Experiência 13:  CI 555 - Monoestavel

Objetivos

1. Verificar experimentalmente o funcionamento de um monoestavel com 555, medindo a duração do estado instável.
2. Verificar experimentalmente o funcionamento de uma cadeia de monoestaveis, medindo o tempo de cada circuito.

Material Usado  

                                                           
2 Baterias de 9V  com terminais
1 Multímetro digital
1 Matriz de pontos
1 CI 741
Resistores: 1K/2K2/10K

Introdução Teórica

Um monoestavel é um  circuito  que tem um estado estável e um estado instável, isto é, ligada a alimentação o  circuito  irá para o estado estável ai permanecendo nesse estado até que uma ação externa o leve para a outra situação na qual permanecerá por um tempo definido  (T_i). Após o termino desse tempo o  circuito  voltará sozinho para o estado estável. Um  circuito  monoestavel muito conhecido é um temporizador ou timer muito utilizado no nosso dia a dia

A figura 1a  a seguir mostra o bloco e os componentes externos (em vermalho) e a figura 1b mostra os componentes internos e os externos.

( a )	( b )
Figura 1:   Monoestavel  ( a ) Circuito básico   ( b ) Diagrama de bloco

Obs:  Q' é a saida Q invertida

Inicialmente com o capacitor descarregado, V_C=0=V₆, R=0 e como a chave esta aberta  V₂=Vcc e portanto  S=0, o que mantém o estado do FF. A  única forma de se ter uma condição estável é se considerarmos Q'=  desta forma C não consegue se carregar.

Ao pressionarmos CH, a tensão no pino 2 vai a zero, nestas condições será imposto S=1 e como R=0 é imposta a condição  Q=1,   cortando o TR e levando a saída a Vcc.

A partir desse instante C começa a se carregar exponencialmente  através de R.

Quando

será imposto no Flip Flop   R=1  e  S=0  e portanto Q = 0  ( Q'=1) fazendo

o TR saturar e descarregando bruscamente C através do TR.
 

Como  R=S=0  o  circuito  permanecerá nesta condição,  Q = 0, até que o monoestavel  seja disparado novamente. Os gráficos da figura 2   mostram o que acontece com as tensões de saída e no capacitor em função do tempo.

O tempo que a saída  fica em nível alto, estado instável é calculado por:

                      T_i=1,1.R.C

Figura 2: Formas de onda do monoestavel ( a ) disparo ( b ) tensão no capacitor ( c ) tensão na  saída

É um  circuito  que permite temporizar uma carga de um   T_min a um  T_Máx, variando um potenciômetro R_V.   Na  figura 3   CH1   inicia a temporização e a chave CH2 permite desligar (resetar) a carga antes do tempo T_i.

Seja C=1000μF   R=33K    e R_V=330K

Com os valores dados os tempos serão:   T_min = 1,1.32.10^2.1000.10^-6 = 36s

T_Máx = 1,1.362.10^2.1000.10^-6 = 400s

A temporização pode variar portanto de 36s a 400s.

Figura 3: Monoeestavel como temporizador

Cadeia de Moestaveis - Disparo pela Borda

Nessa aplicação o 555, como monoestavel, é disparado na descida do pulso e isso permite aplicações onde tarefas são executadas  em sequencia.

 No circuito da figura 4 considere a chave inicialmente na posição A. Nessas condições o capacitor está descarregado e a tensão no pino 2 é V_CC.

Figura 4: Monoestavel disparado pela borda - chave em A
 

No instante t₁ a chave é deslocada para a posição B (GND), e como o capacitor  C1 esta descarregado ele se comporta como um curto circuito desta forma a tensão no pino 2 é zero volts o que dispara o monoestavel. A partir desse instante  C1 se carrega exponencialmente até V_CC através da resistência R1.

( a )

( b )

Figura 5: ( a ) Monoestavel disparado pela borda - chave em B ( b ) formas de onda

 Se a chave se deslocar para a posição A, instante t₂,  como o capacitor está carregado V_CC, será aplicado 2.V_CC no pino 2, figura 5b. Para limitar a tensão no pino 2 pode ser colocado um diodo em paralelo com o resistor R₁ com o catodo V_CC.

Vários monoestaveis podem ser ligados em cascata constituindo uma cadeia onde o anterior dispara o da frente na descida, figura 6.

( a )

( b )
Figura 6: Cadeia de monoestaveis ( a ) diagrama de blocos ( b ) diagrama de tempos

Procedimento Experimental

1. Para o circuito calcular a duração do estado instavel (tempo que o LED fica aceso). Anote esse valor na tabela I.

Figura  7: Circuito experimental - temporizador (timmer)

Tabela I: Temporizador - tempos calculado e medido

2. Monte o circuito da figura na MP. Dispare o circuito usando a chave 1 e meça a duração do estado instavel (tempo que o LED fic aceso) e anote na tabela I.

            Figura 8:  Circuito temporizador - sugestão de layout do circuito da figura 7

Obs: Caso não disponha da chave push bottom você pode usar um fio que fica na condição aberta e quando acionado (tocar momentaneamente ao terra) liga  momentaneamente os pinos 2 ou 4 ao terra impondo uma tensão zero nesses pinos.

   Figura 9: Sugestão para substituir a chave no circuito da figura 7 e 8
 

3. Para o circuito calcule os tempos que os LEds ficam acesos, preenchendo o diagrama de tempo de cada um.

LED1:  t_aceso=__________   LED2:  t_aceso=__________

Figura 10: Cadeia de monoestaveis - circuito

4. Monte na MP o circuito da figura 10 e verifique o seu funcionamento anotando todos os tempos relevantes.

Obs: Caso deseje usar o layout  proposto verifique antes se  mesmo está de acordo com o circuito.

LED1:  t_aceso=__________   LED2:  t_aceso=__________

Figura 11: Cadeia de monoestaveis - Layout na MP
 

5. Escreva as suas conclusões baseado nos resultados.