O circuito integrado 555 (ART011)Pgina 1 de 2 Pela utilidade do circuito integrado 555, este artigo um dos mais acessados deste site. Nele explicamos quase tudo (pois tudo que ele pode fazer impossvel 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 to verstil, que milhares de aplicaes foram criadas e continuam criadas ainda hoje, quando j se anuncia que ele vendeu mais de 1 bilho de unidades. Assim. quando se pensa em qualquer projeto em que a gerao de formas de onda necessria, retardos, temporizaes ou o disparo de dispositivos a partir de sinais de todos os tipos o componente que em primeiro lugar vem cabea do projetista o 555. Este artigo d apenas uma breve idia do que se pode fazer com este componente fabuloso. Com mais de 1 bilho de unidades vendidas, o circuito integrado 555 provavelmente o mais importante componente dessa famlia, de todos at hoje lanados no mundo. Com verses CMOS e de baixa tenso, esse componente insupervel quando se deseja uma temporizao at 1 hora ou gerao de pulsos de durao constante, ou ainda em aplicaes em que precisam ser gerados sinais retangulares de at 500 kHz.

O CIRCUITO INTEGRADO 555 O circuito integrado 555 consiste em um timer de uso geral que pode operar tanto na configurao astvel quanto monoestvel. A pinagem bsica deste CI mostrada na figura 1

Figura 1 Pinagem do 555.

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

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2- i

Na prti a, os fabri ant s acrescentam prefi os para i entificar os seus 555, e denominaes como LM555, NE555, A555 e outras so comuns. Temos ainda verses "diferentes" do 555 que empregam tecnologias mais avanadas que a tradicional linear. Assim, um primeiro destaque o 555 CM , tambm especificado como TL7555 ou TLC7555, e que se caracteri a por poder operar com tenses menores que o 555 comum, ter menor consumo e alcanar freqncias mais elevadas. Na figura 3 temos um diagrama simplificado das funes existentes no circuito integrado 555.

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Esses blocos podem ser usados de duas formas bsicas (que sero analisadas em pormenores), as quais so astvel (free running) e monoestvel (pulso nico). Na verso astvel, o circuito opera como oscilador gerando sinais retangulares disponveis na sada do pino 3. Na verso monoestvel, o circuito gera um pulso retangular nico ao ser disparado externamente. As caractersticas principais do 555 so: Caractersticas: (*)

6 D pl

Faixa de Tenses de Alimentao: 4,5 - 18 V Corrente mxima de sada: +/- 200 mA Tenso de limiar tpica com alimentao de 5 V: 3,3 V Corrente de limiar tpica: 30 nA Nvel de disparo tpico com alimentao de 5 V: 1,67 V Tenso de reset tpica: 0,7 V Dissipao mxima: 500 mW Corrente tpica de alimentao com 5 V: 3 mA Corrente tpica de alimentao com 15 V: 10 mA Tenso tpica de sada no nvel alto com 5 V de alimentao (Io = 50 mA): 3,3 V Tenso tpica de sada no nvel baixo com 5 V de alimentao (Io = 8 mA): 0,1 V (*) As caractersticas dessa tabela so dadas para o NE555 da Texas Instruments, podendo variar levemente para CIs de outros fabricantes ou ainda com eventuais sufixos indicando linhas especiais. C NFIGURAES O circuito integrado 555 pode ser empregado em duas configuraes bsicas, astvel e monoestvel, que analisamos a seguir: a)Astvel Na figura 4 temos o circuito bsico do 555 na configurao astvel.

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Esse circuito pode gerar sinais de 0,01 Hz a 500 kHz e os valores limites para os componentes usados so: R1, R2 = 1k a 3,3 Mohms C = 500 pF a 2 200 F A freqncia de oscilao dada por: f = 1,44 /[(R 1 + 2R 2) C] Onde: f a freqncia em hertz R1 e R 2 so os valores dos resistores em Ohms C a capacitncia em farads. O tempo em que a sada permanece no nvel alto dado por: th = 0,693 x C (R1 + R 2) O tempo em que a sada permanece no nvel baixo dado por: tl = 0,693 x R2 x C

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Veja que, nessa configurao, o ciclo ativo no pode ser 50% em nenhum caso, pois o tempo de carga do capacitor sempre maior que o tempo de descarga. Para se obter ciclos ativos menores existem configuraes em que os percursos das correntes de carga e descarga so alterados, mas nesse caso, no vale o programa do CD para clculo de freqncia. Tambm importante observar que a carga e descarga do capacitor permitem a obteno de uma forma de onda dente-de-serra sobre esse componente, conforme ilustra a figura 5.

