Ao desenvolver dispositivos eletrônicos, muitas vezes torna-se necessário gerar pulsos de um determinado comprimento ou gerar um sinal retangular com uma determinada frequência e uma certa proporção de comprimento para pausa. Não será difícil para um designer experiente projetar tal dispositivo em elementos digitais separados, mas é mais conveniente usar um microcircuito especializado para esse fim.
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O que é o chip NE555 e onde pode ser usado
O chip NE555 foi desenvolvido nos anos 70 do século passado e ainda é muito popular entre profissionais e amadores. É um temporizador fechado em uma caixa com 8 pinos.Disponível em DIP ou várias versões de montagem em superfície (SMD).
O microcircuito contém dois comparadores - superior e inferior. Nas suas entradas forma-se uma tensão de referência, igual a 2/3 e 1/3 da tensão de alimentação. O divisor é formado por resistores resistência 5 kOhm. Os comparadores controlam o flip-flop RS. Um amplificador de buffer e uma chave de transistor são conectados à sua saída. Cada comparador possui uma entrada livre, serve para fornecer sinais de controle externo. O comparador superior é acionado quando um nível alto aparece e muda a saída do microcircuito para um nível baixo. A “guarda” inferior reduz a tensão abaixo de 1/3 VCC e define a saída do temporizador para uma unidade lógica.
As principais características do chip NE555
As características do temporizador de diferentes fabricantes podem diferir em pequenos limites, mas ninguém tem desvios fundamentais (exceto microcircuitos de origem desconhecida, você pode esperar qualquer coisa deles):
- A tensão de alimentação é indicada padrão de +5 a +15 V, embora as folhas de dados contenham limites de 4,5 ... 18 V.
- A corrente de saída é de 200 mA.
- A tensão de saída é no máximo VCC menos 1,6 V, mas não inferior a 2 V com uma tensão de alimentação de 5 V.
- O consumo de corrente em 5 V não é superior a 5 mA, em 15 V - até 13 mA.
- O erro na formação da duração do pulso não é superior a 2,25%.
- A frequência máxima de operação é de 500 kHz.
Todos os parâmetros são especificados para uma temperatura ambiente de +25 °C.
Localização e finalidade dos pinos
As saídas do temporizador são organizadas como padrão, independentemente do design da caixa - em ordem crescente da tecla no sentido anti-horário (quando vista de cima), de 1 a 8. Cada saída tem sua própria finalidade:
- GND – fio de alimentação comum do dispositivo.
- TRIG - quando um nível baixo é aplicado, ele inicia o segundo comparador (mais baixo de acordo com o esquema), uma unidade lógica aparece em sua saída, configurando o flip-flop RS interno em 0. Um circuito RC de temporização externo é conectado a ele. Tem precedência sobre THR.
- FORA - saída. O nível alto do sinal é ligeiramente inferior à tensão de alimentação, o nível baixo é de 0,25 V.
- REDEFINIR - Redefinir. Independentemente dos sinais em outras entradas, se houver um nível baixo, ele redefine a saída para 0 e desabilita o temporizador.
- CTRL - gestão. Ele sempre tem um nível 2/3 da tensão do barramento de energia. Aqui você pode aplicar um sinal externo e modular a saída com ele.
- THR - quando aparece um nível alto (mais de 2/3 da fonte de alimentação), o primeiro gatilho (topo de acordo com o esquema) é definido para 1 e o interno flip-flop RS entra no estado de uma unidade lógica.
- DIS - a descarga do condensador temporizado. Quando um gatilho de alto nível aparece na saída, o transistor interno se abre, ocorre uma descarga rápida. O temporizador está pronto para o próximo ciclo de operação.
- VCC - Potência da saída. Pode ser alimentado com tensão de 5 a 15 V.
Descrição dos modos de operação do chip NE555
Embora a arquitetura do temporizador permita que ele seja usado em vários modos, existem três modos típicos de operação para o NE555.
Vibrador único (multivibrador de espera)
Posicão inicial:
- entrada 2 nível lógico alto;
- nas entradas R e S do gatilho - zeros;
- saída do gatilho - 1;
- o transistor do circuito de descarga está aberto, o capacitor C é desviado;
- a saída 3 é o nível 0.
Quando um nível zero aparece na entrada 2, o comparador inferior muda para 1, alternando o gatilho para 0. Um nível alto aparece na saída do microcircuito.Ao mesmo tempo, o transistor fecha, deixando de desviar o capacitor. Ele começa a carregar através do resistor R. Assim que a tensão atingir 2/3 de VCC, o comparador superior funcionará, ajuste o gatilho de volta para 1 e a saída do temporizador para 0. O transistor ligará e descarregará a capacitância . Assim, será formado um pulso positivo na saída, cujo início é determinado por um sinal externo na entrada 2, e o término depende do tempo de carga do capacitor, que é calculado pela fórmula t=1,1⋅R⋅ C.
multivibrador
Quando a alimentação é aplicada, o capacitor é descarregado, na entrada 2 (e 6) lógica 0, na saída do temporizador 1 (este processo está descrito na seção anterior). Depois de carregar a capacitância através de R1 e R2 até o nível de 2/3 VCC, um nível alto na entrada 6 mudará a saída 3 para zero e o transistor de descarga será ligado. Mas o capacitor não será descarregado diretamente, mas através de R2. Como resultado, o circuito voltará à sua posição original e o ciclo se repetirá várias vezes. A partir da descrição do processo, pode-se observar que o tempo de carga é determinado pela soma das resistências R1, R2 e a capacitância do capacitor, e o tempo de descarga é definido por R1 e C. Em vez de R1 e R2, você pode colocar resistores variáveis e controlar rapidamente a frequência e o ciclo de trabalho dos pulsos. Fórmulas para cálculo:
- duração do pulso t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
- duração da pausa t2=0,693⋅R2⋅C;
- taxa de repetição de pulso f=1/(0,693(R1+2⋅R2)⋅C.
