Aula01-555

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CI 555
Aula01: CI 555 como Astável

1. Introdução

É um CI muito versátil, sendo usado em todas as áreas de eletrônica. Basicamente é usado como astável, monoestavel ou Schmitt Trigger. A Fig01 mostra o diagrama em blocos do 555.

Figura 01: CI 555 - Diagrama de blocos interno

Os resistores R (5K) formam um divisor de tensão, em cada um tem uma tensão de V_CC/3. Os principais elementos desse diagrama em blocos são:

Comparadores ( 1 ): Num comparador a saída será alta (nível lógico 1 ou V_CC) se V₊ > V_- e será baixa (nível lógico 0 ou 0V) se V₊ £ V_-. A Fig02a mostra um comparador com a saída alta e a Fig02b com saída baixa.

Figura 02: Comparadores

No 555 a tensão no pino 2 (Trigger ) é sempre comparada com V_CC/3, enquanto a tensão no pino 6 (Threshold ) é comparada com 2.V_CC/3.
Flip – Flop RS ( 2 ): É um biestável, isto é, tem dois estados estáveis e a mudança de estado se faz de acordo com a tabela verdade dada na Fig03b, o símbolo está representado na Fig03a.


( a )	( b )

Figura 03: Flip Flop RS - Símbolo ( a ) - Tabela Verdade ( b )

Buffer de Saída ( 3 ): Tem como finalidade aumentar a capacidade de corrente do CI. A corrente de saída do CI está limitada a 200mA , podendo entrar ou sair. Observe que o buffer inverte a sua entrada, isto é, a saída do CI é Q.

Transistor interno (TR): Opera saturado quando

ou cortado quando

A alimentação ( V_CC ) pode variar de 4,5V a 16V. O encapsulamento mais comum é o DIP (Dual In line Package).

1 – GND
2 – Trigger (Disparo)
3 - Saída
4 - Reset
5 – Controle de tensão
6 – Threshold (Limiar)
7 – Descarga
8 - V_CC

Figura 04: Encapsulamento Dual In Line (DIP)

2. Operação Astável

O circuito básico é o da Fig05a, sendo a Fig05b o mesmo circuito considerando o diagrama em blocos.

Figura 05: Astável - Circuito básico

Na Fig05a, V_C = V₆ = V₂ , e como inicialmente S = 1 e R = 0, de acordo com a tabela verdade do FF

e V_saida = V_CC. Como o transistor interno esta cortado C começa a se carregar

através de R_A + R_B

_{Quando VC > VCC/3 (basta que seja alguns mV
maior )}_teremos_{R = S = 0 o que mantém o estado do FF
interno, isto}_{é , Q = 1, saída
VCC}

Quando porém V_C>

.V_CC,

o FF resetará, isto é, teremos agora R = 1 e S = 0 e

nesse instante a saída vai a zero, saturando o transistor interno e fazendo C se descarregar através de R_B e pelo transistor interno. Quando a tensão em C cair abaixo de V_CC/3 , novamente teremos S = 1 e R = 0 setando o FF e portanto a saída volta para V_CC e o transistor corta fazendo o capacitor se carregar por R_A + R_B e tudo se repete. A Figura 06 mostra o comportamento do circuito do ponto de vista dos gráficos.

Figura 06: Astável - Formas de onda no capacitor (Vc) na saída

Os tempos alto ( T_H ) e baixo ( T_L ) são calculados por :

T_H = 0,69.( R_A + R_B ).C (Equação 1) e T_L = 0,69.R_B.C (Equação 2)

Observe que o tempo alto é maior que o tempo baixo pois a carga se dá por (R_A + R_B) e a descarga por R_B. Caso se deseje tempos iguais deve-se impor R_B muito maior do que R_A, sendo que R_A deve ter valor de pelo menos 1K para que o transistor interno não sofra danos.