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Formas

onda no circ ito.

Evidentemente, trata-se de um ponto do circuito em que esse sinal de alta impedncia e, portanto, no pode ser usado diretamente para excitar cargas de maior potncia. b)Monoestvel Na configurao monoestvel, quando a entrada de disparo (pino 2) momentaneamente levada ao nvel baixo, a sada (pino 3) vai ao nvel alto por um intervalo de tempo que depende dos valores de R e de C no circuito da figura 6.

Fi ra 6 Carga com capacitores de diversos valores e com f ga.

Os valores limites recomendados so: R - 1 k a 3,3 Mohms C - 500 pF a 2 200 F Esse tempo tambm pode ser calculado pela frmula: T = 1,1 x R x C Onde: T o tempo em segundos R a resistncia em ohms C a capacitncia em farads

2

2

87

6 5 4321 21

Com os elementos fornecidos, o leitor poder criar seus prprios projetos usando o 555 a partir dos circuitos aplicativos que damos a seguir.APLICAES A seguir, damos uma srie de circuitos bsicos que podem ser utilizados para gerar sinais em alarmes, produzir sinais de udio, proporcionar temporizaes at pouco mais de uma hora, detectar ausncia de pulsos e muito mais. 1.Oscilador de udio Bsico Na figura 7 mostramos o circuito de um oscilador de udio bsico que excita um alto -falante ou transdutor.

Figura 7 Oscilador de udio com dois tipos de sada. A freqncia pode ser ajustada numa faixa de 1:10 no potencimetro e est basicamente determinada pelo valor do capacitor usado. Para a excitao de um pequeno transdutor piezoeltrico de alta impedncia ou uma cpsula de fone, pode-se usar diretamente a sada do pino 3. No entanto, para uma carga de baixa impedncia como um alto-falante, deve ser usado um transistor excitador. Para tenses acima de 6 V o transistor dever ser montado em um radiador de calor. 2.Pisca-Pisca/Metrnomo Com a utilizao de um capacitor acima de 1 F temos a produo de pulsos intervalados e o circuito pode ser usado como um metrnomo, ou ainda excitar uma lmpada num pisca-pisca conforme exemplo da figura 8.

Figura 8

Excitao de carga com transistor PNP. Aciona no nvel baixo da sada.

Lmpadas de at 500 mA podem ser excitadas com o uso de transistores como o BD136 ouTIP32, e de maiores potncias com o uso de transistores de efeito de campo de potncia apropriados.

3.Inversor Na figura 9 indicamos como ligar o 555 num pequeno transformador de alta tenso para gerar tenso suficiente para acender uma pequena lmpada fluorescente, ou mesmo faz-la piscar (com a operao em freqncia menor). Esse mesmo circuito pode ser utilizado para gerar estmulos num excitador de nervos.

Figura 9 Circuito inversor que, na realidade, pode ser considerado uma fonte chaveada de alta tenso.

O transistor tanto pode ser bipolar PNP quanto um transistor de efeito de campo de potncia, devendo ser dotado de um radiador de calor, se a alimentao for feita com mais de 6 V. A freqncia de operao ajustada em P1 e deve ser escolhida de acordo com as caractersticas do transformador para resultar em um maior rendimento na transferncia de energia. 4.Oscilador Modulado em Freqncia O pino 5 do circuito integrado 555 pode ser usado para se controlar o ciclo ativo dos sinais na configurao astvel e assim proporcionar uma modulao de freqncia. Na figura 10 mostramos como montar uma sirene bsica com dois circuitos integrados 555, onde temos a modulao de freqncia feita pelo sinal de baixa freqncia de um dos osciladores.

Figura 10

Uma sirene modulada em frequncia utilizando dois circuitos integrados 555.

