dlp.com

• Energy and Lighting www.ti.com/energy

• DSP dsp.ti.com Industrial www.ti.com/industrial

• Clocks and Timers www.ti.com/clocks

• Medical www.ti.com/medical

• Interface interface.ti.com

• Security www.ti.com/security

• Logic logic.ti.com

• Space, Avionics and Defense www.ti.com/space-avionics-defense

• Power Mgmt power.ti.com

• Transportation and Automotive www.ti.com/automotive

• Microcontrollers microcontroller.ti.com

• Video and Imaging www.ti.com/video

• RFID www.ti-rfid.com

• OMAP Mobile Processors www.ti.com/omap

• Wireless Connectivity www.ti.com/wirelessconnectivity

• TI E2E Community Home Page e2e.ti.com

Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

BIBLIOGRAFIA• BOYLESTAD, Robert L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. 11ª ed. São

Paulo: Pearson Prentice-Hall do Brasil, 2005.

• PERTENCE JR, A. Amplificadores operacionais e filtros ativos. 8ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2015.

• SEDRA, A.S.; SMITH, K.C. Microeletrônica. 4ª ed. São Paulo: Pearson Makron Books, 2000.

• MALVINO, A,. BATES, D.J. Eletrônica. V. 1. São Paulo: Mcgraw Hill, 2008.

• MALVINO, A,. BATES, D.J. Eletrônica. V. 2. São Paulo: Mcgraw Hill, 2008.

http://www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/AN-31.pdf