As expressões de T_H e T_L podem ser generalizadas por :

T_H = 0,69.R_Carga.C (Equação 3) e T_L = 0,69.R_Descarga.C (Equação 4) onde R_Carga é a resistência equivalente que C “vê” durante a carga e R_Descarga é a resistência equivalente que C “vê” na descarga, desta forma é possível, modificando os caminhos de carga e descarga ter T_H diferente de T_L.

3. Exercícios Resolvidos

3.1) Para o astável pede-se calcular a freqüência de oscilação e desenhar os gráficos de V_C( t ) e V_saida ( t ).

Solução: T_H = 0,69.R_Carga.C = 0,69.48K.0,1mF = 3,31ms
T_L = 0,69.R_Descarga.C = 0,69.33K.0,1 mF = 2,27ms

T = T_H + T_L = 3,31 + 3,27 = 5,58ms f =1/T = 1/5,58ms = 179Hz

clique aqui para obter o arquivo MicroCap8

Calculando com o 555

Use o quadro a seguir para determinar tempo e frequencia de oscilação
Entre com os valores de R1, R2, e C e então pressione o botão "Calcular" para determinar os intervalos de tempo alto TH e tempo baixo TL em ms.
Por exemplo um resistor de R1=10K e um resistor R2= 100K com um capacitor C= 0.1 uF produzirá os tempos TH=7.62ms e TL= 6.93ms e uma freqüência de f= 70 Hz.
R1 deve ser maior que 1K para garantir a integridade do CI e C deverá ser maior que .0005 uF.
Para iniciar qualquer cálculo primeiramente tecle "Zerar".
TH = 0.693 * (RA+RB) * C ( tempo no nível alto)
TL = 0.693 * RB * C ( tempo no nível baixo)

RA (K Ohms)

RB (K Ohms)

C (uF)

TH (ms)

TL (ms)

f(KHz)

f(Hz)

3.2) Idem 1 para o circuito.

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3.3) Idem1 para circuito. (Topo)

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3.4) Calcular os tempos que os LED’s ficam acesos e apagados no circuito.

3.5) Projetar um astável com 555 que oscile em 5KHz. Dado: V_CC = 12V (Topo)
Solução: Como não foram especificados T_H e T_L consideraremos o circuito simétrico, isto é, T_H = T_L =T/2

T = 1/5KHz = 0,2ms = 200 us >>> T/2 = 100 us

4. Exercícios Propostos
4.1.      Projetar um astável simétrico com 555 que oscile em 20KHz. Dado V_CC = 12V.
4.2. Projetar um   astável que gere uma forma de onda que tenha T_H = 1ms e T_L = 3ms.
4.3. Projetar um   astável com 555 que gere uma forma de onda com T_H = 3ms e T_L = 1ms.
4.4. Para o circuito desenhar as formas de onda nos pinos 2 e 3, calculando a freqüência de oscilação.
4.5. Idem 4

4.6. Explique o funcionamento do circuito , esboçando as formas de onda nos pontos A , B e C.

4.7.Projete um pisca pisca que deixe uma lâmpada de 110v acesa 2s e apagada 4s. Dados: Relê 12V/30mA Vcc =12V.

5. Experiência27 - ASTÁVEL COM 555
5.1 . Abra o arquivo Exp27 .CIR, (MicroCap) ou Exp555_34 (multisim) e identifique o circuito a seguir. Execute uma analise Transient para ver as formas de onda na saida e capacitor. Ative-o. Anote as amplitudes das tensões bem como o período das oscilações. Compare com os valores teóricos. Atenção!! Faça as mudanças que achar necessário, mas não salve com o mesmo nome.

( a )

( b )

Figura 07: Astavel ( a ) MicroCap ( b ) Multisim

5.2. Calcule os tempos envolvidos e anote T_H. = ___________ T_L= ___________ T_Calc= ___________
5.3. Anote as formas de onda na saída e no capacitor, e meça todos os tempos envolvidos

T_H. = ___________ T_L= ___________ T_Calc= ___________

5.4. Abra o arquivo EXP27b.CIR (MicroCap) ou Exp555_35 (Multisim) e identifique o circuito a seguir, e repita os itens 5.1, 5.2, e 5.3.