Nesse circuito, CI 1 gera um sinal de baixa freqncia que determinado basicamente pelo capacitor C 1 e pelo ajuste de P1 .Esse sinal aplicado ao pino 5 de modulao atuando diretamente sobre a freqncia gerada por CI2. Em CI2 a freqncia ajustada por P2 e pelo valor de C2. O resistor R 3 determina a "profundidade" da modulao, ou seja, a amplitude da variao da freqncia gerada pelo segundo oscilador (CI 2). Etapas de potncia como a observada no oscilador bsico podem ser usadas para aplicar o sinal gerado pelo circuito a um transdutor ou ainda a um alto-falante.

5.Oscilador Intermitente Acionamento intermitente de rel ou outras cargas em intervalos regulares, efeitos de som e aplicaes intermitentes podem ser obtidas com o circuito ilustrado na figura 11.

Figura 11 Neste circuito o rel abre e fecha seus contatos de modo intermitente, isso em intervalos regulares ajustados por P1. Nesse circuito, o primeiro oscilador controla o segundo atravs de seu pino de Reset de modo a lig-lo e deslig-los em intervalos regulares. O modo de acionamento e, portanto, a freqncia do efeito de intermitncia determinado por C 1 e ajustado por P1. No exemplo, so dados valores tpicos de componentes para acionamentos que vo de alguns segundos a mais de 15 minutos. A freqncia do segundo oscilador ajustada em P1 e determinada basicamente por C2, que tambm tem os valores tpicos para a faixa de udio mostrados na figura. importante observar que os valores de C1 devem ser bem maiores que os de C2 para que os ciclos de funcionamento do segundo oscilador possam ser encaixados em cada ciclo do primeiro, conforme ilustra a figura 12.

Figura 12

Formas de onda no circuito em funo de C1 e C2.

A carga depende da aplicao: podemos utilizar simples transdutores sonoros para aplicaes onde sinais intermitentes de udio devam ser gerados, at rels ou outras cargas de corrente contnua, com o uso da etapa excitadora apropriada. Um rel intermitente que abre e fecha um determinado nmero de vezes e depois entra em repouso por um tempo maior, para depois voltar a ter o mesmo ciclo de funcionamento, uma aplicao possvel para esse circuito. 6.Alterando o Ciclo Ativo Conforme vimos, o ciclo ativo do circuito bsico que emprega o 555 tem o tempo no nvel alto dado pela soma dos valores dos dois capacitores usados e o tempo no nvel baixo dado pelo segundo capacitor. Isso faz com que o tempo no nvel alto seja sempre maior do que no nvel baixo, tendendo a um ciclo ativo mnimo de 50 % quando R2 tem seu valor mnimo e R 1 seu valor mximo, observe a figura 13.

Figura 13

Trabalhando com o ciclo ativo.

Uma forma de se obter um ciclo ativo de menos de 50% para o acionamento de uma carga trabalhar com a excitao no nvel baixo, o que fazemos quando a carga ativada por um transistor PNP. Entretanto, h uma outra forma de se obter um ciclo ativo menor que 50% sem precisarmos inverter o sinal de sada com um transistor PNP. Isso pode ser conseguido com o uso de diodos para se obter um percurso separado para a carga e descarga do capacitor, conforme mostra a figura 14.

Figura 14

Obtendo ciclos ativos menores do que 50%.

Nesse circuito, a carga do capacitor e portanto o tempo no nvel alto depende apenas de R 1, enquanto que a descarga depende apenas de R2. Assim, em lugar das frmulas para o clculo no nvel alto da configurao tradicional, temos: th = 0,693 x R 1 x C tl = 0,693 x R 2 x C E, para a freqncia: f = 1,44/[(R 1 + R2)xC] Onde: f a freqncia em hertz th o tempo no nvel alto em segundos tl o tempo no nvel baixo em segundos R1 e R2 so as resistncias do circuito em ohms C o valor do capacitor em farads. Para se obter um ciclo ativo ajustvel, podemos empregar um potencimetro ou trimpot na configurao exibida na figura 15.

Figura 15

Circuito com ciclo ativo ajustvel.

