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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 VCC/3. Os principais elementos desse diagrama em blocos são:

Comparadores ( 1 ): Num comparador a saída será alta (nível lógico 1  ou VCC) 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 VCC/3, enquanto a tensão no pino 6 (Threshold ) é comparada com 2.VCC/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 ( VCC ) 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 - VCC          

 

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

e Vsaida = VCC. Como o transistor interno esta cortado C começa a se carregar 

através de RA + RB 

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  VC>

  .VCC,

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 RB e pelo transistor interno. Quando a tensão  em C cair abaixo de VCC/3 , novamente teremos  S = 1 e R = 0 setando o FF e portanto a saída volta para VCC e o transistor corta fazendo  o capacitor se carregar por RA + RB 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 ( TH ) e baixo ( TL ) são calculados por :


TH = 0,69.( RA + RB ).C     (Equação 1)           e              TL = 0,69.RB.C     (Equação 2)               

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

As expressões de TH e TL podem ser generalizadas por :

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

3. Exercícios  Resolvidos

           

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

Solução: TH = 0,69.RCarga.C = 0,69.48K.0,1mF = 3,31ms
TL = 0,69.RDescarga.C = 0,69.33K.0,1 mF = 2,27ms

  T = TH + TL = 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.

clique aqui para obter o arquivo MicroCap8

3.3) Idem1 para circuito.                                                                                                                  (Topo)

 

clique aqui para obter o arquivo MicroCap8

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

v

3.5) Projetar um astável  com 555 que oscile em 5KHz. Dado: VCC = 12V                                       (Topo)
Solução: Como não foram especificados TH e TL consideraremos o circuito simétrico, isto é, TH = TL =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  VCC = 12V.
4.2. Projetar um
   astável que gere uma  forma de onda que tenha  TH = 1ms e TL = 3ms.
4.3. Projetar um
   astável com 555 que  gere uma  forma de onda com TH = 3ms e TL = 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        TH. = ___________   TL= ___________   TCalc= ___________
5.3. Anote as formas de onda na saída e no capacitor, e meça todos os tempos envolvidos

TH. = ___________   TL= ___________   TCalc= ___________

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.

( a )
( b )
Figura 08: Astavel assimetrico ( a ) MicroCap ( b ) Multisim

 

Tempos Calculados: TH. = ___________   TL= ___________   TCalc= ___________

Tempos Medidos: TH. = ___________   TL= ___________   TCalc= ___________

5.5. Abra o arquivo EXP27c.CIR (MicroCap) ou Exp555_36  (Multisim)  e identifique o circuito  a seguir,  e repita os itens 5.1, 5.2, e 5.3.

( a )
( b )
Figura 09: Astavel assimetrico ( a ) MicroCap ( b ) Multisim

 

Tempos Calculados: TH. = ___________   TL= ___________   TCalc= ___________

Tempos Medidos: TH. = ___________   TL= ___________   TCalc= ___________

5.6. Conclusões:

6. Experiência28 - ASTÁVEL COM 555 - Pisca Pisca

6.1. Abra o arquivo  Exp555_37       e identifique o circuito a seguir.

6.2. Calcule os tempos que o LED fica aceso (Tac)  e apagado (Tap) e anote.

Tac=___________ Tap=__________

6.3. Inicie a simulação e meça os tempos acima.

Tac=___________ Tap=__________

 

6.4. Conclusões   

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