O tempo de pausa não pode exceder o tempo de pulso. Para contornar essa limitação, os circuitos de descarga e carga são separados incluindo um diodo no circuito (cátodo no pino 6, ânodo no pino 7).
gatilho Schmitt
No chip 555, você pode construir um gatilho Schmitt.Este dispositivo converte um sinal de mudança lenta (sinusóide, dente de serra, etc.) em uma onda quadrada. Aqui, os circuitos de temporização não são usados, o sinal é alimentado nas entradas 2 e 6, interconectadas. Quando o limite de 2/3 VCC é atingido, a tensão de saída muda abruptamente para 1, quando cai para o nível de 1/3, também diminui abruptamente para zero. A zona de ambiguidade é 1/3 da tensão de alimentação.
Vantagens e desvantagens
A principal vantagem do chip NE555 é sua facilidade de uso - para construir um circuito, uma pequena ligação é suficiente, o que se presta bem ao cálculo. Ao mesmo tempo, o custo do dispositivo é baixo.
A principal desvantagem do temporizador é a dependência pronunciada da duração do pulso na tensão de alimentação. Isso se deve ao fato de que o capacitor no circuito vibrador único ou multivibrador é carregado através de um resistor (ou através de dois) e o terminal superior do resistor está conectado ao barramento de alimentação. A corrente através da resistência é formada pela tensão VCC - quanto maior, maior a corrente, mais rápido o capacitor carregará, quanto mais cedo o comparador funcionar, menor será o intervalo de tempo gerado. Por algum motivo desconhecido, esse momento não consta na documentação técnica, mas é bem conhecido dos desenvolvedores.
Outra desvantagem do temporizador é que as tensões de limiar dos comparadores são formadas por divisores internos e não podem ser ajustadas. Isso limita as possibilidades de aplicação do NE555.
E mais uma característica desagradável. Em conexão com o esquema push-pull para construir o estágio de saída, no momento da comutação (quando o transistor superior já está aberto e o inferior ainda não está fechado, ou vice-versa) há um pulso de passagem de corrente. Sua duração é curta, mas leva a um aquecimento adicional do microcircuito e gera interferência nos circuitos de potência.
Quais são os análogos
Durante a existência do temporizador, um grande número de clones foi desenvolvido e lançado. Eles são produzidos por várias empresas, mas todos eles contêm o número 555. Entre as fábricas que produzem análogos, existem fabricantes populares de componentes eletrônicos e fabricantes desconhecidos do Sudeste Asiático. Se o primeiro fornecer os parâmetros declarados, nenhuma garantia deve ser esperada do último. Os desvios das características declaradas podem ser grandes.
Na URSS, um temporizador semelhante KR1006VI1 foi desenvolvido. Sua funcionalidade é exatamente a mesma do original, com uma exceção: sua saída 2 tem precedência sobre a saída 6 (e não vice-versa, como NE555). Isso deve ser levado em consideração ao projetar esquemas. E mais uma coisa: o índice КР significa que o microcircuito é produzido apenas no pacote DIP8.
Exemplos de uso prático
O escopo de aplicação prática do cronômetro é amplo; no âmbito desta revisão, não será possível cobrir totalmente o tópico. Mas vale a pena considerar os exemplos mais comuns.
No modo de vibrador único em vários microcircuitos, é possível construir uma fechadura de código com um limite de tempo para discar o código. Outra forma é usá-lo como um dispositivo de sinalização para atingir um nível limite (iluminação, nível de enchimento do tanque, etc.) em conjunto com vários sensores.
No modo multivibrador (modo astável), o cronômetro encontra a aplicação mais ampla. Em vários temporizadores, você pode construir um interruptor de guirlanda com regulação separada da frequência de piscar, no tempo e no tempo de pausa.É possível usar o NE555 como base para um relé de tempo e formar um tempo de ativação do consumidor de 1 a 25 segundos. Você pode construir um metrônomo para um músico. Este é o modo de chip mais usado e é impossível descrever todas as aplicações.
Como um gatilho Schmitt, o temporizador é usado com pouca frequência. Mas no modo biestável sem elementos de ajuste de frequência, o NE555 é usado como um debouncer ou um interruptor de dois botões no modo start-stop. Na verdade, apenas o flip-flop RS embutido é usado. Também é conhecido construir um controlador PWM baseado no temporizador.
Existem coleções de circuitos que descrevem várias aplicações do temporizador NE555. Eles descrevem milhares de maneiras de usar o chip. Mas mesmo isso pode não ser suficiente para a mente curiosa do designer, e ele encontrará um uso adicional do cronômetro que ainda não foi descrito em nenhum lugar. As possibilidades estabelecidas pelos desenvolvedores do microcircuito permitem isso.
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