Se bem que o programa dado para calcular os elementos dessa configurao no CD no seja vlido, lembramos que os valores limites para os componentes so os mesmos da configurao tradicional.

7.Temporizador Simples Na figura 16 temos um circuito bsico de timer que mantm um rel acionado (ou outra carga de corrente continua) por um intervalo de tempo que pode ser ajustado entre alguns segundos at mais de meia hora no potencimetro P1.

Figura 16

Um temporizador ajustvel.

Uma vez ajustado o tempo em P1, pressiona-se o interruptor S 1 por um instante para levar a sada do 555 ao nvel alto e assim obter-se o atracamento do rel ou alimentao da carga de coletor do transistor. O tempo mximo que se pode obter desse tipo de circuito depende basicamente das fugas do capacitor eletroltico C 1. So estas fugas que determinam o seu valor mximo. Quando as fugas atingem um valor que forma com P1 um divisor de tenso cuja tenso aplicada aos pinos 6 e 7 caia abaixo do ponto de disparo, o circuito no desliga mais e se mantm constantemente disparado. importante que o capacitor colocado nesse temporizador seja um tipo de excelente qualidade para que problemas de fugas no afetem o seu funcionamento. Outro problema relacionado ao capacitor est na carga residual. Uma vez utilizado o temporizador, na vez seguinte em que ele for disparado, no teremos o mesmo intervalo de tempo ajustado, pois sempre resta uma carga residual no capacitor a partir da qual ele inicia a carga de temporizao. Esta carga afeta sensivelmente a preciso de um temporizador que use o 555. 8.Temporizador Duplo

Na figura 17 temos uma configurao muito interessante para aplicaes em automatismos de todos os tipos.

Figura 17

Diagrama do temporizador duplo.

Trata-se da possibilidade de realizarmos uma dupla temporizao em que, ao pressionarmos S 1 , o primeiro CI determina o intervalo de tempo inicial, depois do qual o rel usado como carga ser acionado. Quando o rel for acionado, o intervalo de tempo de tempo em que ele ficar atracado depender do segundo CI. Assim, temos uma curva de operao conforme vista na figura 18.

Figura 18

Diagrama de tempos do circuito da figura 17.

Nessa curva, t1 o intervalo de tem po que decorre entre o pressionar de S1 e o acionamento do rel. t2 o tempo em que o rel fica acionado. Os valores de C 1 e C3 determinam t1 e t2 e seus valores limite so os indicados na aplicao tradicional. Trimpots em srie com esses capacitores pod em ser empregados para ajustes finos do tempo de acionamento de cada uma das etapas com o 555.Podemos ir alm com a utilizao dessa idia agregando diversos 555 em srie para um acionamento seqencial, conforme mostra a figura 19.

Figura 19

Circuito de acionamento sequencial utilizando trs circuitos integrados 555.

Os tempos de acionamento de cada sada numa seqncia so determinados pelos capacitores associados aos pinos de disparo e ajustados nos trimpots em srie com esses elementos. 9.Sensor Foto-Eltrico O circuito integrado 555 pode ser disparado pelo aterramento momentneo do pino 2. Como esse pino tem uma elevada impedncia de entrada, diversos tipos de sensores podem ser usados com circuitos adicionais simples para fazer o seu disparo. Uma possibilidade interessante o disparo por foco de luz, em um sensor foto-eltrico que pode ser usado em aplicativos industriais tais como alarmes de passagem, de presena de objetos e muito mais. O circuito sugerido apresentado na figura 20.

Figura 20

Sensor fotoeltrico com o 555. Acionamento por LDR.

Quando um foco de luz incide no LDR o transistor conduz, e com isso a entrada de disparo do 555 levada ao nvel baixo por um instante, disparando a configurao monoestvel. A sada do 555 vai, ento, ao nvel alto por um intervalo de tempo que depende de R e de C, da forma que j vimos e que pode ser calculada pelo aplicativo no CD. Veja que, mesmo depois que o pulso de luz aplicado no sensor desaparecer, o rel ligado como carga permanecer ativado. Para termos o acionamento com o corte de luz basta inverter o modo de ligao do sensor, observe a figura 21.

Figura 21

Circuito para acionamento pelo corte momentneo da luz que incide no LDR.

Nesse circuito, quando a luz cortada no LDR por um instante, o transistor conduz colocando o nvel baixo no pino de disparo do 555 ligado na configurao monoestvel. Nos dois circuitos o ajuste da sensibilidade feito pelo trimpot. Para se obter maior sensibilidade e diretividade para o acionamento do circuito, o sensor deve ser montado em um tubo opaco com uma lente convergente. Na figura 22 mostramos o posicionamento do sensor em relao ao foco da lente, para se obter maior sensibilidade e seletividade.

Figura 22

Utilizando uma lente para aumentar a sensibilidade e obter maior diretividade.

Filtros de cores podem ser colocados para a deteco seletiva de luz em aplicaes que exijam mais de um canal de operao. Nesses circuitos, com o uso de trimpots de valores maiores podem ser usados fototransistores e at fotodiodos. A sensibilidade obtida depender das caractersticas dos componentes usados. importante observar que os fototransistores e fotodiodos so muito mais rpidos do que os LDRs na deteco de pulsos ou cortes de luz de curtssima durao. 10.Detector de Ausncia de Pulso Uma aplicao importante do 555 em automatismos, transmisso de dados e controles remotos o detector de ausncia de pulsos. O que esse circuito faz detectar quando um ou mais pulsos (numa seqncia que deve ser mantida constante), faltam. Em um sistema de segurana ou monitoramento de funcionamento de uma mquina, o detector de ausncia de pulso pode acusar imediatamente quando ocorre uma interrupo em um elo de proteo ou ainda quando acontece uma situao em que o trem de pulsos de controle falha. A vantagem do sistema o uso de pulsos numa freqncia que possibilita a proteo de reas muito grandes, ou ainda o envio de sinal a uma estao muito distante, pois ele opera por freqncia e no por intensidade do sinal. Na figura 23 temos a configurao bsica do 555 recomendada para essa aplicao.

Figura 23

Detector de ausncia de pulso.

A constante de tempo RC, que pode ser calculada pelo programa da configurao monoestvel do CD, deve ser maior do que o intervalo entre dois pulsos transmitidos, mas menor do que dois intervalos sucessivos (para se detectar a ausncia de um pulso). A transmisso dos pulsos pode ser feita com a ajuda de um outro 555 na configurao estvel. Como a entrada do circuito de alta impedncia, a distncia entre o transmissor e o detector pode ser muito grande. As formas de onda para essa aplicao so exibidas na figura 24.

Figura 24

Sinal gerado quando o circuito detecta a falta de um pulso.

11. Divisor de Freqncia Uma outra aplicao pouco conhecida para o circuito integrado 555 como divisor de freqncia. Conforme podemos ver pela figura 25, o 555 ligado como monoestvel e o sinal retangular at 500 kHz cuja freqncia queremos dividir, aplicado ao pino 2 de disparo.

Figura 25

Divisor de frequncia sincronizado.

A constante de tempo do circuito deve ento ser calculada (usando a opo monoestvel do programa) para ter um valor que corresponda a duas, trs ou quatro vezes o perodo do sinal de entrada. Nessas condies, aproveitando o disparo no final de cada ciclo de temporizao, temos a diviso da freqncia de entrada por esses valores. 12. Modulao de Posio de Pulso (PPM) Pulse Position Modulation ou PPM uma aplicao interessante para o circuito integrado 555 conectado na configurao astvel. Na figura 26 mostramos o circuito. As formas de onda obtidas com o 555 usado nessa aplicao so pulsos .cuja separao varia conforme o sinal de entrada.

Figura 26

Circuito 555 como PPM.

CONCLUSO O que vimos at aqui apenas uma pequena parcela do que pode ser feito com base no circuito integrado 555 e suas verses de menor consumo e menor tenso. Trabalhando com o ciclo ativo, com a entrada de modulao e de reset, o leitor imaginoso poder criar aplicaes que, de outra forma, exigiriam circuitos dedicados muito mais caros e complexos. Aproveitar o potencial de um circuito integrado que pode ser encontrado com facilidade e a um custo muito baixo, pode ser muito importante quer seja nos projetos de uso pessoal quer seja nos projetos industriais.